Procédé d'extrusion par choc La présente invention a pour objet un procédé d'extrusion par choc, dans une presse à extruder à simple course, de sections métalliques d'un métal susceptible de se durcir, à partir d'un lingot dont une partie qui doit être extrudée pour achever l'opé ration peut subir un durcissement tout en étant en core dans le lingot quand on utilise de faibles vites ses du pilon de la presse. Un tel procédé peut per mettre l'extrusion à froid.
Pour que l'extrusion soit possible, il faut produire dans le métal une température suffisamment élevée pour lui donner la plasticité nécessaire.
Un lingot à extruder peut être chauffé avant d'être placé dans le logement d'une presse à extru der, ce procédé étant connu sous le nom d'extrusion à chaud.
Dans le procédé connu sous le nom d'extrusion à froid, un lingot non chauffé au préalable est placé dans le logement de la presse et soumis au choc. Le faible degré de plasticité produit par ce procédé est accompagné de températures d'extrusion comparati vement basses, qui nécessitent de fortes charges sur le pilon pour effectuer l'extrusion, d'où il résulte un durcissement considérable du métal.
Cela signifie qu'il n'est pas possible d'extruder la totalité du lin- got métallique en une seule opération au taux d'ex trusion requis et qu'un stade intermédiaire de recuit est nécessaire avant de poursuivre l'opération, ou aussi qu'il faut limiter les dimensions du lingot qui doit être extrudé en une seule opération.
Par conséquent, s'il est possible d'éliminer le durcissement pendant l'extrusion, le stade de recuit devient inutile et une déformation maximum peut être obtenue avec une énergie minimum. Le durcis sement du métal qui se produit pendant l'extrusion peut être évité en agissant sur la vitesse d'attaque du pilon, cette vitesse étant avantageusement maintenue constante pendant l'extrusion.
Quand on frappe un lingot métallique avec des vitesses relativement faibles du pilon, une portion du lingot dont l'extrusion est nécessaire pour com pléter l'opération peut se durcir quand elle est en core dans le lingot. Un des buts de l'invention est de permettre l'extrusion d'un lingot métallique en empêchant le durcissement à l'intérieur du lingot.
Le procédé objet de l'invention est caractérisé en ce qu'on actionne la presse du début à la fin d'une simple course d'extrusion à une vitesse du pilon supérieure à la plus haute desdites faibles vites ses pour lesquelles se produit un durcissement de ladite partie du lingot.
La figure unique du dessin annexé montre la courbe de la contrainte réelle, portée en ordonnée, en fonction de la tension réelle de la matière sou mise au refoulement, portée en abscisse.
On connaît une méthode pour déterminer la pres sion<U>minim</U>um nécessaire sur le pilon pour l'extru sion d'un lingot métallique. Cette détermination fait intervenir l'équation
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dans laquelle Y est la pression de charge du pilon pour une surface de la face de la matrice de 6,45 cm2, y est la limite d'écoulement du métal, z est la différence entre la charge de rupture maximum (relative à la surface initiale)
et la charge de rupture réelle (relative à la surface réelle de la section ex trudée), tous ces facteurs étant exprimés dans une même unité, et 0 est le taux d'extrusion, c'est-à-dire le quotient de la surface du lingot par la surface de la section refoulée désirée.
De nouveaux essais ont montré que cette équa tion peut s'écrire plus avantageusement <I>Y = (a</I> -1- <I>b)</I> 4n où a est la contrainte réelle pour une tension maxi mum Emax du spécimen, b est égal à cette con trainte a multipliée par cette tension smaX , et 0 est le taux d'extrusion. La tension s est exprimée par l'allongement que subit le spécimen travaillant à la traction sous l'effet de la charge, en fonction de sa longueur initiale.
La valeur maximum Emax de cette tension correspond au point de rupture du spécimen.
Cette expression peut se mettre sous la forme Y = K (a -I- a Em@x) 4O#33 K étant une constante numérique qui est égale à 1,9 pour des sections pleines régulières, à 2,1 pour des sections tubulaires régulières, à 2,3 pour des sec tions pleines irrégulières, et à 2,5 pour des sections creuses irrégulières.
La première équation indiquée plus haut con tient comme facteur la racine cubique du taux d7ex- trusion. On a trouvé maintenant, après de nouveaux essais portant sur une grande variété de matériaux de départ ou de lingots métalliques, que bien que la solution de cette équation donne de bons résul tats pour l'extrusion quand on donne au pilon la charge correspondant à la pression minimum ainsi calculée,
on peut obtenir une plus grande efficacité du procédé d'extrusion si l'on prend en considération la racine quatrième du taux d'extrusion à la place de la racine cubique.
Il s'ensuit que l'équation
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ou Y = K (a -E- a Em,X) 40a3 doit être remplacée par l'équation Y = K (a -f- a Em,,x) 40.2' <B>ou Y</B> = KCZ (1 -i- Emax) A''" a étant à nouveau la contrainte réelle donnée sur la courbe représentée au dessin pour la valeur maximum de la tension amyx obtenue dans un essai de traction.
On sait qu'il existe un autre facteur qui joue un rôle dans l'extrusion à froid, et qui est la vitesse d'attaque du pilon, c'est-à-dire la vitesse de ce pilon quand il frappe le lingot métallique. Une fois que la charge minimum du pilon a été calculée comme indiqué plus haut, il est désirable de régler la vitesse d'attaque du pilon jusqu'à ce que les températures produites dans les plans de glissement puissent être à leur tour contrôlées de manière à augmenter ou diminuer le durcissement admis du métal.
Une très forte vitesse d'attaque entraîne des températures très élevées dans les plans de glissement d'où résulte une extrusion donnant un métal complètement recuit. Des vitesses et températures peu élevées produisent un durcissement modéré. On peut réaliser ainsi un contrôle des propriétés physiques des articles finis.
Cette méthode connue n'enseigne pas comment obtenir la vitesse du pilon autrement que par la méthode dite des essais et erreurs , et le principal but de la présente invention est de fournir une mé thode simple permettant d'obtenir préalablement la vitesse du pilon minimum requise.
On savait qu'il existe une vitesse minimum criti que du pilon à laquelle ou au-dessus de laquelle le métal du lingot cesse de présenter les propriétés de durcissement rencontrées jusqu'ici. Ce fait a été con firmé à nouveau.
La vitesse à laquelle le métal est déformé pendant l'extrusion peut être décrite comme une déformation en fonction de la vitesse exprimée, par exemple en centimètres par cm/sec., et, sur une base théorique qui ne tient pas compte du change ment réel de la dimension du lingot, cette expression est entièrement correcte. Cependant, comme il est parfois difficile de mesurer les valeurs à partir des quelles la déformation fonction de la vitesse est cal culée, on se réfère ici non à la vitesse de déformation par unité de longueur du métal, mais à la vitesse du pilon qui déforme le métal ou, en d'autre mots,
à la vitesse de compression, étant entendu que la vitesse de déformation du métal est une valeur cri tique, quelle que soit la terminologie employée. Il est connu que le module d'élasticité peut être utilisé comme une propriété du métal pour déterminer aisé ment les vitesses du pilon pour refouler ce métal.
Si la vitesse du pilon au point d'impact d'un lin got à refouler est au-dessus de la vitesse critique pour le métal en cause, des lingots de plus grand volume peuvent être extrudés avec de forts taux d'ex trusion par une seule course du pilon.
Pour déterminer la vitesse du pilon pour l'extru sion de divers métaux, il est évidemment nécessaire de connaître quelque chose du métal ainsi que le taux d'extrusion désiré. Les propriétés nécessaires du métal peuvent être tirées d'une courbe ordinaire donnant la charge réelle en fonction de la tension réelle qui est établie pour la plupart des métaux.
De telles courbes sont établies en soumettant un spéci men à la traction jusqu'à sa rupture, en détermi nant les augmentations de la charge requises pour produire les augmentations de la traction et en tenant compte du changement de la section transversale du spécimen résultant de la charge. Si de telles cour bes ne sont pas connues, par exemple pour un nouvel alliage, il est possible de les établir par les méthodes connues. Une fois cette analyse faite, les réglages de la presse pour l'opération selon le présent pro cédé sont tout à fait faciles et s'effectuent simple ment.
On sait que la pression du pilon à vitesse cons tante est proportionnelle à une fonction du taux d'extrusion, et qu'à ce taux d'extrusion constant elle est inversement proportionnelle à une fonction de la vitesse
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On admet maintenant que pour être capable de déterminer par le calcul la vitesse critique minimum désirée du pilon pendant l'extrusion, l'équation sui vante peut être employée
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et que cette équation peut être utilisée avec succès pour l'extrusion à froid des métaux qui sont suscep tibles d'une déformation plastique, bien qu'on pré fère utiliser seulement cette équation quand il s'agit de ces métaux dans l'état. de recuit.
La vitesse minimum du pilon nécessaire pour l'extrusion à froid d'un lingot métallique est donc obtenue par la solution de cette équation dans la quelle Y est la pression de charge minimum du pilon pour une surface de la face de la matrice de 6,45 cmL, MR le module d'élasticité, e = 2,718... (base des logarithmes népériens), 4 le taux d'extru sion, C = a où a est la contrainte réelle au maxi- MR mum MR EmZx de la tension du spécimen, et VR la vitesse minimum du pilon.
Cette équation est égale ment illustrée par le dessin annexé.
Comme on l'a vu plus haut, avant de déterminer la vitesse minimum du pilon en résolvant la précé dente équation, on commence par déterminer d'abord la pression minimum sur le pilon requise pour le refoulement, en résolvant l'équation Y = Ka (1 -f- am;
@x) @o.2s Envisageons, à titre d'exemple, la détermination de la vitesse minimum du pilon requise pour l'ex trusion d'un tube obtenu à partir d'un lingot d'alu minium pur, c'est-à-dire d'une pureté de 99,6 à 99,8 %. On suppose qu'on désire obtenir un tube extrudé ayant un diamètre externe de 1,82 cm à partir d'un lingot ayant un diamètre de 4,45 cm, une longueur de 7 cm et un trou de l,82 cm, soit une surface de 12,
9 cm2. La surface du tube extrudé représente les 2 % de la surface du lingot, ce qui donne un taux d'extrusion égal à 50. II faut noter que, avant de pouvoir résoudre l'équation ci-dessus, des essais de tension et de compression doivent être effectués sur le métal.
Ces essais effectués sur le lin got défini ci-dessus ont donné une contrainte a, telle qu'elle est définie plus haut, de 1181 kg/cm2, et une tension e = 0,422.
On applique d'abord l'équation Y = 2,1 a (1 -I- Emax) 4o.2,1 qui donne
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Par conséquent, si un lingot d'aluminium de di mensions ci-dessus, doit être extrudé, et si le taux d'extrusion est égal à 50, une pression de charge minimum de 9370 kg/cm2 doit être prévue sur la face de la matrice.
La formule donne Y pour une surface de 6,45 cm2. Comme la surface du lingot, dans le cas présent, est de 12,9 cm2, la charge mini mum totale du pilon doit être de 9370 - 2 = 18 740 kg On peut résoudre maintenant l'équation pour déterminer la vitesse minimum VR du pilon.
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En substituant aux lettres les valeurs obtenues plus haut, et en prenant pour MR, effort de défor mation plastique la valeur 630 kg/em2, et pour C, égal à la charge divisée par MR, la valeur 1,88, on obtient finalement<B>:</B> VR, = 9,2 cm/sec.
On peut voir ainsi que, pour obtenir l'extrusion d'un lingot d'aluminium pur des dimensions don nées plus haut, il est possible avant l'extrusion de prévoir la pression minimum et la vitesse minimum du pilon, cette dernière étant de 9,2 cm/sec. dans l'exemple ci-dessus.. Il faut remarquer cependant que l'équation ci-dessus donne la charge minimum et la vitesse minimum, et que pour effectuer l'extrusion réelle il est avantageux d'utiliser une pression légè- rement supérieure,
de 5 à 10 % par exemple, à la pression<B><U>minim</U>um</B> calculée.
Les meilleures extrusions sont obtenues à des vitesses légèrement supérieures à la vitesse VR cal- culée. Cela est dû à la disposition cristallographique des diverses. parties du lingot, qui est telle que la vitesse VR calculée n'est pas suffisante. Cette aug mentation de VR assure la compression de.l'ensem- ble du lingot à la vitesse satisfaisante.
Une grande augmentation de VR produit des effets de chauffage depuis la matrice, d'où résultent de mauvaises ex trusions, dues en partie à des, problèmes de lubri fication. On a trouvé pratiquement que la vitesse calculée doit être dépassée d'environ 20 à 25 0/0.
Envisageons comme second exemple un alliage de magnésium, de silicium et d'aluminium, le lingot à extruder ayant les mêmes dimensions que celui du premier exemple et le taux d'extrusion requis étant également de 50. On a : 4 = 50, MR = 787,5 kg/ <I>ce,</I> a = 1386 kg/cm2 et emnx = 0,409. En appli quant l'équation Y = 2,1 a (1 -@ Emay) Do#25 on obtient: Y - 10 930 kg/cm2 La charge de pression minimum requise sur le pilon sera donc de 10 930 - 2 = 21 860 kg.
Pour obtenir la vitesse minimum du pilon, on applique à nouveau l'équation
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On obtient finalement VR = 10,5 cm/sec.