Brevet FR2407269A1 — publié le 19790525

L'invention se rapporte à un alliage spécifique pour la fabrication d'outils de verrerie ou de cristallerie de prise et de travail de la matière du genre cannes ou ferrets et alliage utilisé également pour tuyau de coulée. Les outils de verrerie ou de cristallerie actuellement utilisés sont réalisés en alliage réfractaire, de bonne résistance mécanique et chimique à hautes températures et comportent des extrémités usinées destinées à faciliter la prise de l'échantillon et son travail. I1 s'agit principalement de cannes (soufflage) et de ferrets (formage). Après le travail de la matière, il subsiste un résidu solide de verre de cristal qui adhère à l'extrémité de l'outil, résidu que l'on détache en vue de son recyclage avant la réutilisation de l'outil. En principe, ce résidu solide se détache au refroidissement par le seul fait des différences de coefficient de dilatation entre le métal de l'outil et le verre. Pour des raisons évidentes d'économie d'outils, l'opération de détachement de ce résidu appelée "pêture" doit s'effectuer rapidement rendant ainsi l'outil le plus vite possible prêt à l'emploi. De plus, la matière de recyclage ou "groisil" doit orésenter certaines qualités techniques de façon à ne pas dénaturer le produit résultant, sinon elle est jetée au rebus. Ainsi le groisil propre au recyclage doit se présenter aussi incolore que possible ou posséder une coloration apparente qui disparait à la fusion et ne colore en aucun cas la masse. Jusqu'à présent, on disposait de moyens peu commodes et peu rentables pour traiter ou sélectionner ces résidus avant l'opération de recyclage, ainsi sont employés encore aujourd'hui le lavage à l'acide et le tri manuel. Ces onérations présentent les inconvénients classiques dûs à leur nature : manipulations dangereuses, augmentation du prix de revient, temps passé, main d'oeuvre. Ainsi pour obtenir une 11pêture rapide", en "groisil" propre après refusion et une absence totale de bulles dans la pièce fabriquée, les inventeurs ont imaginé et expérimenté l'alliage selon l'invention et ses dérivés. En ce qui concerne les tubes de coulée, on les réalise actuellement en métaux nobles, du genre platine r h o d i é dont le prix de revient s'accroit chaque jour. Le but de la présente invention est de remédier pratiquement totalement à ces inconvénients en fournissant un alliage présentant les qualités requises destiné plus particulièrement à fabriquer les outils de verrerie ou de cristallerie et les tubes de coulée à température modérée. L'alliage type selon l'invention se caractérise en ce qu'il renferme les constituants en pourcentage, suivants 8 à 12 % Aluminium, manganèse en quantité inférieure à 1 %, silicium en quantité inférieure à 1 %, carbone en quantité inférieure à 0,5 %, des traces de Mo, W, V, Zr, Ce, balance fer. La composition optimale de cet alliage se situe autour de 19 .% en Aluminium. Après de nombreux essais et expérimentations, l'alliage selon l'invention ainsi que ses dérivés immédiats présentent les caractères techniques et les caractéristiques requises En particulier, une quantité d'aluminium inférieure à 8 % ne procure pas le résultat requis. En ce qui concerne l'efficacité contre la corrosion, l'augmentation du pourcentage d'aluminium permet. de parfaire ladite efficacité contre la corrosion mais procure un alliage dont la résistance mécanique se réduit progressivement avec l'augmentation du pourcentage en Aluminium. Ses propriétés par rapport au verre ou au cristal et à toutes matières vitreuses le rendent particulièrement intéressant. Ainsi - il se corrode très peu au contact de n'importe quel type de verre - le groisil ne nécessite aucun traitement et permet un recyclage direct car sa coloration apparente, lorsqu'elle existe, disparaît à la fusion et ne colore en aucun cas la masse - la pêture se détache facilemEnt et systénatiquecrent au refroidissement, car il présente un rapport de coef ficient de dilatation avec le verre tout à fait exoep- tionnel ; - le verre ne corrode pas sensiblement l'outil - le prix de ses composants est faible - présence à I'interface d'une couche protectrice d'alumine très mince réalisant une véritable barrière de pénétration pour le fer ; - en outre, il se montre autoprotecteur à l'air. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit de l'alliage selon l'invention et de certains de ses dérivés avec l'analyse de ses principales propriétés et caractéristiques techniques. L'alliage selon l'invention comporte les constituants suivants avec les gammes de pourcentages suivants 8 à 12 90 Aluminium 0 à 1 e Manganèse 0 à 1 % Silicium 0 à 0,50 Carbone Balance fer avec des traces de molybdène, de tungstène, de vanadium, de zirconium et de cerium ou balance acier dans lequel se trouvent déjà les quantités requises de Manganèse, silicium et carbone. L'alliage type contient les pourcentages suivants: 10 i0 ALuminium O à 0,18 90 de Carbone Balance fer avec ses impuretés naturelles (manganèse, silicium et silice) et des traces de cérium et de zirconium permettant d'affiner la structure c'est-à-dire le grain au niveau de la cristallisation. On note aux essais la présence d'une réelle barrière de pénétration du fer dont la résistance électrique de contact anodique verre-métal est de 670 ohms-cm2 à 10000 C pour l'alliage Fer-Aluminium à 10 %. Cette barrière est dûe à la formation d'une couche d'alumine cristallisée insoluble dans le verre. On note en plus les caractéristiques suivantes Coraison des tests de profondeur de pénétration du fer dans la masse vitreuse cour le fer pur et r > our l'alliage. Après quatre heures d'immersion du métal : fer ou alliage dans du cristal fondu, on note les pénétrations suivantes en pourcentage de fer. Distance à l'interface 10 12 15 100 150 200 FER pur 20 % 20 % : 15 g: 12 : 10 2 % : TRACES ALLIAGE . 5 % 1,5 % TRACES TRACES TwiCES TRACES On remarque la bonne tenue de l'alliage par la faible pénétration du fer dans le cristal, ainsi le cristal en fusion après contact prolongé avec l'alliage reste utilisable car non coloré. I1 en est particulièrement ainsi pour le cristal provenant de la refusion du groisil. De plus, la pêture se montre très rapide en raison de la différence importante des coefficients de dilatation entre l'alliage et le verre. On indique ci-après à titre de comparaison les coefficients de dilatation respectifs. Cristal 87-90 10-7/ C Alliage Fer-Al 160 10-7/ C Alliages réfractaires 110-140 10-7/ C Les variations du coefficient de dilatation de l'alliage selon l'invention se montrent plus importantes en fonction de la température par rapport aux alliages réfractaires courants. D'autres expérimentations de caractère plus pratique ont confirmé les qualités de cet alliage et notamment la faible corrosion du cristal et l'aptitude à une pêture rapide. Des dérivés directs de cet alliage donnent également satisfaction en fonction du seuil de coloration à partir duquel on rejette la pêture. On en cite deux exemples ci-après. Exemple I 8 à 12 % Aluminium 0 à 1 % Manganèse O à 1 % Silicium O à 0,5% Carbone Balance Fer-Nickel, Nickel en proportions variables avec prédominance fer avec traces Mo, W, V, Zr, Ce. Substitution du fer par le Nickel. Exemple Il 8 à 12 % Aluminium O à 1 % Manganèse O à 1 % Silicium O à 0,5% Carbone Balance Fer-Chrome, Chrome en faibles proportions avec traces Mo, W, V, Zr, Ce. Substitution ou addition de l'aluminium par le chrome. L'adjonction de chrome améliore encore les propriétés chimiques de l'alliage, en particulier nar création d'une barrière supplémentaire d'oxyde de chrome venant compléter la barrière d'aluminium. En ce qui concerne les tubes de coulée, on rencontre exactement les mêmes problèmes et on préférera la variante d'alliage donnant la plus faible coloration au cristal c'est-à-dire en principe l'alliage type. I1 est bien entendu que d'autres applications sont possibles dès lors que le problème posé reste identique à savoir la non corrosion d'une matière vitreuse à hautes températures. REVENDICATIONS 1. Alliage à base de fer et d'aluminium résistant au verre en fusion, s'alliant très peu à n'importe quel type de verre, caractérise en ce qu'il renferme les constituants suivants dans les proportions indiquées, les pourcentages étant exprimés en pour cent en poids 8 à 12 % Aluminium 46 à 92 % Fer O à 1 % Manganèse O à 1 % Silicium O à 0,5% Carbone O à 46 % d'un élément choisi parmi le nickel et le chrome et des traces de Mo, W, V, Zr, Ce. 2. Alliage selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comprend en pour cent en poids 10 % Aluminium O àO,18% Carbone Le complément à cent étant assuré par du fer avec ses impuretés naturelles et des traces de cérium et de zirconium. 3. Application des alliages selon l'une quelconque des revendications 1 à 2 à la fabrication des outils et instruments de travail du verre ou du cristal et plus généralement des outils en contact avec une matière vitreuse en fusion. 4. Application selon la revendication 3 caractérisée en ce que les alliages sont utilisés pour la fabrication des tubes de coulée à température modérée des fours de fabrication du verre ou du cristal et plus généralement de toute matière vitreuse.