Brevet FR2370536A1 — publié le 19780609

ta présente invention concerne la fabrication d'éléments filiformes de longueur finie à partir de fil métallique De tels éléments sont utilisés pour renforcer des matériaux continus ou des agrégats. Ils sont enrobés dans ces matériaux après y avoir été dispe%%WYs6o'5us forme de mèches ou de nappes. Ils sont constitués d'une portion médiane relativemen; élancée et, de part et d'autre de cette portion médiane, d'une portion terminale. Certaines qualités des matériaux renforcés paraissent dépendre non seulement de la nature de ces éléments, mais en particulier de la conformation de leurs portions terminales. On a constaté qu'il convenait d'éviter d'avoir des portions terminales munies d'aretes vives sur lesquellesse concentrent des contraintes très importantes du milieu enrobant les éléments. te but de la présente invention est d'éviter la formation des portions terminales recélant des arêtes vives et de conférer, au contraire, à ces portions terminales une forme arrondie. C'est ainsi que le procédé conforme à l'invention est remarquable en ce qu'il consiste essentiellement a faire défiler le fil dans un milieu dont la température est inférieure à la température de solidification du métal ou de l'alliage formant le fil, et à sectionner le fil à l'état liquide. Conformément à l'invention, au moins la portion du fil destinée à former les portions teminales des éléments se trouve à l'état liquide. Après le sectionnement, sous l'effet de la tension superficielle, ces portions terminales ont tendance à devenir sphériques, donc arrondies. te milieu dans lequel a lieu le sectionnement conforme à l'invention étant à une température inférieure à la température de solidification du matériau constituant le fil, les portions terminales sont solidifiées dans la forme arrondie qu'elles viennent de prendre. De préférence le milieu refroidisseur se trouve à une température très inférieure à la température de solidification du métal ou de l'alliage constituant le fil, par exemple à la température ambiante. On élève ainsi la vitesse de solidification des portions terminales. Un autre moyen d'élever la vitesse de solidification des portions ter y ales est d'utiliser un milieu gazeux ayant une conductibilité et une chaleur spécifique élevées, par exemple de lthydro;ène à la température ambiante, éventuellement additionné d'im peu de vapeur d'eau, De préférence aussi on utilise un milieu refroidisseur non réactif ou à réaction contrôlée vis-à-vis du métal ou de l'alliage constituant le fil à sectionner, par exemple de l'azote ou de l'argon ou le mélange ci-dessus additionné d'un peu de gaz carbon que ou d'oxyde de carbone Ceci pour éviter de polluer les portions terminales des éléments. Belon d'autres variantes d'exécution préférentielles, mais non limitatives de l1invention, on peut utiliser avantageusement les dispositifs suivants pour sectionner des fils confor mémtn à l'invention. On peut se servir d'un arc électrique déclenché à des intervalles appropriés, et liqaléfiant localement le fil à l'endroit où l'arc rencontre le fil. On peut aussi remplacer l'arc électrique par le faisceau d'un laser. te fil à tronçonner en éléments peut être fabriqué par tréfilage ou par acIdification d'un jet de métal ou d'alliage métallique liquide projeté dans un fluide refroidisseur. Lorsqu'on utilise du fil tréfilé, celui-ci peut être préchaffé à une température inférieure à la température de fusion du métal ou de l'alliage métallique formant le fil, avant d'être soumis au sectionnement conforme a'. l'invention. On diminue ainsi l'apport d'énergie nécessaire à la liquéfaction locale du fil. Lorsqu'on utilise du fil obtenu par solidification d'un jet liquide projeté dails ur milieu refroSisseur, comme décrit par exemple dans les brevets américains 3 216 076, D 658 979 ou 3 861 452, on peut intégrer le dispositif de sectionnement dans l'installation de fabrication du fil, de préférence au niveau du jet liquide. Dans ce cas l'opération de sectionnement consiste à sectionner le jet liquide par un moyen quelconque, par exemple par cisaillage mécanique. Lorsqu'on opère, par contre, dans la zone dans laquelle le jet est déjà transformé en fil (solide), on a intérêt, pour diminuer l'apport d'énergie nécessaire pour liquéfier localement le fil à l'endroit prévu pour le sectionnement, à opérer le sectionnement dans une zone dans laquelle la température du fil est aussi voisine que possible de la température de solidification du fil. te sectionnement par un arc électrique ou par un faisceau de laser peut être indifféremmerlt appliqué au jet ou au fil En opérant le sectionnement sur le jet, on peut faire varier par impulsions la vitesse du jet, ce qui provoque le ectionnement par striction. Un premier moyen pour faire varier cette vitesse consiste à injecter concentriquement au jet un gaz animé d'une vitesse plus élevée que celle du jet. Ce gaz exerce une traction sur le jet et le rompt périodiquement. D'autres moyens pour faire varier impulsionnellement la vitesse du jet sont les suivantes: On fait varier par impulsions la pression gazeuse exercée sur le métal ou l'alliage métallique liquide contenu dans le creuset, pour projeter le jet dans le milieu refroidisseur, par exemple au moyen d'une chambre à explosions. On applique des impulsions au moyen d'un transducteur dans le métal ou l'alliage métallique liquide contenu dans le creuset. On provoque des impulsions dans le milieu refroidisseur dans la zone du jet liquide, par exemple au moyen d'une chambre à explos ions. On applique par exemple à l' aide d'un transducteur des impulsions à la filière disposée dans le creuset et à travers laquelle est projeté le jet dans le milieu refroidisseur. te dessin et la partie de la présente description qui y fait référence sont destinés à faciliter la compréhension de l'invention. Sur ce dessin - la figure 1 représente des éléments filiformes fabriqués d'après le procédé conforme à l'invention - la figure 2 montre schématiquement les pièces essentielles d'une installation mettant en oeuvre le sectionnement conforme à l'invention - la figure 3 illustre schématiquement une installation de fabrication de fil par projection d'un jet de métal liquide dans un milieu refroidisseur, dans laquelle S 3 trouve intégré un dispositif de sectionnement pour mettre en oeuvre le procédé de sectionnement conforme à l'invention et, - les figures 4 à 6 montrent des parties d'une installation selon la figure 3, dans lesquelles on utilise d'autres dispositifs mettant en oeuvre le procédé conforme à l'invention. Sur la figure 1 on voit trois éléments filiformes 19 2, 3 fabriqués à l'aide du procédé conforme à l'invention. L'élément 1 comporte une portion médiane 1' et, dé part et d'autre de celleci, une portion terminale 1" tronconique avec une pointe arrondie. L'élément 2 comporte de part et d'autre de la portion médiane 2' une portion terminale 2" à peu près hémisphérique. Enfin l'élément 3 comporte de part et d'autre de la portion médiane 3' une portion terminale 3n quasi-sphérique. t1 installation pour mettre en oeuvre le sectionnement conforme à l'invention, selon la fifre 2, Comporte un dévidoir 20 portant une bobine de fil 21, une enceinte de préchauffage 22 du fil 25 et une enceinte 24 dans laquelle a lieu le sectionnembnt du fil 23. L'enceinte 22 est munie d'un moyen de chauffage 25, l'enceinte 24 d'une arrivée 26 de fluide à la température ambiante. Dans l'enceinte 24 sont disposés des rouleaux 27 qui entraînent le fil 23 et sont reliés à urle des bornes d'un générateur d'impul- sions électriques à haute tension (non représenté) L'électrode annulaire 28 est disposée concentriquement au fil à sectionner 23 et reliée à l'autre borne du générateur dtimpulsior;S L'arc électrique qui s'établit périodiquement entre le fil 23 et l'électrode 28 met localement ce fil à l'état liquide et celui-ci est sectionné par vaporisation en éléments filiformes 29 à portions terminales arrondies qui tombent à travers une ouverture 30 dans un bac 31 dans lequel ils s'accumulent.Nais on peut également faire tiber les éléments 29 sur un tapis trans- porteur (non représenté) pour les assembler ensuite en mèches ou en nappes Une telle installation peut également oenvenir pour sectionner des rubans de section quelconque, au lieu de fils. On peut également remplacer l'arc électrique produit par l'électrode annulaire 28 par le faisceau d'un laser activé (non représente) périodiqueme:t,pointé sur le fil Dais ce cas, les rouleaux 27 ne sont pas reliés à une des bornes d'un générateur de tension L'installation de fabrication d'un fil métallique par projection d'un jet liquide 32 dans un milieu refroidisseur 33 de la figure 3 comporte un creuset 34 avec ur, moyen de chauffage 35 du métal 36, et une filière 37 disposée dans le creuset 34 à travers laquelle est projeté le jet 32 as le milieu refroidissaur 33 arrivant dans l'enceinte de refroidissement S8 par la condtite 39 Le creuset 34 est coiffé par une enceinte de pressurisation 40 avec une arrivée 41 d'un gaz sous pression destiné a exercer une poussée sur le métal liquide 36 et projeter le jet 32 dans le milieu refroidisseur 37. Dans le étal 36 est plongée une électrode 42 relise à une borne d'1ln générateur de tension (non représenté0 analogue à celui du dispositif de la figure 2. L'électrode annulaire 43, reliée à l'autre borne du générateur de tension; peut être disposée dans la zone contigus la filière 37 das laquelle le jet est liquide. L'arc qui s'amorce périodiquement entre l'électrode 43 et le jet 32 volatilise localement ce dsrni-r et le réduit an éléments filiformes 44 à portions terminales arrondies qui se solidifient Ces éléments 44 tombent dans un bac 45 a la sortie de l'enceints se refroi@issement 38. tes électrodes 42 et 47 peuvent être remplacées par un laser activé périodiquement (non représenté) dont le faisceau est pointé sur le jet 32, ou bien par un couteau à plusieurs branches (non représenté) ai tourne dans un plan perpendiculaire à l'axe du jet et cisaille celui-ci mécani- quement. On peut aussi placer l'électrode 43 dans une zone de l'enceinte 38 dans laquelle le jet est solidifié sou~ forme de fil, mais encore relativement chaud. L'énergie désessaire pour sectionner conformément à à l'invention le fil est d'autant plus élevée que la température du fil se rapproche -de la température ambiante. On peut déplacer de la même façon le point d'intervention du faisseau rie laser et ocinter celui-ci s1lr le fil.Dans ce cas encore, l'énergie de sectionnement nécessaire est bien entendu supérieure à celle nécessaire lorsqu on opère sur le jet 32 Elle augmente d'autant plus que le point d'@@tervention est plus éloigné de la filière, c'est-à-dire que la température du fil tend vers la température ambiante. Enfin, on pout opérer le sectionnement conforme à l'invention sur le fil sortant de l'enceinte de refroidissement ou bien emmaga-siner le fil sur -me bobine et opérer son sectionnement dans une installation telle que celle de la figure 2. La figure 4 repr(seite la zone de l'enceinte 18 de refroidissement d'une installation analogue à celle de la figure 3, contigu@ à a filière 37 et dans laquelle Le jet 32 est liquide. Concentriquement au jet 32 est disposé un conduit 50 dans lequel le jet 32 liquide est étiré par une veine gazeuse issue de la conduite ann@laire 51 percée qui autoure le conduit 50.Le débit du gaz arrivant par les tuyaux 52 dans la conduite de distribution 51 et réglé de façon que la vitesse de la veine gazeuse soit supérieure à la vitesse de projection du jet 32. Ce jet est ainsi transformé en éléments filiformes 44 à portions terminales arrondies La figure 5 représente une filière 37 telle que celle de l'installation de la figure 3, équipée d'un excitateur électromagnétique 60 susceptible de transmettre des impulsions à la filière 37. Chaque impulsion est transmise au jet 32 qui et sectionné en éléments filiformes 44 qui se solidifient.L'excitateur 60 est alimenté par un générateur d'impulsions (non représenté). Or peut aussi disposer un transducteur dans le métal ou l'alliage métallique liquide9 c'est-à-dire du côté opposé et à une cerùaine distance par rapport a la filière 37, comme indiqué en lignes pointillées. Les impulsions transmises par ce transducteur au métal en fusion se traduisent par des varia tions de la pression avec laquelle le jet 32 est projeté dans le milieu refroidisseur. Celles-ci provoquent des strictions locales da et et son sectionnement à l'endroit des strîcùions. La figure 6 enfin représente la zone de l'enceinte de refroidissement 38 d'une installation analogue à celle de la figure 49 contigus à la filière 37,dans laquelle le jet 32 est liquide, Latéralement à l'enceinte 38 est disposée une chambre 60 communiquant avec l'enceinte 38 par un conduit 61. ta chambre 60 est alimentée par la tubulure 62 en un mélange gazeux détonnant, par exemple de l'hydrogène et de-l1oxygène. Poriodiquement, la bougie 63 disposée dans la paroi de la chambre 60 reçoit une impulsion électrique qui fait exploser le mélange. Chaque explosion produit une variation brusque de la pression dans 11 enceinte de refroissement 38.Cette variation sectionne le jet laide 32 conformément à l'invention et les éléments filiformes 44 à portions terminales arrondies se solidifient au cours de leur progression dans le milieu refroidisseur. Une telle chambre a produire des ondes de choc peut être mise en mise an communica ion/avec l'enceinte de pressurisation 40 d'une installation selon la figure 3. les explosions produisent alors des variations de la poussée agissant sur le métal liquide pour projeter le jet dans le milieu refroidisseur. A. chaque variation de poussée correspond un sectionnement du jet liquide et sa résolution en éléments filiformes qui vont se solidifier avec des portions terminales arrondies. Quel que soit le mode de fabrication du fil (par tréfilage ou par solidification d'un jet liquide) utilisé, les éléments filiformes métalliques obtenus à l'aide du procédé conforme à l'invention comportent des portions terminales non écrouies en raison du sectionnement du fil à l'état liquide. REVENDICATIONS 1. Procédé pour fabriquer des éléments filiformes de longueur finie dans une ins$Llation destinée à projeter à l'aide d'une pression gazeuse un jet de métal ou d'alliage métallique liquide dans un fluide refroidisseur dont la température est inférieure à la température de solidification du métal ou de l'alliage métallique, caractérisé en ce que lesdits éléments sont obtenus par sectionnement du jet. 2. Procédé pour fabriquer des éléments filiformes de longueur finie dans une installation destinée à projeter à l'aide d'une pression gazeuse un jet de métal ou d'alliage métallique liquide dans un fluide refroidisseur dont la température est inférieure à la température de solidification du métal ou de l'alliage métallique, caractérisé en ce que lesdits éléments sont obtenus par sectionnement du fil. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'on sectionne le fil sur un tronçon dont la température est aussi voisine que possible de la température de solidification du fil. 4. Procédé selon 11 une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lton sectionne le jet - par cisaillage mécanique ou - par un arc électrique ou - par un faisceau de laser. 5. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'on injecte concentriquement au jet, dans un conduit annulaire entourant le jet, un gaz animé d'une vitesse plus élevée que celle du jet. 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on sectionne le jet en faisant varier par impulsions la vitesse du jet. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'on fait varier par impulsions la pression gazeuse appliquée pour projeter le jet dans le fluide refroidisseur. 8. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'on fait varier par impulsions la pression dans le métal ou l'alliage métallique liquide destiné à être projeté sous forme de jet dans le fluide refroidisseur. 9. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le jet est projeté dans le fluide refroidisseur à travers une filière animée d'un mouvement impulsionnel. 10. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'on fait varier par impulsions la pression dans le fluide refroidisseur. 11. Eléments filiformes de longueur finie et à portions terminales arrondies fabriqués à partir de fil obtenu par solidification d'un jet de métal ou d'alliage métallique liquide projeté dans un fluide refroidisseur à l'aide d'un des procédés des revendications 1 à 10. 12. Eléments filiformes selon la revendication 11 en acier à teneur élevée en silicium.