Brevet FR2240954A1 — publié le 19750314

L'invention concerne les procédés de pièces comportant des secteurs magnétiques et amagnétiques alternants, à partir d'ébauches monolithes. De telles pièces sont largement utilisées dans les machines et les appareils. Elles sont exécutées (assemblées) à l'aide de métaux doués de différentes propriétés (propriétés contrastantes), par exemple magnétiques et amagnétiques, à faible ou forte résistance électrique, avec différents coefficients de dilatation thermique et diverses valeùrs du point de Curie, avec des caractéristiques de résistance et de plasticité variées. Tes métaux possédant les propriétés mentionnées sont assemblés par soudage, brasage, collage, moulage, placage, ainsi que par assemblage mécanique, par exemple par rivetage, de meme que par traitement sous pression à 11 état chaud ou froid. Cependant, au cours de la fabrication de pièces métalliques conformément aux procédés mentionnés, il se produit une dégradation des propriétés des métaux assemblés constituant les secteurs magnétiques et amagnétiques de la pièce. En outre, la fabrication de pièces constituées par différents éléments engendre toute une série de difficultés d'ordre technologique. Ainsi, par exemple, on assemble par soudage des métaux de différentes structures cristallines, par exemple l'acier de la classe austénitique (amagnétique) et l'acier de la classe martensitique (magnétique). Afin d'éviter la formation de fissures à chaud, les aciers austénitiques sont soudés en appliquant une faible énergie linéaire de l'arc et à une vitesse de refroidissement aussi élevée que possible. Afin d'éviter la formation de fissures à froid, les aciers martensitiques sont soudés avec de fortes energies linéaires et, obligatoirement, avec un revenu ou un chauffage d'accompagnement. Cependant, l'utilisation de l'un des régimes mentionnés au cours du soudage des métaux magnétiques et amagnétiques affecte les propriétés de l'un des métaux assemblés en réduisant sa résistance, sa plasticité et sa résilience.Au cours du soudage, les métaux assemblés sont en outre chauffés jusqu'à des températures proches de leur point de fusion, ce qui modifie leur structure initiale, tandis que dans la zone de soudage de la pièce les propriétés magnétiques ne peuvent pas être réglées. le mélange local des métaux favorise également l'obtention de propriétés non contrôlables du métal formant le joint. La résistance de l'assemblage soudé est en règle générale inférieure à celle du métal de base. Dans différentes constructions, le soudage ne peut Aetre appliqué, et le soudage de certains matériaux hétérogènes est difficile et même pratiquement impossible. L'assemblage des métaux par traitement en commun sous pression à l'é-tat chaud ou froid, ou bien la coulée d'un métal dans l'autre, assurent la formation d'une pièce robuste. Cependant, les pièces monolithes de ce type contiennent des métaux à différentes structures cristallines, par exemple à structure austénitique amagnétique et à structure martensitique magnétique. Le traitement thermique d'une ébauche bimétallique est à l'origine d'une dégradation brusque des propriétés magnétiques et mécaniques de l'un des métaux faisant partie de la pièce, c'est pourquoi il est difficile etmême, dans certains cas, impossible d'améliorer les propriétés de ses différents secteurs magnétiques et amagnétiques par traitement thermique. les assemblages mécaniques et collés des métaux magnétiques et amagnétiques ne peuvent assurer ni une fiabilité élevée, ni une résistance et une aptitude au fonctionnement prolongée de la pièce. Les auteurs de la présente invention avaient déjà mis au point un procédé de fabrication de pièces métalliques comportant des secteurs magnétiques et amagnétiques, prévoyant le traitement thermique des secteurs d'une ébauche métallique monobloc constituée par un métal de composition chimique déterminée, par chauffage de certains de ses secteurs jusqu'à une température de 450 à 10000 C, et de ses autres secteurs, jusqu'à une température supérieure à 100000 et pouvant aller jusqu' au point de fusion du métal de l'ébauche tout en conservant son intégrité. Ce procédé a donné d'excellents résultats. On sait que par traitement thermique, on peut conférer ou enlever à certains alliages leurs propriétés magnétiques, et qu'un alliage contenant en poids, 12 à 14 $ de vanadium et 50 à 52 % de cobalt et doué de faible propriétés magnétiques devient, après sa déformation à froid, un matériau magnétiquement dur (voir l'ouvrage de R. Hudrémon "Aciers spéciaux", URUS, éditions "Métallurgie", 1966, tome 2, page 967-). Ces propriétés ont été prises en considération par les auteurs de la présente invention au cours de leurs investigations portant sur le choix des matériaux constitutifs de l'ébauche et de la combinaison du traitement thermique et de la déformation. Ils ont en outre étudié des ébauches de différentes formes soumises à différents types de déformation. les procédés connus ne permettent pas de modifier la configuration des secteurs magnétiques et amagnétiques par traitement thermique local. Dans les machines électroniques, on utilise des pièces comportant des secteurs amagnétiques et magnétiques, -obtenues par collage desdits secteurs, mais leur longévité est insuffisante. tans la cybernétique on fait appel à des pièces à secteurs magnétiques et amagnétiques obtenus par pulvérisation de poudre magnétique sur un porteur amagnétique (matrice, bande, support, par exemple en matière plastique). A cet effet, la matrice est recouverte d'une pellicule étanche aux endroits qui doivent rester amagnétiques, tandis que les endroits devant entre magnétiques restent ouverts. Cependant, la couche magnétique appliquée par pulvérisation ne dispose pas d'une longévité suffisante. L'absence de procédés permettant d'obtenir des pièces métalliques robustes, constituées de secteurs monétiques et amagnétiques cause de sérieuses difficultés dans certaines branches de l'industriet le but de la présente invention est de remédier aux inconvénients mentionnés ci-dessus. A cette fin, l'invention vise un procédé de fabrication, à partir d'une ébauche métallique monobloc à secteurs magnétiques et amagnétiques alternants, dans lequel les opérations de traitement de l'ébauche permettraient d'obtenir des pièces monolithes à secteurs magnétiques et amagnétiques de configuration désirée. Ce problème est résolu grâce à un procédé caractérisé suivant l'invention, en ce qu'il consiste à soumettre une ébauche à structure austénitique instable à une déformation plastique, avec un taux de compression de 0,1 à 99,9 7, et dans un intervalle de température de O à 8000 C, dans ses secteurs auxquels on désire conférer les propriétés d'un matériau magnétique. Un tel procédé assure la fabrication de pièces monolithes robustes à secteurs magnétiques et amagnétiques pouvant supporter de fortes charges (en traction, compression et flexion). On peut, au début, soumettre l'ensemble de l'ébauche à la déformation plastique, et ensuite chauffer au moins une fois ses secteurs destinés à être amagnétiques, dans une plage de température de 1000 à 13500 C. Un tel procédé de fabrication des pièces à secteurs magnétiques et amagnétiques peut être mis en oeuvre de façon très simple et permet de prevenir la disparition de la structure austénitique amagnétique. I1 est préférable, après la déformation plastique, de chauffer dans une plage de température de 450 à 8500C les secteurs de l'ébauche destinés à outre magnétiques, et de les maintenir en température pendant 0,5 à 2 h. Cela permet d'wréliorer- les caractéristiques magnétiques du matériau magnétique. Pour, la fabrication d'une pièce conformément à l'invention, il est possible d'utiliser une ébauche dont le métal contient en poids, 0,03 à 0,3 ss de carbone, 12 à 17 - de chrome, 30 à 55 %" de cobalt, jusqu'à 7 ss de molybdène, le reste étant du fer. Un métal de ce genre a une structure austénitique instable, et acquiert après déformation plastique, les propriétés d'un matériau magnétique. I1 est aussi possible d'utiliser une ébauche dont les secteurs destinés à être magnétiques ont une section transversale supérieure, d'une valeur correspondant à l'importance de la compression, a' celle des secteurs devant consetvJer leur propriétés amagnétiques, puis de comprimer ltébauche jusqu'à ce que sa section transversale devienne uniforme suivant toute sa longueur. Dans ce cas, une pièce fabriquée à partir d'une ébauche sous forme de tôle, de tige ou de tube acquiert, après sa déformation plastique au laminoir, une surface extérieure uniforme avec des secteurs magnétiques et amagnétiques alternants. Pour une meilleure compréhension de l'invention, plusieurs exemples non limitatifs de mise en oeuvre du procédé de l'invention sont décrits dans ce qui suit. Exemple 1 On utilise une ébauche monobloc en métal contenant, en poids, 0,03 % de carbone, 13, 4 % de chrome, 37,3 % de cobalt, 0,37 de manganèse, 0,20 de silicium, 0,39 de vanadium, le reste étant du fer, et on la soumet à la déformation plastique à chaud dans la plage de température de 1150 à 800 C. Ensuite, le sec-teur(l'extrémité) de ébauche destiné à être magnétique est soumis à une déformation plastique (tréfilage à travers des filières). I1 est possible de conférer préalablement aux secteurs envisagés une section transversale supérieure à celle des secteurs amagnétiques, puis de faire passer l'ébauche à travers des filières, dont la dernière a une dimension d'orifice de passage correspondant à la section transversale des secteurs amagnétiques voulus, ces derniers n'étant pas, par conséquent, soumis par la suite à la déformation plastique, tandis que les autres secteurs, soumis à ladite déformation, seront magnétiques. Tes essais effectués ont fait apparattre que les secteurs d'ébauche soumis à la déformation plastique locale présentaient les propriétés magnétiques suivantes (en fonction du taux de compression) : induction de saturation (Bs) jusqu'à 21000 Gs, induction rémanente (Br) jusqu'à 6500 Gs, force coercitive H c jusqu'à 230 oersteds. les secteurs non soumis à la déformation plastique étaient magnétiques. Exemple 2 On utilise une ébauche monobloc en métal, comprenant, en poids, 0,2 %0 de chrome, 37,5 ?jo' de cobalt, 0,38 ss de manganèse, 0,28 % de silicium, le reste étant du fer, et on la soumet à une déformation plastique à chaud dans la plage de température de 1150 à 8000. Ensuite, on la chauffe jusqu a 11000 C, on la laisse séjourner jusqu'à égalisation de la température suivant toute sa section, après quoi on la refroidit. On soumet ensuite une partie de l'ébauche à la déformation plastique (tréfilage à travers des filières), on la chauffe jusqu'à 6500 C, on la maintient à cette température pendant une heure, après quoi on la refroidit.Cela permet d'augmenter l'induction rémanente ainsi que la force coercitive dans les secteurs magnétiques (soumis à la déformation plastique locale), tandis que les autres secteurs restent amagnétiques. Exemple 3 On utilise une ébauche monobloc en métal contenant, en poids, 0,2 ffi de carbone, 13,6 % de chrome, 37,5 % de cobalt, 0,38 % de manganèse, 0,28 % de silicium, le reste étant du fer. On la soumet à une déformation plastique à chaud dans la plage de température de 1150 à 8000G, ensuite à une déformation plastique à froid, après quoi on soumet l'ébauche à un chauffage jusqu la température de 6500 C, à laquelle on la maintient pendant une heure, et puis on la refroidit. L'ébauche acquiert ainsi les propriétés d'un matériau magnétique. les secteurs devant devenir amagnétiques sont ensuite chauffés par courants haute fréquence ou par un faisceau laser jusqu'à la température de 12000 C, puis ils sont refroidis. Un tel chauffage peut assurer l'obtention de secteurs amagnétiques de faible surface : points, lignes, signes ou taches. Les secteurs magnétiques de faible surface et forme requise peuvent être obtenus par déformation (charges de choc). Exemple 4 On utilise une ébauche monobloc en métal, comprenant, en poids, 0,25 % de carbone, 12,1 raz de chrome, 52,3 , de cobalt, 0,45 % de manganèse, 0,32 % de silicium, le reste étant du fer On la soumet à une déformation plastique à chaud dans l'intervalle de température d 1;;20 à8000C, on la chauffé ensuite jusqu'à la température de 11500 C, -on la laisse séjourner jusqu'à échauffemerft du métal dans toute la section, puis on refroidit la pièce. les secteurs devant acquérir des propriétés magnétiques sont alors soumis à une déformation plastique (tréfilage à travers des filières), avec chauffage consécutif de ces derniers jusqu'à la température de 6500C pendant une heure, suivi de leur refroidissement. Cela permet d'améliorer les propriétés magnétiques des secteurs traités localement, tandis que les secteurs non soumis à la déformation restent pratiquement amagnétiques. Exemple 5 Une ébauche contenant en poids, 0,21 ss de carbone, 0,26 % ae manganèse, 0,1 % de silicium, 12,45 ss de chrome, 38 do de cobalt, le reste étant du fer, est soumise à une déformation plastique à chaud dans une plage de température de 1150 à 8500C. Ensuite, on la chauffe jusqu'à 10500 C, on la laisse séjourner jusqu'à ce quelle métal soit intégralement chauffé, on la refroidit dans de l'eau pour fixer sa structure austénitique, après quoi on soumet l'ébauche à une déformation plastique à froid, ce qui provoque la formation d'une structure martensitique ; ensuite,- pour améliorer les caractéristiaues de la pièce, on la chauffe jusqu'à 6000C et on la maintient à cette température pendant trois heures. On chauffe localement jusqu'à 12000G les secteurs prévus de l'ébauche, qui acquièrent alors une structure austénitique amagnétique. Exemple 6 Une ébauche contenant en poids, 0,3 de ae carbone, 0,36 % de manganèse, 0,12 % de silicium, 12,7 10 de chrome, 33,1 de cobalt, 6,2 % de molybdène, le reste étant du fer, est soumise à la déformation plastique à chaud dans une plage de température de 850 à 1180 O, ensuite on la chauffe jusqu'à 11000C ; on la maintient jusqu'à son chauffage intégral, et on la refroidit ensuite dans de l'eau. Après quoi, les secteurs devant devenir magnétiques sont soumis à la déformation plastique. Les secteurs déformés deviennent alors magnétiques, tandis que les secteurs non déformés restent amagnétiques. Les pièces à secteurs magnétiques et amagnétiques, obtenues suivant le procédé de l'invention, peuvent être utilisées par exemple dans les dispositifs de mesure. 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 techniaues 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 10 - Procédé de fabrication, à partir d'une ébauche métallique monolithe, d'une pièce comportant des secteurs magnétiques et amagnétiques alternants, caractérisé en ce qu'il consiste à utiliser une ébauche en métal ayant une structure austénitique instable, et à soumettre à une déformation plastique, dans la plage de température de O à 8000C et avec un taux de compression de 0, 1 à 99,9 , les secteurs de ladite ébauche auxquels on veut conférer les propriétés d'un matériau magnétique. 20 - Procédé suivant la revendication 10, caractérisé en ce que l'on soumet d'abord la totalité de l'ébauche à ladite déformation plastique, puis on chauffe au moins une fois, dans une plage de 1000 à 13500 C, les -secteurs que l'on désire rendre amagnétiques. 30 - Procédé suivant l'une des revendications 1 et 2 , caractérisé en ce que les secteurs destinés à être magnétiques sont chauffés, après la déformation plastique, dans une plage de température de 450 à 8500C, et sont maintenus à ces températures pendant 0,5 à 2 heures. 4 - Procédé suivant l'une des revendications 1 à 30, caractérisé en ce que le métal de l'ébauche contient, poids, 0,03 à 0,3 % de carbone, 12 à 17 % de chrome, 30 à 55 ffi de cobalt, jusqu'à 7 ao de molybdène, le reste étant du fer. 50 - Procédé-selon l'une des revendications 1 et 20, caractérisé en ce qu'on utilise une ébauche dont les secteurs destinés à être magnétiques ont une section transversale supérieure, d'une valeur correspondant à l'importance de la compression, à celle des secteurs devant rester amagnétiques 60 - les pièces ou produits constitués de secteurs magnétiques et amagnétiques alternants, caractérisées en cequ'ils sont obtenus par le procédé suivant l'une des revendications 1 à 50.