Brevet FR2685227A1 — publié le 19930625

I AMELIORATION DE L'APTITUDE AU TRAVAIL A CHAUD PAR UTILISATION DE REVETEMENT DEPOSE PAR PROJECTION THERMIQUE. L'invention concerne un procédé pour améliorer l'aptitude au travail à chaud d'une matière d'alliage de base, consistant à déposer un revêtement thermique composé d'un métal ou d'un alliage de métal sur l'alliage de base. Un aspect préféré de l'invention concerne l'utilisation d'un revêtement de poudre de titane par projection au plasma sur une matière de base constituée par un alliage de titane sensible à la formation de criques, qu'il s'agit de travailler à chaud. Les alliages de titane sont généralement difficiles à travailler à chaud, en raison des criques de surface et de bord qui se forment pendant ce travail Ces criques peuvent finalement conduire à une perte de matière ou à une difficulté à travailler la plaque de métal Un procédé dont on dispose pour atténuer ce problème de formation de criques consiste à enfermer la matière à laminer dans une enveloppe soudée Ce procédé exige que la matière de l'enveloppe soudée soit plus facile à travailler à chaud que la matière intérieure Le principal inconvénient de ce procédé consiste en ce que l'état de la matière intérieure est inconnu pendant l'opération de laminage Il peut donc se produire que ce n'est qu'après avoir enlevé l'enveloppe qu'on constate que les réductions ont été trop fortes et qu'il en est résulté un important taux de crique de la matière Si la formation de criques du métal est sévère, la matière enfermée exigera d'importants traitements de conditionnement et une perte résultante de matière Dans le cas extrêmes, la matière enfermée ne peut pas être sauvée ce qui rend ce procédé particulier à la fois indésirable et coûteux pour le producteur. Outre le procédé d'enveloppement pour le laminage, on a aussi utilisé antérieurement un revêtement de céramique vitreuse Ce type de revêtement est connu pour réduire l'absorption d'hydrogène et d'oxygène, mais on ne dit pas si ce procédé conduit à une meilleure aptitude au travail à chaud Un grave inconvénient de l'utilisation de ce revêtement consiste dans son faible coefficient de frottement, et il en résulte que les cylindres travaillants ont des difficultés à saisir la matière revêtue pendant le travail de laminage A lui seul, ce facteur conduit de nombreux exploitants de laminoirs à éviter de laminer une matière qui est connue pour être revêtue de céramiques vitreuses. L'utilisation des techniques de projection thermique pour revêtir des matières est bien connue Cette technique est généralement adoptée pour revêtir des structures ou parties de structures dont la forme et la dimension sont sujettes à être détériorées par les nécessités de chauffage des autres techniques de revêtement Le revêtement par projection thermique peut être obtenu par utilisation d'un des procédés suivants: flamme oxyacéthylénique, pistolet à détonation, arc, plasma, laser, revêtement électrostatique du type poudre ou suspension. Les revêtements électrostatiques utilisant une suspension ou une poudre exigent habituellement un chauffage à la température de fusion, soit par chauffage de la pièce dans toute la masse, soit par chauffage local. Les techniques de projection à la flamme et à l'arc sont les procédés les plus communément utilisés dans l'application industrielle des revêtements, parce que l'équipement peut être amené relativement facilement sur le site de travail. Le procédé de projection au plasma mentionné plus haut utilise l'énergie contenue dans un arc électrique de commande pour chauffer des gaz à des températures de plus de 80000 C L'argon, l'azote ou l'hydrogène sont habituellement les gaz de choix Ces gaz sont chauffés dans des tores et sont expulsés à grande vitesse et à haute température dans une flamme caractéristique Les particules de poudre métalliques ou non métalliques sont fondues et projetées sur la matière à revêtir Les revêtements appliqués par ce procédé sont généralement connus pour être extrêmement fins, denses, résistants à l'usure, et ils ont des porosités caractéristiques de 5 à % Pour obtenir les meilleurs résultats de revêtement, on est conduit à adopter un intervalle granulométrique étroit, parce que les grosses particules risquent de traverser la flamme sans fondre dans le procédé au plasma. La présente invention se rapporte à un procédé pour améliorer l'aptitude au travail à chaud d'un alliage de titane sensible à la formation de criques, qui consiste à revêtir l'alliage, par un procédé de revêtement thermique, avant son travail à chaud, d'une couche de titane ou d'un alliage de titane qui peut être travaillé à chaud plus facilement que l'alliage de base. Plus précisément, l'invention consiste à utiliser une projection thermique de titane ou d'un alliage de titane pour former un revêtement sur une matière de base composée d'un alliage de titane, afin d'améliorer l'aptitude de cette matière au travail à chaud Ce procédé permet de laminer la matière de base avec un minimum de formation de criques, sans perte notable de produit Selon la présente invention, on propose un procédé dans lequel du titane métallique est déposé sur une matière de base pour former un revêtement intimement lié, avant le travail à chaud ou le laminage Etant donné que le revêtement est relativement mince, ce procédé permet de contrôler la matière de base pendant l'opération de laminage à chaud. De cette façon, s'il se forme des criques, on peut interrompre le traitement et le métal peut être reconditionné et soumis à un nouveau revêtement pour pouvoir continuer à être travaillé sans perte de matière. L'invention a aussi pour objet une composition de métal apte à être travaillée à chaud, qui comprend un métal de base composé d'un alliage de titane, susceptibles de formation de criques, dont les surfaces sont revêtues de titane, ladite couche étant d'au moins 0,25 mm. L'invention est essentiellement applicable aux alliages de titane qui sont difficiles à travailler à chaud en raison des criques de surface et de bord qui se forment pendant l'opération de travail à chaud Certains alliages de titane qui sont sujets à formation de criques et présentent cette difficulté dans le travail à chaud comprennent les suivants: Alliage C (un alliage à base de titane de Pratt et Whitney), l'aluminiure de titane Super Alpha 2, Ti-5 Al-2,5 Sn et Ti-8 Al-l Mo-IV Même le Ti-6 Al-4 V peut présenter de notables tendances à la formation de criques dans certaines conditions. Un aspect préféré de l'invention consiste en ce que le revêtement métallique est déposé sur la matière de base par utilisation d'une technique de projection au plasma. Le métal du revêtement est composé de titane ou d'un alliage de titane, tandis que la matière de base est composée d'un alliage de titane L'alliage de titane qui est déposé en revêtement sur la matière de base possède une meilleure aptitude au travail à chaud que la matière de base Un revêtement d'alliage préféré pour ce traitement, qui présente les caractéristiques mentionnées plus haut, est un alliage Ti-6 Al-4 V Dans son mode le plus préféré, l'invention envisage l'utilisation de titane sensiblement pur pour revêtir la matière de base. L'une des fonctions du dépôt thermique d'un revêtement métallique composé, soit d'un métal, soit d'un alliage métallique, sur le métal de base, avant le travail à chaud, consiste à assurer une réduction de la transmission de chaleur de la matière revêtue à l'outil ou au cylindre travaillant, de sorte qu'on obtient une plus grande facilité de traitement par laminage Autre effet plus important, le revêtement métallique est choisi de manière à former un alliage avec le métal de base, de telle sorte que l'alliage formé soit plus facile à travailler à chaud que l'alliage de départ d'origine Le revêtement métallique peut aussi se comporter comme un piège pour l'oxygène superficiel, en réduisant ainsi à un minimum la quantité de 02 disponible pour provoquer une contamination ou une fragilisation de la surface du métal de base. Le revêtement métallique déposé par projection au plasma est déposé de façon sensiblement uniforme sur les surfaces de la matière de base, pour former une couche d'une épaisseur d'au moins 0,25 mm Il est préférable que le revêtement ait une épaisseur d'environ 0,75 à 1 mm, mais le revêtement peut atteindre une épaisseur d'environ 2,5 mm Le procédé selon l'invention peut être appliqué à des alliages de n'importe quelle forme et de n'importe quelle dimension, puisque ni la dimension, ni la forme ne sont critiques pour le traitement. Une fois revêtu, l'alliage est ensuite prêt pour subir le travail à chaud Ce traitement est exécuté à des températures qui sont normalement utilisées pour le laminage à chaud des pièces métalliques, c'est-à-dire d'environ 815 à environ 13701 C La matière est réduite à la cote finale à l'aide de cylindres ou de matrices. Un autre aspect important de l'invention consiste en ce que ce revêtement déposé sur la matière de base entraîne une réduction de la force de laminage nécessaire pendant le laminage à chaud De cette façon, l'application de cette invention, permet de laminer une matière de plus grande largeur et avec une plus grande réduction par passe Dans certains cas, on observe une réduction d'environ 50 % de la force de laminage, lorsque la matière de base est revêtue au plasma avant de subir le travail à chaud. Après le travail à chaud, le revêtement métallique peut être éliminé de la matière de base par grenaillage. Il convient de remarquer que la matière travaillée à chaud résultante, qui a été préalablement revêtue, présente des améliorations notables de qualité de surface et de bord relativement à la matière non revêtue Le produit final présente nettement moins de criques avec le revêtement métallique que sans ce revêtement. Sur les dessins annexés: Les figures l A et 1 B montrent les deux faces, supérieure et inférieure, d'un Alliage C de 38,1 mm non revêtu, qui a été laminé en partant d'une épaisseur de départ de 88,9 mm, en sortant d'un four à 1148,90 C On a exécuté une réduction de 10 % par passe pour atteindre la cote finale. Les figures 2 A et 2 B représentent les faces supérieure et inférieure d'un Alliage C de 38,1 mm d'épaisseur, qui a subi une projection au plasma de poudre de titane dans l'air pour former une épaisseur de revêtement de 0,762 mm à 1,016 mm Cet alliage avait une épaisseur de départ de 88,9 mm et était travaillé à chaud en sortant d'un four à 1148,91 C On a exécuté une réduction de 10 % par passe, jusqu'à avoir obtenu la cote finale. Les figures 3 A et 3 B représentent les faces supérieure et inférieure de l'Alliage C de 38,1 mm d'épaisseur, qui a été décrit sur les figures 2 A et 2 B, après l'élimination du revêtement de titane par grenaillage. Les figures 4 A et 4 B montrent les faces supérieure et inférieure, respectivement, tandis que les figures 5 A et B représentent les faces supérieures et inférieure d'un Alliage C de 12,7 mm, non revêtu dans un cas et revêtu dans l'autre, laminé à la sortie d'un four à 1065,61 C. Chaque matière avait une épaisseur de base de 57,15 mm, et on a exécuté sur chaque matière une réduction de 12 % par passe pour obtenir la cote finale L'Alliage C revêtu (figures 5 A et 5 B) avait subi une projection de poudre de titane au plasma dans l'air pour former une épaisseur de revêtement de 0,762 à 1,016 mm Les figures 6 A et 6 B montrent les faces supérieure et inférieure d'un Alliage C de 12,7 mm d'épaisseur, après l'exécution d'un grenaillage sur la matière pour éliminer le revêtement de titane. La figure 7 et la figure 8 montrent les forces du laminoir pour chaque passe du laminage d'un alliage qui a été travaillé Chaque graphique illustre un alliage revêtu et un alliage non revêtu, pour permettre d'étudier les effets du revêtement sur le travail à chaud. Les avantages qu'on a à utiliser un revêtement projeté par voie thermique (au plasma), pour améliorer l'aptitude au travail à chaud d'alliages difficiles à travailler, ressort clairement des exemples suivants Ces exemples illustrent les améliorations de la qualité à la fois de la surface et des bords, et la réduction des forces de laminage exigées pour déformer la matière de base Les exemples suivants sont donnés pour illustrer l'invention. EXEMPLE 1 Les figures l A, l B et 2 A, 2 B montrent les deux faces (supérieure et inférieure) d'un Alliage C de de 38,1 mm d'épaisseur, qui est un alliage à base de titane de Pratt et Whitney, après laminage à la sortie d'un four à 1148,90 C Les figures l A et 1 B représentent une expérience témoin, dans laquelle aucun revêtement n'avait été appliqué avant le travail à chaud de la matière, tandis que les figures 2 A et 2 B représentent une plaque qui est revêtue de titane de 0,762 à 1,016 mm d'épaisseur, appliquée par projection d'une poudre de titane au plasma. L'épaisseur de la plaque de départ était dans chaque cas de 88,9 mm Les deux plaques ont été travaillées avec une réduction de 10 % par passe, jusqu'à ce qu'on ait obtenu la cote finale de 38,1 mm Aucun réchauffage n'a été exécuté dans chaque cas après la fin de l'opération de travail à chaud On peut voir clairement en comparant les deux figures que la matière revêtue avait nettement moins de criques de surface et de bord que la plaque non revêtue. On a ensuite exécuté un grenaillage pour éliminer le revêtement de titane de la plaque Les figures 3 A et 3 B montrent les deux faces d'une matière d'Alliage C de titane de 38,1 mm d'épaisseur après ce traitement Il est visible que le revêtement a protégé la matière de base des critiques de surface et de bord. EXEMPLE II Les figures 4 A et 4 B (matériel non revêtue) et 5 A et B (matériel revêtu) montrent les deux faces d'une plaque d'Alliage C de 12,7 mm, laminée à la sortie d'un four à 1065,61 C Dans chaque cas, l'épaisseur de départ était de 57,15 mm Les plateaux des figures 5 A et 5 B ont été soumises à une projection de poudre de titane au plasma dans l'air pour obtenir une épaisseur de revêtement de 0,762 à 1,016 mm avant l'opération Les deux matières ont été laminées avec des réductions de 12 % par passe Aucun réchauffage n'a été exécuté après cette opération A cette plus faible épaisseur, l'amélioration de la qualité des bords et de la surface de la matière revêtue au plasma est bien visible Les figures 6 A et 6 B montrent les résultats après que le revêtement a été éliminé par grenaillage On voit aussi, sur cette figure, que le revêtement a grandement amélioré la qualité globale de surface et des bords de la matière. EXEMPLE III Le dernier exemple montre la réduction de la force de laminage nécessaire pour réduire la matière pendant le travail à chaud qu'on obtient en déposant un revêtement de titane au plasma sur la matière de base. La figure 7 montre les formes de laminoir pour chaque passe du laminoir d'un aluminiure de titane Super Alpha 2 de 12,7 mm d'épaisseur sortant d'un four à 1065,60 C On a effectué des réductions d'environ 15 % par passe sur le témoin et sur la matière revêtue A la quatrième passe, la matière non revêtue a demandé 3332 KN pour effectuer la réduction et l'opération a du être interrompue en raison de la capacité de 4448 KN du laminoir Au contraire, la matière qui a reçu une projection de titane au plasma de 0,762 à 1,016 mm d'épaisseur n'avait qu'une force de laminoir de seulement 1761 KN après la quatrième passe On a observé une réduction de 47,1 %, comparativement à la matière sans revêtement La matière revêtue au plasma a subi ensuite un laminage des huit passes désirées pour atteindre une cote finale de 5,94 mm, en demandant une force de laminage maximum de seulement 2953 KN. Un autre exemple de réduction de la force de laminage est illustré sur la figure 8 Cette figure montre les forces exercées sur les cylindres de laminage à chaque passe pour le laminage d'une plaque d'alliage C de 25,4 mm, sortant d'un four à 1065,60 C On a adopté une réduction de 12 % par passe pour atteindre la cote finale Il est visible que la matière portant un revêtement de titane de titane de 0,762 à 1,016 mm a demandé moins de force de laminage que l'alliage non revêtu Lors de la passe finale, la matière non revêtue a demandé une force de pointe de 393 KN, contre 1797 KN de force de pointe pour la matière revêtue Ceci représente une réduction d'environ 24,9 % de la force de laminage, qui peut être attribuée directement au processus de revêtement. REVENDICATIONS 1 Procédé pour améliorer l'aptitude au travail à chaud d'un alliage de titane sensible à la formation de criques, caractérisé en ce qu'avant le travail à chaud, on procède à un revêtement thermique de l'alliage pour le revêtir d'une couche de titane ou d'un alliage de titane qui est plus facile à travailler à chaud que l'alliage de base. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le revêtement est appliqué par un traitement de revêtement au plasma. 3 Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit revêtement a une épaisseur d'au moins 0,25 mm. 4 Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite épaisseur du revêtement métallique est d'environ 0,762 à environ 1,016 mm. Procédé selon une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit laminage à chaud est exécuté à l'aide de matrices ou de cylindres. 6 Procédé selon une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit revêtement métallique ou d'alliage métallique forme un alliage à l'interface entre le revêtement et la surface de matière de base. 7 Procédé selon une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ladite matière de base revêtue est travaillée à chaud à une température d'environ 8150 C à environ 13711 C. 8 Procédé selon une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ledit revêtement de métal ou d'alliage métallique est éliminé de la base après le travail à chaud. 9 Composition métallique apte au travail à chaud, comprenant un métal de base constitué par un alliage de titane sujet à la formation de criques, dont les surfaces sont revêtues de titane, la couche de revêtement étant d'au moins 0,254 mm. Composition métallique apte au travail à chaud il selon la revendication 9, caractérisé en ce que ledit revêtement métallique a une épaisseur d'environ 0,254 à environ 1,27 mm.