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PROCEDE POUR LA FABRICATION D'OBJETS METALLIQUES FORMES DE COUCHES
EN ALLIAGES-DIFFERENTS.- - - @
On a déjà proposé de fabriquer des objets métalliques formés des couches ayant des compositions différentes, la couche supérieure ayant par exemple d-autres propriétés chimiques et mécaniques que la couche inférieure appelée le support.Il existe des produits de ce genre, par exemple sous la forme de feuillards ou de plaques,, la couche superficielle étant constituée par exemple par un acier inoxydable, tel que l'acier austénitique ou chrome- nickel, tandis que le support est en un acier au carbone ou faiblement alliés) dont le rôle essentiel est d'absorber les contraintes mécaniques auxquelles l'objet est exposé pendant son utilisation.
On connaît et on utilise également des objets plaqués de ce genre en métaux ou alliages non ferreux.
En ce qui concerne notamment les objets plaqués à base d'acier, on a déjà imaginé un certain nombre de procédés de fabrication. Pour la fa- brication d'un support en acier avec un placage en acier inoxydable, on a ap- pliqué des tôles sur des platines pour laminer l'ensemble en vue de la sou- dure du support avec le placage. Ce procédé est très compliquée car il exige une préparation et un nettoyage minutieux des surfaces de contacta et il est nécessaire dempêcher toute oxydation pendant le chauffage à la température de laminage.
On a également tenté de couler une matière à hautes qualités chimiques sur un support en feuillard, et de laminer le produit semi-ouvré ainsi obtenue Hais ee procédé n'a également donné aucun résultat favorable.
En effet, il est difficile de régler le rapport entre les proportions et la température de coulée de façon qu'il en résulte, d'une part, une liaison en- tre les matières différentes et que,¯ d'autre part, la matière de masse plus réduite, destinée au placagene soit pas absorbée par le support en fusion.
Le placage est donc resté un art exigeant une grande adresse et beaucoup d' expériences si l'on veut obtenir de bons résultats.
L'invention concerne également la fabrication d'objets métalli- ques présentant des couches formées par des alliages différents, et prévoit
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pour la fabrication de ces produits plaqués un procédé nouveau et considérable- ment simplifié, d'une application extrêmement souple et se prêtant à des va- riantes. Ce procédé est fondé sur cette constatation surprenante qu'il est possible de fondre et de couler la matière du placage sur un support d'une épaisseur appropriée sans faire fondre la matière de ce support, et d'obtenir de cette manière un assemblage du support avec le placage permettant de trai- ter ensuite le produit semi-ouvré par façonnage à chaud, notamment par lamina- ge.
Ce résultat, qui n'était pas prévisible dans la technique normale, est plus particulièrement obtenu avec un produit plaqué dont le supportest constitué par un acier au carbone ordinaire ou un acier faiblement allié, avec un pla- cage en acier inoxydable, par exemple. Mais il est également possible duti- liser d'autres matières pour faire le support et pour faire le placage.
L'invention propose donc de fabriquer des objets métalliques présentant des couches formées par des alliages différents, notamnent à base d'acier ou de fer pour le support, en appliquant d'une manière appropriée sur le support des constituants d'alliage divisés, par exemple en grains, en pou- dre, sous la forme de copeaux de tournage, de débris, etc. pour les faire fon- dre sur le support n'entrant lui-même pas en fusion.
Pour le support, on choisit un corps plan, notamment une platine, une semelle ou une forte tôle d'épaisseur appropriée. Après la fusion des constituants d'alliage sur ce support, on achève ce produit semi-ouvré par fa- gonnage à chaud, notamment par laminage.
Pour le support, on choisit des métaux purs ou des alliages fer- reux. Il est également possible d'utiliser des alliages d'acier ou de métaux appliqués sous la forme de copeaux de tournage ou de débris, ces derniers con- venablement divisés par découpage, par exemple. On est surpris de constater qu'on peut choisir le mélange de la couche à appliquer comme s'il s'agissait d'obtenir un alliage pur dans un four métallurgique. G'est ainsi que, par exemple, pour obtenir un acier inoxydable, on peut appliquer un mélange com- posé de ferro-chrome, de nickel pur (par exemple sous la forme connue de cu- bes) d'additions de fondants et de produits de scorification, et contenant bien entendu l'addition nécessaire de fer sous la forme de débris.
On réussit de cette façon à doser la composition du placage pour qu'elle corresponde à celle des aciers connus résistant à l'oxydation, aux acides et (ou) à la chaleur. On peut imiter les qualités ferritiques et aus- ténitiques, par exemple les aciers austénitiques au chrome nickel contenant 18% de chrome et 8% de nickel, ou les aciers ferritiques ne présentant qu'une forte teneur en chrome. Le.façonnage à chaud des produits plaqués est simple, car ils se comportent essentiellement comme le support, et on se heurte à pei- ne aux difficultés telles qu'elles se présentent dans le façonnage à chaud des aciers alliés à forte teneur qu'on utilise pour la placage.
Il en résulte même que les alliages, qui ne se laissent pratiquement pas laminer lorsqu'ils sont pris séparément, se prêtent sans aucune difficulté au façonnage à chaud si on les utilise comme placage suivant l'invention. Il en est ainsi par exem- ple des alliages à forte teneur en nickel, éventuellement avec des additions de chrome, de molybdène, et de tungstène, seules ou en combinaison. A titre d'exemples d'alliages de ce genre, on peut citer ceux contenant 28% de molyb- dène, 5% de fer et le complément de nickel, ou 15% de chrome, 17% de molyb- dène, 5% de tungstène et le complément de nickel. Ces deux alliages présen- tent une teneur en carbone égale à environ 0,05%. Le façonnage à chaud de ces alliages n'est pratiquement difficile que lorsqu'on désire fabriquer des corps pleins avec ces matières.
Le procédé suivant l'invention permet par con- tre de les façonner beaucoup plus facilement, et on obtient même cet avantage supplémentaire qu'il en résulte une économie importante en constituants d'al- liage.
Pour la fusion des constituants du placage, on utilise de préfé- rence'de la chaleur de rayonnement, produite par voie électrique ou par des flammes. C'est ainsi par exemple que, si l'on utilise un four électrique à résistances chauffantes placées au-dessus de la pièce à traiter, on fait cette constatation surprenante que l'action thermique se concentre sous une
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forme appropriée à la surface des constituants d'alliage appliqués sur le support.
Ces constituants sont alors fondus sans fusion ni:. ramollissement ap- préciable du support lui-même. On obtient néanmoins un placage intimement réu- ni avec le support et qui ne se détache pas au cours du façonnage à chaud con- sécutif, ni ultérieurement sous Inaction de contraintes de traction de compres- sion ou de chocs au cours de l'usinage mécanique ou pendant l'utilisation. On peut également remplacerle chauffage par rayonnement par un chauffage à indue- tion, notamment à l'aide de serpentins ou de conducteurs chauffants fermés au- dessus de la surface de la pièce à traiter. Il importe seulement de donner aux serpentins des conducteurs chauffants une forme appropriée par exemple en méandres, de façon à éviter dans les matières traitées les zones de fusion préférentielles.
Cette constatation est surtout valable s'il s'agit d'appli- quer le procédé au chauffage simultané de la totalité de la surface à l'aide de serpentins chauffants. La forme des conducteurs chauffants joue un rôle moins important dans le procédé de chauffage continu, dans lequel le placage est fondu successivement d'un bout à 1-*autre.
Il est également possible de chauffer préalablement la masse à fondre par une chaleur de rayonnement, et d'assurer ensuite la fusion par chauffage à induction. Dans ce cas, on pousse de préférence le chauffage préalable de façon que les différents constituants de la masse a fondre soient agglomères par frittage. Le procédé suivant l'invention est donc ex- trêmement souple et modifiable, même en ce qui concerne le mode de chauffage à utiliser. A ce point de vue, il répond donc également à toutes les condi- tions nécessaires et avantageuses.
Dans les cas, notamment, où la masse à fondre se compose entière- ment ou partiellement de constituants pulvérisés il peut être indiqué de fi- xer les constituants à la surface du support, afin que le champ magnétique n' attire pas ou ne déplace pas accidentellement les poudres, par exemple dans le cas du chauffage électrique à inductions Pour la fixation des particules on peut utiliser des agents non oxydants, tels que le verre soluble, pour préparer une pâte.
Suivant le degré de liquéfaction des constituants fondus du pla- cage, ceux-ci ont plus ou moins tendance à l'écoulement sur le support. On peut y remédier en appliquant sur le pourtour de la platine, la tôle.!! etc. un bourrelet en matière réfractaire. Mais ceci n'est pas nécessaire dans la grande majorité des cas. En effet, on a pu constater que l'atmosphère.!! dans laquelle a lieu la fusion, exerce sur la tension superficielle une grande ac- tion qui peut intervenir pour empêcher l'écoulement sur le support.
De toute façon il est nécessaire d'effectuer la fusion dans une atmosphère protectrice, constituée par un gaz réducteur ou neutre,par exemple.Il suffit de choisir l'atmosphère protectrice, de façon non seulement qu'elle produise un effet pro- tecteur mais qu'elle ait une action sur la tension superficielle du placage en état de fusion, pour empêcher l'écoulement. On détermine par des essais le gaz ou le mélange gazeux qui doit être utilisé dans chaque cas particulier.
On peut appliquer le placage suivant l'invention non seulement sur les supports plus ou moins plans précitée mais également sur des sup- ports dont la surface n'est pas plane, notamment sur des tubes. A cet effet, on remplit le tube à l'aide des constituants à fondre. Au cours de la fusion des constituants de placage,, on fait tourner le tube. On a même constaté qu' il convient de faire tourner le tube à grande vitesse autour de son axe, afin que les constituants en fusion soient projetés contre la paroi. Cette appli- cation centrifuge à grande vitesse et même dans certains cas l'application a faible vitesse donne une couche de placage parfaitement uniforme.
La forme sous laquelle les différents constituants à fondre sont introduits, est déterminée dans chaque cas particulier et pour chaque matièreo Pour le placage avec des aciers, il est notamment indiqué d'appliquer des ban- des de feuillard, ou des feuillards de forme tubulaire. On peut également ap- pliquer des fils métalliques. L'application et la répartition uniforme des cons- tituants à fondre sont particulièrement simplifiées de cette manière.
Le chauffage du tube ou des constituants à fondre remplissant ce
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tube peut avoir lieu de l'extérieur, par une chaleur de rayonnement produite par voie électrique ou par des flammes. Mais le chauffage peut également avoir lieu par voie électro-inductive, le tube étant chauffé de l'intérieur ou de l'extérieur suivant les conditions. On peut également opérer en continu en faisant passer une bobine ou une boucle chauffante extérieurement sur le tube dans la direction axiale. Il est également possible d'introduire des induc- teurs appropriés dans le tube et de les faire avancer au fur et à mesure de la fusion du mélange. On obtient de cette manière une fusion donnant sur la face intérieure du tube une couche uniforme.
Dans certains cas., il peut être indiqué de fritter d'abord les constituants et de les faire fondre ensuite.
Les conditions particulières de chaque cas déterminent le mode de chauffage à utiliser. Le mieux est souvent d'introduire le tube dans un four ou dans un moufle, et de lui imprimer les mouvements de rotation néces- saire. Il est également indiqué d'opérer dans une atmosphère créant et main- tenant à l'intérieur du tube des conditions neutres ou réductrices. Bien en- tendu, les conditions de mise en oeuvre déterminent également l'atmosphère, surtout si les matières à fondre ou les mélanges contiennent des constituants réagissant ou non d'une manière nuisible avec l'atmosphère normale ou avec une atmosphère usuelle du four.
De cette manière, on peut obtenir sur la paroi intérieure d'un tube des placages uniformes adhérant fortement et ayant les compositions les plus diverses, notamment sur les tubes en fer ou acier, mais également sur des tubes formés d'autres métaux ou alliages.
Le procédé suivant l'invention permet dobtenir à l'intérieur des tubes des revêtements qui, dans d'autres conditions,, ne se prêtent pas ou ne se prêtent que très difficilement au façonnage à la forme tubulaire.
Dans la plupart des cas, les placages suivant l'invention permet- tent également le traitement complémentaire des tubes, c'est-à-dire le façon- nage à chaud ou à froid. Le façonnage à chaud peut avoir lieu dans un lami- noir à tube usuel,ou bien par étirage éventuellement par étirage à froid.
Bien entendu, le mode de façonnage dépend également et largement des proprié- tés du placage obtenu par fusion ou application centrifuge.
Le procédé suivant l'invention se prête particulièrement à la fa- brication de tubes en fer ou en acier, dont la face intérieure est constituée par un placage résistant à 1-'oxydation et aux acides, par exemple en acier austénitique contenant 18% de chrome et 8% de nickel. On sait qu'il était jus- qu'ici très difficile de fabriquer des tubes à placage intérieur, dont la fa- brication est au contraire rendue possible sans aucune difficulté particulière avec le procédé suivant l'invention.
On peut également obtenir des placages intérieurs à forte teneur en silicium, par exemple en introduisant et en faisant fondre dans le tube un alliage de fer et de silicium.
Pour les tubes., dont la face intérieure doit être particulièrement dure et (ou) résistante à l'usure, on peut introduire et faire fondre un acier ou une fonte à forte teneur en carbone, par exemple sous la forme de fonte blanche. Dans ce cas, il peut être indiqué de choisir l'atmosphère, de façon qu'elle aunte la teneur en carbone. Il en résulte un placage en fonte d' épaisseur uniforme résistant extrêmement bien à l'usure, tel qu'il est néces- saire par exemple pour les tubes de soufflage ou. de remblayage hydraulique utilisés dans les mines ou ailleurs.
Il est parfois indiqué de soumettre les tubes après le placage à un traitement thermique modifiant les propriétés du placage et (ou) du support.
Le traitement peut consister en une trempe ou un revenu, voire en une norma- lisation par exemple. Le traitement peut avoir lieu immédiatement après la fu- sion et en utilisant la chaleur de celle-ci ou après un réchauffage.
Le procédé suivant l'invention, se prêtant à des variantes n'est pas limité aux détails précités, qui ne constituent que des exemples. Sans s' écarter de son principe, on peut utiliser dautres matières de placage et d'
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autres supports, de même qu'on peut modifier les traitements complémentaires.
REVENDICATIONS.
1. Procédé pour la fabrication d'objets métalliques formés de cou- ches en alliages différents, notamment avec un support en fer ou acier, ca- ractérisé en ce que les constituants à' fondre de placage sont appliqués sur le support sous une forme divisée, par exemple en grains, poudre, copeaux de tournage,débris, etc.et fondus sur ce support qui n'entre lui-même pas en fusion.
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PROCESS FOR THE MANUFACTURING OF METAL OBJECTS IN THE FORM OF LAYERS
IN DIFFERENT-ALLOYS.- - - @
It has already been proposed to manufacture metal objects formed from layers having different compositions, the upper layer having for example other chemical and mechanical properties than the lower layer called the support. There are products of this kind, for example under the in the form of strips or plates, the surface layer consisting for example of a stainless steel, such as austenitic or chromium-nickel steel, while the support is of a carbon or low-alloy steel), the essential role of which is to absorb the mechanical stresses to which the object is exposed during its use.
Clad objects of this kind in non-ferrous metals or alloys are also known and used.
With regard in particular to plated objects based on steel, a certain number of manufacturing processes have already been devised. For the fabrication of a steel backing with a stainless steel cladding, plates were applied to platens to laminate the assembly for welding the backing to the cladding. This process is very complicated because it requires careful preparation and cleaning of the contact surfaces and it is necessary to prevent any oxidation during heating to the rolling temperature.
Attempts have also been made to cast a material with high chemical qualities on a strip support, and to roll the semi-finished product thus obtained, but this process also gave no favorable result.
In fact, it is difficult to regulate the ratio between the proportions and the casting temperature so that it results, on the one hand, in a bond between the different materials and that, on the other hand, the material of smaller mass, intended for the placagen is not absorbed by the molten support.
Veneering has therefore remained an art requiring great skill and a lot of experience if we want to obtain good results.
The invention also relates to the manufacture of metallic objects having layers formed by different alloys, and provides for
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for the manufacture of these plated products a new and considerably simplified process, of extremely flexible application and suitable for variations. This process is based on this surprising finding that it is possible to melt and cast the material of the veneer on a support of an appropriate thickness without melting the material of this support, and in this way to obtain an assembly of the support. with the veneer making it possible to then treat the semi-finished product by hot shaping, in particular by rolling.
This result, which was not foreseeable in the normal art, is more particularly obtained with a plated product whose support consists of an ordinary carbon steel or a low alloy steel, with a plating of stainless steel, for example. But it is also possible to use other materials to make the support and to make the veneer.
The invention therefore proposes to manufacture metal objects having layers formed by different alloys, in particular based on steel or iron for the support, by applying in an appropriate manner to the support divided alloy constituents, by example in grains, in powder, in the form of turning chips, debris, etc. to melt them on the support which itself does not melt.
For the support, a planar body is chosen, in particular a plate, a sole or a strong sheet of suitable thickness. After the alloy constituents have melted on this support, this semi-finished product is finished by hot forming, in particular by rolling.
For the support, pure metals or ferrous alloys are chosen. It is also possible to use alloys of steel or metals applied in the form of turning chips or scrap, the latter suitably divided by cutting, for example. We are surprised to note that we can choose the mixture of the layer to be applied as if it were a question of obtaining a pure alloy in a metallurgical furnace. Thus, for example, to obtain a stainless steel, it is possible to apply a mixture composed of ferro-chromium, pure nickel (for example in the known form of copper), additions of fluxes and slag products, and of course containing the necessary addition of iron in the form of debris.
In this way, it is possible to dose the composition of the plating so that it corresponds to that of the known steels resistant to oxidation, acids and (or) heat. Ferritic and austenitic qualities can be imitated, for example austenitic chromium nickel steels containing 18% chromium and 8% nickel, or ferritic steels having only a high chromium content. The hot forming of plated products is simple, since they behave essentially like the support, and one hardly encounters the difficulties such as they arise in the hot working of high grade alloy steels. used for plating.
As a result, the alloys, which practically do not allow themselves to be rolled when taken separately, lend themselves without any difficulty to hot working if they are used as plating according to the invention. This is the case, for example, with alloys with a high nickel content, optionally with additions of chromium, molybdenum and tungsten, alone or in combination. As examples of alloys of this type, mention may be made of those containing 28% molybdenum, 5% iron and the remainder of nickel, or 15% chromium, 17% molybdenum, 5% nickel. tungsten and the balance of nickel. These two alloys have a carbon content of about 0.05%. Hot working of these alloys is only practically difficult when it is desired to make solid bodies from these materials.
The process according to the invention, on the other hand, allows them to be shaped much more easily, and even this additional advantage is obtained that a substantial saving in alloying constituents results.
For the melting of the constituents of the cladding, radiant heat, produced electrically or by flames, is preferably used. Thus, for example, if we use an electric furnace with heating resistors placed above the part to be treated, we make this surprising observation that the thermal action is concentrated under a
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shape appropriate to the surface of the alloy constituents applied to the support.
These constituents are then melted without melting or :. appreciable softening of the support itself. Nevertheless, a veneer is obtained which is intimately united with the support and which does not come off during the subsequent hot forming, or subsequently under the inaction of compressive tensile stresses or shocks during mechanical machining. or during use. Radiant heating can also be replaced by induction heating, in particular by means of heating coils or conductors closed above the surface of the workpiece. It is only important to give the coils of the heating conductors an appropriate shape, for example meandering, so as to avoid preferential melting zones in the treated materials.
This observation is especially valid if the process is to simultaneously heat the entire surface with the aid of heating coils. The shape of the heating conductors plays a less important role in the continuous heating process, in which the plating is successively melted from end to end.
It is also possible to preheat the mass to be melted by radiant heat, and then to ensure the fusion by induction heating. In this case, the prior heating is preferably pushed so that the various constituents of the mass to be melted are agglomerated by sintering. The method according to the invention is therefore extremely flexible and modifiable, even as regards the heating mode to be used. From this point of view, it therefore also meets all the necessary and advantageous conditions.
In cases, in particular, where the mass to be melted consists entirely or partially of pulverized constituents, it may be advisable to fix the constituents to the surface of the support, so that the magnetic field does not attract or displace. powders accidentally, for example in the case of electric induction heating. For the fixing of the particles, non-oxidizing agents, such as water-soluble glass, can be used to prepare a paste.
Depending on the degree of liquefaction of the molten constituents of the plating, they tend to flow more or less on the support. This can be remedied by applying the sheet metal to the periphery of the plate. !! etc. a bead of refractory material. But this is not necessary in the vast majority of cases. Indeed, we could see that the atmosphere. !! in which the fusion takes place, exerts a large action on the surface tension which can intervene to prevent the flow on the support.
In any case, it is necessary to carry out the fusion in a protective atmosphere, constituted by a reducing or neutral gas, for example. It is sufficient to choose the protective atmosphere, so that it not only produces a protective effect but that it has an action on the surface tension of the veneer in a state of fusion, to prevent flow. The gas or gas mixture to be used in each particular case is determined by testing.
The veneer according to the invention can be applied not only to the more or less flat supports mentioned above but also to supports the surface of which is not flat, in particular on tubes. For this purpose, the tube is filled with the constituents to be melted. During the melting of the plating components, the tube is rotated. It has even been found that the tube should be rotated at high speed about its axis, so that the molten constituents are projected against the wall. This high speed centrifugal application and even in some cases low speed application results in a perfectly uniform plating layer.
The form in which the different constituents to be melted are introduced is determined in each particular case and for each material. For plating with steels, it is particularly advisable to apply strips of strip, or strips of tubular shape. Metal wires can also be applied. The application and uniform distribution of the constituents to be melted are particularly simplified in this way.
Heating the tube or the constituents to be melted filling this
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tube can take place from the outside, by radiant heat produced by electric means or by flames. But the heating can also take place electro-inductively, the tube being heated from the inside or from the outside depending on the conditions. It is also possible to operate continuously by passing a coil or a heating loop externally over the tube in the axial direction. It is also possible to introduce suitable inducers in the tube and to advance them as the mixture melts. In this way, a fusion is obtained which gives a uniform layer on the inside of the tube.
In some cases it may be advisable to sinter the components first and then melt them.
The particular conditions of each case determine the heating mode to be used. It is often best to place the tube in an oven or in a muffle, and to give it the necessary rotational movements. It is also advisable to operate in an atmosphere that creates and maintains neutral or reducing conditions inside the tube. Of course, the operating conditions also determine the atmosphere, especially whether the materials to be melted or the mixtures contain constituents which may or may not react adversely with the normal atmosphere or with a customary furnace atmosphere.
In this way, it is possible to obtain, on the inner wall of a tube, uniform cladding strongly adherent and having the most diverse compositions, in particular on iron or steel tubes, but also on tubes formed from other metals or alloys.
The process according to the invention makes it possible to obtain, inside the tubes, coatings which, under other conditions, do not lend themselves or lend themselves only with great difficulty to shaping into the tubular form.
In most cases, the veneers according to the invention also allow the additional treatment of the tubes, that is to say the hot or cold shaping. The hot forming can take place in a conventional tube black laminate, or alternatively by stretching optionally by cold stretching.
Of course, the method of shaping also depends largely on the properties of the plating obtained by melting or centrifugal application.
The process according to the invention is particularly suitable for the manufacture of tubes of iron or steel, the inner face of which consists of a plating resistant to 1-oxidation and to acids, for example of austenitic steel containing 18% of chromium and 8% nickel. It is known that hitherto it has been very difficult to manufacture tubes with an internal cladding, the manufacture of which is on the contrary made possible without any particular difficulty with the process according to the invention.
It is also possible to obtain interior plating with a high silicon content, for example by introducing and melting in the tube an alloy of iron and silicon.
For tubes., The inner face of which must be particularly hard and (or) resistant to wear, it is possible to introduce and melt a steel or cast iron with a high carbon content, for example in the form of white cast iron. In this case, it may be advisable to choose the atmosphere so that it has the carbon content. This results in a cast iron cladding of uniform thickness which is extremely wear resistant, such as is required, for example, for blow pipes or. hydraulic backfill used in mines or elsewhere.
It is sometimes advisable to subject the tubes after plating to a heat treatment modifying the properties of the plating and / or of the support.
The treatment may consist of quenching or tempering, or even standardization, for example. Processing can take place immediately after melting and using the heat thereof or after reheating.
The process according to the invention, which lends itself to variants, is not limited to the aforementioned details, which constitute only examples. Without departing from its principle, other plating and plating materials can be used.
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other supports, just as complementary treatments can be modified.
CLAIMS.
1. Process for the manufacture of metal articles formed of layers of different alloys, in particular with an iron or steel support, characterized in that the plating constituents to be melted are applied to the support in a divided form. , for example in grains, powder, turning chips, debris, etc. and melted on this support which does not itself melt.