CH359959A - Bilame inoxydable et réfractaire destinée à être utilisée jusqu'à 650 C et procédé de fabrication de cette bilame - Google Patents

Description

  



  Bilame inoxydable et réfractaire destinée à être utilisée jusqu'à   650  C   
 et procédé de fabrication de cette bilame
 De nombreuses variétés de lames bimétalliques sont connues. Ces   bilames   sont constituées par l'association de deux bandes intimement liées l'une à l'autre, dont les dilatabilités sont assez différentes pour que la lame s'incurve sous 1'effet des changements de température.



   L'importance de la déformation de la bilame dépend de sa sensibilité, qui est définie par la relation :    V=(a,-at)    dans laquelle V est le coefficient de Villarceau ;   Oj    et   al,    les coefficients de dilatation des constituants le plus dilatable et le moins dilatable.



   L'effet bilame permet d'obtenir un déplacement et de développer un effort lorsqu'il y a variation de température ; il est utilisé souvent dans les dispositifs indicateurs, régulateurs ou de sécurité.



   L'évolution des techniques entraîne des exigences de plus en plus sévères, et pose des problèmes nouveaux. Il faut que les bilames : -puissent être utilisées à des températures relati
 vement élevées ; -aient une déflexion proportionnelle aux écarts de
 températures dans toute l'étendue du domaine
 des températures d'emploi. Dans ce cas, la courbe
        déflexion-température        est une droite ; -résistent à des atmosphères assez nocives ; -permettent la réalisation des pièces les plus
 diverses, grâce à une malléabilité satisfaisante et
 surtout à une excellente aptitude au pliage, tout
 en conservant des caractéristiques mécaniques
 suffisantes ; -aient une stabilité physico-chimique parfaite.



   Le domaine d'emploi des bilames connues est généralement limité à des températures de l'ordre de 400 à   5000,    et aucune d'entre elles ne satisfait à l'ensemble des exigences ci-dessus.



   La présente invention a pour but de compléter la gamme des bilames existantes.



   Il faut bien se rendre compte que la seule connaissance de chacun des deux alliages constitutifs   d'une    bilame ne permet pas de préjuger des propriétés de la bilame. Il est en effet indispensable, pour obtenir un fonctionnement satisfaisant, que la zone de transition entre les deux constituants assemblés à chaud, zone dont la composition chimique est mixte, possède des propriétés mécaniques et   dilatométriques    qui ne perturbent pas les prévisions. Par exemple, il semblerait à priori qu'en choisissant comme constituant le plus dilatable l'alliage ferreux bien connu à   18 O/o    Cr et   8 ouzo    Ni, on puisse avoir une bilame normalement utilisable.

   Or il n'en est rien parce que le soudage à chaud donne naissance, entre le constituant ferritique et le constituant austénitique, à une zone de transition intermédiaire martensitique instable et fragile. Seules la recherche et l'expérimentation ont pu montrer que cet inconvénient n'existe pas dans la bilame faisant l'objet de l'invention. Cette bilame est inoxydable, réfractaire, et est destinée à être utilisée jusqu'à   6500 C.    Elle est constituée par un élément peu dilatable associé à un élément très dilatable, tous deux en alliage ferreux.

   Elle est carac  térisée    par le fait que l'élément peu dilatable contient de 18 à   25"/o    de chrome et de 0, 3 à 2,   5 O/o    de cuivre, et que l'élément très dilatable contient de 40 à   50 ouzo    de nickel et de 17 à   28'0/o    de chrome. Pour fabriquer la bilame, objet de la présente invention, on peut utiliser le procédé défini par la revendication II, selon lequel ladite bilame est recuite à une température de   6500 C à 7000    C pendant au moins une demi-heure.



   L'alliage peu dilatable peut contenir au maximum :
 0, 8    /o    C   1  /o Si 1  /o Ni 1, 5  /o Mn    et l'alliage très dilatable au maximum :
 0,   5l /o    C et 1, 5    /o    Mn avec 0, 5 à 3    /o    Si.



   Ces deux alliages comportent, d'autre part, les teneurs habituelles en impuretés.



   La fig.   1    annexée reproduit les courbes de dilatation des deux alliages ci-dessus.



   La fig. 2 reproduit, en fonction de la température portée en abscisses, la courbe de déflexion de la bilame obtenue par l'association des alliages ci-dessus, cette déflexion étant le déplacement mesuré en millimètres de l'extrémité libre d'une bilame avant 100 mm de longueur et 1 mm d'épaisseur encastrée à l'autre extrémité.



   La bilame faisant l'objet de l'invention répond aux exigences posées.



   Ses déflexions sont proportionnelles aux   tempé-    ratures jusqu'à   65Qo    C.



   Elle jouit des propriétés physiques et mécaniques ci-après :
Sensibilité : coefficient de Villarceau :   V= 7 X 10-s.   



  Résistivité : à titre indicatif, 85 microhms-cm2/cm.



  Modules d'élasticité : à   200 C :    19.   500 kg/mm2   
   à 100  C :    19. 400 kg/mm2
   à 2000 C :    18. 400   kg/mm2   
   à 3000C :    17. 800kg/mm2
   à 400OC :    17.   100kg/mm2   
   à 5000C :    16.   500kg/mm2       à 6000C : 12. 100kg/mm2   
 Caractéristiques mécaniques :
Après recuit de 1/2 heure à 6500, refroidissement air :
 limite élastique : 73 kg/mm2
 charge de rupture : 85 kg/mm2    allongement : 9  /o   
Après recuit de 1/2 heure à 7000, refroidissement air :
 limite élastique :   60 kg/mm2   
 charge de rupture :

   75   kg/mm2   
 allongement.   140/o   
Taux de fatigue admissible (bilame recuite   1/2 h h   
   6500)    : à la température ambiante, S = 25 kg/mm2 environ à   300O S= 10 kg/mm2    environ à   500O    S= 1, 5 kg/mm2 environ à   6000      S =    0,   7 kg/mm2    environ
 Ainsi donc le domaine des températures d'emploi peut être étendu jusqu'à   6500 C    lorsqu'aucun effort n'est demandé, et de préférence jusqu'à   6000    C lorsque l'élément bimétallique doit exercer un effort mécanique de valeur notable.



   En pratique, certaines nuances de bilames pour lesquelles la température maximum d'emploi annoncée est de   5000    C ne sont jamais utilisées jusqu'à cette température, car la dilatabilité de certains allia  ges à    faible dilatation utilisés dans certaines bilames, comme l'invar par exemple, se relève très rapidement à partir de la température du point de Curie, au-dessus de laquelle la sensibilité diminue de façon si importante que la bilame n'a plus d'intérêt.



   Bien que son coefficient de Villarceau soit relativement faible, la bilame faisant l'objet de   l'inven-    tion présente une déflexion totale intéressante dans le domaine des températures élevées, puisque sa sensibilité se maintient constante jusqu'à sa température maximum d'emploi.



   Les constituants sont des alliages réfractaires résistant à l'oxydation et aux atmosphères sulfureuses.



   Après recuit à 650 ou   700     C pendant au moins une demi-heure, la stabilisation physico-chimique des constituants est parfaite et ses caractéristiques mécaniques sont égales ou supérieures à celles des bilames qui doivent être utilisées après étuvage à basse tem  pérature.    En particulier, l'allongement est suffisant pour permettre les mises en forme compliquées, sans risque de criques ou gerçures superficielles.



   Les propriétés énoncées ci-dessus de la bilame sont très précieuses dans certains cas :
 On citera, à titre de premier exemple, la réalisation des disques emboutis en forme de calotte sphérique qui doivent se retourner lorsque la   tempé-    rature atteint une valeur déterminée relativement élevée. On sait que le déplacement du sommet de la calotte sphérique par rapport à sa position initiale se traduit par un cycle affecté d'hystérésis, comme le montre 1'exemple représenté sur la fig. 3, qui donne en fonction de la température le déplacement en mm du sommet   d'une    calotte sphérique.

   Si la nuance de la bilame, l'épaisseur et le diamètre du disque sont judicieusement choisis, il suffit d'ajuster la profondeur d'emboutissage pour que l'équilibre des tensions provoque le retournement brusque de la calotte sphérique au chauffage ou au refroidissement à la température que l'on désire.



   Avec les bilames connues, il n'est pas possible de réaliser des pièces se retournant à température relativement élevée et présentant un écart satisfaisant entre les températures de retournement à la chauffe et au refroidissement, parce   que :    leur domaine d'emploi est limité à des températures
 de l'ordre de 5000 C, les tensions parasites ne peuvent pas être éliminées
 par de simples étuvages, leur haute sensibilité conduit à une profondeur d'em
 boutissage trop grande.



   La nouvelle bilame, qui peut être soumise à de véritables recuits, permet de résoudre facilement le problème. La faiblesse de son coefficient de Villarceau, comparé à celui d'autres bilames, devient une caractéristique intéressante.



   Un autre exemple dans lequel la bilame faisant l'objet de l'invention permet une amélioration nette est celui de la régulation des appareils à gaz de toute nature dans lesquels les bilames sont exposées à être détériorées rapidement par les flammes.



   Bien que l'on obtienne l'ensemble des   caracté-    ristiques indiquées, en utilisant tout le domaine des compositions qui ont été précisées, il est généralement préférable d'employer les compositions suivantes :
 Pour l'alliage peu dilatable :
 Cr 20 à 25    /o   
 Cu 0, 3 à 2    /o   
 Pour l'alliage très dilatable :
 Ni 43 à 48    /o   
 Cr 20 à 26%
 Dans ces limites, les exemples suivants sont spécialement intéressants :
 Exemple   1   
 Alliage peu dilatable :
   C    Si Mn Ni Cr Cu
 0,   250/o    0,   40 /o    0,   40'/o    = 0, 40% 21,5% 1, 2%
 Alliage très dilatable :

  
   C    Si Mn Ni Cr  < ,   0,) 0o/o 20/0    1,   2 ouzo    46, 5% 23%
 Exemple 2
 Alliage peu dilatable :
   C    Si Mn Ni Cr Cu
 0, 10 /o 0,   20 /o    0, 30% = 0,40% 25% 0, 4%
 Alliage très dilatable :
   C    Si Mn Ni Cr = 0,10% 1,   70/o    0, 8% 46% 21%
 Dans chacun des exemples ci-dessus, la bilame a été recuite à une température de 650 à   7000    C pendant au moins une demi-heure.



   REVENDICATIONS
   I.    Bilame inoxydable et réfractaire, destinée à être utilisée jusqu'à   6500    C, constituée par un élément peu dilatable associé à un élément très dilatable, tous deux en alliage ferreux, caractérisée par le fait que l'élément peu dilatable contient de 18 à   25 oxo    de chrome et de 0, 3 à 2,   5  /o    de cuivre, et que l'élément très dilatable contient de 40 à   50 ouzo    de nickel et de 17 à 28% de chrome.

Claims (1)

1. II. Procédé de fabrication d'une bilame inoxydable et réfractaire selon la revendication I, carac térisé par le fait que ladite bilame est recuite à une température de 6500 C à 700 C au moins une demiheure.

   SOUS-REVENDICATIONS 1. Bilame selon la revendication I, caractérisée par le fait que l'élément peu dilatable contient au maximum 0, 8'0/o de carbone, 1 /o de silicium, 1 O/o de nickel et 1, 5 /0 de manganèse.

   2. Bilame selon la revendication I, caractérisée par le fait que l'élément très dilatable contient au maximum 0, 5 O/o de carbone, 1, 5 /o de manganèse et de 0, 5 à 3"/o de silicium.

   3. Bilame selon la revendication I, caractérisée par le fait que l'élément peu dilatable contient de 20 à 25'0/o de chrome, et de 0, 3 à 2 ouzo de cuivre, et que l'élément très dilatable contient de 43 à 48 O/o de nickel et de 20 à 26 /o de chrome.

   4. Bilame selon la revendication I, caractérisée par le fait que l'élément peu dilatable contient 0, 25% de carbone, 0, 40 ouzo de silicium, 0, 40'0/o de manganèse, au maximum 0, 40 ouzo de nickel, 21, 5 O/o do chrome et 1, 2' /o de cuivre, et que l'élément très dilatable contient au maximum 0X10 /o de carbone, 2 zozo de silicium, 1, 2'0/o de manganèse, 46, 5 ouzo de nickel et 23 ouzo de chrome.

   5. Bilame selon la revendication I, caractérisée par le fait que l'élément peu dilatable contient 0, 10% de carbone, 0, 20 ouzo de silicium, 0, 30% de manga nèse, au maximum 0, 40'0/o de nickel, 25% de chrome et 0, 4 O/o de cuivre, et que l'élément très dilatable contient au maximum 0, 10'0/o de carbone, 1, 7 /o de silicium, 0, 8 O/o de manganèse, 46'0/o de nickel et 21 l /o de chrome.