Brevet FR2481837A1 — publié le 19811106

le 3 7 - 1 - L'invention concerne une bilame thermique à limi- te d'utilisation élevée dans laquelle au moins un compo- sant métallique à coefficient de dilatation thermique élevé est relié à un composant métallique à faible coef- ficient de dilatation thermique qui est constitué par un alliage fer-nickel-titane durcissable par maturation ar- tificielle à chaud (traitement par revenu), contenant de 26 à 55 % de nickel, de 1 à 5 % de titane libre, de 0 à 16 % de cobalt, le reste en fer, y compris les impuretés provenant de la fusion. En outre, l'invention concerne un procédé pour la fabrication d'une pièce façonnée à partir d'une telle bilame thermique. Le DE-AS 2 613 954 décrit une bilame thermique à limite d'utilisation élevée qui présente une flexibilité thermique spécifique particulièrement bonne, de 8 à 12 x 10 6/K, et qui permet, pour un degré donné de laminage à froid de la déformation finale, de régler la limite d'utilisation par durcissement structural à une tempéra- ture déterminant la limite d'utilisation. Le composant à faible dilatation thermique est un alliage fer-nickel- titane durcissable à chaud par revenu comprenant de 26 à 55 % de nickel, de 0 à 5 % de titane libre, de 0 à 16% de cobalt, le reste en fer y compris les impuretés pro- venant de la fusion. La maturation ou traitement de re- venu à chaud s'effectue entre 550 et 7500C suivant le degré de laminage à froid. C'est un but de l'invention d'améliorer les qua- lités favorables de la bilame thermique décrite dans le DE-AS 26 13 954 et de combiner une flexibilité thermique spécifique élevée avec une limite d'utilisation élevée éventuellement réglable au cours du processus de fabri- cation, ainsi qu'avec une grande résistance mécanique. Ce but est atteint par l'invention grâce au fait qu'il est prévu comme composant à coefficient de dila- tation thermique élevé un alliage propre à être traité par evenu composé de fer, nickel, manganèse et titane, avec une proportion de 14 à 26 % de nickel, 3 à 10 % de manganèse, 1 à 5 % de titane libre, le reste étant du 248 1837 - 2 - fer y compris les impuretés provenant de la fusion. Une bilame thermique comportant les composants indiqués possède une flexibilité thermique spécifique de 12 à 15 x 10-6/K. On obtient ainsi une limite d'utilisa- tion facilement réglable par traitement de revenu des composants entre 600 et 7000C. L'avantage essentiel ré- side dans le fait qu'à ces limites de température, la bilame thermique possède encore une grande résistance mécanique. Selon une forme de réalisation particulièrement avantageuse, le composant à faible coefficient de dila- tation thermique est un alliage fer-nickel-titane durcis- sable à chaud par revenu, comprenant de 30 à 55 % de nickel, de 1 à 5 % de titane libre, le reste étant du fer y compris les impuretés provenant de la fusion. Une autre réalisation également avantageuse de l'invention prévoit que le composant de faible coeffici- ent de dilatation thermique est un alliage fer-nickel- cobalt-titane durcissable par revenu comprenant de 26 à 39 % de nickel, de 3 à 16 % de cobalt, de 1 à 5 % de titane libre, le reste étant du fer y compris les impu- retés provenant de la fusion. Il peut en outre être également avantageux de remplacer la partie titane au moins en partie par une partie aluminium, au moins dans un des composants métal- liques. Dans une composition avantageuse de l'invention, le composant à coefficient de dilatation thermique élevé est un alliage fer-nickelmanganèse-titane durcissable par revenu comprenant 14 % de nickel, 9 % de manganèse, 2 % de titane libre le reste étant du fer y compris les impuretés provenant de la fusion et le composant à fai- ble coefficient de dilatation thermique est un alliage fer-nickel-cobalt-titane durcissable par revenu compre- nant 34 % de nickel, 6 % de cobalt, 1,5% de titane libre, au maximum 0,03 % de carbone, le reste étant du fer. Selon une autre forme de réalisation favorable - 3 - de l'invention, le composant à coefficient de dilatation thermique élevé est un alliage fer-nickel-manganèse-ti-- tane durcissable par traitement par revenu, comprenant 14 lu de nickel, 9 % de manganèse, et 2 % de titane libre, le reste étant du fer, et le composant à faible coeffi- cient de dilatation thermique est un alliage fer-nickel- cobalt-titane, apte au durcissement structural par la chaleur, comprenant 32,5 % de nickel, 14,5 % de cobalt, 1,6 % de titane libre, au maximum 0, 03 % de carbone, le reste étant du fer. Un procédé de fabrication particulièrement avan- tageux consiste en ce que, de façon connue en soi, la bilame thermique est réalisée par plaquage au cylindre, suivi d'un laminage à-froid, éventuellement avec des re- cuits intermédiaires., avec' une déformation finale de degré de laminage à froid comprise entre 20 et % et en ce que la maturation de la bilame thermique s'effectue avant le montage à une température telle qu' elle provoque le durcissement structural par la chaleur (traitement par revenu) des composants. Selon un mode d'exécution avantageux, le pla- quage au cylindre et le laminage à froid s'effectuent jusqu'à ce que la déformation finale atteigne un degré de laminage à froid de 20 à 30 % tandis que la matura- tion ou traitement de revenu s'effectue pendant une du- rée de 2 à 30 heures dans une zone de températures conm- prises entre 600 et 7000C. Selon un autre mode d'exécution du procédé de fabrication, on fabrique à partir des composants, par plaquage au cylindre suivi d'un laminage à froid avec des recuits intermédiaires effectués-à une température de 800 à 12000C, un produit semi-fini dont la déforma- tion finale présente un degré de laminage à froid de 20 à 30 %, qui est courant pour les bilames thermiques. Le recours aux recuits intermédiaires dans la fabrication d'éléments bilames thermiques est une mesure courante qui est, entre autres, décrite dans la publication - 4 - "Archiv fur technisches Messen", fascicule 11, 1972, pa- ge 217. Avec ce produit semi-fini qui présente une bonne ductilité à froid, on peut fabriquer des éléments bilames thermiques de formes diverses, tel que bandes, disques ou de toute autre forme correspondant au champ d'utilisa- tion. Ce n'est que lorsqu'ils sont prêts à être montés qu'on donne à ces éléments leur résistance mécanique et leur limite d'utilisation élevés grâce au fait que le vieillissement de la bilame thermique couramment prati- qué est, avant le montage, couplé avec le traitement de revenu des composants. Etant donné que le vieillisse- ment est effectué avant le montage, on obtient ainsi une anticipation des déformations proportionnelles à la tem- pézature. Avec la composition prévue par l'invention pour la bilame thermique et avec une déformation à froid telle qu'elle est pratiquée couramment, on peut,en général, obtenir déjà au bout d'un délai de 2 à 3 heures, à des températures de 600 à 7000C, un durcissement structural par la chaleur suffisant des composants. Lorsque le de- gré de laminage à froid après la déformation finale du produit semi-fini peut être porté à 50 t--75 %, comme c'est possible pour la fabrication de pièces estampées ou découpées en bilame thermique, il suffit d'une durée d'une heure à des températures de 550 à 6500C pour le vieillissement ou revenu pour obtenir un durcissement structural suffisant. Dans tous les cas, dans cette zone de tei-peratures, on obtient un durcissement structural suffisant en moins de 10 heures. ExempZe de réalisation Une bilame thermique selon l'invention compor- tant un composant à coefficient de dilatation thermique élevé constitué par un alliage fer-nickel-manganese- titane avec 14 % de nickel, 9 % de manganèse, 2 % de ti- tane libre, le reste étant du fer, et un composant à fai- ble coefficient de dilatation thermique constitué par un 48 1837 - 5 - alliage fer-nickel-cobalt-titane avec 34 % de nickel, 6 % de cobalt, 1,5 % de titane libre, le reste étant du fer, le rapport entre les épaisseurs de couches de ces deux composants étant de 1 pour 1, présente comme pro- duit semi-fini à degré de laminage à froid compris entre et 65 %,une flexibilité thermique spécifique de 13,8 x 10 6/K, une résistance électrique spécifique de 0,79 i 2Xm, une résistance à la traction de 750 à 900 N/mm2, une limite d'élasticité apparente de 700 à 850 N/mm2, un allongement à la rupture de 20 à 5 % et une contrainte à la flexion admissible de 200 à 300 N/mm2 à une tempé- rature de 20 C. Par traitement de vieillissement/durcissement structural de 1 à 20 heures, à une température de 600 à 650 C, la flexibilité thermique spécifique est portée à 14,3 - 14,5 x 10-6/K. La résistance à la traction déter- minée, après vieillissement/durcissement structural, à une température de 20 C est de 1000 à 1200 N/mm, la limite d'élasticité apparente de 900 à 1180 N/mm2, l'allongement à la rupture de 2 à 5 % et la contrainte à la flexion admissible de 450 à 600 N/mm2. La contrainte à la flexion admissible descend à environ 350 N/mm2 à la température de 300 C, à environ 200 N/mm2 à la température de 500 C, à environ 100 N/Ipm2à la température de 600 C et à environ N/mm2 à la température de 700 C. Pour obtenir une li- mite d'utilisation stable de 600 C, le traitement devieil- lissement et de durcissement structural de bilames ther- miques prêtes à être montées a lieu pendant au moins 2 à 3 heures à 600 C, et, pour une limite d'utilisation de 700 C, au moins 2 à 3 heures à 650 C. On a représenté sur la figure unique du dessin annexé une pièce façonnée en bilame thermique 1 qui com- prend deux composants en forme de bandes 2, 3 du type indiqué plus haut. La grandeur réelle de cette pièce est d'environ 80 x 10 x 0,5 mm. 0 0 0 0-O- 0O0 - 6 - REVENDICATIONS 1. - Bilame thermique à limite d'utilisation éle- vée, dans laquelle un composant métallique à coefficient de dilatation thermique élevé est réuni à au moins un composant métallique à faible coefficient de dilatation thermique constitué par un alliage fer-nickel-titane ap- te au durcissement par revenu, comportant de 26 à 55 % de nickel, de 1 à 5 % de titane libre, de 0 à 16 % de cobalt, le reste étant du fer y compris des impuretés provenant de la fusion, caractérisée en ce que le compo- sant à coefficient de dilatation thermique élevé est constitué par un alliage fer-nickel-manganèse-titane apte au durcissement par revenu comportant de 14 à 26 % de nickel, de 3 à 10 % de manganèse, de 1 à 5 % de tita- ne libre, le reste étant du fer y compris les impuretés provenant de la fusion. 2. - Bilame thermique selon la revendication 1, caractérisée en ce que le composant à faible coefficient de dilatation thermique est un alliage fernickel-titane apte au durcissement par revenu contenant de 30 à 55% de nickel, de 1 à 5 % de titane libre, le reste étant du fer y compris les impuretés provenant de la fusion. 3. - Bilame thermique selon la revendication 1, caractérisée en ce que le composant à faible coefficient de dilatation thermique est un alliage fer-nickel-cobalt- titane apte au durcissement par revenu, comportant de 26 à 39 % de nickel, de 3 à 16 % de cobalt, de 1 à 5 % de titane libre, le reste étant du fer y compris les impu- retés provenant de la fusion. 4. - Bilame thermique selon l'une quelconquedes revendications précédentes, cractérisée en ce que la quantité de titane contenue dans au moins un des compo- sants métalliques est remplacée au moins en partie par une part d' aluminium. 5. - Bilame thermique selon la revendication 1, caraetéris2e en ee que le composant à coefficient de di- latation thermique élevé est un alliage fer-nickel-man- - 7- ganèse-titane apte au durcissement par revenu comportant 14 % de nickel, 9 % de manganèse et 2 % de titane libre, le reste étant du fer, tandis que le composant à faible coefficient de dilatation thermique est un alliage fer- nickel-cobalt-titane apte au durcissement par revenu com- portant 34 % de nickel, 6 % de cobalt, 1,5 % de titane libre, au maximum 0,03 % de carbone, le reste étant du fer. 6. - Bilame thermique selon la revendication 1, caractérisée en ce que le composant à coefficient de di- latation thermique élevé est un alliage fer-nickel- manganèse-titane apte au durcissement par revenu, compor- tant 14 % de nickel, 9 % de manganèse et 2 % de titane libre, le reste étant du fer, tandis que le composant à faible coefficient de dilatation thermique est un allia- ge fer-nickel-cobalt-titane comportant 32,5% de nickel, 14,5 % de cobalt, 1,6 % de titane libre, au maximum 0,03% de carbone, le reste étant du fer. 7. - Procédé de fabrication d'une pièce façonnée en bilame thermique à partir d'une bilame thermique se- lon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractéri- se en ce que la bilame thermique est réalisée de façon connue en soi par plaquage par laminage suivi d'un lami- nage à froid avec recuits intermédiaires, avec un degré de laminage à froid après déformation finale compris en- tre 20 et 75 %, et en ce que le vieillissement de la bilame thermique est effectué avant le montage à une tempéra- ture telle qu'elle provoque le durcissement structural à chaud (revenu) des constituants. 8. Procédé selon la revendication 7, caractéri- sé en ce que le plaquage par laminage et le laminage à froid sont effectués jusqu'à ce que la déformation fina- le atteigne un degré de laminage à froid de 20 à 30 % et en ce que le vieillissement ou revenu est effectué pen- dant une durée de 2 à 30 heures dans une zone de tempé- ratures comprises entre 600 et 700 C. 9. - Procédé selon la revendication 7, caracté- risé en ce que le plaquage par laminage et le laminage à -8- froid sont effectués jusqu'à ce que la déformation finale atteigne un degré de laminage à froid de 50 à 75 % et en ce que le vieillissement ou revenu est effectué pendant une durée de 1 à 10 heures à des températures de 550 à 7000C. 10. - Procédé selon la revendication 8 ou 9, caraetérisé en ce que, pour fixer la limite d'utilisation de la bilame thermique, le degré de laminage à froid de la déformation finale étant donné, on effectue le revenu à une température déterminée, fixant la limite d'utili- sation, et prise à l'intérieur de la zone de températures prédéterminées. 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