CH467871A - Procédé de préparation d'un produit en béryllium revêtu - Google Patents
Procédé de préparation d'un produit en béryllium revêtuInfo
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Description
Procédé de préparation d'un produit en béryllium revêtu La présente invention a pour objet un procédé de préparation d'un produit en béryllium revêtu.
De nouvelles applications du béryllium sont apparues récemment. Elles concernent des structures ou équipe ments divers destinés aux engins aéronautiques et spa tiaux et des applications cryogéniques.
Dans ces applications, la température est, en général, limitée à moins de 500 C, mais de nouvelles qualités, liées à la surface du demi-produit utilisé, sont recher chées.
Parmi ces qualités, les suivantes sont particulièrement intéressantes, sans que cette liste soit limitative - ductibilité bidimensionnelle de demi-produits minces, - résistance au choc de particules étrangères, - résistance à la corrosion dans certaines atmosphères, - résistance à l'abrasion, - résistance au frottement de pièces tournantes, - liaisons mécaniques par diffusion de matériaux étran gers, dans des opérations telles que le brasage, le collage, etc., - bonne conductibilité électrique.
Or le béryllium ne présente pas toutes les garanties souhaitables du fait de sa sensibilité à l'effet d'entaille (ductibilité, propagation des criques), à la corrosion inter-cristalline, à la diffusion aisée de certains éléments métalliques ou gazeux, et également du fait de la toxicité des poussières fines qui peuvent en être extraites.
Les-produits en béryllium sont généralement fabri qués en partant de béryllium fritté et il est alors connu d'améliorer la résistance à la corrosion de ces produits au moyen d'un revêtement métallique. Toutefois il n'a pas été possible de mettre au point un procédé satisfai sant pour préparer des produits en béryllium revêtus de qualité améliorée, à partir de béryllium fritté. En outre, il n'avait jamais été envisagé de revêtir d'une couche métallique du béryllium venu de coulée, les propriétés de ce dernier étant très différentes de celles du béryllium fritté.
Le procédé selon l'invention est plus simple que les procédés antérieurs ; il permet d'utiliser du béryllium venu de coulée en remédiant à ses défauts tels que sa sensibilité à l'effet d'entaille, à la corrosion inter-cristalline, à la diffusion aisée de certains éléments métalliques ou gazeux et la toxicité de ses poussières fines.
Ce procédé se caractérise en ce qu'il comporte la combinaison des étapes successives de préparation d'une ébauche de béryllium à partir d'un lingot coulé, de revê tement de l'ébauche par au moins une couche d'au moins un métal ou alliage plastique, tel que l'aluminium et ses alliages, le magnésium, le zinc, l'antimoine, et de trans formation mécanique de l'ébauche revêtue, notamment par laminage, filage. étirage, martelage, à une tempéra ture inférieure à 620 C et, de préférence, comprise entre 300 et 4001, C, avec un taux de déformation permanente au moins égal à 50 % et, de préférence, compris entre 50 et 100 0/o.
Le produit obtenu par la mise en oeuvre de ce procédé constitue également un objet de l'invention.
Le métal de revêtement le plus intéressant est l'alu minium, car il ne forme pas de composés fragiles avec le béryllium.
Le développement du béryllium pur ou allié trans formé à, l'état coulé plutôt que fritté, et possédant une bonne ductibilité dans un large domaine de tempéra tures conduit à utiliser, de préférence, des températures d'écrouissage de 300 à 4000 C.
En fait, le domaine des températures possibles est plus large : la limite inférieure est celle qui correspond à une ductibilité du béryllium permettant la .transformation envisagée; elle est liée à la pureté et à la structure du matériau travaillé, et une déformation à température ambiante n'est pas exclue. La limite supérieure est la température de fusion ou de transformation irréversible du métal de revêtement ou encore la température de l'eutectique formé entre le béryllium et le métal de -revê tement, c'est-à-dire, pratiquement 600 à<B>6200</B> C pour l'aluminium pur,<B><I>5500</I></B> C pour la plupart des alliages d'aluminium, 380 à 4000 C pour le zinc, et 580 à<B><I>6000</I></B> C pour l'antimoine.
On décrit dans le mode d'exécution ci-après du procédé selon l'invention la technique utilisée dans le cas de l'aluminium courant du commerce à 99,5 0/o : cette technique est valable pour les autres métaux moyennant quelques adaptations évidentes pour l'homme de l'art.
L'ébauche de béryllium est une tôle obtenue à partir d'un lingot coulé par un procédé de. transformation à chaud sous gaine, tel que le filage ou le forgeage, suivi d'une transformation à plus basse température, sans pro tection de la surface, de manière à induire un taux d'écrouissage de 50 à 100 0/o.
La première transformation est destinée à briser la structure grossière du lingot, et la seconde, à amé liorer l'état de surface de l'ébauche et à produire un affinage supplémentaire.
La tôle de béryllium peut éventuellement, à ce stade, subir toutes opérations mécaniques ou thermiques appro priées, telles que le planage ou le sablage. Dans tous les cas, cependant, la surface laminée est de qualité suffisante sans qu'il soit nécessaire de procéder à un surfaçage profond.
L'ébauche, découpée aux dimensions convenables est ensuite décapée au bain nitrique-fluorhydrique destiné à éliminer la couche d'oxyde et les impuretés superfi cielles, puis introduite aussitôt dans une chemise sim plement constituée d'une tôle d'aluminium pliée qui avait été préalablement soigneusement dégraissée et brossée.
L'ensemble ainsi préparé est préchauffé dans un four électrique à sole chauffante à 400-600p C et, de préfé rence à<B><I>6000</I></B> C. La température de préchauffage est, en fait, au moins égale à la température de transformation, la différence entre les deux températures ne dépendant que de la température des outillages et des temps de manutention. Au bout de 15 minutes le sandwich de béryllium et d'aluminium est retiré du four et rapidement introduit entre les cylindres préchauffés d'un laminoir. La vitesse de laminage est de 10 à 20 mètres par minute, chaque passe se fait avec un taux de laminage de 10 à 15 0/0, avant réchauffage de 5 minutes à<B><I>6000</I></B> C.
Un bon placage exige un taux total de laminage d'au moins 500/o, mais l'on peut pousser jusqu'à 100 0/0. Des écrouissages plus importants peuvent être donnés si l'ébauche de béryllium a subi un recuit préalable : ils ne sont cependant pas nécessaires à la réalisation d'un bon placage.
Après l'opération de laminage, les tôles sont refroi dies lentement dans un isolant minéral, puis découpées et usinées sans autre précaution qu'une aspiration sous forte dépression des copeaux. L'écaillage des arêtes vives est considérablement réduit par la présence d'une ou plu sieurs couches de placage.
Il est possible d'effectuer des traitements thermiques en vue de relâcher les contraintes induites et d'améliorer la plasticité du métal de base. On peut, par exemple, chauffer à 5501, C durant 500 heures, ou à<B>5750</B> C durant 200 heures, ou encore à 600p C durant<B>100</B> heures. Ces traitements ont pour effet d'augmenter l'épaisseur de la couche de diffusion béryllium-aluminium dans des pro portions importantes : ils doivent donc être soigneuse ment contrôlés.
Les applications résultent des caractéristiques des produits obtenus: caractéristiques mécaniques, caracté ristiques physiques et chimiques liées à la surface des pièces plaquées, ainsi que des possibilités d'assemblage de ces produits.
On cite - Possibilité de mise en forme de produits minces, pas pliage ou emboutissage : la capacité de mise en forme à basse température, c'est-à-dire entre 200 et <B><I>5000</I></B> C, est accrue dans un rapport de l'ordre de 1 à 3 avec une couche plaquée d'une épaisseur égale à 20 à 50 0/o de celle du béryllium.
- Résistance au choc et à l'abrasion de particules la sensibilité aux défauts de surface du béryllium est supprimée. Une couche relativement épaisse de placage est souhaitable, mais il est avantageux d'utiliser un com- poisite multicouches. Les aubes de compresseur consti tuent un exemple d'applications.
- Résistance à la corrosion aqueuse et atmosphéri que: les qualités de certains alliages d'aluminium peuvent être conférées au produit composite pour des applications structurales relatives, par exemple, aux engins spatiaux et avions, ou nucléaires, relatives, par exemple, aux réflecteurs.
- Possibilité de déposer en continu, sur tôle ou feuillard en composite, une couche mince d'un métal de brasure, tel qu'un alliage d'aluminium et de silicium ou du zinc, en vue de faciliter -la jonction de bandes minces pour conducteurs électriques à basse température; la présence d'une couche continue sous-jacente d'un métal bon conducteur, tel que l'aluminium à 99 0/0, est sou haitable dans le but d'éviter une rupture partielle ou totale du conducteur.
Les exemples ci-après illustrent la mise en oeuvre du procédé selon l'invention.
<I>Exemple I</I> Placage de deux couches d'aluminium 99,5'0/o sur une tôle de béryllium coulé. Epaisseus initiale du com posite 4 mm.
EMI0002.0053
Ecrouissage <SEP> .<B>-----------------</B> <SEP> .<B>----- <SEP> ----</B> <SEP> 500/o
<tb> Recuit <SEP> ....... <SEP> ..<B>-----------</B> <SEP> .<B>---- <SEP> ------ <SEP> --</B> <SEP> 48 <SEP> heures <SEP> à <SEP> 500p <SEP> C Nouvel écrouissage de 1400/o.
L'épaisseur finale du composite plaqué est de 1,15 mm dont 800/o -sont constitués par le béryllium. Le recuit intermédiaire a pour but de restaurer la ductilité (pliage de 400 sur un poinçon de rayon 5 mm) avant nouvel écrouissage.
Selon la destination les tôles peuvent être utilisées dans l'état écroui ou recuit à<B>6000</B> C.
<I>Exemple 2</I> Composite Be-Al comportant deux tôles de béryllium coulé et trois couches d'aluminium A5.
Epaisseur totale: 3 mm. Caractéristiques mécaniques en traction
EMI0002.0060
Limite <SEP> Charge
<tb> élastique <SEP> de <SEP> rupture <SEP> Allongement
<tb> kg/mm2 <SEP> kg/mm2 <SEP> p/o
<tb> Composite <SEP> brut
<tb> de <SEP> laminage <SEP> <B>...................... <SEP> ....</B> <SEP> 24 <SEP> 24,8 <SEP> 1,3
<tb> Composite <SEP> recuit
<tb> 48 <SEP> heures <SEP> à <SEP> 600o <SEP> C <SEP> ............
<SEP> 13 <SEP> 21,1 <SEP> 2,6
<tb> Composite <SEP> recuit
<tb> 100 <SEP> heures <SEP> à <SEP> <B><I>6000</I></B> <SEP> C <SEP> <B>------------</B> <SEP> 13 <SEP> 19,7 <SEP> 3,6 Ces caractéristiques sont voisines de celles des tôles de béryllium non plaquées mais la capacité de pliage est nettement meilleure: on peut mesurer un angle de pliage avant rupture 2 à 3 fois plus important pour tôles pla quées que pour tôles nues avec le même rayon de poinçon.
La résistance au choc (essai Charpy) est également améliorée dans le rapport de 1 à 2 ou 3 par rapport au béryllium nu.
Fxehtple <I>3</I> Le placage du béryllium avec les alliages d'alu minium permet d'améliorer certaines qualités du com posite comme la résistance mécanique, la résistance à la corrosion.
Les alliages aluminium-magnésium ont été plaqués avec succès par laminage sur le béryllium coulé en limi tant la température de préchauffage à 570 C.
Claims (1)
- REVENDICATIONS I. Procédé de préparation d'un produit en béryllium revêtu, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes succes sives de préparation d'une ébauche de béryllium à partir d'un lingot coulé, de revêtement de l'ébauche par au moins une couche d'au moins un métal ou alliage plas tique, et d'écrouissage de l'ébauche revêtue à une tem pérature inférieure à 620 C et avec un taux de défor mation permanente au moins égal à 50'0/o. II. Produit obtenu par le procédé .selon la revendi cation 1, comprenant une âme en béryllium revêtue d'au moins une couche d'au moins un métal ou alliage plastique.III. Utilisation du produit obtenu par le procédé selon la revendication I pour la fabrication d'un conduc teur électrique comprenant une âme en béryllium revêtue d'un métal plastique bon conducteur, lui-même revêtu d'un métal de brasure. SOUS-REVENDICATIONS 1. Procédé selon la revendication I, caractérisé en ce qu'on utilise pour former la ou lesdites couches de revê tement au moins un des métaux du groupe formé par l'aluminium et ses alliages, le magnésium, le zinc et l'antimoine. 2. Procédé selon la revendication I, caractérisé en ce que l'opération d'écrouissage est une opération de laminage. 3.Procédé selon la revendication I, caractérisé en ce que l'opération d'écrouissage est une opération de filage. 4. Procédé selon la revendication I, caractérisé en ce que l'opération d'écrouissage est une opération d'étirage. 5. Procédé selon la revendication I, caractérisé en ce que l'opération d'écrouissage est une opération de martelage. 6. Procédé selon la revendication I, caractérisé en ce que l'opération d'écrouissage est effectuée à une tem pérature comprise entre 300 et 4000 C. 7.Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape de préparation de l'ébauche de béryllium à partir du lingot coulé comporte une transformation à chaud sous gaine. suivie d'un écrouissage à basse tempé rature avec un taux de déformation permanente compris entre 50 et 100'0/o sans protection de surface. 8. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ébauche, préparée par une opération mécanique et ou thermique, est décapée au bain nitrique-fluorhydrique, puis introduite dans une chemise en un métal ou alliage plastique préalablement dégraissée, que l'on chauffe à une température comprise entre 400 et 600 C. 9.Produit selon la revendication II, comprenant une âme composée d'au moins deux couches de béryllium séparées par au moins une couche d'au moins un métal plastique et entièrement revêtue, par au moins une cou che d'au moins un métal plastique.
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