Procédé de fabrication d'un alliage d'aluminium et alliage obtenu par ce procédé Dans le but d'obtenir des alliages d'aluminium résistant à la corrosion par l'eau sous pression à haute température, divers auteurs ont étudié des alliages Aluminium-fer-nickel. On peut citer princi- palement Draley et Ruther, Carlsen, Dillon, Wilson et Troutner.
Ces divers auteurs ont étudié des alliages dont les teneurs en chacun des deux éléments d'addition s'échelonnent de 0,2 % à 2 %. Dans tous les cas les alliages étaient obtenus par des procédés de fon derie et étudiés dans cet état. Leur structure est dé crite comme étant formée d'un réseau de constituants en phases séparées entourant les gros grains de fon derie constitués par une solution solide à peu près homogène.
La tenue à l'eau à haute température dépend, pour un alliage de composition centésimale déter minée, de la régularité de répartition des éléments d'addition, et en particulier pour ceux qui sont in solubles, de la finesse de leur dispersion, sous forme de constituants en phases séparées, dans la matrice que constitue la solution solide.
II est donc essentiel d'assurer la dispersion la plus fine possible de ces constituants dans la struc ture soumise à l'attaque ou au moins d'assurer, par une opération contrôlée, la dimension du motif de répartition.
Un procédé connu pour assurer une répartition fine consiste à provoquer cette répartition fine au cours de la solidification des ébauches de fonderie qui ser viront à la fabrication des pièces finies. On peut y arriver en solidifiant rapidement ou en ajoutant des éléments favorisant cette répartition fine (le titane, par exemple). Mais ces procédés ont un effet limité, notamment quand ils sont appliqués à des lingots de dimensions industrielles courantes (par exemple, diamètre dépassant 200 mm ou épaisseur dépassant 100 mm).
La présente invention a pour objet un procédé de fabrication d'un alliage d'aluminium et de fer et/ou de nickel, apte à résister à l'eau sous pression à haute température. Elle a également pour objet l'alliage obtenu par ce procédé.
Le procédé selon l'invention est caractérisé en ce qu'on prépare de la grenaille d'aluminium conte nant de 0,05 à 4 % de fer et/ou de nickel, on com prime à chaud cette grenaille pour former une masse d'alliage et on extrude cette masse d'alliage pour provoquer un effet de cisaillement, au moins dans la partie de celle-ci adjacente à sa surface.
La compres sion de la grenaille et l'effet de cisaillement sub séquent assurent une distribution et fine dispersion du métal allié à l'aluminium, la partie soumise à l'effet de cisaillement de la masse extrudée présen tant une résistance accrue à la corrosion par de l'eau à haute température.
Dans les cas particuliers où la mise en neuvre des alliages selon l'invention amènerait à considérer les surfaces des produits demi-finis comme étant seules à être exposées à la corrosion, on pourrait se conten ter d'assurer cette structure sur une peau, ou une écorce d'épaisseur suffisante dans ces demi-produits.
Ce serait le cas de tôles ou de barres dont le mon tage et l'utilisation ne mettraient en aucun cas en contact avec le milieu corrosif ni la tranche, ni le ceeur. Cette peau devrait avoir de préférence une épaisseur minimum de 1 mm au moment de la mise en place définitive, déduction faite de toutes pertes éventuelles d'épaisseur par opérations de finition tel les que décapage ou polissage.
Les avantages des alliages obtenus selon l'inven tion sont notamment les suivants - la possibilité de résister à l'action de l'eau à 350 C sous<B>160</B> kg/cm-' de pression de telle ma nière qu'après 5000 heures de contact aucune détérioration ne soit sensible ; - la possibilité, grâce à la faible teneur en nickel de résister correctement à la corrosion par l'eau à froid.
Ce point est très important en utilisation pratique puisque les appareils fonctionnant à haute température doivent également supporter sans inconvénient le contact de l'eau froide pen- dans les arrêts. Une forte teneur en nickel amènerait à froid une corrosion notable par pi qûre de ces alliages au contact de l'eau ; - le comportement très homogène de la surface supprimant tout effet de corrosion localisée, grâce à la répartition très uniforme des consti tuants, en phases séparées, protecteurs.
Les alliages doivent avoir une teneur en silicium aussi faible que possible et de préférence inférieure à 0,01 %. Les teneurs en impuretés principales zinc, magnésium, manganèse doivent être de préfé rence inférieures à 0,005 % et la teneur en cuivre de préférence inférieure à 0,01 %.
Par ailleurs, la. finesse de répartition des cons tituants en phases séparées étant une des caractéris tiques essentielles de ces alliages, pour l'obtenir dans les produits finis ou demi-finis, il est nécessaire que les produits de départ, servant à l'élaboration des alliages possèdent déjà une répartition relativement fine.
A cet effet, la grenaille peut être obtenue par éjection et solidification rapide d'un alliage fondu ayant la composition centésimale désirée.
La solidification dans chaque gouttelette d'alliage est généralement suffisamment rapide, pour que la répartition des constituants en phases séparées soit très fine, et d'un motif inférieur à celui des particules constituant la grenaille. En réglant les conditions de l'éjection et en tamisant la grenaille à une granulo métrie définie, on assure une répartition des cons tituants en phases séparées suivant un motif de di mension inférieure à une limite fixée à l'avance.
On peut également obtenir la grenaille à partir de grains d'aluminium non allié (de pureté contrôlée) sphériques ou mieux lamellaires, chaque grain étant enrobé dans un métal d'addition. On peut assurer l'enrobage chimiquement, les grains d'aluminium ca librés, sphériques ou lamellaires étant traités par un procédé chimique par exemple cémentation, assurant le dépôt à leur surface d'un revêtement du métal d'addition ou d'un composé de ce métal capable de s'allier à l'aluminium, soit directement dans le cas du métal, soit après réduction dans le cas du com posé en- formant la phase recherchée.
Les grains ou lamelles d'aluminium ainsi enrobés par voie chi mique sont ensuite séchés et soumis à un traitement à chaud assurant une diffusion intermétallique ou bien une réduction suivie d'une telle diffusion. On peut également enrober les grains méca niquement. Dans ce cas, on pulvérise finement le ou les métaux d'addition (au bocard puis au broyeur à billes ou tout autre procédé connu) en poudre par exemple de 1 à 5 1i.
La poudre formée est ensuite ajoutée aux grains d'aluminium en quantité dosée pour obtenir la com position centésimale recherchée sur le produit final, et le mélange est placé dans un cylindre rotatif, avec une quantité relativement faible de billes, puis sou mis à rotation à vitesse relativement lente, pendant un temps suffisant pour que la totalité de la nouvelle phase soit incrustée à la surface des grains d'alu minium.
On peut également enrober mécaniquement les grains d'aluminium avec un composé ou un mélange de composés métalliques réductibles par l'aluminium et donnant avec lui la phase recherchée.
On procède, de préférence, ensuite à un chauf fage pour assurer la réduction ainsi qu'une diffusion intermétallique. Si la réduction entraîne un dégage ment gazeux (par exemple dans le cas où le composé utilisé est un carbonate ou un oxalate) les grains ou lamelles enrobés sont soumis à ce traitement de ré duction et de diffusion avant la compression à chaud. Mais si le composé utilisé ne produit pas de dégage ment gazeux (oxydes par exemple), ce traitement de réduction peut être fait à un stade quelconque du procédé.
Dans le cas où les grains ou lamelles d'alumi nium sont enrobés d'un composé susceptible d'être réduit par l'aluminium pour donner la phase re cherchée, la réduction produit aussi des films d'alu mine qui, de leur côté, modifient les propriétés mé caniques de la structure finale, notamment en aug mentant la limite élastique et la résistance méca nique, ainsi que la résistance à la déformation à chaud, comme cela est connu.
Il est possible d'ob tenir simultanément par le procédé selon l'invention une tenue améliorée à l'action de l'eau à haute tem pérature, et une tenue satisfaisante à la corrosion à la température ordinaire d'une part, et une tenue mécanique améliorée d'autre part. La dimension des grains ou lamelles d'aluminium, compte tenu de la transformation ultérieure et de la position de l'opé ration de réduction au cours de la transformation, fixe le niveau des propriétés mécaniques qui seront finalement atteintes.
Ainsi qu'on l'a dit précédemment, la grenaille d'aluminium et du métal d'addition est comprimée à chaud et ensuite extrudée.
On sait que la transformation par extrusion en traîne un cisaillement intense dans certaines régions du conteneur, qui provoque une nouvelle répartition des constituants en phases séparées, entièrement dif férente de celle qui existait sur l'ébauche solidifiée.
Avec la technologie traditionnelle de l'extrusion, ces régions de cisaillement intense sont assez limi tées, et la structure avec répartition. nouvelle et fine des constituants en phases séparées-est limitée, sur les produits filés, à une écorce superficielle très faible au début du filage, et dont l'épaisseur croit à mesure que le filage se poursuit.
On constate donc, pour un même lingot d'un alliage de composition déterminée, que les produits laminés d'une part (c'est-à-dire n'ayant pas béné ficié de la répartition associée au filage), et les pro duits filés d'autre part, n'ont pas la même tenue à l'eau à haute température. Pour les produits filés, la surface a une tenue supérieure à celle du laminé, mais le c#ur de la section du produit a une tenue qui se rapproche de celle du laminé.
Dans le procédé décrit, la répartition des consti tuants en phase séparée est obtenue ainsi qu'on l'a indiqué par la multiplication des zones de cisaille ment dans l'alliage en cours d'extrusion.
Par exemple on peut s'arranger pour qu'aux ci saillements dans le conteneur s'ajoutent des cisaille ments dans la filière proprement dite en provoquant des déviations et des strictions dans le flux d'écoule ment, avant l'orifice de sortie proprement dit. De cette manière, la totalité de la section filée subira la répartition nouvelle des constituants en phases sé parées.
On va décrire ci-après divers exemples des al liages aluminium-fer, aluminium-nickel et aluminium- fer-nickel et de leurs procédés de préparation, objet de l'invention.
Les exemples I à IV se rapportent au procédé de préparation du produit de départ. <I>Exemple 1</I> On ajoute à de l'aluminium liquide de pureté A9 (Si<B> < </B> 0,01<B>%),</B> 1 % de fer et 0,1 % de nickel. Le métal liquide est éjecté en grenailles qui sont ta misées à la dimension inférieure à 300 #t. Ces grenailles sont comprimées à froid à 100kg/mm2, puis à 6000 C à 50 kg/mm- et extrudées à 6000 C avec un rapport de filage de 20. Les ébau ches sont ensuite laminées et amenées à une épais seur de 1 mm, puis recuites.
A la surface des tôles ainsi obtenues, comme à coeur, l'épaisseur du film d'attaque est inférieure à 10 u après 10h. dans l'eau à 360,1 C, alors qu'une tôle de même composition, obtenue par laminage d'un lingot solidifié par les procédés classiques, pré sente un fil d'attaque de 150 à 200 I, dans les mêmes conditions d'exposition. <I>Exemple 11</I> Des lamelles d'aluminium de pureté A5 (Si = 0,15 %, Fe<B>=</B> 0,30 %) d'épaisseur 15 à 20 R, sont recuites dans l'air à 3500 C pour dégraissage.
Par ailleurs, le composé A13Fe a été préparé par fusion puis pulvérisé et broyé en particules de 1 à 3 1t. Cette poudre a été ajoutée aux lamelles d'alu minium en quantité suffisante pour que la teneur totale en fer, dans le mélange, soit de 1,3 %.
7 kilos de mélange sont introduits dans un broyeur de diamètre 700 mm et de capacité 40 litres, avec 70 kg de billes d'acier de diamètre 10 mm, tournant à 17 t/minute pendant 3 h. La. totalité de la poudre A13Fe était à la surface des lamelles.
Les lamelles enrobées ont été comprimées à froid, puis à 6200 C, et filées à 5000 C, avec un rapport de filage de 20. Les ébauches sont ensuite laminées jusqu'à 1 mm, puis recuites.
Après 10 h. dans l'eau à 360,1 C, la profondeur d'attaque est de 15 u environ. Le film d'attaque est régulier, qu'il s'agisse de la surface ou du c#ur de l'éprouvette.
Des- éprouvettes de même composition, mais ob tenues par laminage à partir d'une ébauche coulée par les procédés classiques de fonderie, montrent après 10 h. dans l'eau à 3600 C, un film de 150 à 200 u avec corrosion intergranulaire.
Dans les mêmes conditions, des éprouvettes en A5 obtenues par laminage à partir d'un lingot coulé ou d'un fritté de lamelles non enrobées, sont entière ment détruites. <I>Exemple 111</I> Des lamelles identiques à celles de l'exemple II sont enrobées par une poudre de FeC03 de 2 à 4 #t de finesse, en quantité suffisante pour que la teneur en fer finale soit de 1,3 %, l'enrobage étant fait exactement dans les mêmes conditions mécaniques que pour l'exemple II.
Après enrobage, les lamelles sont comprimées à froid à 40 kg/mm2, la masse comprimée est chauf fée à l'air à 620 C pendant 3 h., puis comprimée à cette température et filée à 5000 C avec un rapport de filage de 20.
Après laminage à 1 mm et recuit, les éprouvettes ont en surface et à c#ur la même tenue à l'eau chaude après 10 h. à 3600 C, le film d'attaque uni forme est d'environ 15 @,.
Par ailleurs, la contrainte admissible pour pro voquer un allongement inférieur à 0,1 % à 3000 C, est au moins de 10 à 20 % plus haute pour les éprouvettes laminées à partir des lamelles enrobées de FeC03, que pour celles obtenues à partir du lingot coulé de même composition.
Des éprouvettes en A5 sont, dans ces conditions, entièrement détruites. <I>Exemple IV</I> Des résultats identiques à ceux qui précèdent sont obtenus avec un fritté obtenu par enrobage de lamelles en A5 de 15 [, d'épaisseur avec F%03 , en quantité suffisante pour que la composition finale soit 2,3 % Fe, avec 0,15 % Si. Après enrobage, les lamelles sont comprimées à froid à 40 kg/mm2, la masse comprimée étant chauffée à l'air à 6201, C pendant trois heures et ensuite comprimée à ces tem pérature et pression, et filée avec un rapport de filage de 20.
La tenue en surface et à c#ur des éprouvettes est satisfaisante alors que les témoins de même composition obtenus par fonderie et laminage sont très attaqués.