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PROCEDE DE FABRICATION DE PIECES METALLIQUES CREUSES.
On fabrique depuis longtemps des pièces métalliques creuses par les procédés les plus différents., Indépendamment des procédés selon lesquels on incurve des bandes ou rubans de tôle et on les assemble par soudure selon une ligne de "couture" longitudinale ou hélicoïdale, il demeure encore les procédés de fabrication par moulage ou par conformation à chaud, la fabrica- tion définitive par étirage à froid ou au pas de pélerin pouvant suivre dans ce dernier cas, dans certaines conditions, la conformation à chaud d'une pièce semi-finie.
Le moulage de pièces creuses tubulaires n'est possible que pour des matériaux qui sont très fluides à l'état de fusion car dans le cas contrai- re les moules présentant un intervalle relativement réduit entre le noyau et la paroi externe ne peuvent être remplis. De plus, le procédé nécessite pour sa mise en oeuvre une expérience industrielle importante et, pour permettre d'obtenir de bons résultats, avec certitude, l'utilisation lors de la coulée de températures suffisamment élevées, le choix convenable des matériaux trai- tés et des éléments d'alliage, et d'autres conditions analogues, Pour les ma- tériaux renfermant du fer,le procédé par coulée n'est utilisable pratiquement que pour la fonte, mais non pour l'acier, et il ne convient pas en particulier pour l'acier très allié,
comme par exemple les aciers inoxydables et résistant aux acides du type des aciers austéniques au chrome-nickel ou aussi des aciers à haute résistance à l'usureo
Le procédé de fabrication de tubes par conformation à chaud est de même d'une mise en oeuvre difficile, tout d'abord parce qu'on part d'un bloc forgé ou laminé qui doit être perforé, de sorte qu'il s'ensuit une perte notable en matériau. On poursuit ensuite le plus souvent par conformation à chaud le traitement du bloc perforé, dénommé loupe tubulaire, mais on l'amène le cas échéant à froid à sa forme définitive. On a déjà essayé de simplifier la fabrication, décrite ici rapidement, des loupes -tubulaires., en amenant
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le matériau à la forme de loupes au moyen de presses à boudin.
Mais une con- sommation d'énergie notable dans les machines puissantes est naturellement nécessaire pour le traitement sous presses à boudin. En outre, tous les ma- tériaux ne se laissent pas usiner aisément de cette manière, d'abord bien entendu ceux qui ne peuvent être amenés que par moulage à leur forme d'utili- sation, mais aussi des matériaux qui en soi peuvent être usinés par conforma- tion à chaud selon un autre procédé ne se laissent pas toujours amener à une forme tubulaire de cette manière. En ce qui concerne les alliages renfermant du fer, ce sont ici encore avant tout les aciers fortement alliés qui sont peu appropriés à un traitement ou usinage de ce type.
Le fait que les maté- riaux ne se laissent pas usiner selon l'un et l'autre des procédés cités dé- pend de façon importante de propriétés telles qu'une absence de flexibilité ou de ductilité à haute température ou en d'autres termes d'une trop grande dureté à haute température, une fluidité trop réduite à l'état de fusion, sans la possibilité d9une surchauffe suffisante, et la tendance à se fissurer pendant l'usinage ou immédiatement après celui-ci.
L'invention concerne de même un procédé pour la fabrication de pièces métalliques creuses telles que tubes, loupes tubulaires ou analogues, et en particulier de pièces de ce type en acier, principalement du type for- tement allié comme par exemple les aciers inoxydables, résistant aux acides et à l'usure, du type des aciers au chrome ou au chrome-nickel. Le procédé a pour but de rendre la production aussi indépendante que possible du matériau devant être utilisé et de rendre sa mise en oeuvre si simple qu'il ne se pro- duise pratiquement aucune perte.
Le procédé doit permettre la liberté du choix du matériau devant être usiné à tous points de vue de sorte qu'il est possible d'usiner de l'acier allié ou non, des coulées d'acier ayant les com- positions les plus diverses, de la fonte ordinaire, de même que d'autres mé- taux et alliages, et qu'il demeure possible de produire des pièces creuses présentant dans l'ensemble la même composition ou formées par des couches de matériaux de compositions différentes. L'invention propose dans ce cas de fondre ou de chauffer par voie électrique le matériau solide ou liquide in- troduit dans un moule ayant une forme correspondant à la forme définitive de la pièce en utilisant un noyau aisément-séparable après la solidification.
Le chauffage électrique est alors assuré par induction ou par passage direct du courant. Le cas échéant, on peut aussi utiliser simultanément le chauffage par induction et par passage direct du courant. Le noyau peut être fabriqué en sable comme cela est déjà connu dans la technique du moulage, et on doit simplement prendre soin que le noyau se dissocie aisément après solidifica- tion comme cela est bien connu et qu'il puisse être dégagé de la pièce tubu- laire solidifiée. Le liant utilisé pour le matériau formant le noyau doit, suivant la nature du matériau usiné de cette manière pour former des pièces creuses, être en une substance ne donnant pas lieu à une carburation. Le moule lui-même peut être en matière céramique ayant subi la cuisson, c'est- à-dire former un moule utilisable de façon répétée.
Mais il est également possible d'établir ce moule en sable, auquel cas il est alors judicieux d' opérer avec un chemisage de support métallique se présentant judicieusement sous la forme d'un tube fendu en matière non magnétique pour- tenir compte du chauffage par induction, la fente de ce tube s'étendant axialement sur tou- te sa. longueur. On évite de cette manière la formation dans le chemisage de support de courants de Foucault qui pourraient engendrer un échauffement in- désirable.
Le tube fendu peut être soumis à l'action d'un courant de sable comme cela est en soi connu pour-la fabrication de moulas. Lorsqu'on utilise un tube de support non fendu, celui-ci peut- être dégagé également du moule dans le sens axial au cours de la solidification pour l'écarter du champ d' action de l'inducteur. Mais le moule peut également être en métal, et de pré- férence en acier, en particulier dans le cas où on applique un mode de mise en oeuvre de l'invention auquel on se reportera plus en détail ci-après.
Lors de la fabrication des pièces creuses, on opère de manière telle que la substance soit introduite dans le moule à l'état solide et soit fondue progressivement et de façon continue par électro-induction. Dans le cas d'un moule fixe, on déplace l'inducteur de bas en haut. On utilise de préférence un inducteur entourant le moule en formant une bobine. Mais on
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peut également utiliser comme inducteur une boucle de conducteur chauffant se fermant au-dessus de la face supérieure du moule, et dans ce cas il est néces- saire de soumettre simultanément le moule à une rotation.
On introduit le ma- tériau à fondre dans le moule, par exemple sous forme de poudre métallique.et il est judicieux dans ce cas de secouer le moule ou de le soumettre à une vi- bration pendant le remplissage et le cas échéant aussi pendant la fusion. On peut obtenir le matériau pulvérulent à partir d'un alliage ayant la composi- tion finale désirée pour la pièce. Mais il est également possible de partir d'une quantité de poudre composée desdivers éléments de l'alliage et (ou) des divers alliages préalables, ne donnant la composition finale désirée qu'au cours de la fusion.
Mais on peut encore introduire le matériau sous forme de tôle ou de bandes ou rubans de tôle ces tôles pouvant être enroulées en forme de tube ou d'hélicoide ou être introduites sous forme de tubes fendus simples ou multiples, engagés les uns dans les autres. On peut également introduire dans le moule des barres, des copeaux ou d'autres déchets.
A partir de cette considération il est possible d'y introduire des déchets de fonte pulvérisés ou même par exemple de la fonte bruteo Une autre possibilité demeure encore l'assemblage de copeaux ou d'autres déchets selon les dimensions du moule dans lequel le matériau doit être fondu;, afin d'accrofite de cette manière la den- sité des éléments d'apporta
On comprendra qu'une liberté extraordinaire demeure dans le procédé faisant l'objet de l'invention en ce qui concerne le choix du matériau de dé- part et de son état, et que l'énumération ci-dessus n'est pas limitative. Il est au contraire possible d'utiliser d'autres types de matériaux et d'autres combinaisons de matériaux.
On peut avant tout introduire par exemple des dé- chets convenables pulvérisés ou préparés de tôles inoxydables ou résistant aux acides, et fabriquer ainsi directement des tubes inoxydables ou résistants aux acides, ou bien des loupes tubulaires qui peuvent être usinées ensuite à chaud ou à froid pour donner des tubes, car les produits ainsi fabriqués pré- sentent une faculté d'usinage inattendue. On obtient de cette manière un tube en acier inoxydable ou résistant aux acides, produit que, selon les procédés connus, on ne pouvait qu'à peine fabriquer sans soudure jusqu'ici selon le type d'alliage, de sorte qu'il était nécessaire d'incurver des tôles pour leur donner une forme tubulaire et de les assembler par soudure.
L'énergie électrique qui est nécessaire pour assurer la fusion du matériau d'apport est relativement réduite, étant donné que cette fusion est effectuée progressivement et de façon continue et que seule une quantité ré- duite de matériau doit constamment être amenée à la température de fusion.
Le matériau se trouvant au-dessus de la zone de fusion est en outre préréchauf- fé par la chaleur de fusion.
Il peut être judicieux dans certains cas d'introduire le matériau à travailler dans le moule non pas sous forme solide, mais à l'état liquide.
Dans ce cas, on met en oeuvre le procédé de manière telle que, pour un moule fixe, le matériau à l'état de fusion soit introduit par le bas et soit chauffé par électro-induction pendant son ascension. La mise en oeuvre de ce procédé n'est pas soumise, entre de larges limites, à la dépendance de l'épaisseur'\ de paroi à remplir, car le chauffage par*induction assure lui-même pour un maté- riau difficilement liquéfiable le remplissage uniforme de l'ensemble du moule par écoulement. On peut alors procéder également de manière telle qu'un cou- rant électrique additionnel traverse directement le matériau en fusion., ou le cas échéant en opérant aussi uniquement par passage direct du courant.
On utilise dans ce cas une électrode annulaire montant avec le matériau en fusion, pendant que la seconde borne d'adduction du courant se trouve simultanément à l'extrémité inférieure du moule. On peut fabriquer par exemple ces électro- des en graphite, mais en tenant compte toutefois du fait que le graphite peut provoquer dans certaines conditions la carburation du matériau.
L'énergie élec- trique nécessaire pour ce mode de mise en oeuvre du procédé faisant l'objet de l'invention est encore plus réduite que lors d'un apport solide, car on doit alors simplement prendre soin que- les pertes de chaleur- par rayonnement et conduction du matériau en fusion soient compenséeso Selon les conditions con- sidérées, l'apport de chaleur pendant la totalité du processus de coulée peut également s'effectuer par toute la longueur du moule ou sur toute la longueur
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de la quantité du matériau liquide introduite chaque fois dans ce moule. Dans ce cas, on doit assurer un apport de chaleur suffisant pour empêcher que le matériau en fusion ne se solidifie avant que le moule ne soit suffisamment rempli.
On doit naturellement choisir la fréquence du courant alternatif inducteur selon les dimensions du moule, et on la détermine sur la base de quelques essais pour l'ensemble des opérations dans ce mouleOn doit en tout cas éviter de choisir une fréquence trop faible, car il peut se produire au- trement un mouvement indésirable du matériau à l'état de fusion. Ceci est va- lable en particulier lorsqu'on opère avec un matériau d'apport liquide. La pratique montre que la fréquence pour un diamètre extérieur d'environ 40 mm. ne doit pas être inférieure à 5 kilocycles, et pour un diamètre extérieur al- lant jusqu'à environ 100 mm pas inférieure à 2 kilocycles.
Il apparaît comme particulièrement judicieux d'assurer la fusion de la masse d'apport liquide à partir de chutes ou de déchets de fer analogues, et de préférence dans un four à induction à haute fréquence. On peut effectu- er alors des additions aux chutes afin de corriger la composition dans le sens désiré. Il est ainsi possible d'usiner par exemple des déchets d'acier fortement alliés en grandes quantités, ces déchets ne trouvant jusqu'ici une utilisation qu'avec de grandes difficultés et des pertes élevées et étant inutilisables pour la fabrication de pièces creuses et en particulier de tubes et de loupes tubulaires.
Il est judicieux dans certains cas d'effectuer la fusion dans le moule et dans le four à haute fréquence sous un gaz protecteur. Ce gaz protec- teur doit de préférence être inerte ou réducteur. Le plus simple est d'opérer avec du gaz d'éclairage. En ce qui concerne le moule, on peut opérer de maniè- re telle que celui-ci soit traversé avant l'adduction de la masse d'apport en fusion par du gaz d'éclairage, ou bien ce dernier peut venir baigner la masse d'apport solideo Mais, dans un grand nombre de cas, il n'est pas nécessaire d'opérer avec un gaz protecteur pour assurer la fabrication sans difficultés de pièces creuses et en particulier de tubes et de loupes tubulaires. Comme déjà indiqué, le moule peut être formé par un tube métallique, ou bien on peut introduire un tube métallique dans le moule en matière réfractaire.
Dans ce cas, on peut opérer avantageusement de manière telle que le tube soit chauffé à des températures qui assurent la fusion du reste du matériau intro- duit dans-le moule, le tube restant solide. La pratique montre en effet que l'on peut produire dans un tube métallique, et de préférence dans un tube en acier, par chauffage-par induction de l'extérieur, une courbe de chaleur telle que le tube fonde déjà sur sa face interne ou soit après de fondre alors que cette température n'est pas encore atteinte à l'extérieuro Il est ainsi possible de fabriquer de cette manière des tubes ou loupes tubulaires dont la couche externe présente une composition différente de la couche interne.
On peut ainsi recouvrir un tube en acier. peu allié ou pur avec des alliages inoxydables ou résistant aux acides. On fabrique ainsi en pratique un tube plaqué intérieurement par un acier au chrome-nickel renfermant 18% de chrome et 8% de nickel. On peut en outre utiliser pour le revêtement interne de tu- bes des matériaux qui ne pouvaient être usinés jusqu'ici pour donner des 'du- bes, bien que cela. ait été particulièrement désirable par suite de leurs propriétés. Il existe ainsi par exemple des aciers au chrome à forte teneur en silice résistant aux acides mais qui ne peuvent qu'à peine être conformés à chaud. Ces matériaux peuvent être traités selon L'invention d'une manière relativement aisée pour le revêtement interne de tubes.
La fonte brute, et en particulier la fonte blanche, ne se laisse de même que difficilement usi- ner en ce qui concerne sa mise en forme, mais elle a la propriété de résister fortement à l'usure et il devient possible par l'application de l'invention de revêtir des tubes de fonte blanche brute. Ces tubes sont utilisables avec un grand avantage comme tubes de soufflage ou d'entraînement dans les mines ou installations analogues. Il n'est pas alors nécessaire que les couches externe et interne soient en alliage renfermant du fer comme l'acier ou des alliages analogues, mais il est aussi possible de cette manière d'obtenir par exemple extérieurement du fer ou de l'acier et intérieurement du cuivre ou un alliage de cuivre.
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Le procédé de fabrication de tubes formés de plusieurs couches selon l'invention, dans lequel un tube non fondu est soudé à un matériau à l'état de fusion, peut être mis en oeuvre de manière telle que le matériau destiné à former la couche. interne soit introduit à l'état solide puis fondu ou soit admis à l'état de fusion.
Le procédé faisant l'objet de l'invention n'est pas lié à une position particulière du moule, mais celle-ci peut au contraire être choisie à volonté soit horizontale, inclinée ou verticale, la position verticale ou le cas échéant inclinée devant être choisie alors pour un matériau d'apport liquide . pj Toutes les opérations du procédé selon l'invention donnent des pièces creuses, et en particulier des pièces tubulaires présentant soit leur forme d'utilisation, soit une forme prévue comme état préparatoire pour un usinage ultérieur. Dans ce dernier cas, on leur donne la forme de loupes tu- bulaires, et il s'avère que ces pièces s'adaptent à un usinage ultérieur dans une mesure relativement avantageuse pour autant que ces matériaux permet- tent en eux-mêmes un usinage.
L'usinage ultérieur peut donner d'une manière en soi connue le tube définitif par'réduction de l'épaisseur de paroi, de préférence par étirage à froid ou au pas de pélerino Dans certains cas, la couche externe du produit ne doit être considérée que comme une couche auxi- liaire qui facilite la fabrication à l'état de fusion ou qui doit rendre pos- sible l'usinage ultérieur d'un matériau qui seul ne peut être soumis par exemple à une conformation à chaud et (ou) à froid ou ne s'y soumet que dif- ficilement. Dans ce cas, il apparait judicieux d'éliminer cette couche exter- ne sur le produit semi-fini ou sur le produit fini. On peut parvenir à ce résultat par voie chimique, par dissociation de la couche externe lorsque la couche interne résiste aux acides.
Mais cette couche peut également être séparée par voie mécanique, par exemple par tournage lorsqu'il s'agit d'une couche relativement épaisse. Selon les conditions considérées, la séparation de la couche externe peut être effectuée immédiatement après la fabrication à l'état de fusion de la pièce, ou bien après usinage d'une loupe pour former une pièce creuse définitive.
En ce qui concerne sa mise en oeuvre et les matériaux devant être utilisés, le procédé selon l'invention peut être modifié sans que l'on s'écar- te pour cela de l'esprit de l'invention. Il n'est pas nécessaire par exemple que les pièces creuses soient des cylindres droits, et d'autres formes peuvent au contraire être obtenues. On peut en outre prévoir sans difficultés des col- lerettes, brides, renforcements, ou éléments analogues. Il est en outre pos- sible d'opérer, par exemple lors de l'utilisation d'une masse d'apport liqui- de, en montant plusieurs moules dans un châssis, et en prévoyant naturellement un inducteur particulier pour chaque moule du châssis, ces inducteurs pouvant être disposés sur un support commun communiquant à tous les inducteurs le dé- placement axial nécessaire à la vitesse prescrite.
Il est enfin possible également, pour une-masse d'apport liquide, non pas d'opérer comme cela est avantageux dans la plupart des cas en faisant s'élever la masse dans le moule, mais en l'y faisant tomber. Une masse d'apport solide peut également se prêter à des variantes, en n'introduisant pas par exemple un type de déchets unique, mais en mélangeant par exemple des déchets de tôle ou des copeaux avec le ma- tériau de départ en grains- ou pulvérulent et avec des matériaux analogues. On peut en outre munir un tube d'un revêtement non seulement interne, par exemple dans un moule en céramique, mais également extérieur, au moyen d'un autre ma- tériau. Lorsqu'on introduit dans le moule en céramique un noyau en acier plein, on peut produire de cette manière des cylindres, tiges, etc..munis d'un revê- tement externe.
Bien que, par suite du type particulier du procédé, les produits obtenus ne présentent pas la fragilité de la fonte comme on pourrait s'y at- tendre et se laissent par suite usiner sans difficulté, des cas peuvent se présenter dans lesquels un usinage ultérieur n'est pas ou est difficilement possible sans mesures particulières. 'Toutefois, ce but est alors atteint en général par un traitement thermique. Certains avantages sont obtenus par exem- ple dans ce sens par revenu ou recuit. Des aciers fortement alliés comme les
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aciers au chrome-nickel renfermant 18% de chrome et 8% de nickel sont à cet effet soumis à un recuit à environ 600 .
REVENDICATIONS.
1.- Procédé de fabrication de pièces creuses métalliques telles que tubes, loupes tubulaires, etc... et en particulier de pièces en acier, principalement fortement allié, caractérisé en ce qu'on fond ou chauffe élec- triquement par induction et (ou) par passage direct du courant, le matériau solide ou liquide introduit dans un moule de forme correspondant à la forme finale de la pièce, tout en utilisant un noyau aisément dégageable après la solidification et de préférence en sable.