Brevet FR2565249A1 — publié le 19851206

Electrode consommable destinée à la production d'alliage Nb - Ti. La présente invention se rapporte à une élec- trode consommable destinée à la production d'alliages comprenant deux ou plus de deux métaux actifs à point de fusion élevé, et elle concerne, plus particulièrement, une électrode consommable utile pour produire des alliages Nb-Ti au moyen de techniques de fusion à l'arc sous vide. On produit classiquement des alliages Nb-Ti en formant d'abord une électrode consommable. On fond l'é- lectrode consommable à l'arc ou au faisceau électronique dans un récipent fermé, dans le vide ou en atmosphère inerte, pour former un lingot. Dans la mesure o le réci- pient fermé est refroidi à l'eau ou de façon analogue, le métal fondu refroidit rapidement et se solidifie progressivement de façon lamellaire en direction verti- cale, de sorte qu'il est difficile de produire des alliages Nb-Ti de microstructure homogène, sans ségré- gation. En outre,le Ti présente un point de fusion de 1.668 C et une densité de 4,54, tandis que le Nb présente un point de fusion de 2.468 C et une densité de 8,57. Cela rend pratiquement impossible la production de lin- gots d'alliage Nb-Ti de microstructure homogène sans ségrégation par des techniques de fusion à l'arc sous vide en utilisant l'électrode consommable classique. Pour remédier au problème décrit ci-dessus, on a fait de nombreuses propositions pour l'électrode consommable à base de titane renfermant un élément d'alliage de point de fusion élevé dans un pourcentage en poids de plusieurs unités. Cependant, ces propositions ne disent rien sur l'électrode consommable à base de titane qui renferme l'élément d'alliage d'un point de fusion élevé dans une proportion en poids atteignant ou dépassant environ 50 %. On produit typiquement l'électrode consommable classique destinée à produire des alliages comprenant essentiellement des métaux actifs de point de fusion élevé en mélangeant à fond le métal de base et les élé- ments d'alliage et en en tassant les particules. Dans la production d'une telle électrode consommable, lorsque la différence de densité en vrac et de dimension granulo- métrique entre la poudre métallique de l'élément d'alliage et la poudre de métal de base est relativement faible, il est possible de mélanger les deux poudres métalliques pratiquement uniformément. Cependant, dans l'électrode consommable destinée à la production d'alliages Nb-Ti, la mousse de titane et la poudre de niobium ont des dimensions granulométriques et des densités en vrac très différentes, du fait que la mousse de titane a une dimen- sion granulométrique d'environ 0,8 à 13 mm et une densité en vrac d'environ 1,3, tandis que la poudre de niobium a une dimension granulométrique d'environ 0,07 à 1,0 mm et une densité en vrac d'environ 4,5. Ainsi, il est très difficile de mélanger ensemble uniformément la mousse de titane et la poudre de niobium. Il est également-connu dans la technique de former une électrode consommable en superposant alternativement une pluralité de feuilles minces de métal de base et une pluralité de feuilles minces d'élément d'alliage les unes sur les autres en direction longitudinale. Cependant, l'électrode consommable de ce type a pour inconvénient que la production des feuilles métalliques minces est très coûteuse et qu'il est fort difficile d'effectuer le soudage dans une chambre contenant une atmosphère de gaz inerte. On produit une autre électrode consommable connue dans la technique en mélangeant à fond de la poudre de métal de matrice et de la poudre de métal d'élément d'al- liage pour en préparer un mélange pratiquement homogène et en faisant subir une compression au mélange. Ensuite, on place le mélange comprimé au centre du métal de matrice, de façon à former ainsi un corps compact. Cependant, dans l'électrode consommable de ce type, la poudre de titane utilisée comme métal de base dans l'électrode a une forte teneur en oxygène et est conteuse. En outre, le mélange de poudre de métal de matrice et de poudre de métal d'alliage rendu compact, placé dans le métal de matrice, empêche de former l'électrode consommable renfermant des proportions pratiquement égales de niobium et de titane. L'invention vise à remédier aux inconvénients de l'art antérieur précités. En conséquence, l'invention a pour objet une électrode consommable destinée à la production d'alliage de titane, dépourvue de ségrégation et renfermant des proportions pratiquement égales de niobium et de titane. Selon l'invention, une électrode consommable destinée à la production d'alliages Nb-Ti comprend un- corps compact formé en comprimant un mélange uniforme de fragments de niobium et de mousse de titane. La nature exacte de l'invention, ainsi que d'autres objets et avantages de celle-ci, apparaitront dans la description ci-après en se référant au dessin annexé dont la figure unique est une coupe verticale représentant un exemple d'électrode consommable selon l'invention. On peut préparer les fragments ou copeaux de nio- bium utilisés dans le cadre de la présente invention en façonnant un lingot de niobium au moyen d'une machine- outil à découper appropriée telle qu'un tour et en pul- vérisant les fragments de niobium obtenus. On choisit le degré de pulvérisation selon la densité en vrac de la mousse de titane à utiliser. On pulvérise les copeaux de niobium dans la mesure nécessaire pour produire des fragments ayant une densité en vrac analogue à celle de la mousse de titane utilisée. Typiquement, le rapport de la densité en vrac du niobium à celle de la mousse de titane sera compris entre 0,5: 1 et 3: 1, de préférence entre 1: 1 et 1,5: 1. Les fragments de niobium ont, de préférence, comme dimensions une épaisseur inférieure ou égale à 5 mmi, une largeur inférieure ou égale à 50 mm et une longueur inférieure ou égale à 300 mm. L'influence du façonnage au tour et de la pulvérisation sur la qua- lité des fragments de niobium est indiqué sur le Tableau 1 ci-dessous. TABLEAU 1 , Influence du tournage et de la pulvérisation d'un lingot de niobium sur la qualité des copeaux de niobium. ! Valeurs Vitesse circonférentieLLe Valeurs analytiques analytiques (cm/s) pour le lingot pour le composant 19 29,3 38,9 0 (% en pds) 0,008 0,010 0, 008 0,009 N (% en pds)0,005 0,004 0,005 0,004 Comme il ressort du Tableau 1, il ne se produit pas de contamination des fragments de niobium par l'oxy- gène et l'azote par suite du façonnage au tour et de la pulvérisation. On mélange alors uniformément les fragments de niobium ainsi préparés avec de la mousse de titane clas- sique. En général, la mousse de titane aura une dimension granulométrique moyenne inférieure ou égale à 50 mm, mais on peut utiliser des particules plus grosses, si- les densités en vrac du niobium et du titane sont proches, pour préparer un mélange, et l'on soumet le mélange à la compression pour former des conglomérats que l'on soude alors pour former une électrode consommable selon l'in- vention. On va décrire à présent la présente invention avec davantage de détails au moyen d'un exemple. EXEMPLE La figure unique est une coupe verticale montrant une électrode consommable préparée selon l'invention. Pour préparer l'électrode consommable représentée sur la figure, on tourne un lingot de niobium à une vitesse circonférentielle de 38,9 cm/s au moyen d'un tour et on le pulvérise pour obtenir des fragments de niobium 1 ayant pour dimensions 0,2 mm d'épaisseur, 3 mm de largeur et 40 mm de longueur. On mélange alors les fragments de niobium 1 avec de la mousse de titane 2d'une dimension granulométrique moyenne de 0,8 à 13 mm dans un récipient pour préparer le mélange. Ensuite, on introduit le mé- lange dans une machine de moulage sous pression et on lui fait subir un moulage par compression, de façon à obtenir un produit compact 3. La différence de densité en vrac entre les fragments de niobium et la mousse de titane utilisée est faible, du fait que les fragments et la mousse ont respectivement des densités en vrac d'environ 1,7 et 1,3. Ainsi, le mélange des deux matières est facilité. Dans le cadre de la présente invention, on peut utiliser des copeaux de titane au lieu de la mousse de titane. Ensuite, on soude le corps compact 3 pour préparer une électrode consommable 4. La référence numérique 5 désigne un connecteur pour l'alimentation électrique. On fait subir à l'électrode consommable 4 une double fusion selon les techniques de fusion à l'arc sous vide pour obtenir un lingot de 1.000 kg qui renferme environ % en poids de titane. Le Tableau 2 présente les résul- tats d'un essai de ségrégation effectué sur le lingot. TABLEAU 2 RésuLtats de L'essai de ségrégation sur un aLLiage Nb-Ti avec 45 % en poids de Ti. Examen analytique Essai de ségrégation physique (Ti: % en poids) Position d'échantillonnage Examen au Examen aux Do microscope rayons X. iO Haut Milieu Bas Radiologie ,1 45,0 45,1 Pas de ségréga Pas de ségréga- tion tion Comme le montre le Tableau 2, on obtient un lingot homogène à partir de l'électrode consommable selon l'in- vention en utilisant la double fusion. La présente invention peut fournir, comme le montre le Tableau 2, un alliage de microstructure homogène sans ségrégation par double fusion, du fait que la double fusion de l'électrode consommable ne permet pas à du niobium non-fondu de demeurer dans le lingot. De plus, dans le cadre de la présente invention; la forme de frag- ment mince du niobium facilite la fusion de niobium pré- sentant un point de fusion élevé, et le titane et le niobium sont mélangés microcospiquement uniformément ensemble, de sorte qu'on obtient une fusion stable, comme dans le cas du titane pur. En outre, on met en général le niobium sous forme de lingot par raffinage chimique, puis des techniques de fusion au faisceau élec- tronique. Ainsi, le lingot est produit à un coQt inférieur à celui de la poudre de niobium. En conséquence, l'utili- sation de fragments de niobium formés par façonnage au tour du lingot selon la présente invention abaisse considérablement le cont de fabrication, par rapport à la préparation de niobium en poudre. Ainsi, on notera que l'électrode consommable selon l'invention convient très bien pour la production d'alliages Nb-Ti que l'on utilise en général comme matériau pour éléments supra- conducteurs, éléments de fixation d'avion. L'électrode consommable selon l'invention permet de produire un alliage homogène désiré sans ségrégation, même lorsqu'il renferme une teneur de niobium atteignant environ 40 à % en poids. Il va de soi qu'on peut apporter à la description précédente et au dessin annexé de nombreuses modifications de détail sanspour cela, sortir du cadre de l'invention REVENDICATIONS 1. Electrode consommable destinée à la production d'alliages Nb-Ti, caractérisée en ce qu'elle comprend essentiellement un corps compact (3) formé en comprimant un mélange uniforme de fragments de niobium (1) et de mousse de titane (3). 2. Electrode selon la revendication 1, caractérisée en ce que les fragments de niobium (1) ont chacun comme dimensions une épaisseur inférieure ou égale à 5 mm, une largeur inférieure ou égale à 50 mm et une longueur inférieure ou égale à 300 mm. 3. Electrode selon la revendication 1, caractérisée en ce que la mousse de titane (2) a une dimension granu- lométrique uniforme inférieure ou égale à 50 mm. 4. Electrode selon la revendication 1, caractérisée en ce que la teneur en niobium est de 40 à 60% en poids. 5. Electrode consommable, caractérisée en ce qu'elle comprend un mélange uniforme rendu compact de fragments de niobium et de titane spongieux, les fragments de nio- bium et la masse de titane ayant des densités en vrac voisines, avant d'être mise sous forme compacte. 6. Electrode selon la revendication 5, caractérisée en ce que le rapport de la densité en vrac des fragments de niobium à celle de la masse de titane est compris entre 0,5: 1 et 3,0: 1. 7. Electrode selon la revendication 5, caractérisée en ce que le rapport de la densité en vrac des fragments de niobium à celle de la masse de titane est compris entre 1,0: 1 et 1,5: 1. 8. Electrode selon la revendication 5, caractérisée en ce que la teneur en niobium est comprise entre 40 et % en poids. 9. Procédé de préparation d'un alliage niobium-titane présentant une microstructure homogène, caractérisé en ce que l'on fond un mélange uniforme, rendu compact, de fragments de niobium et de mcusse de titane, les fragments de niobium et la mousse de titane ayant des densités en vrac voisines avant d'être mis à l'état de corps compact.