Brevet FR2141568A1 — publié le 19730126

La présente invention concerne des articles métalliques composites. En particulier, l'invention concerne un procédé do préparation d'un article métallique composite selon lequel le recuit ne provoque pas une croissance de grains excessive dans l'un ou dans plusieurs constituants, et les articles préparés par ce procédé. Les articles composites comprenant des métaux différents sont très intéressants du point de vue commercial car on peut obtenir dans un article composite les caractéristiques intéressantes du noyau et des substances de placage par exemple. Dans un alliage simple, il est fréquent qu'on ne puisse pas modifier beaucoup, par l'alliage ou les traitements thermiques, par exemple,de nombreuses propriétés telles que le module d'élasticité, la couleur, la densité et la résistance en combinaison avec une conductivité thermique ou électrique élevée. Cependant, par la formation des composites, on peut former des propriétés apparentes du placage en conservant les propriétés apparentesdela substance formant le noyau. Ainsi, on peut souvent obtenir des propriétés fortement modifiées et très intéressantes par rapport à l'alliage simple. Par exemple, un alliage à base de fer présente l'avantage d'une résistance et d'une formabilité à froid élevées. Par la formation de composites à base de fer, on peut conserver ces propriétés intéressantes en engendrant des propriétés du placage telles que résistance à l'usure, couleur, oxydation, conductivité ou résistance au ternissement et finissage fin, c 'est-à-dire qualité de surface. Les diverses utilisations de ces articles composites précités peuvent être par exemple : échangeurs de chaleur, matériel électrique, matériel de construction, ustensiles, pièces pour automobiles, containers pour navires et décoration. Cependant, au cours du recuit des articles composites, après formage, il peut se produire une croissance de grains excessive dans le constituant ayant la température de recristallisation ou le point de ramollissement le plus bas, car la température de recuit est la température nécessaire pour effectuer la recristallisation dans le constituant comprenant le métal ou alliage ayant le point de ramollissement ou de recristallisation le plus élevé. Ainsi, il peut se produire une croissance de graines excessive dans le métal à point de ramollissement inférieur, en fonction des points de ramollissement relatifs des constituants métalliques différents. En conséquence, il peut se former une surface inappropriée aux applications commerciales au cours du traitement mécanique ultérieur tel qu'étirage ou autres opérations de formage. C'est pourquoi l'invention a pour objet principal un nouveau procédé amélioré de préparation d'articles métalliques composites et les articles préparés par ce procédé. L'invention a en outre pour objet un procédé tel que précité, ce procédé & nt simple, rapide et facile à mettre en oeuvre. L'invention a également pour objet un procédé tel que précité, permettant d'éviter les nombreux inconvénients et limitations liés à la formation des articles composites usuels ayant des constituants métalliques différents. La demanderesse a dicouvert selon l'invention que l'on pouvait facilement atteindre les objectifs précédents. Le procédé selon l'invention évite facilement les inconvénients de la technique et consiste en un procédé simple et commode pour l'obtention d'articles métalliques composites facilement utilisables. Le procédé selon l'invention comprend : A la préparation d'un composite métallique en une pièce,écroui à froid, dont le constituant ayant le point de ramollissement inférieur est un laiton contenant de 5,0 à 35,0% de zinc qui comporte un élément inhibant la croissance des grains et B le recuit desdits composites. I1 est préférable,mais non nécessaire,de lier ensemble les constituants précités du composite selon le procédé décrit dans le brevet des E.U.A. NO 3.381.365, car il est difficile de préparer un article métallique composite ayant un noyau à base de fer, en raison de la formation d'oxydes à la fois adhérents et floconneux, aux températures modérés ou élevées nécessaires pour le laminage à chaud. Cette couche d'oxyde a fréquemment tendance à se détacher au cours du laminage à chaud, mais peut rester et cause souvent des problèmes sérieux. En bref, le procédé décrit dans le brevet précité consiste à chauffer le noyau à base de fer, ledit noyau ayant une épaisseur inférieure à 12,7 mm, à une température comprise entre 149 et 7320C, à laminer ensemble ledit noyau et le placage à une vitesse d'au moins 30,5 m/mn, en un passage, à un taux de réduction de 35 à 75%, ledit noyau et ledit placage étant réunis la première fois dans l'emprise des rouleaux, ledit placage ayant une épaisseur inférieure à 6,35 mm, et étant mis en contact avec le rouleau avant sa mise en contact avec le noyau à base de fer. I1 est nécessaire que l'angle compris entre le noyau et le placage soit supérieur à 50 au moment de la pénétration entre les rouleaux, l'angle étant de préférence supérieur 10o. Un angle supérieur à 100 permet ausplacagesde ne pas se réunir au coeur du composite avant l'emprise des rouleaux. Àu noient do la pénétration entre les rouleaux le placage et le rouleaux sont ontratnés à de vitesses linéaires différentes lors que la sortis des rouleaux, ils vont i la marne vitesse en raison de la réduction de l'épaisseur des composites.La différence des vitesses d'en traînement des rouleaux et du placage on combinaison avec la mise en contact au préalable du placage et des rouleaux, provoque des déformations par cisaillenent et introduit un cisaillement dans l'emprise des rouleaux et dans l'interface noyau-placage. La déformation parcisaillement dans cet interface provoque un écoulement turbulent Q matériau, ce qui permet une liaison plus intime par accroissement de la surface linéaire interfaciale du composite d'au noirs 20%. On doit en outre noter que la surface inter faciale entre le noyau et le placage est caractérisée par l'absence de diffusion interatomique entre le noyau et le placage. Naturellenent, on peut également utiliser d'autres procédés de liaison du placage à un noyau à base de fer ou à n'importe quel autre noyau. Ainsi, il n'est pas nécessaire d'appliquer des limitations telles que l'épaisseur du noyau et du placage. Les alliages i basede fer que-l'on peut employer comprennent, mais sans lisitation, les matériaux suivants : fer de haute pureté, alliages du type fer-carbone, fer-manganèse, fer-nickel, fer-chrome, et fer-nickelchrome etc. Les alliages de placage sont choisis parmi les laitons contenant un élément inhibant la croissance des grains et de 5,0 à 35,0% de zinc, le reste étant essentiellement du cuivre. La demanderesse a découvert de façon surprenanbW selon l'inven tion, que l'on peut préparer un article composite métallique en une pièce dans lequel la taille de grain obtenue, après recuit, du laiton de placage à point de ranollissement inférieur, a une valeur appropriée à un traitement mécanique ultérieur, en raison de la présence d'un inhibiteur de croissance de grains dans le laiton de placage. On peut préparer ainsi un composite ayant une qualité appropriée à une utilisation économique. Par exemple, la tendance à la formation de peau d'orange après divers traitements est éliminée, ce qui assure une surface de qualité élevée ayant une apparence agréable. La fonte et la coulée du laiton n'ont pas d'influence particulièrement critique et peuvent être effectuées selon les procédés industriels usuels. On peut utiliser selon l'invention divers inhibiteurs de croissance de grains. Il est facile d'utiliser des éléments tels que par exemple, le fer, le cobalt, le phosphore, le calcium et leurs mélanges, le f-entage étant compris de préférence entre 0,4 et 3,0%, le pourcentage de cobalt entre 0,1 et 1,570, le pourcentage de phosph..::e atteign t 0,1% et celui de calcium atteignant 0,1%, Ainsi, après formage du composite métallique, le laiton de placage à point de ramollissement inférieur ne présente pas une croissante de grains nuisible lorsque l'on recuit le composite à une température suffisamment élevée pour provoquer une recristallisation ou un ramollissement dans le constituant métallique nécessitant le domaine de température le plus élevé, c'est-à-dire une température légèrement supérieure à la température nécessaire à la recristallisation du laiton de placage. La température de recuit est comprise en général entre 575 et 10O00C; la température utilisée dépend des alliages particuliers utilisés comme noyau et comme placage. La taille de grains du laiton obtenue après recuit est en général comprise entre 0,005 mm et 0,025 mm et en général inférieure à 0,015 mm. Naturellement le procédé selon l'invention est aisément applicable à des composites métalliques comprenant des alliages du type laiton et d'autres métaux, ou, en combinaisons, les alliages, à base de fer, précités. En outre, le procédé selon l'invention est applicable lorsque l'on plaque un seul alliage du type lait-on sur un seul métal appartenant aux métaux précités utilisés habituellement comme noyaux. Les exemples suivants iLlustrent l'invention sans toutefois en limiter la portée. EXEMPLE 1 On fixe sur les deux cOtés d'un acier SAE 1010 un laiton pour cartouche 70-30 contenant environ 1% de fer comme inhibiteur de croissance de grains Le composite obtenu est recuit à une température d'environ 6500C pendant 1 h. On trouve que la taille de grains obtenue dans le laiton 70-30 modifié est d'environ 0,007 mm et que la taille de grains obtenue dans l'acier est comprise entre un grain NO 8 et un grain N" 10. (un grain N0 x correspond à une taille de grains telle qu'il y ait 23+x grains par mm2) EXEMPLE 2 On fixe sur les deux côtés d'un acier inoxydable 409SS, un laiton pour cartouche 70-30 contenant environ 1,0% de fer comme inhibiteur de croissance de grains Le composite obtenu est recuit à une température d'environ 750"C pendant 1 h. On trouve que la taille de grains obtenue dans le laiton 70-30 modifié est d'environ 0,013 mm et que la taille de grains obtenue dans l'acier inoxydable est comprise entre un grain N0 8 et un grain NO 9. EXEMPLE 3 On fixe sur les deux côtés d'un acier SAE 1010 un laiton 80-20 contenant environ 0,5% de fer comme inhibiteur de croissance de grains Le composite obtenu est recuit à une température d'environ 600"C pendant 1 h. On trouve que la taille de grains obtenue dans le laiton modifié est d'environ 0,008 mm. La taille de grains obtenue dans l'acier est comprise entre un grain N" 9 et un grain NO 10. REVENDICATIONS 1 - Procédé de préparation d'un article métallique composite en une pièce ayant une taille de grains appropriée à une déformation mécanique caractérisé en ce qu'il comprend A. a préparation d'un article métallique composite en une pièce écroui à froid comprenant un certain nombre de constituants métalliques différents, parmi lesquels au moins un des constituants est un laiton contenant de 5 à 35% de zinc et contenant un élément inhibant la croissance des grains choisi parmi le fer, le cobalt,le phosphore, le calcium et leurs mélanges, et B. le recuit dudit article composite à une température de 575 à 1000"C provoquant la recristallisation dans lesdits constituants métalliques et au cours duquel la taille de grains obtenue est comprise entre 0,005 et 0;025 mm. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit fer est présent en quantité de 0,4 à 3,0%. 3 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit cobalt est présent en quantité de 0,1 à 1,5 4 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit phosphore est présente en quantité atteignant 0,1%. 5 - Procédé selon la revendication 1, caractér4.sé en ce que ledit calcium est présent en quantité atteignant 0,1%. 6 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit article composite métallique en une pièce comprend un noyau à base de fer revêtu par ledit laiton. 7 - Article métallique composite en une pièce comprenant d'abord un laiton redistallisé contenant 5,0 à 35,0% de zinc et un inhibiteur de croissance de grains choisi parmi le fer, le cobalt, le phosphore, le calcium et leurs mélanges, le reste étant essentiellement du cuivre, et un second métal recristallisé ayant une température de recristallisation nettement plus élevée que celle dudit premier laiton, la taille de grains après recristal- lisation dudit laiton étant comprise entre 0,005 mm et 0,025 mm, caractérisé e ce qu'on le prépare par un procédé selon l'une quelconque des revendicccio-s 1 à 6.