Procédé pour produire des métaux et alliages en feuille et feuille obtenue par ce procédé La présente invention a pour objet un pro cédé pour produire des métaux et alliages en feuille comprenant des éléments de raidisse ment faisant partie intégrante de la feuille. Le terme feuille englobe les matériaux en plaque. Ce procédé convient spécialement aux métaux légers, aluminium, magnésium ou ti tane, ou aux alliages légers dans lesquels la partie la plus importante des constituants est composée de l'un ou de plusieurs de ces mé taux. L'invention s'applique plus particulière ment à la production avec ces métaux ou al liages de matériaux en feuille dont la résistance à la flexion et la rigidité sont accrues par la formation ou l'application d'éléments de raidis sement sur une des faces de la feuille.
Ces matériaux en feuille ont une impor tance particulière pour la construction des avions et présentent également d'autres appli cations : on peut les diviser d'une manière gé nérale en deux classes principales, à savoir, la classe des matériaux de haute résistance utili sés pour fabriquer les organes qui supportent l'effort principal dans la structure de l'avion et la classe des matériaux de moindre résistance employés pour le revêtement ou pour la pro tection des gouvernes, carénage et pièces ana logues dans lesquelles c'est la rigidité et non la résistance qui est particulièrement recher chée.
Il est particulièrement désirable dans les deux classes de ces matériaux que les éléments de raidissement fassent partie intégrante des parties en feuille de ces matériaux et ne leur soient pas fixés par des rivets ou par tout autre genre de fixation utilisant des pièces séparées.
Jusqu'à présent, les matériaux de haute résistance ont été produits avec des éléments de raidissement, généralement en forme de nervures, qui en font partie intégrante et qui sont obtenus par des opérations de refoule ment ou de forgeage ou par un usinage à par tir d'une plaque épaisse : ces différentes opéra tions sont très peu économiques et de plus la dimension des pièces qui peuvent être obte nues par refoulement ou forgeage est très limi tée.
D'un autre côté, la classe des matériaux de moindre résistance dans lesquels l'épaisseur de la feuille peut être très faible et est en gé néral inférieure à 2,57 mm ne peut être pro duite de façon satisfaisante avec des nervures faisant partie intégrante de la masse par aucun des procédés connus lorsque, ainsi que c'est le cas en général, le rapport entre la hauteur de la nervure et l'épaisseur de la feuille est environ ou supérieur à 2. Le refoulement et le forgeage ne peuvent être effectués quand cette épaisseur est faible, par exemple de l'or dre de 0,51 mm et les produits qui sont obte nus par usinage sont sujets à présenter de sé rieuses distorsions du fait des tensions internes qu'il est impossible d'éviter dans la plaque dans laquelle la feuille à raidir est découpée.
Les tentatives faites pour obtenir la forme dé sirée à partir d'une feuille plus épaisse en em ployant des cylindres de laminoir à rainures n'ont pas été couronnées de succès quand la hauteur des nervures est supérieure à deux fois l'épaisseur de la feuille. Pour pouvoir être employées de façon satisfaisante, il est néces saire que dans les feuilles le rapport entre la hauteur des nervures et l'épaisseur de la feuille soit relativement élevé. Par exemple, si l'épais seur de la feuille est égale à T, les nervures peuvent avoir une hauteur égale à 7 T. Ces nervures peuvent avoir une largeur égale à 4 T et l'espacement entre les nervures peut être égal à 80 T.
L'invention vise à fournir un procédé éco nomique permettant de produire avec lesdits métaux ou alliages légers des matériaux en feuille dont les éléments de raidissement font intégralement partie, procédé qui peut être uti lisé pour la production des deux classes de matériaux indiquées plus haut tout en présen tant une valeur particulière pour la production des matériaux de la classe à moindre résistance.
Le procédé objet de la présente invention est caractérisé en ce qu'on choisit une feuille métallique ayant une épaisseur légèrement plus grande que l'épaisseur finale désirée pour la partie en feuille du produit, en ce que l'on choi sit un certain nombre d'éléments de raidisse ment métalliques de forme allongée, en ce que l'on fait passer la feuille entre deux cylindres de laminoir qui coopèrent pour exercer une pression sur ladite feuille, l'un des cylindres présentant sur son pourtour des rainures qui correspondent chacune à un desdits éléments de raidissement, chaque rainure ayant une sec tion transversale dont la grandeur et la forme correspondent à celles de la section transver sale que l'on désire donner à l'élément corres pondant par laminage,
et en ce que l'on fait passer les éléments de raidissement en même temps que la feuille entre les cylindres du la minoir, de façon que chaque élément de raidis sement coïncide avec une rainure appropriée, l'écartement des cylindres étant réglé de façon à réduire la feuille à l'épaisseur finale voulue tout en soudant simultanément par pression chaque élément de forme allongée avec ladite feuille. Il est préférable d'effectuer les opérations de laminage à une température élevéé qui sera néanmoins inférieure aux températures des points de fusion des métaux ou alliages em ployés.
La feuille et l'élément ou les éléments de forme allongée sont, de préférence, intro duits dans le sens de la longueur entre les cy lindres du laminoir, l'élément ou les éléments de forme allongée étant perpendiculaires au plan qui contient les axes des cylindres, c'est-à- dire que ces éléments sont introduits dans le laminoir le long de la ligne de passage , bien que la feuille et lesdits éléments puissent néan moins être présentés obliquement par rapport à cette ligne de passage, si on le désire. Un nombre relativement considérable d'éléments peut être soudé avec une seule feuille, en une seule opération.
La longueur de la feuille ainsi raidie par des éléments qui en font partie inté grante produite par ce procédé n'est limitée que par des raisons de commodité et le procédé peut être appliqué sans interruption aussi long temps que les matériaux appropriés seront in troduits entre les cylindres.
Les éléments de forme allongée peuvent être des fils métalliques ayant une section droite de forme circulaire, trapézoïdale ou de toute autre forme. La section droite de chaque élément a en général une aire supérieure à celle de la section droite de la nervure obtenue finalement. On doit comprendre que les cylin dres, par la pression qu'ils exercent, entraînent une déformation des éléments qui doivent for mer les nervures pour leur donner la forme voulue tout en les soudant à la feuille. L'importance de la déformation effectuée localement à la jointure de la feuille et de la nervure correspondante dépend de la tempéra ture à laquelle s'effectue l'opération de sou- dage.
Aux températures ordinaires, c'est-à-dire à la température ambiante, il est nécessaire de produire par le laminage une déformation très importante des matériaux de départ, cette dé formation pouvant atteindre 60%, tandis qu'aux températures qui avoisinent le point de fusion du métal, une déformation faible de 5% est suffisante pour produire une soudure satisfaisante. Le degré de propreté et en par ticulier l'absence complète d'oxyde sur les surfaces qui doivent venir au contact de la feuille et des éléments de forme allongée a éga lement une action importante sur la facilité avec laquelle s'effectue la soudure et un degré de propreté plus poussé permet d'obtenir une soudure également satisfaisante à une tempé rature qui sera inférieure à celle qui serait né cessaire par ailleurs.
Il est recommandé, par conséquent, de net toyer très complètement la feuille et les élé ments de forme allongée avant de les présen ter aux cylindres du laminoir qui doivent les comprimer. Malgré la nécessité d'une grande propreté qui vient d'être indiquée, il est possi ble d'envoyer sur les cylindres un lubrifiant de façon à ne pas nuire à la soudure entre la feuille et les éléments tout en empêchant com plètement la formation d'une soudure entre la feuille ou les éléments et les cylindres du lami noir. La soudure n'est pas fâcheusement in fluencée par la réoxydation de la feuille et des éléments coopérants après les opérations de nettoyage, pourvu que leur température soit élevée rapidement et maintenue à une valeur élevée pendant un certain temps avant que ces pièces ne soient introduites entre les cylindres.
On décrira ci-après différents exemples de mise en ouvre du procédé objet de l'invention avec référence au dessin annexé, dans lequel: La fig. 1 est une vue en élévation latérale schématique montrant la production d'une feuille d'un métal de moindre résistance avec des éléments de raidissement faisant partie in tégrante de la masse.
La fig. 2 est une vue en élévation des cy lindres montrant la feuille avec ses éléments de raidissement entre lesdits cylindres. On doit comprendre que les proportions relatives des diamètres des cylindres et des élé ments de forme allongée, comme l'épaisseur de la feuille, représentés dans ces figures, ne correspondent pas à la réalité et qu'elles ont été choisies pour économiser de la place tout en illustrant de façon adéquate le procédé dé crit. De plus, la feuille avec ses éléments de raidissement représentée à la fig. 2 n'a que trois nervures, tandis que dans la pratique le nombre de ces nervures peut varier considéra blement. Par exemple, il peut y avoir jusqu'à 16 nervures réparties sur une feuille ayant 60 cm de large.
On décrira tout d'abord d'une façon gé nérale le matériel représenté dans le dessin, puis on donnera des exemples particuliers de la façon dont ce matériel peut être utilisé pour la production de feuilles raidies par des élé ments faisant partie intégrante desdites feuilles.
Dans l'exemple qui a été donné, un lami noir du type courant pouvant entraîner de façon effective deux cylindres comporte un premier cylindre inférieur cylindrique et lisse 1 du type normal et un cylindre supérieur sem blable 2 mais qui a été modifié par la forma tion d'une série de rainures périphériques 2a ayant chacune même forme et dimension en section droite que les nervures de raidissement R qui doivent être obtenues sur le produit en feuille terminé S. Un des cylindres ou, ainsi que cela a été représenté, les deux cylindres 1 et 2 sont munis d'une chemise chauffante 3 permettant de régler la température des cylin dres et sa variation en direction axiale.
On peut produire ainsi thermiquement une cambrure des cylindres à partir de la forme cylindrique initiale, cet effet venant s'ajouter à celui pro duit par toute cambrure permanente pouvant être donnée aux cylindres. Différents moyens connus peuvent être utilisés pour chauffer les cylindres 1 et 2. On emploie de préférence des coussinets chauffés par une résistance électri que parce que ceux-ci sont facilement réglables et ne risquent pas de souiller le matériau qui passe entre les cylindres.
Une température pour les cylindres comprise entre 100 et 200 C est recommandée, mais des températures compri ses dans un intervalle beaucoup plus grand sont également admissibles : le choix sera dé terminé par la température que l'on désire ob tenir dans la feuille et dans les tiges à leur point de jonction, et la facilité du réglage de la forme du cylindre et par suite de l'aplatissement de la feuille nervurée ainsi que cela est bien connu dans l'art du laminage des tôles.
Il est néces saire également que le lubrifiant soit réparti d'une façon uniforme sur les cylindres pour assurer l'égalité d'épaisseur du produit final et ce résultat sera obtenu au moyen de frotteurs absorbants 4 pressés contre les cylindres : il est bon que la pression de ces frotteurs soit élevée de façon à éviter tous dépôts indésira bles sur les cylindres et plus particulièrement dans les rainures 2a.
Le réchauffage du matériau qui doit être laminé peut s'accomplir dans un réchauffeur à accumulation (représenté dans la fig. 1) et qui consiste en principe en un bloc métallique 5 ayant une grande capacité thermique, entouré par une chemise isolante 6 et dans lequel bloc est introduit un dispositif de chauffage par ré sistance électrique 7. Un jeu de conduits lon gitudinaux 8, un pour chacune des tiges cy lindriques 9 qui doivent être soudées à la feuille 10 pour produire la feuille nervurée S, a été ménagé dans le bloc 5, l'axe de chacun des conduits étant placé dans le plan vertical médian de l'une des rainures 2a et passant par la ligne de contact des cylindres du laminoir.
Un ajutage coaxial 11 est fixé à l'extrémité agrandie 8a de chaque conduit 8 et traverse la chemise 6 dans le voisinage des cylindres 1 et 2 sur la ligne de contact de façon à diriger avec précision les tiges 9 vers les rainures 2a. Le diamètre d'un conduit 8 et du perçage dans l'ajutage 11 n'est que légèrement supérieur au diamètre de la tige 9, de sorte qu'il est possible de faire passer une quantité importante de cha leur du bloc 5 dans les tiges 9, ce qui facilite le laminage de ces tiges et le remplissage cor rect des rainures 2a par le métal. Au-dessous des conduits 8, une fente 12 pratiquée dans le bloc 5 permet le passage de la feuille 10 allant vers les cylindres 1 et 2, la chemise 6 portant une ouverture 12a correspondante.
Les dimensions de la fente 12 et de l'ouverture 12a ont été choisies de façon à laisser autour de la feuille un jeu qui sera plus grand que le jeu existant entre les tiges 9 et la paroi des con duits 8, attendu que le guidage latéral de la feuille doit être réservé à la traction opérée par les cylindres du laminoir, cette traction agissant seule ou en coopération avec une trac tion vers l'arrière appliquée au rouleau qui fournit la feuille. Les tiges 9 atteignent rapide ment la température stationnaire du bloc 5 et la situation et l'isolation de la fente 12 sont choisies de façon que la feuille 10 atteigne une température quelque peu inférieure. L'oxy dation des tiges et de la feuille pendant leur séjour dans le réchauffeur peut être réduite en opérant dans une atmosphère inerte, mais cela n'est pas indispensable.
Avec l'installation qui vient d'être décrite il est possible de fabriquer des feuilles avec des éléments de raidissement dans la masse et présentant une grande variété d'épaisseurs, de formes des nervures et d'espacements entre ces nervures (des cylindres rainurés de façon ap propriée étant substitués dans ce but au cylin dre 2 qui a été représenté), la surface infé rieure de la feuille nervurée S étant très sensi blement unie et plate comme il est nécessaire pour les surfaces extérieures des avions et au tres véhicules pour lesquels une faible résis tance à l'air et un bon aspect extérieur sont requis. La seule limite imposée à la largeur ou à la longueur du produit nervuré est détermi née par celle de la largeur des cylindres de laminoir disponibles et des grands rouleaux portant les feuilles.
Le procédé décrit présente également l'avantage qu'il est possible d'employer en com binaison plusieurs des métaux ou alliages spé cifiés, un métal ou un alliage étant employé pour la feuille et un autre métal ou alliage étant employé pour les tiges, quoi qu'il soit en général préférable pour la qualité de la sou dure d'employer le métal le plus dur pour les éléments de forme allongée. Cette dureté plus grande peut également être obtenue en tra vaillant préalablement à froid les éléments de forme allongée d'une manière plus poussée que la feuille. Ces préférences néanmoins n'ex cluent pas la possibilité d'employer un même métal ou alliage pour la feuille et pour les élé ments ou bien d'employer le métal ou alliage le plus dur pour la feuille.
On peut également employer un matériau composite ou un maté riau revêtu d'un placage pour l'un ou l'autre des deux éléments qui constituent la feuille nervurée de façon à tirer profit de l'avantage connu d'une plus grande résistance à la cor rosion présenté par un métal ou alliage revêtu d'un placage, si on le compare au même métal ou alliage sans placage.
Dans les - exemples suivants on montrera comment une feuille de moindre résistance, raidie par des nervures dans la masse, peut être fabriquée conformément au procédé dé crit en employant comme matériaux initiaux des matériaux différents dans chaque exemple.
Dans chacun des cas, la partie finie en forme de feuille S' (voir fig. 2) doit porter une série de onze nervures longitudinales R espa cées de 41,12 mm pour une largeur de la feuille de 462,6 mm, la section droite d'une nervure présentant une largeur à la base de 3,85 mm, une largeur de 2,056 mm à la hau teur de 3,6 mm et une section supérieure semi- circulaire superposée à la section inférieure trapézoïdale, de façon que la nervure ait une hauteur maximum de 4 mm au-dessus de la surface supérieure de la feuille.
Dans le premier exemple, dans lequel la partie de feuille finie S' doit avoir une épais seur de 0,82 mm, les matériaux initiaux choi sis sont une feuille 10 d'aluminium à 99 0/o de pureté et recuit, du fil métallique 9 dont la section droite a la forme d'un cercle, d'un dia mètre de 4,523 mm et en aluminium compre nant de 1,0 à 1,5 0/o de manganèse, à l'état demi-dur.
Ces matériaux sont tout d'abord' complètement dégraissés, puis les fils métalli ques sont nettoyés par une immersion de 5 mi nutes dans une solution aqueuse de soude chauffée à 40(l C, suivie d'un lavage complet, tandis que la feuille est nettoyée par un grat tage à la brosse, sur un côté seulement, dans une machine qui est employée de façon cou- rante pour produire des feuilles désignées comme ayant l'apprêt du satin . Un jeu de onze fils métalliques 9 et une feuille 10 net toyés ainsi que cela vient d'être décrit et cou pés à une longueur de<B>1,52</B> m sont introduits dans les conduits 8, dans le passage 12 et dans le bloc 5 du réchauffeur de la fig. 1 qui, dans le cas présent, a une longueur de 1,36 m.
Le bloc 5 a préalablement été chauffé à une tem pérature de 3500 C, puis a été installé de façon que les conduits 8 soient en ligne avec les rai nures 2a du cylindre 2 et que les ajutages 11 soient à une distance de 77 mm du point où les cylindres entrent en contact.
Les cylindres 1 et 2, faits de fer dur, ont une largeur de 1,028 m et un diamètre de 0,501 m ; le cylindre 2 porte onze rainures 2a ayant la même section droite et le même espa cement que les nervures R. Le cylindre 1 pré sente en son milieu un diamètre supérieur de 0,02 mm au diamètre de ses extrémités et le cylindre 2 est cylindrique. Les deux cylindres sont chauffés à une température de 110() C par les dispositifs de chauffage 3 et lubrifiés par un mince revêtement d'huile.
Après avoir séjourné pendant deux minu tes dans le réchauffeur, la feuille 10 est pous sée en prise entre les cylindres, les cylindres 1 et 2 sont mis en marche pour tourner dans les directions indiquées par les flèches de la fig. 1 ; le jeu de fils métalliques 9 est alors poussé dans les rainures 2a. Les cylindres ayant été au préalable réglés à un intervalle tel que la pression résultante réduise l'épais seur finale de la feuille 10 à 0,82 mm, ils sont mis en rotation à la vitesse de 12 tours à la minute.
Au cours de leur passage entre les cylindres, les fils métalliques 9 sont déformés pour prendre la forme des nervures R, la feuille 10 amincie jusqu'à l'épaisseur de la par tie de feuille S' et les fils métalliques soudés à cette feuille pour produire à la sortie de l'ap pareil la feuille S raidie par des nervures dans la masse.
Il convient de noter que l'allongement pro duit pour la feuille 10 et pour les fils métalli ques 9 pendant l'opération de soudure est uni forme et que la partie en feuille S' du produit final S est très sensiblement plate et sans dé formation.
Le second exemple concerne la fabrication d'une feuille intégralement raidie par des ner vures dans la masse, de manière à présenter la même forme finale que la feuille du pré cédent exemple, mais avec une épaisseur de la partie en feuille S' de 0,436 mm, avec em ploi d'alliages plus résistants.
On utilise dans cet exemple comme maté riaux de départ : une feuille d'un alliage con tenant de 3,5 à 4,8 0/o de cuivre, moins de 0,6 0/o de magnésium, moins de 1,5 0/o de sili cium, moins de 1 0/o de fer, et moins de 1,2 0/0 de manganèse, le solde étant de l'aluminium, avec un placage d'aluminium à 99 0/o de pu reté d'une épaisseur de 10 0/0, et un fil métal lique de section circulaire d'un diamètre de 4,47 mm et d'un alliage d'aluminium avec une quantité de magnésium comprise entre 1,75 et 2,75 0/o et une teneur en manganèse de 0,5 0/0. La feuille est recuite et le fil métallique est trempé demi-dur.
Ces matériaux sont nettoyés, réchauffés et laminés comme dans l'exemple 1 avec les légè res différences suivantes La température du réchauffeur est de 450,# et la période pendant laquelle les matériaux ini tiaux sont maintenus au repos dans le réchauf feur est portée à 4 minutes. Les cylindres 1 et 2 sont chauffés à une température de <B>120,1C</B> et sont lubrifiés avec du graphite col loïdal en dispersion aqueuse, ces cylindres étant bien entendu réglés à l'avance à un in tervalle tel que la pression résultante sur la feuille réduira l'épaisseur de celle-ci à 0,436 mm.
Dans une variante, le matériau en feuille initial peut avoir une épaisseur de 0,385 mm, l'épaisseur finale de la partie en feuille du pro duit nervuré étant alors de 0,321 mm.
Un troisième exemple se rapporte à la fa brication d'une feuille avec des nervures de raidissement dans la masse, de manière à pré senter la même forme finale que les feuilles des exemples précédents, mais avec une épais seur pour la partie en feuille S' de 0,77 mm, en employant pour la feuille un alliage à base de magnésium et pour les fils métalliques un alliage à base d'aluminium.
Les matériaux initiaux choisis pour cet emploi sont une feuille d'un alliage de magné sium contenant 3 0/o d'aluminium et 1 0/o de zinc à l'état de trempe douce, d'une épaisseur de 0,925 mm, et un fil métallique de section circulaire en un alliage d'aluminium contenant de 1,0 à 1,5 0/o de manganèse, à l'état de trempe demi-dure (charge de rupture à la trac tion de 1420 à 1730 kg/cm-), d'un diamètre de 4,36 mm.
Les mêmes opérations de nettoyage, de réchauffage, de laminage, de chauffage des cylindres, de lubrification de ceux-ci sont ef fectuées ainsi qu'il a été décrit dans le second exemple, mais la durée de préchauffage des matériaux est de 3 minutes, les cylindres étant réglés à un intervalle tel que la pression résul tante réduise la partie en feuille du produit fini à une épaisseur de 0,77 mm, les rouleaux tournant à une vitesse d'environ 8 tours à la minute.
Le quatrième exemple concerne la fabri cation d'une feuille raidie par des nervures dans la masse, de manière à présenter la même forme finale que dans le premier exemple, mais avec une épaisseur pour la partie en feuille S' de 1,182 mm et en employant du titane pour la feuille et pour les fils métalli ques.
Les matériaux initiaux choisis dans ce but sont une feuille de titane pur ayant une épais seur de 1,285 mm et du fil métallique de titane pur, de section circulaire d'un diamètre de 4,266 mm. Ces matériaux sont nettoyés par un grattage à la brosse, à l'aide de papier d'émeri, ou de toute autre manière connue, et sont introduits dans un réchauffeur semblable 'à celui qui a été représenté à la fig. 1, mais dans lequel on fait régner une atmosphère inerte constituée par de l'argon, par exemple, pour éviter la réoxydation des surfaces qui viennent d'être nettoyées.
Le réchauffeur est maintenu à une température comprise entre 700o C et 800o C et les matériaux initiaux sont maintenus au repos dans ce réchauffeur pendant une période d'environ 2 minutes avant d'être introduits entre les cylindres du laminoir.
Les mêmes cylindres, la même température de cylindres, le même lubrifiant que ceux qui ont été décrits pour le second exemple sont employés, et les cylindres sont réglés à une distance telle que la pression résultante réduise l'épaisseur de la partie en feuille du produit final'à 1,182 mm.
Dans tous les exemples qui ont été décrits, le produit final obtenu est constitué par une feuille présentant sur une face des nervures de raidissement prises dans la masse, les bases de ces nervures étant soudées à la partie en feuille du produit nervuré. Il arrive générale ment que le matériau qui constitue la nervure R s'étale vers l'extérieur sur les côtés de la nervure pendant l'application de la pression de soudage et forme une toile dont la face su périeure ou face visible est contenue dans le plan de la face correspondante de la partie en feuille S' de la feuille nervurée. La face in férieure de cette toile est placée au-dessous du niveau de la face supérieure de la partie en feuille et elle est également soudée au matériau qui constitue celle-ci sur à peu près la totalité de sa surface.