Brevet FR2243268A1 — publié le 19750404

L'invention concerne un procédé de fabrication d'un matériau à ressort ayant un module d'élasticité élevé, une limite élastique de flexion élevée, une courbe d'élasticité constante à haute température ainsi qu'une bonne résistance à la corrosion. Comme matériaux à ressort, on utilise jusqu'ici des aciers et alliages de nickel à haute teneur en chrome ainsi que les matériaux cuivre-béryllium et cuivre-cobalt -béryllium qui sont très couteux. Mais avec ceux-ci,on ne peut pas toujours remplir de façon satisfaisante les conditions souvent très sévères qui sont exigées . L'alliage cuivre-étain CuSn8, souvent utilisé également, a par exemple un module d'élasticité de 11.700 kg/mm2 et une limite élastique de flexion de 40 kg/mm2. Les matériaux cuivre-béryllium, très coûteux et donc utilisables seulement dans quelques cas spéciaux, ont un module d'élasticité de L3.500 kg/sm2 et une limite élastique de flexion de 80 à 105 kg/mm2. Ces valeurs, qui correspondent à la températeure ambiante, sont encore suffisantes dans bien des cas.Toutefois, on a de plus en plus besoin de matériaux dont la courbe d'élasticité ne varie pas jusqu'à des températures relativement élevées. Les matériaux à ressort usuels à base de cuivre, comme les alliages cuivre-zinc et cuivrenickel-zinc ne sont utilisables que jusqu'à des températures de 150 à 200 C. Les aciers inoxydables et résistant aux températures élevées ainsi que les alliages de nickel à haute teneur en chrome présentent des propriétés élastiques de constance satisfaisante jusqu'à 300 C environ. Seuls les matériaux cuivre-béryllium, qui sont coûteux, peuvent être utilisés en service permanent jusqu'à des températures de 350 à 3750C sans que leur courbe d'élasticité varie notablement. En ce qui concerne la résistance à la corrosion, les matériaux à ressort connus laissent tous plus ou moins à désirer, Ainsi par exemple, les aciers et alliages contenant du chrome sont sujets en présence d'ions chlore à la corrosion fissurante qui peut avoir des effets catastrophiques sur la résistance à la fatigue d'un ressort. L'invention a donc pour but de fournir un matériau à ressort qui présente un module d'élasticité et une limite élastique de flexion particulièrement élevés, dont la constance de la courbe d'élasticitié est assurée reme à haute température et qui possède en outre une bonne résistance à la corrosion De façon surprenante, on a trouvé que l'on peut résoudre ce problème si l'on part d'un alliage de nickel contenant 25 à 35% décuivre, 3 à 5% de manganèse, 0,1 à 3 % de titane, 0,1 à 1,096 d'aluminium, 0,3 à 2,5% de fer, le reste étant formé de nickel et des impuretés résultant de la fabrication et si, avant la dernière déformation à froid qui doit être d'au moins 40 %, on le soumet à un recuit de mise en solution au-dessus de 9000C puis, après la déformation à froid mentionnée, à un revenu d'au moins 1,5 minute entre 350 et 6000C, Dans les mêmes conditions, on peut aussi transformer en matériaux à ressort des alliages de nickel dans lesquels, relativement au premier alliage mentionné, le nickel est remplacé à concurrence de 10 % par du cobalt et/ou à concurrence de 6% par du fer. En outre, dans l'alliage de nickel, le titane peut être remplacé totalement ou partiellement par du zirconium et/ou du niobium. Enfin, il est possible aussi d'ajouter encore à l'alliage de nickel 2 % au maximum de chrome et/ou de molybdène. Selon un mode d'exécution du procédé selon l'invention, s'agissant de fabriquer un matériau à ressort ayant un module d'élasticité supérieur à 15.000 kg/mm2, une limite élastique de flexion supérieure à 80 kg/mm2, une courbe d'élasticité constante jusqutau dessus de 3800C, une bonne résistance à la corrosion et une bonne aptitude à la transformation, on soumet de préférence l'alliage de nickel à un recuit de mise en solution au-dessus de 9000C, on le refroidit ensuite à l'eau, on le déforme à froid avec une diminution de la section transversale d'au moins 40 % et on le soumet à un revenu d'au moins 1,5 minute entre 350 et 5000C, de préférence entre 400 et 45000. Pour fabriquer un matériau à ressort ayant un module à élasticité supérieur à 18.000 kg/mm2, une limite élastique de flexion supérieure à 90 kg/mm2, une courbe d'élasticité constante jusqu'au dessus de 4000C et une bonne résistance à la corrosion, on soumet de préférence l'alliage de nickel à un recuit de mise en solution au-dessus de 9000C, on le refroidit ensuite en-dessous de 3500C à raison de moins de 15 C/h, on le refroidit ensuite à la température ambiante, puis on le déforme à froid avec une diminution de section transversale d'au moins 60 à 80 % et on le soumet à un revenu d'au moins 1,5 minute entre 450 et 60000, de préférence entre 500 et 5500C. Si les objets fabriqués à partir du matériau à ressort doivent avoir des caractéristiques élastiques optimales et si une fidélité maximale de forme est moins nécessaire, on applique de préférence, dans la dernière variante de procédé citée, un revenu durant au moins 60 minutes. Si par contre il est nécessaire que les objets, notamment des rubans de matériau à ressort, soient absolument plans, on effectue de préférence le revenu par passage continu avec des temps de séjour effectifs de 1,5 à 5 minutes. Dans le cas d'objets qui doivent principalement avoir des caractéristiques élastiques maximales, on effectue au contraire le revenu de préférence dans un four discontinu pendant 60 à 180 minutes. On explicitera plus précisément l'invention à propos des exemples suivants Exemple 1 Pour la fabrication de ressorts Belleville (ressorts à disques) soumis à des charges élevées dans l'industrie chimique, on a besoin d'un ruban à ressort de 100 x O,8mm présentant les propriétés suivantes module d'élasticité au moins 18.000 kg/mm2 liaite élastique de flexion au moins 100 kg/mm2 constance de la courbe d'élasticité jusqu'à une température de 4500C en service permanent ; résistance aux agents chimiques contenant jusqu'à 20% de soude caustique. Pour la fabrication du ruban à ressort, on a choisit l'alliage de nickel connu comme alliage d'apport pour le soudage et qui a la composition suivante : nickel 64,73 %, manganèse 3,43%, titane 2,42 %, cuivre 29,00, aluminium 0,17%. On a laminé les lingots à chaud à des températures de 1.150 à 1.0000C jusqu'à une épaisseur de 4 mm et en partait de la température finale de laminage, on les a refroidit lentement jusqu'à 3500C à raison de 10 à 120C/mn dans une fosse calorifugée, puis on les a refroidit à l'air sans contrôle. Ensuite, on a meulé la bande de 4mm d'épaisseur et on l'a laminé à froid , avec des réductions normales par passe, Jusqu'à une épaisseur finale de 0,8os. Etant donné qu'aucune exigence particulière n'était imposée quant à la planéité de la bande, celle-ci a été soumise au revenu en couronne à 5500C pendant 2 heures. Les valeurs suivéntes ont été obtenues module élastique 18.900 kgZmi2 limite élastique de flexion 125 kg/mm2 courbe d'élasticité inchangée au bout de 500 heures de service permanent entre 420 et 45000. Pendant ce temps, aucune usure notable par corrosion n'a été constatée Exemple 2 Pour des relais de commutation miniaturisés, on avait besoin d'un ruban à ressort de 20 x 0,20 mm, ayant un module d'élasticité d'au moins 18.000 kg/mm2, une limite élastique de flexion supérieure à 90 kg/mm2, une courbe d'élasticité constante jusqu'à 4000C au moins en service permanent et un nombre de pliage d'au moins 5 (bord de pliage perpendiculaire à la direction du cylindre de cintrage). En partant du même alliage que dans l'exemple 1, on a refroidit cette fois à l'eau la bande laminée à chaud, en partant de la température de laminage (plus de 900 C) pour obtenir l'état de recuit de mise en solution. Après le meulage et le laminage à froid jusqu'à une épaisseur de 1mm, ce qui correspond à 5 fois la dimension finale, la bande a été soumise à un recuit intermédiaire en continu à 9000C sous atmosphère de gaz de dissociation et ensuite laminée à froid jusqu'à une épaisseur de 0,2 mn. Le revenu a été effectué en continu à 4000C avec un temps séjour dans lefour de 2,5 minutes. Toutes les propriétés désirées du ressort ont été obtenues. La transformation opérée chez l'utilisateur final a aussi été satisfaisante. Des relais réalisés avec ce matériau à ressort n'ont présenté aucune instabilité meme après 1000 heures d'essai de fonctionnement. Le matériau à ressort fabriqué selon l'invention se montre donc supérieur, presque à tout point de vue, aux matériaux à ressort classiques. Seulement en ce qui concerne la conductibilité électrique, qui n'est toutefois soumise à des exigences que pour les ressorts conduisant le courant, le matériau selon l'invention est inférieur aux matériaux classiques à base de cuivre. I1 atteint seulement des valeurs de l'ordre de 0,8 à 1,2 /flmm2, correspondant donc aux valeurs des aciers inoxydables ou des alliages de nickel à haute teneur en chrome. Dans des cas spéciaux où l'on exige non seulement des propriétés élastiques particulièrement bonnes mais aussi une bonne conductivité électrique, les matériaux selon l'invention peuvent être revêtus de cuivre ou d'argent,soit galvaniquement, soit par laminage. De toutes façon, on rend le matériau à ressort selon l'invention similaire aux matériaux à ressort classiques à base de cuivre, y compris quant à la conductibilité électrique. REVENDICATIONS 1) Procédé de fabrication d'un matériau à ressort ayant un module d'élasticité élevé, une limite élastique de flexion élevée, une courbe d'élasticité constante aux températures élevées ainsi qu'une bmne résistance à la corrosion, caractérisé par le fait que l'on soumet un alliage de nickel contenant 25 à 35 % de cuivre, 3 à 6% de manganèse, 0,1 à 3% de titane, 0,1 à 1,0% d'aluminium, 0,3 à 2,5 % de fer, le reste étant formé de nickel et des impuretés résultant de la fabrication, avant la dernière déformation à froid qui doit être d'au moins 40 %, à un recuit de mise en solution au-dessus de 9000C et qu'après cette déformation à froid on le soumet à un revenu d'au moins 1,5 minute entre 350 et 6000C. 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que dans l'alliage de nickel, le nickel est remplacé à raison de 10% au maximum par du cobalt et/ou à raison de 6% au maximum par du fer. 3) Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que dans l'alliage de nickel, le titane est replacé totalement ou partiellement par du zirconium et/ou du niobium. 4) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que l'alliage de nickel contient en outre 2% au maximum de chrome et/ou de molybdène. 5) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, destiné à la fabrication d'un matériau à ressort ayant un module d'élasticité supérieur à 15.000 kg/mm2, une courbe d'élasticité constante jusqu'au-dessus de 3800C, une bonne résistance à la corrosion et une bonne aptitude à la transformation, caractérisé par le fait que l'on soumet l'alliage de nickel au recuit de mise en solution au-dessus de 9000C, qu'on le refroidit ensuite à l'eau, qu'on le déforme à froid avec une diminution de la section transversale d'au moins 40 % et qu'on le soumet à un revenu d'au moins 1,5 minute entre 350 et 500 C, de préférence entre 400 et 45000. 6) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, destiné à la fabrication d'un matériau à ressort ayant un module d'élasticité supérieur à 18.000 kg/m2, une limite élastique de flexion supérieure à 90 kg/mr2, courbe d'élasticité constante jusqu'au-dessus de 4000C et une bonne résistance à la corrosion, caractérisé par le fait que l'on soumet l'alliage de nickel au recuit de mise en solution au-dessus de 9000C, qu'on le refroidit ensuite jusqu'à moins de 350au à raison de moins de 1500/h, qu'après un nouveau refroidissement jusqu'à la température ambiante, on le déforme à froid avec une diminution de la section transversale d'au moins 60 à 80 % et qu'on le soumet à un revenu d'au moins 1,5 minute entre 450 et 6000C, de préférence entre 500 et 5500C, 7) Procédé selon la revendication 6, pour la fabrication d'objets en matériau à ressort ayant des qualités élastiques prononcées, caractérisé par le fait que l'on applique un revenu d'au moins 60 minutes. 8) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, destiné à la fabrication d'objets en matériau à ressort qui doivent être absolument plans, caractérisé par le faitque l'on effectue le revenu en continu avec des temps de séjour de 1,5 à 5 minutes. 9) Procédé selon la revendication 7, destiné à la fabrication d'objets en matériaux à ressort pour lesquelles on n'exige principalement que de très bonnes qualités élastiques, caractérisé par le fait que l'on effectue le revenu au four discontinu pendant 60 à 180 minutes.