Brevet FR2599648A1 — publié le 19871211

! La présente invention concerne un procédé pour la fabrication d'un revêtement de charge creuse. Actuellement on fabrique industriellement des revêtements de charge creuse à partir d'ébauches en forme de disque plan par un procédé de fluotournage consistant à provoquer une déformation plastique à froid sur un mandrin afin de transformer le disque en c8ne. Ce procédé de fluotournage permet d'obtenir des revêtements de grande précision ayant des caractéristiques mécaniques satisfaisantes. Ce procédé présente par contre l'inconvénient de produire des revêtements possédant une structure métallurgique anisotropique liée aux paramètres utilisés pour la mise en oeuvre du fluotournage. Cette anisotropie peut Utre compensée partiellement ou totalement dans le cas des projectiles à charge creuse mis en rotation autour de leur axe au moment du tir: l'expérience prouve qu'il existe alors une vitesse optimale de compensation en rotation de l'anisotropie du revêtements c'est-à-dire une vitesse optimale de rotation de la charge creuse autour de son axe pour laquelle la valeur du pouvoir perforant est maximale. Une part toujours croissante des projec iles à charge creuse est maintenant lancée sans rotation ou avec une rotation faible autour de leur axe. Dans ces projectiles, l'anisotropie due au fluotournage n'est évidemment pas compensée. On a alors essayé de réduire partiellement ou presque totalement cette anisotropie de structure par un recuit à température aussi faible que possible permettant de conserver un maximum de dureté résiduelle pour le métal du revêtement. Un tel recuit est décrit par exemple dans la demande de brevet frangais 2 443 044. Ce recuit peut avoir une durée totale de 2 heures 30 minutes avec un maintien à une température de 350 C pendant une durée de 1 heure. Mais le matériau conserve certaines propriétés dues à la mise en forme initiale par fluotournage. Le but de la présente invention est de proposer un procédé industriel de fabrication de revêtements de charge creuse dotés d'un pouvoir perforant élevé, supérieur à celui obtenu avec des revêtements fluotournés et recuits, pour des projectiles tires sans rotation autour de leur axe. Ce procédé de fabrication est proche de celui de matri9age, bien connu pour la fabrication de pièces semifinies, dans les applications tant civiles que militaires (telles que les douilles de munitions en laiton). Toutefois. ce "matriçage" est effectué dans des conditions particulières: vitesse de compression lente, choix approprié du matériau constituant les pièces, ainsi que du produit de lubrification. Enfin, le-cycle de traitement a été conçu en vue d'obtenir certaines caractéristiques spécifiques aux revêtements de charges creuses. On sait que la propriété principale recherchée pour un revêtement decharge creuse est la ductibilité de manière que le métal du revêtement, projeté par l'explosif sur l'axe de la charge depuis le sommet jusqu'à la base du cone, constitue un jet de métal pouvant supporter un allongement le plus important possible avant rupture en de nombreux fragments, puisque l'on sait que le pouvoir de pénétration de ce jet dans une cible est directement lié à l'allongement maximal du jet avant rupture. On a trouvé un critère particulier qui rend possible une optimisation de la caractéristique recherchée: ce critère est la température de recristallisation qui, déterminée dans des conditions définies, doit Vtre la plus faible possible. Ce critère permet, en particulier, de définir certaines conditions concernant les éléments d'impuretés, utiles ou au contraire nuisibles, contenus dans le matériau de revêtement. Ce mfme critère constitue la base pour le choix de la qualité du matériau initial utilisé dans le procédé pour la fabrication d'un revêtement de charge creuse conforme à l'invention. Suivant l'invention, ce procédé est caractérisé par les étapes suivantes: a) on place dans une matrice présentant un évidement évasé de révolution dont la surface correspond sensiblement à la surface extérieure du revêtement que l'on veut réaliser, une ébauche pleine de révolution dont la surface extérieure s'adapte dans l'évidement évasé de la matrice, le volume de cette ébauche correspondant sensiblement à celui du revêtement que l'on veut obtenir, b) on presse sur l'ébauche un poinçon présentant une surface complémentaire de celle de l'évidement évasé, coaxiale à celui-ci, et ayant le profil désiré pour la surface intérieure du revêtement, c) on fait varier lentement et régulièrement la force de compression du poinçon sur l'ébauche jusqu'à ce que le métal de l'ébauche remplisse par déformation plastique et fluage tout l'espace compris entre l'évidement de la matrice et la surface complémentaire du poinçon, d) on maintient la force maximale de compression, et e) on relâche progressivement la force de compression exercée sur le poinçon. Un tel procédé maintient une parfaite symétrie de révolution au cours du processus de déformation et assure une symétrie semblable dans la structure métallurgique et les autres caractéristiques du revêtement brut obtenu. Dans une variante de réalisation de l'invention, on fait subir au revêtement brut ainsi obtenu un traitement thermique pour obtenir une structure équiaxe avec une taille de grains la plus faible possible. La parfaite symétrie de révolution dans la structure métallurgique et les autres caractéristiques d'une part, une microstructure équiaxe à grains fins, en particulier pour les éléments proches de la face interne du c8ne, d'autre part, sont deux résultats qui favorisent l'allongement du jet de la charge creuse et donc le pouvoir perforant de celle-ci. Ce procédé est avantageusement appliqué à une ébauche en métal sensiblement pur ayant une faible température de recristallisation, et recristallisant à grains fins. Dans une application préférée de l'invention, l'évidement de la matrice est conique et l'ébauche est un tronc de c8ne qui s'emboîte parfaitement dans cet évidement. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront dans la description détaillée ciaprès. Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs: - la figure 1 est une vue en coupe axiale, représentant une ébauche en place sur la matrice avant la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, - la figure 2 est une vue en coupe axiale représentant, en place sur la matrice, le revêtement obtenu après la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, - la figure 3 est un ensemble de deux courbes représentant, pour une ébauche en cuivre sensiblement pur, l'évolution de la force de compression appliquée sur le poinçon lors de la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, en fonction du temps, cette mise en oeuvre étant effectuée soit & la température ordinaire, soit à michaud aux environs de 2500C. Les figures 1 et 2 sont des vues en coupe axiale représentant respectivement avant et après la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, un exemple d'outillage utilisé pour cette mise en oeuvre. Cet outillage se compose de trois pièces principales en acier traité possédant une résistance mécanique élevée jusqu'à 350eC; il comprend une enveloppe extérieure 1 évidée dont la paroi intérieure est constituée de deux parois usinées comprenant une paroi inférieure 2 259964e destinée à recevoir la matrice 3 et une parai cylindrique supérieure 4 dans laquelle coulisse un poinçon mobile 5. La matrice 3 présente un évidement évasé 6 de révolution, d'axe X-X' parallèle à la génératrice de la paroi cylindrique supérieure 4 de l'enveloppe extérieure 1, dont la surface correspond sensiblement à la surface extérieure du revêtement 7 que l'on veut réaliser. Le fond de la matrice 3 est avantageusement percé d'un trou cylindrique 12 coaxial a l'évidement 6. Ce trou cylindrique 12 communique avec un trou cylindrique 13 coaxial et de même diamètre pratiqué dans le fond de l'enveloppe extérieure 1, ce qui permet l'éjection de la pièce réalisée. On place dans cette matrice 3 une ébauche pleine de révolution 8 dont la surface extérieure s'adapte dans l'évidement évasé 6 de la matrice 3, le volume de cette ébauche 8 correspondant sensiblement à celui du revêtement brut 7 que l'on veut obtenir. Le poinçon 5 comprend une partie supérieure coulissante cylindrique 10 et une partie inférieure de révolution il présentant une surface 9 complémentaire de celle de l'évidement évasé 6, coaxiale à celui-ci et ayant le profil désiré pour la surface intérieure du revêtement 7. Dans une réalisation avantageuse de l'invention, les deux parois usinées 2 et 4 de l'enveloppe extérieure 1, la paroi extérieure de la matrice 3 et la paroi supérieure cylindrique coulissante 10 du poinçon sont des cylindres de révolution coaxiaux d'axe X-X'. L'enveloppe extérieure 1 assure une très bonne coaxialité de la matrice 3 et du poinçon 5. Dans une réalisation préférée de l'invention, l'évidement 6 de la matrice 3 est conique, la surface 9 de la partie inférieure de révolution 11 du poinçon 5 complémentaire de celle de l'évidement 6 est un cane dont le profil peut Etre légèrement différent de celui de l'évidement 6, l'ébauche 8 est un cSne ou de préférence un tronc de c8ne qui s'emboîte parfaitement dans cet évidement 6. Dans cette mime réalisation préférée, la surface 9 de la partie inférieure conique 11 du poinçon 5 et éventuellement la surface de l'évidement 6 de la matrice Z sont rectifiées et polies. On va maintenant décrire, en référence aux figures 1 & 3, le déroulement de ces différentes étapes et les avantages techniques de l'invention. On sélectionne par le critère de la température de recristallisation qui doit tre la plus basse possible dans des conditions définies, un matériau approprié à la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention. Ce matériau doit également recristalliser à grains fins. Ainsi, en ce qui concerne les éléments d'impuretés contenus-dans le matériau, dans le cas du cuivre, la présence d'oxygène en faible quantité est souhaitable, tandis que celle du soufre, du phosphore de l'étain ou de l'antimoine, est à proscrire. Les valeurs indiquées par la suite pour cette température de recristallisation ont été déterminées sur un état initial recuit, ayant subi par laminages successifs, un taux de déformation de 50 %, la durée de traitement thermique étant de 1 heure. On sélectionne ainsi un cuivre sensiblement pur, de pureté supérieure à 99,9%., ayant une faible température de recristallisation, de l'ordre de 170 à 2400C pour 50%X d'écrouissage, recristallisant à grains fins, et on réalise une ébauche usinée 8 de forme conique ou, de préférence, tronconique que l'on place à l'intérieur de l'évidement 6 de la matrice 3. On fait varier lentement et régulièrement la force F de compression du poinçon 5 sur-l'ébauche 8, suivant une courbe analogue à celles représentées sur la figure 3, jusqu'à ce que le métal de l'ébauche 8 remplisse par fluage tout l'espace compris entre l'évidement 6 de la matrice 3 et la surface complémentaire du poinçon 5. On fait par exemple varier linéairement la valeur de la force F de zéro à sa valeur maximale pendant un intervalle de temps de quelques secondes à quelques dizaines de secondes, par exemple. On maintient la force maximale de compression pendant une durée comprise, par exemple, entre quelques secondes et plusieurs minutes. On relâche ensuite progressivement et régulièrement la force de compression F exercée sur le poinçon 5, et l'on passe de la valeur maximale de celle-ci à zéro dans un intervalle de temps de quelques secondes à quelques dizaines de secondes, par exemple. Avant le début de la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention, on a appliqué sur la surface de l'évidement 6 de la matrice 3, la surface 9 de la partie inférieure 11 du poinçon 5 et sur toutes les faces de l'ébauche 8 un lubrifiant approprié permettant d'obtenir un faible coefficient de frottement entre les surfaces en contact. Ce lubrifiant est avantageusement préparé à base de particules fluorées graphitées. Si le volume de l'ébauche 8 est très légèrement supérieur au volume du revêtement 7 que l'on veut obtenir, les petites quantités de métal excédentaire se retrouvent d'une part dans le trou cylindrique 12 ménagé au fond de la matrice 3. d'autre part à la périphérie 14 du revêtement 7 débordant du niveau supérieur de la matrice 3. Dans tous les cas, ces petites quantités de métal excédentaire sont éliminées par une étape d'usinage très simple. La surface rectifiée et polie de la partie inférieure 11 du poinçon 5, permet avec l'utilisation d'un lubrifiant approprié, de donner au revêtement 7 une surface interne sans défaut. Le revêtement 7 résultant des étapes que l'on vient de décrire, peut tre utilisé brut: dans ce cas, l'on ajuste évidemment le déplacement du poinçon 5 de manière à atteindre l'épaisseur finale du revêtement 7 souhaitée. Dans une autre réalisation de l'invention, on peut préférer usiner la face externe du revêtement brut 7 obtenu pour atteindre l'épaisseur finale recherchée en s'efforçant d'obtenir une très bonne symétrie axiale. aun aA^e aJn.mnJ;soJzxw aun Jiuaqqo Jnod ilneq snId szuz+gp saiJ$TJm sal ques xXtn ua &sa.jezpgwJa4u s4!nDaj sap Jed sagJedgs suoateJgdo sJnaxsnld ap xxcqm;uawallanruaA^ aJ^nao ua astw ap ain;eigdwal 'sade4q sa4uajg+.p sap saJnp: quuoi4algs netJg4ew np 94Ienb el V sadqlwe-ed sai4ne saT ae; nsua aldepe u0 -asodsTp uo luop assaJd el ap amuessind el ap pJoqe.p puadgp uoissaidwoa ap alewxxew aajo+ el *naST Jaewjad u3 sanbzwouozgoaTuqaaq sàaJQFj ap unai4uo+ ua sagxt 4uos gppzojd np aj^nao ua aszw ap saJ.qweied sap sJinaleA sal 'sem sal sno; suea saJxw!pgw.aBuT sEtnfaJ sap ded saejedgs pnequ e suoxieigdo sJnaisnld ua Japgojd ap sJole quaT^uo II xneww sao queuaidwo: sa6eMI!e sap no ialeque4 al no aues6unl al 4aupqAilow al anb sla; xneqew sap aldwaxa ded ear np Jnan6uol el-a; 3odJoaep ux+e aipali uos np assa^F. aun;a (uo eJqugd el inod) a^Aalg gesuap aun soa+ el V queuasgid xneigwuew sa.inep g JanbTIddes quawale6g 4nad uoTua^uxl V awJo+uom gpgmojd al 'suTi suTeJ6 e quesilels.TJadJ;a ea6essinoizgp % OS Jnod 3 oOOb 4a 0j0ú aJqua aszidwOa aldwaxa jed i3000b e aJrnaBTJ+utuotzest$iesTJda ap ain;egdwad alqTe+ aun queÀe latu un UrsJtot4 ap sJole 4uaT^uoo II aJ^Tnm al suep aIIam anb ae^alg snTd lsa Ialiu al suep uos np assaBTA el anbsTnd asnaiJ a6je34 e-l ap lar np a;3 ua SagAaBi sassa;TA sap JTua;qo inod q4depe uaTq quawaJTIniTded leqgw un 4sa,; anb q!es uo quop ilamxiu ne JanbTIddes jaTInzT;jed ua 3nad II - ajA^nm al anb sailne xnewmw xnajqwou ap V janbxiddes Inad UOuaAUzl e awJo. uo3 ipgpoJd al 'npualua uaTg sut. sueuJ6 e Tznope le4q un jTualqo V aJTuew ap gisnre anbTw.aq!;uawaB;eJ4 un ma^e saJtexpgw-a3uT s3Tnmad sap Jed sgJedgs salmAm snaitsnld no un ua anlza++as ú 4uawaqg^aJ np awJo. ua asTw el úuot;ua^utI ap uoiqesTilei ailne aun suea 3005ú a OOZ alua aldwaxa Jed e8 aqaneq.I la S uoduiod al 'ú ao$Jew el afjneqmgdd uo, uo; uaAut;I ap a;uajj.up uoT;esTIeg- aun suea 8t 966SZ taille de grains la plus faible possible. On va maintenant donner ci-dessous, en référence à la figure 3, un exemple détaillé de la mise en oeuvre du procédé d'élaboration d'un revêtement de charge creuse conique d'angle au sommet 60 C, d'épaisseur 1 mm et de diamètre 50 mm conforme à l'invention. Exemple: On sélectionne un cuivre sensiblement pur, de pureté supérieure à 99,9%. Ce matériau doit répondre au critère de la température de recristallisation, comprise entre 170 et 200 C pour un matériau contenant de l'oxygène, comprise entre 180 et 240 C pour un matériau sans oxygène. Les taux maximaux de quelques impuretés contenues dans ces matériaux sont donnés ci-dessous à titre indicatif: Oxygène: inférieur à 0,02 X Plomb: inférieur au taux d'oxygène et inférieur à 0,005% Soufre, phosphore, étain, antimoine, tellure, sélénium: inférieur à 0,0005% Nickel, fer, zinc, cobalt: inférieur à 0,005%. On réalise une ébauche usinée de forme tronconique (angle 60 , bases de diamètres 18 et 36 mmenviron). Un traitement d'adoucissement thermique est effectué entre 200 et 300 C. On applique sur l'outillage et sur l'ébauche un lubrifiant permettant d'obtenir un faible coefficient de frottement entre les surfaces en contact. Ce lubrifiant est avantageusement préparé à base de particules fluorées graphitées en suspension dans la glycérine. On procède alors à la mise en forme proprement dite. On augmente, à la température ambiante, conformément & la courbe A de la figure 3, la force de compression F de façon régulière de O à 1,5 MN pendant une durée d'environ 10 secondes, puis on la maintient à sa valeur maximale pendant environ 2 minutes; enfin la décharge est régulière et peut tre effectuée en quelques secondes. La mise en forme peut également tre effectuée avec quatre opérations identiques à la précédente, séparées par des recuits intermédiaires de 1 heure à 3009 C. La force maximale nécessaire F est alors réduite & 0,6 MN. Pour les essais à mi-chaud, on opère de mme en préchauffant le moule et l'ébauche à environ 250 C; la force maximale nécessaire est alors d'environ 0,6 MN et l'évolution de la force de compression F en fonction du temps est conforme à la courbe B de la figure 3. Le produit obtenu est un c8ne de 50 & 55 mm de diamètre, d'épaisseur 2 à 3 mm qui est usiné en une seule passe sur la face extérieure dans des conditions qui assurent une parfaite symétrie axiale du revêtement. Le traitement thermique est déterminé pour obtenir une structure équiaxe avec une taille de grains la plus faible possible (diamètre moyen d'environ 20 microns). La présente invention décrit donc un procédé nouveau pour la fabrication des revêtements de charges creuses qui permet d'obtenir un accroissement de la longueur maximale du jet avant rupture grâce à plusieurs facteurs: un affinage très important de la microstructure du matériau, en particulier pour les éléments proches de la face interne du c8ne; on a montré en effet que la diminution de la taille des grains conduit à une augmentation de la ductilité, - une amélioration de l'état de la surface intérieure des revêtements; cette surface se retrouve sur la surface extérieure du jet et l'absence de défauts locaux, tels que aspérités ou rayures d'usinage par exemple, permet de supprimer toute amorce de rupture prématurée du jet, - une bonne symétrie axiale au cours du processus de déformation, ainsi qu'une parfaite symétrie dans la texture et autres caractéristiques locales. Le procédé décrit permet une orientation des fibres du métal dans une direction parallèle à la génératrice du c8ne, ce qui favorise l'allongement du jet de la charge creuse. 259964e il REVENDICATIONS 1. Procédé pour la fabrication d'un revêtement (7) de charge creuse, caractérisé par les étapes suivantes: a) on place dans une matrice (3) présentant un évidement évasé (6) de révolution et dont la surface correspond sensiblement à la surface extérieure du revêtement e) on relâche progressivement la force de compression exercée sur le poinçon (5). 2. Procédé conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que l'on fait subir au revêtement brut (7) obtenu un traitement thermique pour obtenir une structure équiaxe avec une taille de grains la plus faible possible. 3. Procédé conforme à l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'évidement (6) de la matrice (3) est conique et en ce que l'ébauche C8) est un tronc de c8ne qui s'emboîte parfaitement dans cet évidement (6). 4. Procédé conforme à l'une des revendications 1 à 3. caractérisé en ce que la surface (9) du poinçon (5)et éventuellement la surface de l'évidement (6) de la matrice (3) sont polies. 5. Procédé conforme à l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les surfaces de l'évidement (6) de la matrice (3), du poinçon (5) et de l'ébauche (8) sont recouvertes par un lubrifiant. 6. Procédé conforme à la revendication 5, caractérisé en ce que le lubrifiant est à base de particules fluorées graphitées. 7. Procédé conforme & l'une quelconque des revendications i à 6, caractérisé en ce que l'opération de mise en forme du revêtement (7) s'effectue à mi-chaud à une température comprise entre 200 et 3500C. 8. Procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la mise en forme s'effectue en une ou plusieurs opérations séparées par des recuits intermédiaires. 9. Procédé conforme à l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'ébauche (B) est en métal sensiblement pur ayant une faible température de recristallisation. 10. Procédé conforme à l'une des revendications i à 9, caractérisé en ce que l'ébauche (8) est en cuivre sensiblement pur ayant une température de recristallisation de l'ordre de 170 à 240 C pour 50X d'écrouissage et recristallisant à grains fins. 11. Procédé conforme à la revendication 10, caractérisé en ce que lorsque la mise en forme est effectuée à la température ambiante, on fait varier pour une ébauche (8) en cuivre sensiblement pur, la force de compression de 0 à 1,5 MN environ pendant une durée d'environ 10 secondes, on maintient la force de compression maximale pendant environ 2 minutes et on relâche la force progressivement pendant quelques secondes. 12. Procédé conforme à la revendication 10, caractérisé en ce qu'on préchauffe la matrice (3), l'ébauche (8) et le poinçon (5) à 250 C environ, et en ce que l'on fait varier la force de compression de 0 à 0,6 MN environ. 13. Procédé conforme à l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'ébauche est en nickel sensiblement pur ayant une température de recristallisation de l'ordre de 300 à 4000C pour 50 %. d'écrouissage et recristallisant à grains fins.