Brevet FR2811684A1 — publié le 20020118

La présente invention est relative à la fabrication de pièces en alliage du type Fe-Ni ou Fe-Ni-Co ou Fe-Ni-Co-Cu obtenues par découpage mécanique fin de flans éventuellement préalablement emboutis. Ces pièces sont en général utilisées dans des composants électroniques ou électriques miniatures. De nombreuses pièces de petite dimension, telles que les pièces de canon à électrons des tubes cathodique de visualisation en couleur ou les grilles support de circuits intégrés ou encore des pièces de micro moteurs, sont fabriquées par découpage mécanique fin de flans éventuellement emboutis en alliage du type Fe-Ni ou Fe-Ni-Co contenant environ de 30% à 70% de nickel. La qualité de la découpe est très importante pour ce type de pièce, en particulier pour éviter la présence de bavures. Les flans dans lesquels les pièces sont découpées sont prélevés dans des bandes obtenues par laminage à froid et recuit, généralement isotropes ou faiblement texturées. Dans le cas de pièces plates ou quasiment plates, c'est à dire obtenues sans déformation plastique notable du flan, les bandes sont souvent utilisées à l'état écroui de façon à présenter une dureté plus élevée et une ductilité plus faible que les bandes obtenues directement après recuit. Cette dureté plus élevée et cette ductilité plus faible favorisent la découpe mécanique. Au contraire, lorsque l'emboutissage est important, les bandes sont utilisées à l'état recuit de façon à présenter une ductilité élevée et une aptitude à la déformation plastique importante. Dans ce cas, l'opération de découpe, qui est le perçage d'un trou, est parfois précédée d'un écrouissage local destiné à diminuer la ductilité du métal le long de la ligne de découpe. Cependant, aussi bien pour les pièces peu embouties que pour les pièces fortement embouties, la qualité de la découpe est souvent insuffisante ce qui conduit à un rejet d'une proportion notable de pièces découpées. Afin d'améliorer la qualité de la découpe, il est connu d'ajouter à l'alliage des petites quantités d'éléments d'alliage tels que le molybdène ou le niobium, ou de conserver de très faibles quantités d'éléments résiduels tels que le carbone, le soufre, le phosphore ou l'oxygène qui peuvent former des inclusions. Cependant, ces moyens sont insuffisants et l'aptitude à la découpe mécanique des alliages Fe-Ni ou Fe-Ni-Co ou Fe-Ni-Co-Cu est jugée très inférieure, par exemple, à celle de l'acier inoxydable 305. Le but de la présente invention est de remédier à cet inconvénient en proposant un moyen pour améliorer la découpabilité des alliages du type Fe-Ni ou Fe-Ni-Co ou Fe-Ni-Co-Cu utilisés sous forme de bandes minces pour fabriquer par découpage mécanique fin des pièces utilisées notamment dans des équipements électroniques ou électriques. A cet effet, I'invention a pour objet une bande en alliage Fe-Ni ou en alliage Fe-Ni-Co ou Fe-Ni-Co-Cu austénitique dans laquelle la composition chimique de l'alliage comprend, en % en poids: % 0,0005% le reste étant du fer et des impuretés telles que C, S, P, O et N; la composition chimique étant telle que Fe + Ni + Cu + Co > 95%. De plus, I'alliage a une texture cubique avec un coefficient de texture cubique Dc > 7. De préférence, séparément ou en combinaison, la teneur en bore est comprise entre 0,0007% et 0,004%, I'indice Dc est supérieur à 10, la teneur en carbone est inférieure ou égale à 0,05%, la teneur en soufre est inférieure ou égale à 0,01%, et mieux inférieure ou égale à 0,007%, la teneur en oxygène est inférieure à 0,005%. L'invention concerne également un procédé pour fabriquer une bande en alliage Fe-Ni ou Fe-Ni-Co ou Fe-Ni-Co-Cu selon lequel: - on fabrique par laminage à froid une bande en alliage dont la composition chimique est définie ci-dessus, avec un taux d'écrouissage supérieur à 80%, - on réalise sur la bande un recuit de recristallisation à grains fins, - et, éventuellement, on effectue un laminage à froid complémentaire avec un taux d'écrouissage inférieur à 40%. L'invention concerne, enfin, un procédé pour fabriquer une pièce par découpage mécanique ou par découpage mécanique et emboutissage selon lequel on prélève un flan dans une bande conforme à l'invention et on effectue sur le flan au moins une opération de découpage mécanique et éventuellement au moins une opération d'emboutissage; I'au moins une opération d'emboutissage pouvant être effectuée avant ou après l'au moins une opération de découpage mécanique. La pièce est, par exemple, une pièce de canon à électrons avec trou de passage des électrons, ou en ce que la pièce est un support de circuit intégré avec pattes de connexion, en ce que la pièce est un noyau magnétique de micro moteur ou de transformateur. L'invention va maintenant être décrite plus en détails en regard de la figure annexée et illustrée par des exemples. La figure 1-a représente en coupe de façon schématique une bande dans laquelle on a percé un trou par découpe mécanique présentant un faciès de découpe correspondant à une découpabilité mauvaise. La figure 1-b, représente en coupe de façon schématique une bande dans laquelle on a percé un trou par découpe mécanique présentant un faciès de découpe correspondant à une découpabilité acceptable. La figure 1-c, représente en coupe de façon schématique une bande dans laquelle on a percé un trou par découpe mécanique présentant un faciès de découpe correspondant à une découpabilité bonne. Les bandes selon l'invention sont des bandes minces (épaisseur en général inférieure à 1,5 mm) laminées à froid en alliage du type Fe-Ni ou Fe-NiCo ou Fe-Ni- Co-Cu connus en eux même dans leur forme la plus générale. Dans ce type d'alliage, le nickel ou le cobalt qui est un substitut du nickel, permet d'ajuster des propriétés telles que le coefficient de dilatation thermique ou la perméabilité magnétique. La teneur en nickel est comprise entre 30% et 70%; le cuivre est le cobalt qui sont des éléments optionnels ont des teneurs tels que la somme Cu + 2 x Co soit inférieure ou égale à 20%. Le reste est essentiellement du fer, des impuretés telles que le carbone, le soufre, le phosphore, I'oxygène et l'azote, et, éventuellement des éléments d'alliage complémentaires tels que le manganèse, le chrome, le tungstène, le molybdène, le titane, le vanadium, le niobium et l'aluminium. Cependant, les teneurs en fer, nickel, cuivre et cobalt doivent être telles que: Fe + Ni + Cu + Co > 95%. Les teneurs en éléments d'alliage doivent être telles que: Mn + Cr souhaitables en petites quantités car elles ont un effet favorable sur la découpabilité. Néanmoins, la teneur en carbone doit, de préférence, rester inférieure à 0,05%, la teneur en soufre doit de préférence, rester inférieure à 0,01%, et mieux inférieure à 0,007%, et la teneur en oxygène doit, de préférence, rester inférieure à 0,005%. En outre, I'alliage contient de 0,0005% à 0,007% de bore, et de préférence de 0,0007% à 0,004%, et il a une texture cubique (001) , caractérisée par un indice de texture cubique Dc supérieur à 7, et de préférence supérieur à 10. En effet, les inventeurs ont constaté, de façon surprenante, qu'une addition de bore combinée avec une texture cubique fortement prononcée améliore très sensiblement l'aptitude à la découpe mécanique des alliages du type Fe-Ni ou Fe-Ni-Co ou Fe-Ni-CoCu. L'indice de texture cubique Dc est le rapport Icubique / lisotrope des intensités maximales de rayonnement X réfléchi, mesuré sur une figure de pôle (I111) en un point situé à 54o44' du centre de la figure et sur la ligne à 45 par rapport à la direction de laminage pour un échantillon de la bande à caractériser d'une part, et pour un échantillon isotrope d'autre part. Le caractère plus ou moins texturé d'une bande peut, également, être évalué de façon simple mais approximative par un essai d'emboutissage, en mesurant les cornes d'emboutissage. Cette méthode ne peut être utilisée que pour caractériser un métal suffisamment ductile. Pour la mettre en oeuvre, on peut, par exemple, partir d'un disque de 60mm de diamètre, emboutir ce disque pour former un godet de 33mm de diamètre et de 19mm de hauteur moyenne. On mesure alors la différence de hauteur entre les points les plus hauts et les points les plus bas du bord supérieur. Si cette hauteur est inférieure à 0,3mm, la bande est isotrope ou très peu texturée, si cette différence est supérieure à 1,5mm, la bande est fortement texturée. Pour obtenir des bandes d'alliage ayant une texture cubique marquée, on élabore l'alliage, on le coule et on le lamine à chaud de façon connue en elle-même de façon à obtenir une bande à chaud d'épaisseur suffisante pour permettre d'obtenir une bande à froid ayant l'épaisseur voulue, par laminage à froid avec un taux de réduction supérieur à 80%, et mieux supérieur à 90%. L'épaisseur de la bande laminée à chaud peut être, par exemple, de 5 mm. Le laminage à froid doit être réalisé sans recuit intermédiaire, mais peut être précédé d'un recuit, c'est le cas, en particulier, lorsque, compte tenu de l'épaisseur de la bande à chaud et de l'épaisseur visée pour la bande à froid, il est nécessaire de réaliser plusieurs laminages à froid successifs. Le laminage à froid final (avec un taux de réduction supérieur à 80%) est suivi d'un recuit de recristallisation effectué généralement dans un four à passage sous atmosphère protectrice constituée par exemple d'un mélange d'hydrogène et d'azote avec un point de rosée inférieur à - 40 C. La température du four, d'environ 1000 C, doit être suffisante pour obtenir une recristallisation à grains fins, mais pas trop importante pour éviter une recristallisation secondaire à grains géants indésirable. La durée du recuit est en général de l'ordre de la minute. L'homme du métier sait adapter au cas par cas les conditions précises du recuit afin d'obtenir une recristallisation à grains fins tout en évitant une recristallisation secondaire. Eventuellement, et afin d'augmenter la dureté de la bande, le recuit de recristallisation peut être suivi d'un laminage à froid complémentaire avec un taux de réduction inférieur à 50% ou mieux, inférieur à 30%, pour ne pas trop dégrader la texture cubique initiale. Lorsque le taux de réduction du laminage à froid complémentaire est inférieur à 10%, on obtient une bande à froid adoucie ou faiblement écrouie ayant une texture cubique marquée. Lorsque le taux de réduction du laminage à froid complémentaire est supérieur à 10%, on obtient une bande à froid écrouie ayant une texture cubique marquée. Compte tenu de l'épaisseur de la bande à chaud, les bandes ainsi obtenues ont une épaisseur en général inférieur à 0,5 mm. Pour fabriquer une pièce conformément à l'invention, dans une bande ayant un indice de texture cubique supérieur à 7, ou mieux supérieur à 10 ou mieux encore supérieur à 15, on découpe un flan par découpe mécanique de façon connue en elle- même. Le flan peut être soit la pièce finie qui alors est plane, soit une ébauche. L'ébauche peut être mise en forme par emboutissage puis découpée à nouveau par découpe mécanique. Cette découpe peut être par exemple un perçage. Cette opération de découpe peut être précédée d'un écrouissage local. Lorsque la pièce est plate ou peu déformée par emboutissage, c'est à dire lorsque le taux de déformation engendré par I 'emboutissage est inférieur à 20%, la bande peut être utilisée après un laminage à froid complémentaire avec un taux de réduction compris entre 10% et 30% ou même 50%. C'est le cas par exemple de pièces plates pour canons à électrons de tubes cathodiques de visualisation en couleur, ou de grilles support de circuit intégré (ou " lead frame ") comportant des pattes de connexion, ou de rotors ou de stators de micro moteurs électriques. Lorsque la pièce est fortement déformée par emboutissage ou par pliage ou par réduction locale d'épaisseur, c'est à dire avec des taux de déformation supérieurs à 20%, la bande est utilisée à l'état adouci ou faiblement écroui, c'est à dire sans laminage à froid complémentaire ou avec un laminage à froid complémentaire avec un taux de réduction inférieur à 10%. C'est le cas par exemple de certaines pièces de canons à électrons pour tubes cathodiques de visualisation en couleur. La qualité de la découpe s'apprécie par le faciès de découpe qui comporte une zone cisaillée et une zone arrachée. La ligne de démarcation entre ces deux zones doit être régulière et située environ à mi-épaisseur. Il ne doit pas y avoir de bavures. Trois faciès de découpe sont représentés aux figures la, 1 b et 1 c. Ces faciès sont ceux qu'on observe sur un trou la, lb et lc, percé par poinçonnage dans une bande 2a, 2b et 2c. Seule la moitié de chaque trou est représentée après avoir fait une coupe des bandes selon un plan passant par l'axe des trous. Les parois 3a, 3b et 3c des trous comportent chacune une zone cisaillée 4a, 4b et 4c, et une zone arrachée 5a, 5b et 5c. La figure la correspond à une bande en alliage ayant une mauvaise découpabilité. La zone cisaillée 3a correspond à la plus grande part de l'épaisseur et se termine vers le bas, par des bavures importantes 6a. La figure lb correspond à une bande en alliage ayant une découpabilité juste acceptable. La zone cisaillée 3b correspond à peu près à la moitié de l'épaisseur et se termine vers le bas, par quelques bavures 6b. La figure lc correspond à une bande en alliage ayant une découpabilité excellente. La zone cisaillée 3c correspond à peu près à la moitié de l'épaisseur et ne comporte pas de bavures. Ces figures ne sont données qu'à titre indicatif. L'homme du métier sait apprécier dans chaque cas la qualité de la découpe en fonction de critères plus précis que ce qui peut être déduit directement de ces figures. Outre l'observation de ces faciès de découpe, la qualité de la découpe peu s'apprécier également par la qualité géométrique des pièces obtenues. Lorsque la découpe est le perçage d'un trou rond, I'appréciation de la qualité de la découpe prend en compte le caractère plus ou moins circulaire du trou. En général, les observations nécessaires pour évaluer la qualité des pièces découpées se font avec un grossissement compris entre x10 et x50. A titre d'exemples et de comparaisons, on a fabriqué des bandes laminées à chaud de 4,5mm d'épaisseur en alliage FeNi42 dont les compositions chimiques en % en poids sont reportées au tableau 1. Tableau 1 Ref Ni Mn Si C S P AI B N O Fe PV408 40,8 0,45 0,07 0,005 l'alliage PV408 est donné à titre de comparaison. Avec ces bandes à chaud, on a réalisé des bandes à froid selon 6 gammes de fabrication différentes, repérée A, B, C, D, E et F, comportant: un premier laminage à froid avec un taux d'écrouissage ECR1, un recuit de recristallisation au four à passage et un deuxième laminage à froid avec un taux d'écrouissage ECR2. L'écrouissage ECR1 a été dans certains cas précédé d'un écrouissage préliminaire de la bande laminée à chaud suivi d'un recuit de recristallisation pour ajuster l'épaisseur à la valeur souhaitée. Les taux d'écrouissage de chaque gamme ainsi que les duretés HV et les allongements à rupture A% obtenus (identiques pour les trois alliages) sont reportés au tableau 2. Tableau 2 gamme | A B BC D E F ECR1 68% 50% 88% 91% 96% 96% ECR2 60% 23% 23% 20% 20% 44% HV 230 205 205 205 205 220 A% 1% 5% 5% 5% 5% 2% Pour chacune de ces gammes, les indices de texture cubique Dc obtenus pour chacun des alliages sont reportés au tableau 3. Tableau 3 _ _ || A | B] C] D E [ F PV408 Dc = 1 Dc= 1 nd nd Dc = 25 nd PV588 Dc = 1 Dc = 1 nd Dc = 10 Dc = 25 Dc= 7 PW075 Dc= 1 Dc= 1 Dc= 10 Dc = 25 Dc=45 Dc= 12 Ces résultats montrent que pour obtenir un indice de texture cubique Dc supérieur à 10, le taux d'écrouissage ECR1 doit être élevé et de préférence supérieur à 80%, et le taux d'écrouissage ECR2 ne doit pas être trop important. Les bandes laminées à froid en alliage PV588 obtenues par les gammes D, E et F, ainsi que les bandes en alliage PW075 obtenues par les gammes C, D, E et F correspondent à l'invention. Les autres sont données à titre de comparaison. Avec les bandes d'épaisseur 0,25 mm correspondant aux trois alliages et à la gamme de fabrication D, on a réalisé par découpage mécanique des pièces support de circuits intégrés (" lead frame "). Les alliages PV588 et PW075 contenant du o10 bore conformément à l'invention ont donné 100% de pièces bonnes. En revanche, l'alliage PV408 a donné des pièces mauvaises avec bavures importantes. Avec l'alliage PW075 (contenant du bore conformément à l'invention), on a fabriqué trois bandes d'épaisseur 0,4 mm obtenues respectivement avec les gammes A, B, et C, dans lesquelles on a découpé des lots de pièces plates comportant un trou circulaire de 0,5mm de diamètre obtenu par poinçonnage. Dans le lot correspondant à la gamme A (comparaison), seulement 24% des pièces étaient bonnes et dans le lot correspondant à la gamme B (comparaison), seulement 53% des pièces étaient bonnes. En revanche, 100% des pièces du lot correspondant à la gamme C(invention) étaient bonnes. REVENDICATIONS 1 - Bande en alliage Fe-Ni ou en alliage Fe-Ni-Co ou en alliage Fe-Ni-CoCu austénitique caractérisé en ce que la composition chimique de l'alliage comprend, en % en poids: % 0,0005% le reste étant du fer et des impuretés telles que C, S, P, O et N, la composition chimique étant telle que Fe + Ni + Cu + Co > 95%, et en ce que l'alliage a une texture cubique avec un coefficient de texture cubique Dc > 7. 2 - Bande selon la revendication 1 caractérisé en ce que: 0,0007% 3- Bande selon la revendication 1 ou la revendication 2 caractérisé en ce que Dc> 10. 4 - Bande selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisée en ce que la teneur en carbone de l'alliage est inférieure ou égale à 0,05%. - Bande selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisée en ce que la teneur en soufre de l'alliage est inférieure ou égale à 0,01%. 6 - Bande selon la revendication 5 caractérisée en ce que la teneur en soufre de l'alliage est inférieure ou égale à 0,007%. 7 - Bande selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que la teneur en oxygène est inférieure à 0,005%. 8 - Procédé pour fabriquer une bande selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que: - on fabrique par laminage à froid une bande en alliage dont la composition est définie par les revendications 1 à 7, avec un taux d'écrouissage supérieur à 80%, - on réalise sur la bande un recuit de recristallisation à grains fins, et, éventuellement, on effectue un laminage à froid complémentaire avec un taux d'écrouissage inférieur à 40%. 9 - Procédé pour fabriquer une pièce par découpage mécanique ou par découpage mécanique et emboutissage caractérisé en ce que: - on prélève un flan dans une bande selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, - et on effectue sur le flan au moins une opération de découpage mécanique et éventuellement au moins une opération d'emboutissage, l'au moins une opération d'emboutissage pouvant être effectuée avant ou après l'au moins une opération de découpage mécanique. - Procédé selon la revendication 9 caractérisé en ce que la pièce est une pièce de canon à électrons avec trou de passage des électrons, ou en ce que la pièce est un support de circuit intégré avec pattes de connexion, en ce que la pièce est un noyau magnétique de micro moteur ou de transformateur.