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Procédé de mesure de la résistance ä l'abrasion de la rugosité d'une surface métallique. La présente invention porte sur un procédé de mesure de la résistance à l'abrasion de la rugosité d'une surface métallique, en particulier de la surface d'un cylindre de laminoir, pressentant une multitude de sites rugueux formes au moyen d'un faisceau laser intermittent.
On sait que la rugosité d'une töle d'emboutissage, ainsi que les pro- priétés qui en dépendent, est conditionnée par la rugosité de la surface de travail des cylindres utilises pour effectuer, avec un faible taux de réduction, la dernière passe de laminage de cette töle.
Un procédé récent, qui est décrit notamment dans le brevet BE-A- 870. 609, permet de doter la surface d'un cylindre de laminoir d'une ru- gosité particulibre très interessante. Cette rugosité se compose d'une multitude de sites formes par un faisceau laser intermittent et repartis sur la surface du cylindre. Chaque site est constitue par un cratère central entouré d'un bourrelet généralement asymetrique qui se trouve en saillie par rapport à la surface initiale du cylindre.
Ce bourrelet résulte de la solidification très rapide de la gouttelette du métal fondu par le faisceau laser et re foulé vers 1a périphérie da la zone fondue. 11 est ainsi constitué de mental trempé, et par consequent très dur, qui permet d'imprimer des creux ou vallées correspondants dans la surface de la töle lors du laminage.
La résistance de ces bourrelets ä l'arrachement et ä l'usure, c'est-bdire à l'abrasion au cours du laminage conditionne la constance de la rugosité appliquée aux tôles laminées.
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L'objectif de la présente invention est de proposer une méthode permet- tant d'apprécier, de façon simple, la résistance ä l'abrasion des bour- relets formes au moyen d'un faisceau laser intermittent en particulier à la surface d'un cylindre de laminoir.
Conformément à la présente invention, le procédé de mesure de la re- sistance b l'abrasion de la rugosité d'une surface métallique présen- tant une multitude de sites rugueux formés au moyen d'un faisceau laser intermittent et comprenant chacun un cratère central et un bourrelet @entourant ledit cratère, est essentiellement caractérisé en ce que l'on applique un outil de coupe sur ladite surface, en ce que l'on déplace ledit outil de coupe le long de la surface suivant une trajectoire qui recoupe des bourrelets presents sur cette surface, et en ce que l'on mesure la force qu'il faut appliquer audit outil de coupe pour assurer ledit déplacement.
Selon l'invention, on applique l'outil de coupe sur la surface avec une charge suffisante pour qu'il ne soit pas repoussé vers le haut par les bourrelets qu'il rencontre, mais qui est insuffisante pour le faire pénétrer dans la surface proprement dite. Cette charge est de préférence constante et orientée suivant une direction perpendiculaire a la- dite surface.
Lorsqu'il se déplace le long de la surface, conformdment à l'invention, l'outil de coupe rencontre ainsi successivement les bourrelets des sites rugueux qui se trouvent sur sa trajectoire.' Pour que l'outil de coupe puisse poursuivre son mouvement, la pointe de l'outil doit donc soit arracher le bourrelet, soit y tracer un sillon, selon l'adhérence du bourrelet ä la surface.
Lorsque le bourrelet adhère mal ä la surface, un effort relativement faible suffit pour l'arracher de la surface sans penetration importante de l'outil dans le bourrelet.
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Au contraire, si la base du bourrelet est bien soudée ä la surface, 1a pointe de l'outil de coupe pénètre dans le bourrelet et y trace un sil-
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Ion. La force necessaire ä cet effet dépend du volume de métal ä traverser, ainsi que de la forme de la section transversale du bourrelet.
Le volume de metal rejeté hors du cratbre central et constituant le bourrelet peut notamment être exprimé par le volume moyen V c du cratère correspondant, que l'on définit, à un facteur près, comme etantegal au produit de la profondeur du cratère par le carré de sa largeur L au niveau de ladite surface.
La section du bourrelet est caractérisée par un facteur de forme H-./Ln H D qui correspond au rapport entre sa hauteur et sa largeur mesurée le long de la trajectoire de la pointe de l'outil de coupe.
Selon l'invention, la valeur mesurée de la force requise pour que l'outil de coupe traverse un bourrelet permet d'apprecier l'adhérence du bourrelet considéré b la surface ; on peut ainsi contröler la qualité du marquage superficiel et par consequent le régalage des paramètres du faisceau laser.
L'invention va maintenant être décrite d'une maniere plus détaillée en faisant référence aux dessins annexds, donnes b titre d'exemple, dans lesquels la Figure 1 représente schdmatiquement le profil moyen d'un site rugueux formé dans la surface d'un cylindre de laminoir au moyen d'une impulsion laser ; la Figure 2 illustre le principe du procédé de mesure de la présente invention ; la Figure 3 montre le profil moyen d'un cratère et d'un bourrelet corres- pondant ; la Figure 4 presente des courbes de référence de Fm pour différentes va- leurs du rapport HB/LB;
et la Figure 5 illustre l'influence de la largeur du bourrelet sur la valeur
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de F m
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En raison de l'importance de cette application, la description qui suit se réfère particu1ièrement à un cylindre de laminoir. Il est entendu cependant qu'il n'en resulte aucune limitation de la portde de la présente invention.
La figure 1 rappelle schématiquement la forme et le profil d'un site rugueux formé dans 1a surface d'un cylindre de laminoir 1 au moyen d'une impulsion laser. Ce site rugueux se compose d'un cratbre 2 entouré d'un bourrelet 3, et il imprime dans la töle 4 une empreinte constituée d'une vallée 5 entourant un plateau 6.
Une serie de tels sites rugueux est illustrée, en coupe, dans la figure 2 qui montre schématiquement le principe de la méthode de mesure conforme b la presente invention. La ligne en trait mixte 7 symbolise le niveau initial de la surface du cylindre, par rapport auquel les impulsions laser successives ont donné naissance aux cratères 2 et aux bourrelets 3. Ces bourrelets ne sont généralement pas symétriques par rapport ä la direction de l'impulsion laser qui les a fait naitre, notamment en raison du mouvement de la surface pendant l'opération de marquage. 11 en résulte que la forme et les dimensions de la section du bourrelet ne sont pas constantes tout autour du cratère. 11 va de soi que c'est la partie la plus massive des bourrelets qui offre 1a plus grande resistance ä l'avancement de l'outil de coupe.
L'outil de coupe 8 est applique à la surface du cylindre avec une charge P, géneralement constante, et est déplacé le long de cette surface dans le sens de la flèche F. La charge P est telle que la pointe de l'outil de coupe 8 se déplace suivant la ligne en trait mixte 7. La trajectoire de l'outil de coupe recoupe une série de sites successifs, comme l'indique la figure 2. La section de l'outil dans son plan de déplacement est telle que l'arête de coupe entame un bourrelet à sa base, c'est-à-dire dans le plan de la surface, sans que l'outil s'appuie sur les bourrelets situés en amont. En outre, l'outil presente de préférence une section transversale suffisamment étroite pour n'entamer, en largeur qu'un seul bourrelet le long de sa trajectoire.
De cette façon, l'outil de coupe 8 trace un sillon dans le profil de la
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surface rendue rugueuse du cylindre en écrêtant les bourrelets 3 successifs sur une longueur, dans le sens perpendiculaire au plan du dessin, qui correspond à la largeur de l'outil de coupe 8.
La représentation de la figure 2 correspond au cas oü les bourrelets 3 sont bien soudés à la surface du cylindre et ne sont pas arrachés par l'outil de coupe 8.
Le diagramme tracé dans la partie inférieure de la figure 2 indique les variations de la force F requise pour assurer le déplacement de l'outil de coupe 8 dans la direction d. Cette force est constante entre deux bourrelets et correspond au frottement de l'outil sur la surface lisse.
Au droit des bourrelets, sa valeur varie en fonction d'une part du volume Vc du bourrelet coupé par l'outil de coupe 8, et d'autre part de la forme de la section du bourrelet caractérisée par le rapport HB/LB. Ces parametres ont été définis plus haut et ils sont illustrés dans la figure 3, qui presente le profil moyen d'un cratere et de la partie massive du bourrelet correspondant.
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Pour caractériser la résistance ä l'abrasion d'un bourrelet, il a été jugé interessant de la relier à la valeur moyenne F de 1a force F correspondant à ce bourrelet ; cette valeur moyenne est aisément déterminée à partir de la courbe de veriation de la force F illustrée, à titre d'exemple, dans la figure 2.
Les essais ont montré que cette force F dépendait essentiellement du volume occupe par ce bourrelet, ce volume étant 1ui-même pratiquement égal au volume Vc du cratère correspondant. Conformément à la figure 3, ce volume peut etre estimé, ä un facteur constant près, à la valeur du
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produit P. L. c C' Lorsque la taille des cratères s'accroît, le volume du bourrelet augmente sensiblement dans la meme mesure ; i1 en résulte un accroissement de la force Fm correspondante, car l'outil de coupe doit traverser un volume croissant de matière.
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\ Les essais ont également montré que, pour un même volume de matière, la forme de la section du bourrelet présentait une grande importance. On sait que cette forme peut etre modifiée par l'action d'un jet de gaz, tel que l'oxygène, pendant le processus de marquage de la surface. En particulier, la force F augmente avec la pente moyenne du bourrelet, exprimée par le rapport Hp/Ln.
Dans la figure 4, on a représenté une série de courbes de référence
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donnant la valeur de la force moyenne F, en Newtons, en fonction du 25m volume P-.. Lp, en 10. m', chaque courbe étant caractérisée par une valeur constante du rapport Hn/Ln. L'ensemble de ces courbes est relatif ä des textures dont les bourrelets sont bien soudds ä la surface.
On peut ainsi contröler la résistance b l'arrachement des bourrelets d'une texture donnée pour laquelle on cnnaît la valeur du rapport
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Ho/LDt en comparant les valeurs de Fm pour cette surface avec les DO [X valeurs de la courbe de référence correspondante.
Le procédé de l'invention permet dgalement de confirmer l'importance de la largeur La du bourrelet. Si cette largeur est telle que le bourrelet
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s'étende au-delà de la zone échauffée par l'impulsion laser, il adhère mal à la surface et présente une faible résistance ä l'arrachement.'La figure 5 indique les valeurs de la force Fm relatives à des bourrelets de largeurs La supérieures à 120 m, c'est-b-dire debordantassex largement de la zone échauffée. Les faibles valeurs de Fm, qui sont toutes situées en-dessous de la courbe de reference correspondant aux rapports Hp/Lr, respectifs, indiquent que ces bourrelets adhèrent mal ä la surface.
Un examen de ces textures au microscope révèle que la ma-
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jorité de ces bourrelets ont été decollesde la surface par l'outil de coupe qui se déplace.
Le procédé de l'invention permet de préciser la meilleure resistance ä l'arrachement que l'on peut attendre d'une texture déterminée et de montrer les valeurs limites des parametres des cratères et des bourrelets moyens, au-delä desquelles la texture n'est plus suffisamment résistante à l'abrasion. 11 permet en outre de comparer les comportements de différentes textures.
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Method for measuring the abrasion resistance of the roughness of a metal surface. The present invention relates to a method for measuring the abrasion resistance of the roughness of a metal surface, in particular the surface of a rolling mill cylinder, sensing a multitude of rough sites formed by means of a beam. intermittent laser.
It is known that the roughness of a stamping sheet, as well as the properties which depend on it, is conditioned by the roughness of the working surface of the cylinders used to carry out, with a low reduction rate, the last pass of rolling of this sheet.
A recent process, which is described in particular in patent BE-A-870,609, makes it possible to endow the surface of a rolling mill cylinder with a very interesting roughness. This roughness consists of a multitude of sites formed by an intermittent laser beam and distributed over the surface of the cylinder. Each site is constituted by a central crater surrounded by a generally asymmetrical bead which is projecting from the initial surface of the cylinder.
This bead results from the very rapid solidification of the droplet of the molten metal by the laser beam and re-pressed towards the periphery of the molten zone. It is thus made up of hardened mind, and therefore very hard, which makes it possible to print corresponding hollows or valleys in the surface of the sheet during rolling.
The resistance of these beads to tearing and to wear, that is to say to abrasion during rolling conditions the consistency of the roughness applied to the rolled sheets.
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The objective of the present invention is to propose a method making it possible to assess, in a simple manner, the abrasion resistance of the beads formed by means of an intermittent laser beam in particular on the surface of a rolling mill cylinder.
According to the present invention, the method for measuring the abrasion resistance of the roughness of a metal surface having a multitude of rough sites formed by means of an intermittent laser beam and each comprising a central crater and a bead @ surrounding said crater, is essentially characterized in that a cutting tool is applied to said surface, in that one moves said cutting tool along the surface along a trajectory which cuts through existing beads on this surface, and in that we measure the force that must be applied to said cutting tool to ensure said displacement.
According to the invention, the cutting tool is applied to the surface with a sufficient load so that it is not pushed up by the beads which it encounters, but which is insufficient to make it penetrate the surface properly. said. This charge is preferably constant and oriented in a direction perpendicular to said surface.
When it moves along the surface, in accordance with the invention, the cutting tool thus successively meets the beads of the rough sites which are in its path. In order for the cutting tool to continue its movement, the tip of the tool must therefore either tear off the bead or draw a groove there, depending on the adhesion of the bead to the surface.
When the bead adheres poorly to the surface, a relatively small effort is sufficient to tear it from the surface without significant penetration of the tool into the bead.
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On the contrary, if the base of the bead is well welded to the surface, the tip of the cutting tool penetrates into the bead and traces a sil there.
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Ion. The force required for this depends on the volume of metal to be crossed, as well as on the shape of the cross section of the bead.
The volume of metal rejected from the central crater and constituting the bead can in particular be expressed by the average volume V c of the corresponding crater, which is defined, to within a factor, as etantegal equal to the product of the depth of the crater by the square of its width L at the level of said surface.
The section of the bead is characterized by a form factor H-./Ln H D which corresponds to the ratio between its height and its width measured along the trajectory of the tip of the cutting tool.
According to the invention, the measured value of the force required for the cutting tool to pass through a bead makes it possible to assess the adhesion of the bead considered to the surface; it is thus possible to control the quality of the surface marking and consequently the leveling of the parameters of the laser beam.
The invention will now be described in more detail with reference to the accompanying drawings, given by way of example, in which FIG. 1 schematically represents the mean profile of a rough site formed in the surface of a cylinder. rolling mill by means of a laser pulse; Figure 2 illustrates the principle of the measurement method of the present invention; Figure 3 shows the average profile of a crater and a corresponding bead; Figure 4 presents reference curves of Fm for different values of the HB / LB ratio;
and Figure 5 illustrates the influence of the bead width on the value
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from F m
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Due to the importance of this application, the following description refers in particular to a rolling mill cylinder. It is understood, however, that no limitation results from the scope of the present invention.
Figure 1 schematically recalls the shape and profile of a rough site formed in 1a surface of a rolling mill cylinder 1 by means of a laser pulse. This rough site consists of a crater 2 surrounded by a bead 3, and it imprints in the sheet 4 an imprint consisting of a valley 5 surrounding a plateau 6.
A series of such rough sites is illustrated, in section, in FIG. 2 which schematically shows the principle of the measurement method according to the present invention. The dashed line 7 symbolizes the initial level of the surface of the cylinder, with respect to which the successive laser pulses have given rise to the craters 2 and to the beads 3. These beads are generally not symmetrical with respect to the direction of the pulse laser which gave birth to them, in particular due to the movement of the surface during the marking operation. As a result, the shape and dimensions of the section of the bead are not constant all around the crater. It goes without saying that it is the most massive part of the beads which offers the greatest resistance to the advancement of the cutting tool.
The cutting tool 8 is applied to the surface of the cylinder with a load P, generally constant, and is moved along this surface in the direction of arrow F. The load P is such that the tip of the cutting tool section 8 moves along the dashed line 7. The path of the cutting tool intersects a series of successive sites, as shown in Figure 2. The section of the tool in its displacement plane is such that l 'cutting edge starts a bead at its base, that is to say in the plane of the surface, without the tool resting on the bead located upstream. In addition, the tool preferably has a cross section which is sufficiently narrow to cut, in width, only one bead along its trajectory.
In this way, the cutting tool 8 traces a groove in the profile of the
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roughened surface of the cylinder by clipping the successive beads 3 over a length, in the direction perpendicular to the plane of the drawing, which corresponds to the width of the cutting tool 8.
The representation of FIG. 2 corresponds to the case where the beads 3 are well welded to the surface of the cylinder and are not torn off by the cutting tool 8.
The diagram drawn in the lower part of FIG. 2 indicates the variations of the force F required to ensure the movement of the cutting tool 8 in the direction d. This force is constant between two beads and corresponds to the friction of the tool on the smooth surface.
In line with the beads, its value varies depending on the one hand on the volume Vc of the bead cut by the cutting tool 8, and on the other hand on the shape of the section of the bead characterized by the HB / LB ratio. These parameters were defined above and they are illustrated in Figure 3, which presents the average profile of a crater and the massive part of the corresponding bead.
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To characterize the abrasion resistance of a bead, it was considered interesting to relate it to the mean value F of the force F corresponding to this bead; this average value is easily determined from the veriation curve of the force F illustrated, by way of example, in FIG. 2.
Tests have shown that this force F essentially depends on the volume occupied by this bead, this volume itself being practically equal to the volume Vc of the corresponding crater. According to FIG. 3, this volume can be estimated, to within a constant factor, to the value of
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product P. L. c C 'When the size of the craters increases, the volume of the bead increases substantially to the same extent; i1 results in an increase in the corresponding force Fm, because the cutting tool must pass through an increasing volume of material.
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The tests also showed that, for the same volume of material, the shape of the section of the bead was of great importance. It is known that this shape can be modified by the action of a jet of gas, such as oxygen, during the process of marking the surface. In particular, the force F increases with the average slope of the bead, expressed by the Hp / Ln ratio.
In FIG. 4, a series of reference curves has been represented.
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giving the value of the average force F, in Newtons, as a function of the 25 m volume P- .. Lp, in 10. m ', each curve being characterized by a constant value of the ratio Hn / Ln. All of these curves relate to textures whose beads are well welded to the surface.
We can thus control the resistance to tearing of the beads of a given texture for which we know the value of the ratio
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Ho / LDt by comparing the values of Fm for this surface with the DO [X values of the corresponding reference curve.
The method of the invention also makes it possible to confirm the importance of the width La of the bead. If this width is such that the bead
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extends beyond the zone heated by the laser pulse, it does not adhere well to the surface and has a low resistance to tearing. Figure 5 shows the values of the force Fm relative to beads of widths La greater than 120 m, that is to say overflowing largely from the heated area. The low values of Fm, which are all located below the reference curve corresponding to the respective Hp / Lr ratios, indicate that these beads adhere poorly to the surface.
Examination of these textures under a microscope reveals that the ma-
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Most of these beads have been peeled off from the surface by the moving cutting tool.
The method of the invention makes it possible to specify the best tear resistance that can be expected from a given texture and to show the limit values of the parameters of the craters and of the average beads, beyond which the texture does not is no longer sufficiently resistant to abrasion. It also makes it possible to compare the behaviors of different textures.