Brevet FR2584422A1 — publié le 19870109

Alliage à base de cuivre et procédé pour le transformer en demi-produit. La présente invention est relative aux alliages à base de cuivre contenant, en poids, de 12 à 15 % de nickel, de 2 à 3 % de manganèse, de 1 à 2 % de fer et de 0,5 à 2 % d'aluminium. Ces alliages présentent une bonne résistance à la rupture, une bonne tenue à la corrosion marine et une malléabilité suffisante pour pouvoir former des filets roulés à froid par roulage entre deux mollettes. Cette propriété est importante, notamment pour la fabrication d'écrous et de tiges filetées utiles dans la technique de recherche et d'exploitation pétrolière en mer. Le procédé de fabrication de cet alliage consiste à faire fondre cet alliage et à le couler entre 1250 et 13500C environ en lingotière ou éventuellement en coulée continue, pour obtenir un lingot ou une barre de coulée. On lamine ensuite le lingot ou la barre. L'opération de laminage nécessite des laminoirs qui sont des installations couteuses et importantes, dont certains fabricants ne disposent pas. On peut également forger le lingot ou la barre de coulée à une température relativement basse, de 700 à 7500C environ, au lieu de les laminer. Mais ce forgeage à basse température nécessite des puissances mécaniques importantes de la presse à forger, en sorte que l'on retrouve le même inconvénient que pour le laminage. Or on a maintenant trouvé qu'il est possible de fabriquer un alliage ayant toutes les propriétés requises mentionnées ci-dessus de résistance à la rupture, de malléabilité et de tenue à la corrosion marine, sans avoir à mettre en oeuvre des installations de laminage ou de forgeage à basse température, grâce à la conjonction d'un alliage nouveau et d'un procédé nouveau de transformation de cet alliage en un semi-produit. L'alliage suivant l'invention.comprend, en poids, de 12 à 15 %.de nickel, de 2 à 3 % de manganèse, de 1 à 2 % de fer, et de 0,5 à 2 % d'aluminium. I1 est caractérisé en ce qu'il comprend de 0,2 à 0,7 % de titane. De préférence, les teneurs en nickel, en aluminium et en titane sont centrées dans les fourbhettes respectivesrdes teneurs trop faibles en ces trois éléments entraînant une résistance mécanique trop faible et des teneurs trop élevées diminuant la malléabilité. Les teneurs en fer et en manganèse sont également de préférence centrées dans les fourchettes indiquées, ces éléments ayant une action bénéfique sur l'allongement et la striction, et cette action étant moindre quand la teneur en ces éléments est au minimum des fourchettes. L'aluminium et le titane sont complémentaires dans l'effet d'augmentation de la résistance mécanique de l'alliage. Les propriétés mécaniques optimum sont obtenues quand la somme des teneurs en aluminium et en titane est comprise entre 1,6 et 2 %. De préférence, cette somme est égale à 1,8 % environ. Une valeur trop faible de cette somme donne une résistance mécanique trop faible, tandis qu'une valeur trop élevée nuit à la malléabilité. De préférence, le pourcentage d'aluminium représente de 2,5 à 3,5 fois celui du titane. Le titane est absolument indispensable pour obtenir directement après transformation à chaud et traitement thermique la haute résistance mécanique requise pour le demi-produit. L'invention a également pour objet un procédé de transformation d'un alliage en un demi-produit, qui consiste à fondre l'alliage et à le couler, entre 1250 et 135O0C environ, dans une lingotière ou dans une installation de coulée continue, pour obtenir un lingot ou une barre de coulée, carectérisF en ce qu'il consiste à porter ensuite le lingot ou la barre de coulée à une température de filage ou de forgeage de 900 à 9800C environ, à filer et/ou à forger ce lingot ou cette barre de coulée à cette température, en un produit filé ou forgé, et à effectuer sur ce produit une opération de trempe à l'eau jusqu'à ce que le produit trempé ait la température ambiante, puis à effectuer sur le produit trempé un revenu entre 480 et 5100C pendant au moins une heure. De préférence - le procédé consiste, dans le cas d'un produit filé, à effectuer l'opération de trempe immédiatement à la sortie de la filière. Le produit sortant de la filière tombe directement dans un bac rempli d'eau, une circulation et un renouvellement d'eau assurant une température homogène inférieure à 250C. La meilleure température pour le filage est de 9400C. De préférence, l'opération de filage est faite en filière conique, ce qui assure un écoulement régulier du métal dans la filière et permet des taux de réduction de section importants- (de l'ordre de 25) donnant une structure cristalline fine. En variante, et dans le cas des produits forgés, l'opération de trempe peut être dissociée de l'opération de transformation à chaud. Après refroidissement, les produits sont réchauffés à la température de 940 à 9600C, ils sont maintenus pendant 4 heures à cette température et sont ensuite trempés à l'eau dans les mêmes conditions que dans la variante par filage. L'opération de forgeage consiste pour les barres en un étirage à chaud en étampes sur une presse à forger, avec une réduction de section comprise entre 3 et 5 environ. Ensuite, après la trempe, les produits trempés subissent une opération de revenu consistant à les réchauffer et à les maintenir entre 48O0C et 5100C et, de préférence, au voisinage de 5000C, pendant au moins une heure, le refroidissement après revenu se faisant à l'air calme. Les exemples suivants illustrent l'invention. Exemple 1 Dans un four à induction d'une puissance de 500 kW, on fond 500 kg d'un alliage. Après la fusion, l'analyse de l'alliage est la suivante Nickel 14,9 % en poids Manganèse 2,6 % en poids Fer 1,5 % en poids Titane 0,5 % en poids Aluminium 1,6 % en poids, Cuivre, solde pour faire 100 %. On coule cet alliage à une température de 13000C en lingotière d'un diamètre de 150 mm et d'une longueur de 700 mm. On écroûte le lingot jusqu'à ce qu'il ait un diamètre de 121 mm. On file le lingot à 9400C en filière conique pour lui donner un diamètre de 30 mm. On trempe le produit filé à l'eau dès la sortie de la filière. On lui fait subir ensuite un revenu d'une heure à 5000C. On détermine les propriétés physiques du demi-produit avant revenu et après revenu. Les résultats obtenus sont consignés au tableau I ci-joint. TABLEAU I Charge de Limite Etat ruptue élastique A % Striction Dureté R N/mm E 0,2 N/mm Allongement (%) HB 30 D2* Filé trempé 700 390 25 % 34 % 170 Filétrempé + 780 475 26 % 33 % 210 revenu * 30 D2 signifie que la charge en kg appliquée à la bille est égale 30 fois le carré du diamètre de la bille en nm. Au tableau précédent, la charge de rupture et la limite élastique sont des caractéristiques de résistance mécanique, tandis que l'allongement et la striction sont des caractéristiques de malléabilité. La dureté est une caractéristique de résistance mécanique. Des essais classiques de résistance à la corrosion marine ont donné des résultats satisfaisants. Sur un tronçon de cette barre, sur une longueur de 100mm, après écroutage, on exécute sur une machine ESCOFIER de 12 tonnes de puissance (type H12 Sym) un filet roulé à froid. on obtient dans de bonnes conditions un filet du type M 30. Un examen visuel du filet montre une forme convenable et ne permet pas de détecter la présence de défauts tels que criques et arrachements. Exemple 2 On élabore au four électrique un bain comprenant Ni 13,60% Mn 2,50% Fe 1,50% Ti 0,40% Al 1,70% Cu solde pour 100% faire de la même façon qu'à l'exemple 1. On coule ce bain à 13000C dans une installation de coulée continue, pour obtenir une barre de coulée d'un diamètre de 121 mm. On file cette barre en filière conique jusqu'à lui donner un diamètre de 20 mm, en opérant à une température de 9500C. On trempe immédiatement le produit filé dans un bac d'eau maintenu à 250C. On fait subir ensuite au produit trempé un revenu d'une heure à 5000C. Les résultats obtenus sont consignés au tableau Il. TABLEAU II Résistance à la Limite Allongement Etat rupture élastique A % Striction Dureté R N/mm E 0,2 N/mm (%) HB 30 D2* Filé trempé 640 280 32 % 165 Filé trempé + 745 440 28 % 50 % 200 revenu Sur un tronçon de cette barre, sur une longueur de 100mm, après écroutage, on exécute sur une machine ESCOFIER de 12 tonnes de puissance (type H12 Sym) un filet roulé à froid. On obtient aans de bonnes conditions un filet du type M 30. Un examen visuel du filet montre une forme convenable et ne permet pas de détecter la présence de défauts tels que criques et arrachements. Exemple comparatif En procédant comme à l'exemple 1, on élabore au four électrique un alliage comprenant 14,5 % de nickel, 1,80 % d'aluminium, 2,50 % de manganèse, 1,60 % de fer et du cuivre pour faire 100 %. On le coule à 13009C en un lingot d'un diamètre de 150 mm et d'une longueur de 700 mm. On l'écroûte jusqu'a ce qu'il ait un.diamètre de 121 mm. On le file en filière conique. On le trempe immédiatement à l'eau et on lui fait subir un revenu d'une heure à 5000C. Les résultats d'essai de propriétés physiques sur le demi-produit sont consignés au tableau 3. TABLEAU III Résistance Limite à la élastique Allongement Dureté rupture E N/mm (%) HB 30 D2 R N/mm2 Filé trempé 600 350 38 % 155 revenu On constate que les propriétés de résistance mécanique ne sont pas suffisantes. REVENDICATIONS 1. Alliage à base de cuivre comprenant, en poids, de 12 à 15 % de nickel, de 2 à 3 % de manga nèse, de 1 a 2 % de fer, et de 0,5 à 2 % d'aluminium, caractérisé en ce qu'il comprend de 0,2 à 0,7 % de titane. 2. Alliage suivant la revendication 1, carac térisé en ce que la somme des pourcentages d'aluminium et de titane est comprise entre 1,6 et 2 % en poids. 3. Alliage suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le pourcentage d'aluminium représente de 2,5 à 3,5 fois le pourcentage de titane. 4. Procédé de transformation d'un alliage suivant l'une des revendications précédentes, en un demi-produit, qui consiste a fondre l'alliage suivant l'une des revendications précédentes, et à le couler,entre 1250 et 13500C environ, dans une lingo tière ou dans une installation de coulée continue, pour obtenir un lingot ou une barre de coulée, caractérisé en ce qu'il consiste à porter ensuite le lingot ou la barre de coulée à une température de filage ou de forgeage de 900 a 9800C environ, à filer et/ou à forger ce lingot ou cette barre de coulée à cette température, en un produit filé ou forgé, et a effectuer sur ce produit une opération de trempe à l'eau jusqu'à ce que le produit trempé ait la température ambiante, puis à effectuer sur le produit trempé un revenu entre 480 et 5100C pendant au moins une heure. 5. Procédé suivant la revendication 4, caractérisé en ce qu'il consiste, dans le cas d'un produit filé, à effectuer l'opération de trempe immédiatement à la sortie de la filière. 6. Procédé suivant la revendication 4, caractérisé en ce qu'il consiste, dans le cas d'un produit forgé, à le laisser se refroidir après le forgeage, à le porter à une température comprise entre 9400C et 9600C pendant au moins 4 heures, et ensuite seulement à effectuer la trempe. 7. Procédé suivant la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce qu'il consiste à effectuer l'opération de filage à l'aide d'une filière conique. 8. L'application d'un alliage suivant les revendications 1 à 3 à la fabrication d'écrous et de pièces filetées.