Brevet FR2230429A1 — publié le 19741220

la présente invention est relative à un procédé at à des appareils pour la fabrication d'un demi-produit de petites dimensions (fils, profils, bandes, feuilles) à partir d'aluminium très pur ayant une teneur en aluminium de 99,999 à 99,99999 %, par déformation sans enlèvement de copeaux. A partir d'aluminium et d'alliages dalumin-um de pureté usuelle, on peut depuis longtemps fabriquer des bandes minces, des feuilles et des fils à l'échelle industrielle. Les capais seurs minimales de bande ou de fil 1 que l'on peut obtenir dépendent de la pureté de l'aluminium ou des additifs d'alliage qu'il contient. h partir d'aluminium techniquement pur (98,5 à 99,5 :% d'Al) et d'alliages contenant, par exemple, environ 0,5 à l % de magnésium ou de manganèse, on peut fabriquer des feuilles dont l'épaisseur est aussi petite que 5 à 10 um environ, comme celles que l'on utilise Ear exemple dans la technique de l'emballage. On transforme également en feuilles à l'échelle industrielle un aluminium de plus grande pureté, par exemple 99,99 % d'Al, notamment pour les condensateurs électrolytiques. Mais ici, avec les procédés classiques de fabrication, on ne peut pratiquement pas obtenir une épaisseur finale inférieure à environ 50 Am. En dessous de cette limite, l'attitude à la déformation de la bande diminue, au point qu'il n'est pratiquement plus possible de poursuivre le laminage sans fissuration. Pour un aluminium de pureté encore plus grande, d'environ 99,999 à 99,99999 %, comme celui qui est déjà fabriqué industriellement et vendu sous la marque commerciale "Kryal", l'épaisseur minimale de feuilles pouvant encore être laminées de façon classique est d'environ 100 à 150 llm. Or dans la technique moderne, par exemple la cryo-électrotechnique, on a besoin de feuilles et fils encore plus minces formés de cet aluminium très pur. L'invention a donc pour but de fournir un procédé avec lequel il soit possible de fabriquer, à l'échelle technique, en particulier des feuilles et fils minces d'aluminium très pur. Par la littérature et par les recherches de la demanderesse, il est connu qu'un aluminium de ce genre, à l'état complètement adouci (recristallisé) a une faible résistance : limite élastique #0,2 = 10 à 20 N/mm, charge de rupture en traction #B = 20 à 40 N/mm . Pour des épaisseurs inférieures à Ce mm environ, il s > y ajoute un allongement à la rupture de plus en plus faible. Cet état de faible résistance et de faible déformabilité est extrêmement désavantageux pour le laminage de feuilles et le tréfilage de fils et conduit le plus souvent à la rupture immédiate de la feuille ou du fil. D'autre part, à l'état récemment déformé, par exemple immédiatement après le laminage, cette matière présente des valeurs de résistance notablement plus grandes, ainsi qu'un allongement à la rupture très appréciable. Par suite, dans cet état, il est notablement plus facile de poursuivre le laminage. Toutefois, cela ne peut pas se faire de façon classique, car d'après les indications de la littérature et les expériences de la demanderesse, un aluminium si pur commence déjà à s'adoucir à de très basses températures (ne dépassant pas -600C). D'après les mesures de la demanderesse, cet adoucissement se déroule à très grande vitesse à la température ambiante. Après des taux de laminage supérieurs à 90 A, la période de division par 2 de la dureté est de l'ordre d'une minute. A mesure que la déformation augmente, la vitesse d'adoucissement augmente encore. L'incidence de la température sur cette vitesse est très grande ; elle correspond à peu près à la migration des vacances dans le réseau cristallin de l'aluminium. L'invention a pour but de fournir un procédé du genre ci-dessus dans lequel la vitesse d'adoucissement reste inférieure à une limite déterminée par la pureté et le taux global de déformation et dans lequel les variations de structure qui conduisent à une moindre déformabilité soient inhibées. Selon l'invention, on y parvient grâce au fait que, pendant les processus de déformation (passes de laminage, tréfilages, etc...), on maintient la matière au moins en partie à de basses températures de zéro à -800C. Le refroidissement peut porter sur tout l'appareil de déformation, par exemple la cage de laminoir avec les dévidoirs ou le banc de tréfilage avec les dévidoirs, ou bien se limiter à des parties de l'installation dans lesquelles la matière se trouve pendant la majeure partie du temps de déformation. Quand les temps de passage de la matière à travers le laminoir ou le banc de tréfilage eux-mêmes ne sont pas trop longs, il suffit donc le plus souvent de refroidir les dévidoirs avec la matière. peut asseur le refroidissement au moyen d' @ oain de refroidissement liquide, dtun groupe de refroidissement ou par refroidissement au gaz, par exemple de façon très simple au moyen de glace carbonique qui se vaporise (température de sublimation de GO : -78 C), dans une enveloppe isolée munie d'ouvertures de passage appropriées pour la bande laminée, etc..., Les dispositifs de refroidissement effectivement utilisés et l'influence du refroidissement sur la déformation de l'aluminium très pur sont illustrés par les exemples comparatifs suivants et les dessins. EXEMPLES 1 - Fabrication de fil à la température ambiante. On peut transformer en fil de l'aluminium très pur si on le file à la presse, à chaud, à 200 C, à un diamètre de 5 mm ou de 5 mm, par exemple, et si ensuite on poursuit le tréfilage à froid. En des stades de diminution d'épaisseur de 0,2 mm et par la suite de 0,1 mm (ou de 0,05 mm), on arrive finalement à une épaisseur finale de l'ordre de 1,0 mm et une fois que celle-ci est atteinte, le fil recristallise spontanément à la température ambiante en grains très grossiers. Du côté de la sortie de la filière, le fil prend une forme froissée par suite d'une déformation non uniforme des gros cristaux et à partir de cette épaisseur, on ne peut plus le tréfiler. 2 - Tréfilage à basse température. Si l'on exécute le tréfilage à partir de 1,5 mm d'épaisseur dans un bain de refroidissement, on peut atteindre des épaisseurs finales notablement inférieures, jusqu'à moins de O, v mm. La figure'l montre un tel appareil de tréfilage à basse température. Dans le récipient de refroidissement isolé 1 se trouve un bain de refroidissement 2 formé de glace carbonique et d'une huile synthétique de tréfilage qui donnent ensemble un bain à environ -75 C, ayant une viscosité appropriée et un bon pouvoir lubrifiant pour le tréfilage. Les deux bobines 5, servant à dérouler et à enrouler le fil, ainsi que le portefilière 4 muni de la filière 5, se trouvent sur un bâti commun 6 et on peut les asaisser dans le bain de refroidissement ou les retirer au moyen d'un dispositif de réglage de hauteur 2 Les deux bobines peuvent être entraînées par un moteur 8 ou encore manuellement (par exemple pour le démarrage). Pour le tréfilage de grandes quantités, l'installation doit de préférence être complétée par un dispositif de filtration avec pompe de circulation et afflux d'huile nouvelle devant la filière, de manière à éliminer les écailles, les particules d'usure, etc... Pour tréfiler de l'aluminium qui n'a pas une pureté aussi élevée (moins de 99,9999 m) et/ou à des épaisseurs finales un peu plus grandes, il suffit de refroidir l'installation par le haut au moyen de glace carbonique seulement qui se trouve dans une corbeille de fil métallique et refroidit l'appareil de tréfilage qui se trouve en dessous et le fil, grâce au CO vaporisé froid qui descend. Dans bien des cas, il peut suffire aussi de refroidir les deux bobines au moyen de glace carbonique 17 (figure 2) et de laisser la filière 5 à la température ambiante, ce qui simplifie le problème de lubrification. 3 - Laminage de feuilles à la température ambiante. Sur une cage de laminoir à feuilles munie de 20 rouleaux avec cylindres de travail ayant un diamètre de 90 mm et un bombé de 5 llm, on lamine une bande de 0,5 x 100 mm formée d'aluminium très pur ayant un rapport de résistance électrique R295 K/R4,2 0K (en abrégé RR) = 11 000 (pour 0,3 mm d'épaisseur). On utilise une huile de laminage commerciale. Le programme de laminage est le suivant Passe Force de Traction Traction Vitesse, Epaisseur n laminage avant, N arrière, m/mn finale, N N m 1 7850 1180 590 2,5 j80 5900 690 880 5 280 9 6900 690 640 5 240 4 7850 590 640 9 187 5 6900 - 5900 540 590 - 290 10 140 6 4900 - 9900 290 490 - 250 12 100 (huiles seulement vers l'entrée, sans racle) 7 plusieurs fissures de bande au démarrage 65 Après la 6ème passe, on ne peut plus laminer la bande, car même si l'on diminue constamment les tractions avant et arrière, il se produit toujours des fissurations de la bande au démarrage.La déformabilité dc a matière est siblement epuis dans les conditions appliquées. Dans des expériences similaires aarec jne matière d'une pureté un peu moindre (RR = 8000) et ayant les mêmes dimensions initiales, on peut obtenir après fa 7ème passe une épaisseur d'environ 65 um. Ensuite, ici encore, le laminage ne peut plus se poursuivre. Une détente complète de la matire (2 h a 00 C) n'apporte également aucun remède. 4 - Laminage de feuilles à basse température. Sur la même cage de laminoir que dans l'exemple précédent, on arrive à fabriquer des feuilles minces d'une épaisseur de 20 m si pendant le laminage et spécialement pendant les temps de séjour on refroidit la matière au point que pendant le temps de transformation il ne se produise pas d'adoucissement trop poussé. On lamine à la température ambiante comme dans l'exemple précédent une bande d'aluminium très pur ayant la pureté définie par PR = 11 000 et les dimensions finales 0,5 x 100 mm, à une épaisseur intermédiaire de 900 m. On entoure ensuite les dévidoirs 5, 3a de chambres de refroidissement 1 formées de parois isolantes comme le montre schématiquement la figure -. Dans les chambres de refroidissement 1 sont prévues des fentes de passage 9 destinées à la bande ainsi que des ouvertures 10 servant à retirer des bandes partielles.Au dessus du dévidoir est placé un dispositif de refroidissement à grande surface 11 qui, dans le cas présent, est formé d'un panier de fil métallique destiné à recevoir de la glace carbonique en morceaux. L'arbre du dévidoir passe à travers une ouverture de la paroi postérieure de la chambre. Avec un thermomètre, on peut contrôler la température de la chambre. On peut ouvrir la paroi antérieure de la chambre 1 pour changer le dévidoir, etc... On a désigné par 12 un laminoir à plusieurs rouleaux comportant un dispositif de réglage de cylindres lj, par 14 des jauges d'épaisseur, par a des dispositifs de mesure de traction de la bande. Sur toutes les figures, on a-désigné par 16 une plaque de fondation. Dans ces appareils, on refroidit les dévidoirs et la bande à environ -50 C et ensuite on poursuit le programme de laminage avec le plan suivant Fasse Temps de Force de Traction Traction Vitesse, Epaisseur n début,mn laminage avant, N arrière, m/mn finale, N N 'im environ 300 (initiale) 1 0 6900 785 980 3 240 30 7850 740 785 6 172 j gj 6900 540 740 8 1-5 4 79 6400 440 540 8 95 5 114 9800 290 340 10 59 6 162 10800 120 250 10 fin 270 Les passes successives varient un peu, caris faut toujours, au démarrage, corriger un peu la force de laminage et les tractions, compte tenu de la condition principale qui est d'obtenir une bande plane sans ondulation. Le temps entre deux passes est d'environ 1 à L minutes. Au redémarrage, on enroule sans déformation le morceau de bande qui s'est partiellement adouci pendant ce temps et on commence la passe suivante avec la bande qui se déroule à nouveau. Pour les faibles épaisseurs particulièrement critiques, aux vitesses de laminage appliquées et avec un espacement de dévidoirs d'environ 3 m, la bande se trouve chaque fois au maximum 20 secondes à la température ambiante, si l'on suppose que l'échauffement est très rapide lorsqu'elle se déroule. Ge temps est assez court pour empêcher un adoucissement trop poussé avec établissement d'états de structure qui donnent une moindre déformabilité. Avec ce procédé, on peut obtenir une bande satisfaisante avec une épaisseur de 29 m sur une largeur de 100 mm 1, Procédé de fabrication d'un demi-produit de petites dimensions (fils, profilés, bandes, feuilles) à partir d'aluminium très pur ayant une teneur en aluminium de 95,du9 à 99,99999 wSo, par déformation sans enlèvement de copeaux, caractérisé par le fait que pendant les processus de déformation (passes de laminage, tréfilages, etc...) on maintient la matière au moins en partie à de basses températures de zéro à -800G. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on maintient la matière aux températures indiquées pendant la majeure partie du temps de transformation. 9. Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que l'échauffementà des températures plus élevées, permis pendant une petite partie du temps de transformation, ne dépasse pas notablement la température ambiante, par exemple ne dépasse pas + 300C, 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait que l'échauffement permis à peu près à la température ambiante s'effectue en de courts intervalles entre le maintien à basse température, en particulier par le fait que l'échauffement bref se fait pendant le passage de la matière à travers l'appareil de déformation proprement dite (laminoir, filière etc...). 5. Appareil pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 4, pour la fabrication de fils, caractérisé par un bain de refroidissement isolé dans lequel se trouve un bain de refroidissement formé de glace carbonique et d'une huile synthétique de tréfilage, par des bobines servant à dérouler et à enrouler le fil et par une filière et un portefilière qui se trouvent dans un bâti commun et que l'on peut abaisser dans le bain de refroidissement ou en retirer au moyen d'un dispositif de réglage de hauteur. 6. Appareil selon la revendication 5, caractérisé par lt fait qu'au lieu du bain de refroidissement, il comporte un refroidissement par la glace carbonique et que la filière reste à la température ambiante. 7. Appareil pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 4, pour la fabrication de feuilles, caractérisé par le fait qu'il comporte des chambres de refroidissement formées de parois isolantes et dans lesquelles sont disposés des dévidoirs, un laminoir à plusieurs rouleaux disposé entre eux et muni d'un dispositif de réglage de cylindres, et des dispositifs de refroidissement placés au dessus des dévidoirs.