Brevet FR2644714A1 — publié le 19900928

PROCEDE D'OBTENTION DE PIECES DE GRANDES DIMENSIONS EN CUIVRE ET DE STRUCTURE TRES FINE, A PARTIR D'UN LOPIN ISSU DE COULEE CONTINUE L'invention concerne le travail et le formage de pièces en cuivre de très haute pureté, et en particulier des pièces de grandes dimensions. On trouve le besoin de fabriquer des pièces de grandes dimensions en cuivre de haute pureté ayant, non seulement une symétrie de la géométrie, mais également une symétrie des contraintes internes. Certaines de ces pièces sont de révolution autour d'un axe de symétrie. Ce dernier peut être également un axe de symétrie vis-à-vis du fonctionnement du dispositif auquel appartient la pièce fabriquée. La pièce doit donc avoir un équilibre statique et dynamique parfait. On sait fabriquer des pièces tronconiques ou coniques en cuivre par fluotournage. L'ébauche de la pièce est placée sur un tour à fluotourner de forte puissance. Différentes passes permettent de déformer la pièce sans enlèvement de matière. Or, lors de ces différents changements de formes, le métal conserve la mémoire de sa forme initiale et de ses différentes déformations sous l'action de la molette du tour à fluotourner. Les pièces alors obtenues n'ont pas un état de contrainte symétrique par rapport à l'axe de révolution. La présente invention a pour but de remédier à cet inconvénient et de proposer un procédé de fabrication pouvant être mis un oeuvre et être appliqué à la fabrication de pièces en cuivre rentrant dans la constitution de charges creuses. A cet effet, l'objet principal de l'invention est un procédé d'obtention de pièces de grandes dimensions en cuivre et de structure très fine, à partir d'un lopin issu de couLée continue. Selon l'invention, il comprend les trois groupes de phases suivants: - une série de phases de corroyage constituée de cycles de phases de refoulement et d'étirage; - un forgeage en matrice; et - un traitement thermique de recristallisation. La réalisation préférentielle de l'invention se fait dans les conditions de fabrication suivantes. Le corroyage comprend: - une première phase de refoulement jusqu'au diamètre de 450 mm, à une température de 450 .C sur une hauteur de 125 cm; - une première phase d'étirage à 4000 C jusqu'à un diamètre égal à 300 mm; - une deuxième phase de refoulement jusqu'à un diamètre de 450 mm sous une température de 400 C; et - une deuxième phase d'étirage jusqu'à un diamètre de 100 mm sous une température égale à 400 C pour obtenir un carré, puis un octogone de diamètre égal à 100 mm. Selon un aspect de l'invention, la phase de forgeage en matrice comprend les phases suivantes: - un préforgeage en matrice à température ambiante avec formation d'une base tronconique; et - au moins une phase de forgeage à température ambiante avec une matrice correspondant à la forme finale à obtenir. Selon un autre aspect de l'invention, le corroyage est précédé d'une phase d'écroûtage au diamètre de 203 mm. De préférence, le forgeage en matrice est précédé d'une phase d'éboutage et d'une phase d'écroûtage au diamètre de 95 mm. Selon l'invention, dans le cas de la fabrication de pièces coniques, le sommet du cône à former est obtenu au cours de la dernière phase de forgeage. De préférence, le traitement thermique de recristallisation s'effectue sous une température de 440 C, sous vide et pendant une durée qui varie de 30 à 60 minutes. L'invention et ses différentes caractéristiques techniques seront mieux comprises à la lecture de la description suivante. Le procédé de fabrication selon l'invention de pièces de grandes dimensions en cuivre, pour être mises en oeuvre industriellement, doit débuter à partir d'une pièce de fonderie, et en particulier d'un lopin provenant d'une barre obtenue par coulée continue. La structure cristalline d'un tel cuivre obtenu par coulée continue est composée de grains à croissance basaltique. Leur longueur peut atteindre 8 centimètres. Ils sont généralement orientés radialement par rapport à la section de la barre obtenue par coulée. Pour permettre un travail par forgeage à l'aide de matrice, le procédé selon l'invention comprend une première série de phases de corroyage. Lors de ce corroyage, le lopin est successivement refoulé et étiré. On rappelle que le taux de corroyage est le rapport des sections initiale et finale de la pièce pour l'opération d'étirement et le rapport des sections finale et initiale pour l'opération de refoulement. Pour effectuer ce corroyage, Le lopin est de préférence préalablement écroQté au diamètre de 203 mm. Le procédé est particulièrement efficace lorsque le corroyage s'effectue de La manière suivante. Une première phase de refoulement est effectuée à une température de 450 C avec un taux de corroyage de 4,9. Lors de ce refoulement, le diamètre du lopin passe de 203 mm à 450 mm. Un tel refoulement peut être obtenu à l'aide d'une presse hydraulique fonctionnant avec une force de I 200 tonnes et avec une vitesse de descente du piston de 60 m/mn, soit I m/s, et ceci à pression constante. Un refoulement est suivi d'un étirage. En conséquence, un premier étirage effectué à 400 C a lieu après ce premier refoulement. Lors de ce premier étirage, le taux de corroyage est de 2,2. Le diamètre du lopin est ramené de 450 mm à 300 mm. Cette opération d'étirage peut être effectuée sur la même presse de I 200 tonnes et avec La même vitesse de descente du piston de 60 m/mn. Un deuxième cycle de corroyage peut suivre le premier. Il comprend une deuxième phase de refoulement, mais ceLLe-ci s'effectue sous une température de 4000C et avec un taux de corroyage de 2,2. Par ce deuxième refoulement, le Lopin est ramené à sa forme initiale, c'est-àdire un diamètre de 450 mm sur une hauteur de 125 cm. Ce deuxième refoulement est suivi d'un deuxième étirage, effectué Lui-aussi à 400 C, mais avec un taux de corroyage égal à 20 lors de ce deuxième étirage, Le Lopin est étiré en section carrée de 140 mm de c8té, à l'aide d'une presse. IL est ensuite mis sous forme octogonale de côté égal à 100 mm. Cette dernière mise en forme est effectuée au moyen d'un calibrage réalisé sur un marteau pilon. La deuxième partie du procédé selon l'invention consiste en un forgeage en matrice à partir de la pièce obtenue après La dernière opération de corroyage. Il débute de préférence par un éboutage, c'est-à-dire une coupe dans le lopin obtenu après le corroyage. Cette préparation peut également être complétée d'un écroûtage au diamètre de 95 mm. Il s'ensuit une phase de préforgeage à température ambiante durant laquelle le diamètre de la pièce augmente pour prendre La valeur de 145 mm. Lors de ce préforgeage, La pièce subit le forgeage d'une portée conique. Celle-ci est destinée à lui assurer la mise en place de la pièce dans l'outillage de forgeage définitif. En effet, le forgeage proprement dit comporte au moins une phase de forgeage à température ambiante. Le nombre de phases de forgeage dépend des dimensions finales à obtenir. Dans le cadre de la fabrication de pièces coniques, la dernière phase de forgeage comprend la formation du sommet du cône de la pièce à forger. La troisième partie principale du procédé seLon l'invention consiste en un traitement thermique de recristallisation. En effet, en fin de forgeage, après les différents corroyages, durant lesquels le taux cumulé de corroyage peut atteindre 500, les grains sont déformés par écrouissage dans toute la pièce et dans le sens de l'écoulement de métal. Grâce au traitement thermique qui consiste de préférence en un traitement thermique sous vide, à la température de 4400C, et pendant une durée comprise entre 30 et 60 minutes. Suite à ce traitement thermique, la taille de grain finale du cuivre peut être inférieure à 40 microns. Dans Le cadre de L'application du procédé à la fabrication des revêtements coniques internes des charges creuses, te procédé peut être complété d'une phase de finition. Cette dernière peut être effectuée par fluotournage, une fois que la structure métallurgique obtenue après le traitement thermique par recristallisation est stabilisée. Cette disposition permet de profiter des avantages, d'une part de la structure métallique finale obtenue par le corroyage, suivi d'un forgeage, puis de la recristallisation, et d'autre part de la finition obtenue par une phase finale de fluotournage. REVENDICATIONS 1. Procédé d'obtention de pièces de grandes dimensions en cuivre et de structure très fine, à partir d'un lopin issu de coulée continue, caractérisé en ce qu'il comprend successivement: - une série de phases de corroyage constituée de cycles de phases de refoulement et d'étirage; - un forgeage en matrice; et - un traitement thermique de recristallisation. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corroyage comprend successivement: - une première phase de refoulement des lopins au diamètre de 450 mm sur une hauteur de 125 cm et sous une température de 450 C; - un premier étirage des lopins au diamètre de 300 mm sous une température de 400 C; - un deuxième refoulement des lopins au diamètre de 450 mm, sous une température de 400 C; et - un deuxième étirage au diamètre de 100 mm, sous une température de 400 C, pour obtenir un carré de 140 mm de côté, puis un octogone de diamètre égal à 100 mm. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le forgeage en matrice comprend les deux étapes suivantes: - un préforgeage en matrice, à température ambiante, pour obtenir un diamètre égal à 145 mm, avec formation d'une base tronconique; et - au moins un forgeage à température ambiante avec une matrice correspondant à la forme à obtenir. 4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le corroyage est précédé d'une phase d'écroûtage des lopins issus de fonderie au diamètre de 203 mm. 5. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le forgeage est précédé: - d'un éboutage; et - d'un écroûtage au diamètre de 95 mm. 6. Procédé selon La revendication 3, dans Lequel Les pièces à obtenir doivent Ctre coniques, caractérisé en ce que le sommet du cône à obtenir est formé au cours de la dernière phase de forgeage. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le traitement thermique de recristallisation se fait sous vide, à une température de 440 C et pendant une durée comprise entre 30 et 60 minutes. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il - se termine par une phase de finition par fluotournage.