Brevet FR2227342A1 — publié le 19741122

La présente invention concerne un procédé de traitement de récipients métalliques à deux cols. Jusqu'à présent, on a utilisé divers procédés pour le traitement des tubes métalliques destinés à forrzer des récipients ou bouteilles cylindriques métalliques sous pression pouvant être utilisés pour la conservation sous pression des liquides et des gaz. Des exemples de tels récipients sont les bouteilles de gaz destinées à l'alimentation en combustible et à la respiration médicale. Un procédé connu comprend simplement la déformation des extrémités d'un tube métallique de manière qu'elles forment des cols, au cours d'une opération de mise en rotation dans laquelle les extrémités du tube métallique tournent et sont repoussées simultanément contre des moules comme décrit dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique no 2 026 133 et 2 659 128. L'opération précitée de mise en rotation peut êtré mise en oeuvre lorsque les extrémités du tube ont été chauffées de manière qu'elles soient ramollies, si bien que le métal peut Aetre déformé de façon relativement facile. Un tel procédé est décrit dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique no 1 184 115 eth 420 721. Ces brevets indiquent que le tube métallique#pré- chauffé peut être déformé par simple déformation des extrémités du tube contre des moules froids ayant des configurations hémisphériques, sans mise en rotation. D'autres procédés connus comprennent la mise en rotation d'un tube de métal, contre des moules qui sont chauffés par un courant électrique, par effet Joule, comme décrit dans le brevet des Etats-Unis d'bmérique no 2 374 771. D'autres procédés tels que décrits dans le brevet Ses Etats-Unis dlAmérique no 2 405 201 décrivent le travail à froid des extrénlités du tube métallique de manière que ces extrémités soient défornees contre des moules froids. Le brevet des Etats-Unis d'mnésique n 2 309 181 décrit un procédé connu de r#;#ollissement des extrémités d1un tube métallique par chauffage et trempe, puis traitement des extrémités par une opération de formage à froid de manière qu récipient métallique soit formé On constate que les procédés connus ne donnent pas totalement satisfaction pour la réalisation de récipients métal liques très robustes, ayant une résistance à la rupture très élevée et une uniformité dans toute leur longueur. L'invention concerne un procédé de traitement des ré récipients métalliques ne présentant ~as des inconvénients des procédés connus. Plus précisément, le procédé de l'invention concerne le traitement d'un récipient métallique comprenant la formation d'un récipient à deux cols placés aux extrémités ouvertes, le récipient étant en alliage métallique, le chauffage initial du récipient de manière que les éléments de l'alliage soient solubilisés, puis juste après, la trempe du récipient par une matière de refroidissement qui empêche toute précipitation des éléments d'alliage, le récipient étant ensuite chauffé de manière qu'il subisse un durcissement structural. Le tube à partir duquel le récipient peut être réalisé peut etre en alliage métallique, dont le constituant princi pl est par exemple le magnésium, le cuivre ou l'aluminium. La matière de l'alliage peut aussi contenir d'autres constituants, par exemple du fer, du silicium, du zinc, du nickel, du manganèse et du chrome. Le pourcentage et le nombre des constituants de chaque alliage peuvent beaucoup varier suivant les conditions économiques et la résistance du récipient qui doit être formé. De préférence, on constate~que l'utilisation d'un alliage de la série 6XXX contenant comme principal constituant d'alliage de l'aluminium et comme principales impuretés d'alliage du rnanésiurll et du silicium, est utile pour la formation de récipients métalliques cylindriques très robustes étant donné les caractéristiques de légèreté et de résistance améliorées des bouteilles ainsi formées. Le tube peut être formé par sous les procédés connus, par exemple par extrusion d'une sphère ou d'un bloc de métal ou par formation d'une feuille puis soudure. La longueur et le diamètre du tube qui peut etre utilisé peuvent entre imposés uni quenent par la dimension et la configuration du récipient qui doit être formé. Les extrémités ouvertes du tube peuvent etre déformées de manière qu'elles forment un col 'a chaque extrémité, dans un récipient. Chaque extrémité peut avoir un orifice qui assure la communication entre l'intérieur et Iiextérieur du récipient. Les extrémités du tube peuvent être déformées par exemple par préchauffage des extrémités, puis traitement par rotation ou compression dans un moule chaud ou froid. Par exemple, la phase précitée de préchauffage peut être éliminée. De préférence, l'opération de déformation peut comprendre le traitement des extrémités du tube métallique froid par compression b l'aide de deux moules chauffés ayant une surface de contact sensiblement hémisphérique. Les moules peuvent être chauffés à une température telle que les extrémités du tube froid, lors du contact avec le moule chauffé, se ramollissent localement et favorisent ainsi la formation.Bien que la plage particulière de températures dans laquelle les extrémités doivent être chauffé fées pour qu'elles se ramollissent, dépend du type de l'alliage déformé, il est important que la température soit au moins suffisamment élevée 1pour que chaque extrémité soit ramollie, mais quelle ne soit pas trop élevée car les extrémités métalliques ne doivent pas fondre et certains des éléments d'alliage de la structure métallique ne doivent pas être solubilisés.De préférence, lors de l'utilisation d'une composition d'alliage Al-Mg-8i de la série 6XXX, il est souhaitable que les moules soient chauffés à une température de Tordre de 440 à 468 C, avantageusement 450 à 460OC, par exemple 4542C. Après la phase de déformation, le tube déformé peut subir un traitement thermique ou un traitement de mise en solu tien de manière que les éléments solubles de l'alliage forment une solution solide dans la masse-. Au cours de ce traitement, l'homogénéiseftion peut epparaltre, si bien que les éléments solubles de l'alliage peuvent se redissouire dans la masse, et les éléments solubles peuvent autre dispersés uniformément dans le liant métallique. Le traitement thermique peut en réalité changer la structure cristalline métallique de l'alliage de manière qu'elle revienne à ce qu'elle était avant la défor mation.Ainsi, ce traitement thermique peut supprimer la variation de structure cristalline qui apparatt à la suite de la déformation aux extrémités du récipient, par les moules mobiles. La plage particulière de températures et de durées pendant laquelle le traitement thermique peut être nécessaire dépend de la nature de l'alliage traité ; cependant, il est important que la température soit telle que les éléments solubles du métal forment une solution solide. L'état physique de l'alliage à ce moment est semi-plastique. La phase de traitement thermique peut être réalisée dans un simple four de chauffage, ou le récipient métallique peut être porté à la température convenable par contact avec des gaz chauds, par exemple de l'air ou analogue.De préference, lors du traitement dA aux compositions d'alliage AI-Mg-Si de la série 6XXX, le récipient métallique peut être chauffé à une température par exemple comprise entre environ 525 et 555OC1 avantageusement entre 540 et 550OC, par exemple à 540OC, pendant 0,5 à 1 beure,.avan- tageusement entre 0,75 et 1 heure, par exemple pendant 1 heure. Lorsque le récipient métallique est soumis au traitement thermique précité, le récipient peut être trempé presque immédiatement par une matière de refroidissement. Ce traitement de trempe peut assurer la eongélation de la structure cristalline métallique de l'alliage et peut supprimer la précipitation possible des éléments d'alliage. La dispersion uniforme des éléments solubles d'alliage dans le métal peut ainsi être fixée par la trempe sans précipitation indésirable. La phase de trempe peut être réalisée avantageusenent par immersion du récipient chauffé dans de l'eau de refroidissement qui peut être maintenue à une température suffisante pour que la température du récipient soit réduite d'un nombre déterminé de degrés en une courte période. D'autres matières de refroidissement qui conviennent sont l'air et les matières synthétiques de trempe. Lorsque le récipient est exposé à la matière de refroi dissenent, il peut être en contact de façon pratiquement ins tantanée ou presque immédiate avec la surface entière interne et externe du récipient étant donné la nature de la structure du récipient lui-meme. Ainsi, lorsque l'eau est utilisée comme matière de trempe et lorsque le récipient tombe dans l'eau de refroidissement, celle-ci peut passer dans le récipient et vient donc au contact de sa face externe. De plus, 11 eau de refroidissement pénètre simultanément dans le récipient et passe par les deux cols ouverts de manière qu'elle soit au contact de la face interne.Comme le récipient peut comporter un canal destiné à l'écoulement d'un- fluide, le courant d'eau de refroidissement dans le récipient n'est pas -perturbé. Le résultat en est que la mati#ère de refroidissement est au contact presque instantané ou immédiat avec la totalité de la surface interne et externe du récipient dont la température est abaissée, si bien que toute précipitation des éléments solubles dans la matière métallique du récipient est supprimée. Lorsque la face de trempe est mise en oeuvre sur une composition d'alliage Al-Mg-Si de la série 6XXX et lorsque l'eau constitue la matière de reiroidissement, la-température de trempe de l'eau de refroidissement peut être comprise entre la température ambiante et 93OC environ, par exemple entre 60 et 71 C, notamment de l'ordre de GGOC, le temps pendant lequel le refroidissement est satisfaisant pouvant être par exemple compris entre environ 7 et 20 secondes, par exemple entre 5 et 10 secondes, notamment de l'ordre de 6 secondes. Une telle trempe de la composition d'alliage est telle que la précipitation des éléments solubles tels que le magnésium et le silicium, sous forme de siliciure de magnésium, est pratiquement supprimée. Après la phase de trempe, le récipient métallique peut etre soumis à un durcissement structural pendant lequel le récipient est chauffé à une température relativement élevée, permettant la précipitation de certains des éléments d'alliage. La précipitatioll des éléments ###d'alliage a lieu plus facilement aux limites des grains, que dans le reste de la matière, mais la précipitation peut anssi apparaltre dans des zones tout à fait quelconques du métal. La pré(ipitation des éléments le long des limites des grains assure la formation d'un réseau qui est bloqué mécaniquement. La température élevée particulière à laquelle le récipient métallique est porté pour le durcissement structural dépend du type de l'alliage traité et du nombre et de la dimension des cristaux. Evidemment, le nombre et la dimension des cris-taux dépendent de la dureté que doit posséder finalement le récipient. Ce traitement thermique peut être réalisé dans un simple four de chauffage, ou le récipient métallique peut être porté à la température nécessaire par mise en contact avec des gaz chauds tels que l'air ou analogue.Cependant, lors de l'utilisation d'une composition d'alliage Al-Mg-Si de la série 6XXX, le récipient métallique peut être soumis à une température par exemple comprise entre environ 160 et 171OC, par exemple 1719C, de préférence, suivant le type d'alliage utilisé, pendant par exemple 14 à 20 heures, notamment 17,5 à 18,5 heures, par exemple de l'ordre de 18 heures. Selon une caractéristique du procédé de l'invention, des riplents métalliques de résistance élevée peuvent être préparés avec une résistance à la rupture élevée et une grande uniformité dans la totalité du récipient, étant donné notamment les conditions suivantes (a) la dimension et la quantité de cristaux métalliques présents dans le récipient métallique peuvent être réglées facilement (b) les caractéristiques de résistance des extrémités du récipient peuvent être pratiquement les memes que celles du reste dll récipient; et (c) un réseau cristallin bloqué mécaniquement peut être formé et améliore la résistance mécanique du récipient métallique. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence au dessin annexé sur lequel les figures 1 à 4 représentent la mise en oeuvre du procédé de l'invention. Sur les figures, un tube métallique allongé et cylin drique portant la référence 1 est placé entre deux moules'hémisphériques supérieur et inférieur 2 et 3. L'alliage peut contenir essentiellement de l'aluminium et, comme impuretés principales, du magnésium et du silicium. L'extrémité supérieure du tube 1 peut être placée à proximité du moule supérieur 2, et 11 extrémité inférieure È, proximité du moule inférieur 3. Les moules 2 et 3 peuvent être chauffés de manière qu'ils soient à une température de 454 C. Lors de la mise en oeuvre du procédé préféré de l'invention, le tube 1 peut être déformé par compression des extrémités à l'aide des moules chauffés 2 et 3 qui déforment les extrémités du tube 1 qui constitue un récipient 4 ayant deux cols 5 aux extrémités. Chaque col 5 peut avoir une ouverture 6 permettant la communication entre l'intérieur et l'extérieur du récipient 1. Ensuite, le récipient métallique peut être soumis à un traitement thermique dans lequel il est chauffé dans un four 8 à une certaine température pendant 1 heure, de manière que le magnésium et le silicium soient solubilisés et forment une solution solide dasls la masse.Ensuite, le récipient 4 est presque immédiatement trempé a' liteau froide contenue dans un récipient 10, de manière que la structure cristalline métallique soit "gelée" et que toute précipitation possible du magnésium et du silicium, sous ferme de siliciure de magnésium, soit évitée. L'eau de refroidissement peut eAtre maintenue à 66 C, et le récipient 4 peut rester dans liteau de refroidissement jusqu'à l'équilibre ou pendant 6 secondes. Enfin, le récipient 4 peut subir un durcissement structural par chauffage dans le four 11, à laide d'sir chaud maintenu à 171 G pendant 18 heures, de manière que les cristaux métalliques grossissent et soient présents avec la dimension et en quantité voulues en fonction de la résistance à la rupture de la matière du récipient 1. Il est bien entendu que l'invention n'a été décrite et représentée que titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir du cadre de l'invention qui est défini dans les revendications annexées. REVF##ICAT i OMS 1. Procédé de traitement d'un récipient métallique, caractérisé en ce qu'il comprend la formation d'un récipient à deux cols et à extrémités ouvertes, formé d'un alliage métallique, le chauffage initial du récipient de manière que les éléments de l'alliage métallique soient dissous, la trempe du récipient par une matière de refroidissement pratiquement jus te après le chauffage, de manière que toute précipitation des éléments d'alliage soit supprimée, et le chauffage du récipient de manière qu'il subisse un durcissement structural. 2. Procédé de formation et de traitement d'un récipient métallique à extrémités ouvertes, caractérisé en ce qu'il comprend la formation d'un tube cylindrique à extrémités ouvertes en alliage métallique, la déformation des parties d'extrémité du tube de manière que celui-ci forme un récipient à deux cols et à extrémités ouvertes, le chauffage du récipient de manière que les éléments de l'alliage du récipient soient solubilisés, pratiquement juste après la trempe du récipient avec une matière de refroi(tissenent de manière que toute précipitation des éléments d'alliage soit supprimée, puis le chauffage du récipient de manière qu'il subisse un durcissement structural. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les parties d'extrémité du tube sont déformées par chauffage local des extrémités. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que les parties d'extrémité du tube sont déformées par déplacement de deux moules chauffés prenant appui contre les ex extrémités. 5. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que les extrémités du tube sont chauffées à une température comprise entre 440 et 4680. 6. Procédé selon la rexrerdication 4, caractérisé en ce que les moules sont chauffés à une température comprise entre 440 et 468 C. 7. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, ca ractérisé en ce que l'alliage du récipient métallique contient essentiellenent de l'aluminium. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'alliage du récipient métallique contient une petite quantité de magnésium et de silicium. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que le récipient est chauffé à une température de solubilisation comprise entre environ 525 et 555-0C, avantageusement de l'ordre de 540OC. 10. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le récipient est trempé par de 11 eau ou de l'air. 11. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le récipient est trempé à une température comprise entre la température ambiante et 93 C environ. 12. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le récipient subit un durcissement structural à une température comprise entre environ 160 et 177OC. 13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce- que le récipient est maintenu à la température de durcissement structural pendant temps qui peut atteindre 18 heures. 14. Procédé de formation et de traitement d'un récipient métallique cylindrique à extrémités ouvertes, caractérisé en ce qu'il comprend la formation d'un tube cylindrique à extrémités ouvertes en alliage contenant de l'aluminium, du magnésium et du silicium, la déformation des extrémités du tube de manière que celui-ci forme un récipient cylindrique à deux cols et extrémités ouvertes, par déplacement de deux moules chauffés contre les extrémités du tube, les moules étant chauffés à une température de l'ordre de 454oC, puis le chauffage du récipient à 540OC environ de manière que le magnésium et le silicium soient dissous, pratiquement juste après la trempe du récipient dans liteau froide, à une température comprise entre 20 et 100OC de manière que toute précipitation de siliciure de magnésium soit supprimée, puis le chauffage du récipient à une température de l'ordre de 171OC pendant 18 heuras de manière que le récipieni subisse un durcissement struc sural.