Brevet FR2236944A1 — publié le 19750207

L'invention a pour objet un procédé de fabrication de produits métalliques à portions magnétiques et amagnétiques. De tels produits sont -srès employés en tant que pièces de machines et d'appareils divers. On les fabrique à partir de métaux doués de propriétés différentes (contrastantes), par exemple magnétiques et amagnétiques, à haute et basse résistivité, à coefficients de dilatation et points de Curie différents, à caractéristiques de résistance mécanique et de plasticité différentes. Les métaux doués de telles propriétés sont réunis par soudage, brasage, rivetage, collage, coulée, placage, ainsi que par assemblage mécanique et par traitement sous pression à chaud ou à froid. Toutefois, la fabrication de produits métalliques par ces procédés entrain une altération des propriétés des métaux à réunir pour former les portions magnétiques et amagnétiques du produit. En outre, la fabrication de produits constitués par des parties distinctes s'accompagne d'une série de complications technologiques. Ainsi, on réunit par soudage des métaux à structures cristallines différentes, par exemple, un acier de la classe austénitique (amagnétique) à un acier de la classe martensitique (magnétique). Afin d'éviter la fissuration à chaud, le soudage des aciers austénitiques doit s'effectuer avec de faibles énergies linéiques de l'arc et avec des vitesses de refroidissement aussi grandes que possible.Afin d'éviter la fissuration à froid, le soudage des aciers martensitiques doit s'effectuer avec des énergies linéiques élevées, et avec revenu ou réchauffage. parallèle obligatoire. L'application de l'un des régimes indiqués lors du soudage d'un mental magnétique à un métal amagnétique provoque l'altération des propriétés de l'un des métaux réunis, ce qui a pour effet d'abaisser la résistance mécanique, la plasticité et la résilience.De plus, lors du soudage, les métaux à réunir sont réchauffés jusqu'à des températures proches- de leur point de fusion il se produit aors des changements de structure,~et les propriétés magnétiques obtenues dans la zone de jonction ne se prêtent pas au réglage. le mélange local des métaux contribue aussi à l'btention de propriétés non contr81des du métal constituant la soudure. la résistanc-e mécanique de la soudure est en règle générale, inférieure à celle du métal de base. Dans certains cas le soudage est inapplicable, et le soudage de matériaux différents se heurte à des difficultés ou est pratiquement impossible. La réunion des métaux, obtenue en les travaillant simultanément par déformation à chaud ou à froid, ou bien en coulant un métal dans-un autre, permet de fabriquer des produits résistants. Toutefois, une telle pièce monolithique (bimétal) est constitue de métaux dont les structures cristallines sont différentes, par exemple un métal ayant une structure austénitique amagnétique, et un autre ayant une structure martensitique magnétique. Le traitement thermique d'un tel produit provoque une forte altération des propriétés magnétiques et mécaniques de l'un des métaux constitutifs du produit, aussi l'amélioration des propriétés de ses portions magnétiques et amagnétiques par traitement thermique est-elle difficile et même, dans certains cas, impossible. L'assemblage mécanique ou le collage de métaux magnétiques et amagnétiques ne peuvent assurer au produit une haute fiabilité, une résistance mécanique prolongée et une bonne aptitude au fonctionnement. Il est bien connu que le chauffage des produits en matériau magnétique abaisse leurs propriétés magnétiques, mais les tentatives faites pour soumettre à un traitement thermique local les produits magnétiques en acier inoxydable n'ont.pas donné les résultats escomptés. Le produit traité comportait des portions à faibles propriétés magnétiques. L'obtention de portions tout à fait amagnétiques -dans le produit s'est avérée impossible. les produits fabriqués de cette façon ne conviennent pas aux applications pratiques. La difficulté résidait dans le choix du métal pour la fabrication de la pièce de départ et dans la mise au point du régime pour son traitement thermique. les auteurs de la présente invention avaient déjà élaboré un procédé de fabrication de produits métalliques à portions magnétiques et amagnétiques, prévoyant le traitement thermique de portions prédéterminées sur une pièce de départ métallique monobloc par chauffage de certaines d'entre elles jusqu'à une température-comprise entre 4500C et 1000 C, et par chauffage des autres portions jusqu'à une température supérieure à 100000, pouvant aller jusqu'au point de fusion du métal de la pièce sans altération de la forme de celle-ci.- Ce procédé a donné des résultats supérieurs à ceux obtenus antérieurement, et le-procédé faisant l'objet de la présente invention constitue son développement. le but de l'invention est d'étendre les modems de réalisation du procédé et de supprimer les complications précitées. il stagissait donc- d'élaborer un procédé de fabrication de produits métalliques à portions magnétiques et amagnétiques, consistant à choisir, pour la pièce de départ, une composition chimique et un traitement thermique assurant ltobtention simultanée de portions à propriétés magnétiques ( i,o) et amagnétiques ( = 1,0) dans un produit monolithe. La solution consiste en un procédé de fabrication de produitmétallfques-à portions magnétiques et amagnétiques, -prévoyant le traitement thermique de portions prédéterminéesd'une pièce de départ monobloc par chauffage de certaines d'entre elles jusqu'à une température comprise entre 450 et 100000, et par chauffage des autres portions jusqu'à une température supérieure à 1000 C et, pouvant aller jusqu'au point de fusion du métal de la pièce de départ, tout en conservant la forme de celle-ci, ledit procédé étant caractérisé, d'après l'invention, en ce que la pièce de départ est en un métal susceptible d'acquérir une structure amagnétique par vieillissement, et des propriétés magnétiques après trempe à haute température ; les portions devant avoir des propriétés amagnétiques prédéterminées sont chauffées jusqu'à une température comprise entre 45000 ét- 100000, sont maintenues à cette température et sont ensuite refroidies, tandis que les portions devant avoir des propriétés magnétiques prédéterminées sont chauffées jusqu'à une température comprise entre 100000 et le point de fusion du métal de la pièce, tout en conservant la forme de c-elle-ci, puis elles sont maintenues à cette température jusqu'à la formation de la structure magnétique, et sont enfin refroidies à une vitesse ne permettant pas la formation d'une structure amagnétique. Un tel procédé permet d'obtenir, à partir d'une pièce de départ métaLlique monolithe, un produit à portions magnétiques ( #1,0) et amagnétiques (t - t,O) Il est avantageux que les portions devant avoir une structure magnétique soient préchauffées jusqu a une température comprise entre 1050 et 23500C, maintenues jusqu'à uniformisation de la température dans toùte leur section, puis refroidies-. Cela permet d'obtenir dans ces portions une structure plus homogène et des propriétés magnétiques plus stables. Il est avantageux utiliser une pièce de départ dont le métal contient, en poids, 0,1 ffi au maximum de carbone, 7 à 12% ffi de manganèse, tt à 30 de chrome, le reste étant du fer. Une telle pièce peut acquérir, par vieillissement, une structure amagnétique, et après trempe à haute température, une structure magnétique. On peut utiliser une pièce de départ dont le métal contientr en outre, 3 à 5 ffi en poids de nickel. Cela permet d'augmenter la plasticité et la résilience du métal du produit. Il est avantageux d'utiliser une pièce de départ dont le métal eontient, en tant qu'élément d'alliage, au moins l'un des éléments suivants : molybdène, tungstène, niobium, à raison de t à 5 % en poids. Cela permet d'accroître la résistance à la corrosion du métal du produit dans l'eau de mer et dans d'autres milieux agressifs, ainsi que d'en améliorer les caractéristiques magnétiques. il est souhaitable que la pièce de départ soit en un métal contenant jusqu'à 1 %,en poids, de titane. Cela permet d'obtenir un produit ayant des propriétés magnétiques plus élevées et une structure plus fine. Il est avantageux de refroidir la pièce dans un champ magnétique au cours de la formation d'une structure magnétique dans ladite pièce. Cela permet d'augmenter la quantité de constituant magnétique et, par conséquent, d'améliorer les caractéristiques magnétiques des portions magnétiques. Pour une meilleure compréhension de l'invention, plusieurs exemples non limitatifs de mise en oeuvre du procédé de l'invention sont durits ci-dessous. Si la pièce de départ est en un métal susceptible d'acquérir, par vieillissement, une structure amagnétique, et après trempe à haute température, des propriétés magnétiques, il suffit de soumettre les portions prédéterminées de cette pièce à un traitement thermique local approprié. les portions devant avoir une structure magnétique sont chauffées jusqu'à une température comprise entre 1000 C et le point de fusion du métal de la pièce, tout en conservant la forme de celle-ci, puis elles sont refroidies à une vitesse ne permettant pas la formation d'une structure amagnétique dans ces portions. Ses portions devant avoir une structure amagnëtique sont chauffées jusqu'à une température comprise entre 450 et 1000 O, sont maintenues à cette température jusqu'à disparition totale de la structure magnétique, puis sont refroidies. La pièce de départ peut être soumise à un traitement thermique la rendant magnétique, puis les portions prédéterminées sont soumises à un traitement thermique local les rendant amagnétiques, les portions de la pièce n'ayant pas subi ce second traitement thermique restant alors magnétiques. Si la pièce de départ est en un métal amagnétique doué des propriétés indiquées, il suffit de traiter localement les portions devant avoir des propriétés magnétiques pour obtenir un produit monolithe à portions magnétiques etamagnétiques. le métal susceptible d'acquérir, par vieillissement, une structure amagnétique et, après trempe à haute température, une structure magnétique, peut etré élaboré. Plus bas on donne des exemples de compositions chimiques d'un tel métal. Le métal peut contenir des constituants additionnels améliorant sa résistance à la corrosion, son induction de saturation, sa perméabilité magnétique, sa résistivité, la stabilité de sa structure et ses propriétés mécaniques. EXEMPLE I Une pièce de départ en acier ayant la composition chimique pondérale suivante : 0,05 ffi de carbone, 0,30 ffi de silicium, 11,04 ffi de manganèse, 26,67 % de chrome, le reste étant du fer, est chauffée jusqu'à 1100OC, est maintenue jusqu'à uniformisation complète de la température dans toute sa section, et refroidie dans l'eau pour fixer l'état acquis à haute température. Ensuite la pièce est chauffée jusqu'à 7000C et maintenue à cette température pendant ?0 heures, afin que le constituant magnétique se dissocie dans tout le volume du métal.Le traitement thermique local est exécuté en faisant circuler un courant à fréquence industrielle, pendant 2 à 9 secondes, à travers une partie de la pièce ayant la forme d'un cylindre de 8 mm de diamètre et de 120mm mm de longueur. La portion traversée par le courant (portion entre les bornes, ayant une longueur de 75 mm) est chauffée jusqu'à 11000C, température à laquelle se forme la structure magnétique. Ceci fait, le courant est coupé et la pièce est refroidie dans l'eau. La portion traitée localement a une induction magnétique (B) et une perméabilité magnétique (/1), dans un champ de 140 Oe, égale à 3150 = 8500 à 9500 Gs, = 56 à 57 Gs/oe. EXEMPLE 2 Une pièce de départ en acier ayant la composition chimique pondérale suivante -: 0,07 ffi de carbone, 0,35 % de silicium, 10,5 ffi de manganèse, t8,91 % de chrome, 4,36 % de nickel, 2,tO % de vanadium, le reste étant du fer, est chauffée jusqu'à 1100 C, est maintenue jusqu'à uniformisation complète de la température dans sa section et refroidie dans l'eau pour fixer l'état acquis à haute température. Ensuite la pièce est chauffée jusqu'à 7000C, et maintenue pendant 2 heures afin que le constituant ferritique se dissocie dans tout le volume du métal.Le traitement thermique local est exécuté en faisant circuler un courant à fraquence industrielle, pendant; 2 à 9 secondes, à travers une partie de la pièce ayant la forme d'une plaquette de 3 mm d'épaisseur, de 120 mm de longueur et de 50 mm de largeur. La portion traversée par le courant (portion entre les bornes, ayant une longueur de 6p mm) est chauffée jusqu'à 110000, puis refroidie dans l'eau. La portion traitée localement a les propriétés dtun matériau magnétiquement doux. EXEMPLE 3 Un acier ayant la composition chimique pondérale suivante : 0,05 % de carbone, 6,58 % de manganèse, 0,45 % de silicium, 25,83 % de chrome, 4,30 % de nickel, 0,76 % de titane, le reste étant du fer, est élaboré dans un four électrique à induction haute fréquence. Une pièce de départ réalisée avec cet acier, de 8 mm-de diamètre et de 120 mm de longueur, est chauffée jusqu'à 7000C et est maintenue à cette température pendant 10 heures, ce qui assure la dissociation du constituant ferritique dans tout le volume du métal..La pièce est soumise à un traitement thermique local par courants à haute fréquence dans un inducteur de 10 kW alimenté à la fréquence de 440 kHz. le chauffage est exécuté jusqu'à. t100 F. Les propriétés magnétiques de l'acier obtenues dans les portions magnétiques-sont les suivantes induction de saturation B = 16 000 Gs ; B25 = 3000 Gs ; = Il = 11 000 Gs ; force coercitive Hc = 0,78 Oe. EXEMPLE 4 Un acier ayant la composition chimique pondérale suivante : 0,035 % de carbone, 6,50 ffi de manganèse, 0,47 % de silicium, 13,83 * de chrome, 4,30 % de nickel, 0,52 % de titane, 3,87 % dé niobium, le reste étant du fer, est élaboré dans un four électrique à induction haute fréquence9 Une pièce de 8 mm de diamètre et t20 mm ae longueur, constituée par cet acier,. est chauffée en partie jusqu'à 1000 C, est maintenue jusqu uniformisation de la température dans toute sa section, puis est refroidie dans l'eau. Ceci fait, les portions restantes sont chauffées par induction haute fréquence jusqu'à 120000. Ces portions acquièrent une structure magnétique, tandis que les portions chauffées jusqu'à 100000 ont une structure amagnétique. les portions magnétiques ont les propriétés d'un matériau magnétiquement doux. EXEMPLE 5 Un acier ayant la composition chimique pondérale suivante : 0,018 ffi de carbone, 6,35 ffi de manganèse, 0,37 ffi de silicium, t3,56 % de chrome, 4,43 % de nickel, 0,82 % de titane, 4,02 % de tungstène, le reste étant du fer, est élaboré dans un four électrique à induction haute fréquence. Une pièce de 8 mm de diamètre et 120 mm de longueur est chauffée en partie-jusqu'à 100000 est maintenue jusqu'à uniformisation de la température dans toute sa section, puis est refroidie dans l'eau. Ceci fait, les portions restantes sont chauffées par induction haute fréquence jusqu'à 1200 C. Ces portions acquièrent une structure magnétique,-tandis que les portions chauffées jusqu'à 1200 C ont une structure amagnétique. EXEMPLE 6 Un acier ayant la composition chimique pondérale suivante : 0,045 ffi de carbone ; 0,35 ffi de silicium ; 11,00 ffi de manganèse, t9,29 % de chrome, 4,20 % de nickel, le reste étant du fer, est élaboré dans un four électrique à induction haute fréquence. Après déformation-plastique à chaud dans l'intervalle de température de 1100 à 8500C, l'acier est chauffé jusqu'à 7000C et maintenu à cette température pendant deux heures, ce qui provoque la dissociation du constituant ferritique dans tout son volume. Des portions prédéterminées de la pièce sont ensuite chauffées par induction haute fréquence jusqu'à 1200 C. Après refroidissement dans l'eau, ces portions acquièrent une structure magnétique, tandis que les autres portions ont les propriétés d'un matériau amagnétique. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication de produits métalliques constitués de portions magnétiques et de portions amagnétiques, du type prévoyant un traitement thermique de portions déterminées d'une pièce de départ monobloc, par chauffage de certaines portions jusqu'à une température de 450 à f0000C, et d'autres portions jusqu'à une température supérieure à 10000C et pouvant aller jusqu'au point de fusion du métal de la pièce de départ tout en n'altérant pas la forme initiale de celle-ci, caractérisé en ce que la pièce de départ est en un métal susceptible d'acquerir, par vieillissement, une structure amagnétique, et après trempe à haute température, des propriétés magnétiques, et en ce que les portions devant avoir des propriétés amagnétiques déterminées sont chauffées jusqu'à une température de 4500C à 10000C,sont maintenues à cette température, puis sont refroidies, tandis que les portions devant avoir des propriétés magnétiques déterminées sont chauffées jusqu'à une température pouvant aller de 10000C au point de fusion du métal de la pièce sans altérer la forme de celle-ci, après quoi elles sont maintenues à cette température jusqu'à la formation de la structure magnétique, et sont ensuite refroidies à une vitesse ne permettant pas la formation d'une structure amagnétique. 2. Procédé selon la revendication t, caractérisé en ce que les portions devant avoir des propriétés magnétiques déterminées sont préchauffées jusqu'à une température de t050 à 13500C, sont maintenues à cette température jusqu'à uniformisation de la température dans toute sa section, puis sont refroidies. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pièce de départ est en un métal ayant la composition chimique pondérale suivante carbone 0s % au maximum manganèse 7 à 12 %, chrome Il à 30 , fer le reste. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en c-e que le métal de la pièce de départ contient en outre 3 à 5 %, en poids, de nickel. 5. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le métal de la pièce de départ contient en outre, en tant qu'élément d'alliage, au moins lrun; des éléments suivants : molybdène, tungstène niobium, à raison de X à 5 % en poids. 6. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le métal de la pièce de départ contient ausqutå 1 %, en poids, de titane. 7. Procédé selon l'une des revendications 1 et 22 caracterlsé en ce que la pièce de départ est refroidie dans un champ magnétique au cours de la formation d'une structure magnétique dans ladite pièce. 8. Produits métalliques comportant, des portions magnétiques et des portions amagnétiques, caractérisés en ce qutils sont obtenus par le procédé selon l'une des revendications T; à 7.