Brevet FR2304416A1 — publié le 19761015

La présente invention concerne un procédé de fabrication de tubes ou de corps creux métalliques composites, ainsi que les produits obtenus par ce procédé. Elle s'applique bien aux tubes inoxydables, aux tubes et corps creux devant résister au frottement et, d'une manière plus générale, aux tubes et corps creux devant présenter des caractéristiques particulières de surface. Dans de nombreux cas, en effet, seules les propriétés de surface sont intéressantes : c'est le cas des tubes ou des corps creux devant résister à la corrosion, à l'oxydation, au frottement, à l'usure ... Il est inutile, dans la plupart des cas, que les tubes utilisés présentent la même propriété à la surface et dans la masse parfois ce peut etre nuisible. Souvent, les produits présentant les propriétés spéciales décrites ci-dessus sont chers : on cherche donc à les remplacer par un matériau plus ordinaire recouvert en surface du matériau présentant les propriétés requises. Parfois, les propriétés souhaitées pour la masse du produit sont incompatibles avec les propriétés souhaitées pour la surface. partir de ces deux constatations se sont développées un certain nombre de techniques destinées à réaliser des produits présentant des propriétés différentes dans la masse et à la surface. Les techniques les plus simples consistent à effectuer un recouvrement superficiel. Dans le domaine des matériaux devant résister à la corrosion, il s'agit de recouvrement par peinture, dépots métalliques obtenus par électrolyse, par voie chimique, par projection au pistolet, dépôts en phase vapeur etc ... Dans ces techniques, la difficulté réside dans l'obtention d'un dépôt sans défauts : la présence de défauts localisés (porosités, fissures) conduit à une destruction rapide de la pellicule protectrice par infiltration du liquide corrosif. Certaines de ces techniques sont, en outre, dtun prix de revient relativement cher. Par ailleurs, le recouvrement intérieur d'un tube est difficilement envisageable. Dans le domaine du frottement, on connaît également les revêtements antifrictions obtenus par électrolyse, suivis éventuellement de diffusion. L'inconvénient de ces revêtements réside dans leur épaisseur limitée : ils peuvent périr rapidement par accident localisé. Une solution plus satisfaisante à ces différents problèmes consiste à obtenir des produits mixtes ou composites, dans lesquels le matériau de surface présente une certaine épaisseur et est lié de façon intime avec le matériau constituant l'âme des produits. Pour les tubes, une solution consiste à effectuer la transformation par filage de deux ébauches préalablement emboîtées l'une dans l'autre (cofilage). Cette solution est onéreuse, car elle nécessite un usinage soigné des ébauches pour réaliser ltemboitement. Selon un autre procédé, on peut obtenir un tube mixte par étirage simultané de deux ébauches concentriques ; cette solution onéreuse a de plus l'inconvénient de ne pas réaliser de soudure entre les deux matériaux ; la conductibilité thermique de l'ensemble est mauvaise, ce qui exclut l'emploi de tels tubes dans certaines applications, comme les échangeurs de chaleur. Dans le domaine du frottement, il est également intéressant d'obtenir des matériaux mixtes acier ordinaire - acier antifriction, l'économie se situant surtout au niveau de l'usinage. Les solutions existantes, basées par exemple sur le sertissage de bague, sont relativement onéreuses. Le but de la présente invention est d'dviter les inconvénients précités et d'obtenir, dans des conditions industrielles satisfaisantes, des tubes ou des corps creux métalliques composites dont la surface soit constituée en une première substance métallique présentant certaines propriétés utiles en surface, et dont l'intérieur soit constitué en une autre substance métallique, présentant d'autres propriétés, utiles en profondeur. A cet effet, la présente invention a d'abord pour objet un procédé de fabrication de tubes composites métalliques, caractérisé en ce qu'une poudre métallique est logée entre deux tubes enveloppes, l'un extérieur, l'autre intérieur, qui peuvent étre constitués en la même substance métallique ou en deux substances différentes, les caractéristiques de chaque substance métallique étant spécifique de ltemploi final du tube à obtenir, l'ensemble étant ensuite transformé à chaud par laminage, ou par extrusion La transformation à chaud a pour effet d'assurer le frittage complet de la poudre et la soudure entre les conteneurs et le contenu. Suivant une caractéristiques particulière de l'invention, la poudre formant l'âme du produit peut être compactée à froid, avant la transformation à chaud. Suivant une autre caractéristique particulière de l'in vention, la poudre formant l'sole du produit peut, après compactage à froid, subir un frittage à chaud, avant la déformation à chaud. Suivant une première variante de 11 invention, l'un des t#es enveloppé, ou les deux, sont en acier inoxydable, et la poudre est en un autre matériau, par exemple un acier doux, un acier au carbone ou un acier allié. Les tubes obtenus peuvent être des tubes inoxydables intérieur et extérieur ou des tubes inoxydable8 d'un seul côté (intérieur ou extérieur). Selon une deuxième variante de l'invention, l'un des tubes enveloppes, ou les deux, sont en acier ou alliage antifriction, et la poudre est es un autrematérian, par exemple un acier ordinaire ou allié. les produits obtenus peuvent être des tubes résistant à l'usure par frottexent, ou des bagues antifrictions. Salivant une caractéristique particulière de l'invention, les deux extrémités des tubes enveloppes sont fermées chacune par une tôle rince contribuant à contenir la poudre entre les deux tubes enveloppes et à éviter les entrées d'air. Il est bien entendu que ces variantes sont données à titre d'exemple et ne sont pas linitatives, toute combinaison de la- tériaur pouvant store obtenue par le procédé. La poudre métallique peut outre obtenue par exemple par l'une des techniques utilisées pour les poudres préalliées, telles qu'atomisation sous argon ou broyage de copeaux. Dans certains cas, on peut iSie remplacer la poudre par des copeaux, non broyés. L'invention a également pour objet les produits obtenus par application du procédé mentionné ci-dessus. homme on le comprend, l'un des principaux avantages de l'invention est d'apporter des solutions indépendantes aux exigences de surface et aux exigences dans la masse du produit obtenu, par exemple : - dureté élevée en surface et ductilité dans la masse - résistance à la corrosion en surface et résistance mécanique élevée dans la masse, etc . D'autres avantages de l'invention consistent à réaliser à la fois le frittage complet de la poudre et la soudure entre les tubes enveloppes et la matière intérieure frittée, au cours de la transformation à chaud par laminage, par extrusion ou par matriçage. Un autre avantage de l'invention, par rapport aux procédés connus de recouvrement superficiel, est que l'on évite la pré paration de surface avant application de la pellicule protectrice. Un autre avantage important de l'invention est que l'on peut choisir la nature de la poudre en fonction des propriétés optimales du coeur du produit à réaliser. C'est ainsi que l'invention fournit une excellente solution au problème des tubes à la fois inoxydables et à hautes caractéristiques mécaniques, Afin de bien faire comprendre l'invention, on va décrire ci-après, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation d'un tube inoxydable selon l'invention. Des copeaux en acier doux à 0,100,' de carbone sont concassés dans un broyeur jusqu'à obtenir une poudre de granulométrie moyenne : 500 microns. La poudre est enfermée entre deux tubes enveloppes en acier inoxydable austénitique, cylindriques. La densité apparente du contenu est alors de : 5. L'ensemble est alors chauffé à 12000 C. et subit à cette température une extrusion de rapport : 13. Après cette opération, on obtient un tube de diamètre extérieur 30 mm. et de diamètre intérieur : 24 ms. recouvert d'une couche d'acier inoxydable à lIja- térieur et à l'extérieur. La densité mesurée est alors de : 7,85. On constate que le frittage de l'acier doux est parfait et que la soudure entre les deux matériaux est d'excellente qualité. fl est bien entendu que l'on peut, sans sortir du cadre de l'invention, imaginer des variantes et perfectionnements de détails, de ndre qu'envisager l'emploi de moyens équivalents. REZEEDICATIONS 1 -Procédé de fabrication de tubes métalliques composites, caractérisé en ce qu'une poudre métallique est logée entre deux tubes enveloppes, l'un extérieur, l'autre intérieur, qui peuvent Strie constitués en la môme substance métallique ou en deux substances différentes, les caractéristiques de chacune des substances métalliques étant spécifiques de l'emploi final du tube à obtenir, l'ensemble étant ensuite transformé à chaud par laminage, ou par extrusion. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la poudre formant 1' #e du produit est compactée à froid, avant la transformation à chaud. 3 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la poudre formant l'âme du produit subit, après compactage à froid, un frittage à chaud, avant la déformation à chaud. 4 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'un au moins des tubes enveloppes est en acier inoxydable, tandis que la poudre est en un autre matériau, par exemple un acier doux, un acier au carbone ou un acier allié. 5 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'un au moins des tubes enveloppes est en matériau antifriction, tandis que la poudre est en un autre matériau, par exemple un acier ordinaire. 6 - Tubes composites métalliques obtenus par un procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 1 à 5. 7 - Tubes inoxydables d'un seul côté, intérieur ou extérieur, obtenus selon l'une des revendication I à 5. 8 - Bague antifriction composite, obtenue selon l'une quelconque des revendications 1 à 5.