Procédé de fabrication de tôles en matière ferreuse revêtues d'aluminium et tôle revêtue obtenue par ce procédé. La présente invention concerne un pro cédé de fabrication de tôles en matière Ter reuse revêtues d'aluminium. Elle comprend également la tôle munie d'un revêtement ob tenue par ce procédé.
On sait. qu'il est facile de revêtir par im- mersion à chaud des tôles ou bandes de fer ou d'acier doux avec de l'aluminium, en appliquant par exemple les procédés et en utilisant les appareils décrits dans le brevet américain N 2110893 du 16 juillet 1935.
Du fait que les procédés décrits dans ce brevet impliquent un traitement. thermique qui s'effectue à la manière d'un-recuit, les produits revêtus à chaud obtenus ont une bonne malléabilité et ductilité facilitant le tréfilage, tandis que l'adhérence -du revête ment d'aluminium est suffisante pour per mettre ces opérations.
Or, certains produits finis exigent une épaisseur de revêtement. sensiblement infé. rieure à l'épaisseur minimum qu'on peut actuellement. obtenir avec les traitements par immersion à chaud. Dans ces cas particuliers, le produit enduit est. laminé à, froid après le traitement par immersion et l'on a constaté que le revêtement obtenu de la façon indiquée plus haut supporte facilement ce laminage à froid.
La conséquence du laminage à froid est un durcissement de la tôle de fer ou d'acier en fonction du travail à froid exécuté sur la tôle, ce qui détruit, d'ordinaire, les caractéris tiques de malléabilité et l'aptitude à l'étirage de la matière. Attendu que pratiquement la totalité des produits que l'on doit fabriquer ultérieurement à partir de cette matière exigera. soit un étirage, soit un estampage oit emboutissage, il est tout indiqué d'appliquer un traitement thermique du genre d'un recuit amollissant.
Cependant, un traitement thermique à une température suffisamment élevée pour produire l'amollissement du fer ou de l'acier pendant une période de temps dé terminée, aura pour conséquence de produire, durant la même période de temps, un alliage total entre le revêtement en aluminium et le métal qui compose la feuille ou la bande traitée.
Il semble que le seul procédé satisfaisant actuellement connu pour recuire des tôles de fer ou d'acier, préalablement, recouvertes d'aluminium, de façon à ne pas produire d'alliage, soit le procédé dans lequel on réunit entre elles des couches de fer et d'alu minium qu'on lamine, ensemble, pour former une plaque que l'on réduit ensuite à la min ceur désirée par un travail à froid;
cette réduction à froid est si forte, par exemple de l'ordre de 98 %, que la recristallisation se produit à une température anormalement lasse. Dans ces circonstances, il est possible de produire iui amollissement sans produire un alliage complet de l'aluminium avec le fer. Ces réductions excessives ne sont pas écono miques, attendu qu'elles doivent être exé cutées sur de petits laminoirs et sur de pe tites plaques.
Dans certaines applications où l'on exige -une surface d'aluminium brillante, un tel. alliage total de la couche d'aluminium avec le fer du support est inacceptable. Pour cer taines autres applications, le simple fait qu'un produit, en fer ou en acier, soit revêtu d'un alliage aluminium-fer, au lieu d'alumi nium, n'est pas nécessairement un inconvé nient.
L'alliage aluminium-fer ainsi produit est de couleur gris noir, ce qui peut. être dé sirable dans certaines applications, par exem ple pour la tôle destinée à la fabrication de lèchefrites et autres plateaux métalliques de cuisson devant absorber et transmettre de la chaleur reçue par rayonnement. Dans la fa brication d'anodes pour tubes de radio, il est également nécessaire d'avoir une surface ayant un coefficient élevé de rayonnement.
Toutefois, lorsqu'on réduit ultérieurement à froid à -une plus faible épaisseur une feuille métallique trempée à chaud dans de l'alumi nium, et qu'on traite thermiquement cette feuille à un degré suffisant pour amollir le support métallique et convertir complètement le revêtement en alliage fer-alitminilim, cet alliage est friable et de faible adhérence, de sorte qu'il est impossible d'emboutir ou d'éti rer la feuille sans détruire et écailler le revêtement en alliage, ce qui laisse le métal de support sans protection.
Le procédé selon l'invention, par contre, permet d'obtenir itn produit dans lequel l'ad hérence de la couche d'alliage d'aluminium par rapport au métal de base est tellement forte qu'on peut soumettre l'ensemble ainsi obtenu à des opérations énergiques d'embou tissage ou à des opérations répétées et éner giques d'étirage sans que le revêtement su bisse une destruction ou un effrittement quelconque appréciables.
Ce procédé est caractérisé en ce qu'on forme sur une pièce en matière ferre-Lise une couche d'aluminium dont. l'épaisseur est com prise entre 0,0025 et 0,0075 mm, on chauffe la pièce revêtue de faeon que le revêtement d'aluminium s'allie au fer de la pièce pour former une mince couche d'alliage d'alumi nium capable de résister à des opérations ulté rieures d'emboutissage et d'étirage.
L'addition de silicium, de magnésium ou d'autres subs tances au bain d'aluminium -utilisé pour for- .lier le revêtement peut être désirable pour diverses raisons et, en conséquence, par ahi- minium , on entend ici non seulement. le mé tal à peu près pur, mais aussi l'aluminium contenant de faibles quantités d'autres subs tances, y compris celles mentionnées ci-dessus.
Certains exemples de mise en oeuvre du procédé seront décrits maintenant.
Sur le dessin La fig. 1 est une vue photomicroscopique d'une bande d'acier enduite d'aluminium montrant de fines craquelures superficielle:: qui ne pénètrent pas dans le métal-support, et la fig. 2 est également une vue photo- microscopique d'une bande d'acier revêtue d'aluminium et montrant des craquelure.i superficielles considérables qui pénètrent dans le métal-support.
Bien que la description ci-dessous con cerne des mises en ceuvre qui entraînent un laminage à froid, il est. bien entendu qu'il peut y avoir avantage à appliquer le procédé selon l'invention même dans les cas où l'épais seur désirée de la matière de support et l'épaisseur exigée pour le revêtement, peuvent être obtenues différemment.
La Côte ou bande métallique de base peut être en fer ou en acier doux, qu'il s'agibse d'une qualité débarrassée des gaz dissous ou non (acier calmé ou acier lion calmé) ; toute fois, on peut utiliser d'autres métaux terreux comme support.
La feuille ou bande métallique de base sera de préférence revêtue d'une couche subs tantielle et fortement adhérente d'aluminium, cette couche pouvant contenir éventuellement, comme on l'a exposé plus liant, de petits pourcentages d'autres composants alliés. Le revêtement s'effectue, de prëférence, à l'aide des procédés et des appareils décrits dans le brevet indiqué ci-dessus.
La bande ou feuille .de fer ou d'acier, revêtue d'aluminium, peut. être ensuite la minée à froid jusqu'à obtention de l'épais seur voulue, la seule condition étant que l'épaisseur de la couche d'aluminium soit comprise entre 0,0075 et 0,0025 mm. L'épais seur de la couche peut être mesurée soit par des procédés microscopiques, soit, de préfé rence, par des procédés chimiques dans les quels on détermine le poids moyen de la couche par unité de surface.
Pour le produit laminé à froid, un poids de 1,4 g de revêtement pour 9,3 dm2 repré sente sensiblement 0,0025 mm d'épaisseur, qu'il s'agisse d'aluminium pur ou d'alumi nium contenant 9 /o de silicium. Il peut être avantageux de régler l'épaisseur de la couche de revêtement en fonction de l'épaisseur du support. Ainsi, à une feuille ou bande, en fer ou acier, destinée à servir dans la fabrica tion d'anodes pour tubes de radio et d'une épaisseur de l'ordre de 0,13 mm, il est indi qué d'associer un revêtement dont. l'épaisseur se rapproche de la limite inférieure spécifiée.
A une feuille ou bande en fer ou acier des tinée à la fabrication de lèchefrites ou de tourtières et d'une épaisseur de l'ordre de 1,3 mm, il est préférable d'associer un revête ment d'aluminium d'une épaisseur se rappro chant de la limite supérieure.
Le traitement thermique que comprend le procédé suivant l'invention, peut s'effectuer sous forme d'un recuit en vase clos ou d'un recuit à four ouvert ou continu. L'amollisse ment obtenu est fonction du temps et de la température, les températures plus élevées nécessitant de plus courtes durées. Par ail leurs, la rapidité de l'amollissement dépend, en général, du degré de réduction à froid pra tiqué sur le produit revêtu d'aluminium.
La plus basse température praticable pour amollir le métal de base ou pour former l'al liage de revêtement se situe autour de 565 C environ et, à cette température, le temps né cessaire pour obtenir un amollissement suffi- sant sera de l'ordre de plusieurs heures, con formément à la. pratique du recuit en vase clos. Lorsque la température s'élève, la durée nécessaire pour obtenir l'amollissement dimi nue rapidement, de même que la durée pour produire l'alliage total de la couche d'alumi-- nium avec le fer du support.
Ainsi, à 843 C on obtient un amollissement satisfaisant- et un alliage total dans une période qui se mesure en secondes ou en minutes suivant 'L'épaisseur de la base métallique. Par exemple, on a constaté que, pour un support métal lique de 0,13 mm d'épaisseur, 17 secondes suffisent, alors que pour une épaisseur de 1.,3 mm il faut environ 2 minutes.
D'ordinaire, on peut obtenir d'excellents résultats en appliquant des traitements de recuit. en four ouvert entre 787 et 954 C environ, avec des durées variant. entre 7 mi nutes et 17 secondes.
Les qualités de la couche d'alliage peuvent être modifiées par un surchauffage. C'est ainsi que lorsque la. température dépasse 980 C environ, cette couche d'alliage a ten dance à prendre un aspect grisâtre, tandis que son adhérence diminue d'une faon sensible.
Des observations au microscope font pen ser que ce phénomène résulte d'une diffusion ultérieure du fer dans l'alliage de revêtement, ce qui produit un accroissement de l'épaisseur. de la couche d'alliage et, comme conséquence, une diminution de son adhérence. Il est donc préférable de limiter les températures de recuit à environ 954 C. Les qualités des revêtements peuvent être également diminuée., lorsqu'on maintient. trop longtemps la ma tière à des températures plus basses.
Ainsi, lorsque l'alliage total se produit en 17 secondes à. 843 C, il est tout indiqué d'opérer le re cuit en four ouvert ou continu, car un recuit. en vase clos prolongerait inutilement la durée de maintien de la matière à cette tempéra ture élevée.
Lorsque le temps nécessaire à l'amollissement jusqu'à un degré désiré se me sure en heures, pour une température déter minée, le recuit en vase clos est préférable; toutefois, lorsqu'on emploie une température qui produit un alliage total dans ime période qui se mesure en minutes ou en secondes, le recuit préférable est celui au four ouvert oa continu.
Le choix des températures et des du rées peut être déterminé dans une large me sure par les qualités qu'on désire donner au produit final, mais il est bien entendu que le maintien prolongé à des températures éle vées diminue la finesse de la.
texture et augmente la déformabilité. L'expression défor- mabilité utilisée dans la présente descrip tion signifie la capacité de la matière en feuille ou en bande de subir un pliage si angles vifs sans qu'elle ait tendance à re prendre élastiquement sa forme initiale, tandis que l'expression aptitude à l'étirage désigne la propriété qui permet à la matière de se déformer par étirage dans des filières appropriées.
Alors que le degré maximum de déformabilité réalisable, toutes autres condi tions étant égales, peut être atteint par un maintien prolongé à une température élevée, on peut obtenir un degré satisfaisant de dé- formabilité pour la plupart des applications ultérieures en opérant -des recuits en four ouvert ou continu à des températures un peu plus élevées.
Par recuit en four ouvert ou recuit con tinu, on désigne un traitement. thermique dans lequel la matière se déplace le long d'un four tunnel.
L'atmosphère dans laquelle s'effectue le traitement thermique ne présente pas -une im portance prépondérante. On peut utiliser des atmosphères oxydantes, surtout pour des recuits continus ou en four ouvert; il est ce pendant préférable d'opérer dans une atmo sphère non oxydante, composée de gaz inerte, tel que l'azote, etc., ou dans toute autre atmo sphère réductrice qu'on peut produire indus triellement .et qui est formée d'hydrogène, de gaz ammoniac dissocié, etc. Il n'est. pas néces saire d'utiliser ce qu'on appelle communé ment une atmosphère de recuit brillant.
Le laminage à froid de la matière en fer ou en acier revêtue d'aluminium peut s'effec- tuer _ à l'aide de tout appareillage convenable lorsqu'il est nécessaire.
Lorsqu'on opère le revêtement de fer ou d'acier avec de l'aluminium par. immersion à chaud, il est. désirable de vérifier soigneuse- ment l'uniformité de la. couche de revêtement. De plus, l'épaisseur des couches appliquées par immersion à chaud est limitée et ne peut varier de beaucoup si l'on recherche l'homo généité de la couche. Par exemple, on peut appliquer des revêtements d'aluminium d'uni formité contrôlée avec une épaisseur approxi mative de 0,025 à. 0,05 mm par les moyens ordinaires, et d'une épaisseur de l'ordre de 0,013 mm environ par le procédé décrit dans le brevet américain N 2398034.
Il est évident qu'une réduction substantielle à froid d'une matière recouverte de ce genre sera néces saire pour réduire l'épaisseur des revêtement jusqu'à 0,0075 à 0,0025 mm. Il existe géné- ralemerit une limite supérieure pratique de l'épaisseur de ia matière en bande pouvant. passer à travers l'appareillage de revête ment des types mentionnés ci-dessur;, cette limite se situant entre 3,175 et 3,8 111111.
D'autre part, des considérations économiques, quant à l'emploi des appareils et les liitiita- tions mécaniques imposées par ces appareils, militent contre le revêtement de feuilles d'iiiic minceur excessive;
de toute façon, on cons tatera qu'il est avantageux de pratiquer un travail à froid considérable sur les produits revêtus de la couche d'alliage pour réduire le, revêtements les plus minces réalisables à la gamme d'épaisseurs propre à la présente un- v ention.
On peut facilement- déterminer (pour des produits définitifs dans lesquels l'épaisseur de la feuille ou bande-support en fer ou acier devra se situer approximativement. entre 2 m111 et 0,13 min avec des revêtements d'aluiniiiiiriii compris entre 0,0075 et 0,0025 mm d'épais seur), les épaisseurs respectives de la. tôle on bande initiale qui convient. au revêtement. ci) aluminium, des revêtements initiaux d'alu minium proprement dits ainsi que les degrés de réduction à froid à exécuter sur le pro- duit recouvert.
A titre d'exemple, on trou vera ci-après des données que l'on peut uti- liser pour obtenir des bandes amollies à un degré satisfaisant. et revêtues d'une couche d'alliage, les bandes ayant. respectivement une épaisseur finale de 0,13, 1,3 et. 2,03 mm d'épaisseur.
Exemple <I>1:</I> Laminer à chaud jusqu'à 2,03 mm. Réduire à froid à 1 mm.
Revêtir chaque face avec 0,025 mm d'alumi nium.
Réduire à froid à 0,13 mm.
Epaisseur finale de l'ainminium :sur chaque: face: 0,0033 mm.
Recuit en four ouvert, à 813 C pendant 17 secondes dans une atmosphère d'NH.; dissocié.
Exemple <I>2:</I> Laminer à chaud à 4,57 mm. Réduire à froid à 2,54 mm.
Revêtir chaque face d'aluminium avec rées Huyage sous une épaisseur de 0,013 mm. Réduire à froid à 1,3 mm.
Epaisseur finale clé l'aluminium: 0,00635 mm sur chaque face. Recuit en four ouvert à 802 C pendant 4 minutes dans une atmo sphère d'NFIs dissocié.
<I>Exemple 3:</I> Laminer à chaud à 3,81 mm.
Revêtir chaque face d'aluminium avec rées- suyage sous une épaisseur de 0,013 mm. Réduire à froid à 2,03 mm.
Epaisseur finale de l'aluminium: 0,00686 mm sur chaque face.
Recuit. en four ouvert à, 802 C pendant 7 mi nutes.
Les traitements thermiques appliqués en dernier dans les exemples ci-dessus produisent. des revêtements noirs offrant l'adhérence dé sirée et donnent à la matière une malléabilité suffisante pour permettre l'emboutissage et l'étirage ultérieurs.
Dans le cas particulier de bandes métal liques pour tubes électroniques, la matière en bandes ou feuilles que l'on prépare pour la fabrication d'électrodes pour tubes électro- niques doit. présenter une malléabilité suffi sante pour ne pas produire une usure exces- sive des outil:-, conformateurs et, ce qui est d'une importance beaucoup plus essentielle, cette matière doit conserver sa forme, géné ralement compliquée, après avoir été em boutie, avec ,des tolérances très serrées.
Une machine pour essai physique permet tant de déterminer si la matière satisfait h cette condition est la machine de contrôle d'emboutissage définie par les normes ASTM-B-155-41T. Pour l'emploi des outils d'emboutissage courants, il a été constaté que la matière destinée à la fabrication des anodes doit présenter un angle de déformation de 35 (ou au-dessous), mesuré par la.
machine précitée, cette valeur d'angle étant exigée pour les matières destinées à cet usage, bien que l'on tolère une marge pour ce chiffre limite, en général avec un maximum de 40 , dans le cas de production continue de la ma- ti ère.
Après avoir été laminée à froid à l'épais seur voulue, généralement à environ 0,013 min, la matière présente un angle de cambrage aux essais sensiblement supérieur à. 35 indépen damment de l'épaisseur, du degré de réduc tion en épaisseur, de sorte qu'il. est évident que cette matière doit être amollie avant. de l'utiliser. En outre, il est nécessaire que cet amollissement puisse être répété du point de vue production pour permettre d'alimenter continuellement, en matière les machines qui forment les anodes.
Le tableau ci-après, qui indique les degré de pliage obtenus à l'essai à partir d'une série de bandes de 0,013 mm d'épaisseur et revêtues de différentes épaisseurs d'alliage d'alumi nium, démontre qu'il est possible d'applique, à cette bande un recuit brillant à une tempé rature égale ou inférieure à 538 C, de faon à. obtenir un produit satisfaisant à l'essai de conformation. A titre de comparaison, les degrés de pliage obtenus avec des épaisseurs d'aluminium non comprises dans les limites de l'invention sont également donnés dans ce tableau.
EMI0006.0001
Temp.OC <SEP> 0,00584 <SEP> mm <SEP> 0,00635 <SEP> mm <SEP> 0,00838 <SEP> mm <SEP> 0,00914 <SEP> mm <SEP> 0,0127 <SEP> mm <SEP> 0,01524 <SEP> mm
<tb> 482,2 <SEP> 24 <SEP> 41 <SEP> 43 <SEP> 55 <SEP> 33 <SEP> 43
<tb> 509,9 <SEP> 28 <SEP> 33 <SEP> 32 <SEP> 59<B>1,</B> <SEP> 33 <SEP> 47
<tb> 537,7 <SEP> 28 <SEP> 28 <SEP> 30 <SEP> 39<B>1,</B> <SEP> 33 <SEP> 41 Les valeurs en mm indiquent l'épaisseur de l'aluminium sur des bandes de 0,7.3 mm d'épaisseur.
Le tableau suivant des angles de pliage à l'essai démontre que plus l'épaisseur de l'alliage d'aluminium augmente au-delà de la limite prévue par l'invention, plus il deviens progressivement difficile d'amollir la matière à un degré suffisant, même en augmentant la durée oui la température.
EMI0006.0008
Temp. <SEP> 00C <SEP> Séjour <SEP> dans <SEP> le <SEP> 0,0127 <SEP> mm <SEP> 0,00838 <SEP> mm <SEP> 0,00635 <SEP> mm
<tb> four <SEP> en <SEP> minu<U>te</U>s
<tb> 676,7 <SEP> 4 <SEP> 390 <SEP> 320 <SEP> 29o
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L'épaisseur pratique minimum de l'alumi nium se détermine à l'aide des facteurs con cernant l'augmentation du gaz dégagé par l'électrode dans le tube électronique et par l'impossibilité technique de revêtir l'acier avec de très minces couches d'aluminium par immersion à chaud.
La. limite supérieure de température pour le traitement de la bande de 0,13 mm des tinée à servir pour la fabrication d'électrodes est, suggérée par deu-x raisons. La- première est la suivante: Si deux morceaux de bande provenant de la même feuille sont recuits et noircis simultanément l'un à 676"7C et l'autre à 8980 8 C, on observe une différence.
de comportement en- ce- qui concerne la -.facilité de conformation ou d'emboutissage. Lorsqu'une matière recuite et noircie à 6760 7 C est pliée suivant une courbure de rayon très réduit, sa, surface révèle de très fines craquelures très rapprochées, mais dont. aucune ne pénètre dans le support métal lique sous-jacent.
A cet. effet, on peut se réfé rer à la. fig. 1 du dessin qui montre une vue photomicroscopique de la bande d'acier revc- tue d1luminium, décrite ci-dessus, recuite et noircie à 6760 7 C. Toutefois, la matière trai tée à 89808.C révèle des craquelures plus larges et plus espacées qui pénètrent- dans une certaine mesure dans le métal. C'est, ce que révèle la fig. 2 qui représente une vtie photomicroscopique- de la bande revêtue d'aluminium traitée à, 8980 8 C.
La matière chauffée à des températures nettement supé- rieures à 898 8 C se fend dans toute l'épais seur de la. bande lorsqu'on la soumet aux efforts critiqués que représente une opéra tion de formation d'une électrode.
La deuxième raison qui influe sur la limite supérieure de température est la con dition superficielle du revêtement. Lorsqu'on s'écarte des conditions de formation d'un. revêtement, noir, il en résulte une-perte nette ment accusée des caractéristiques de rayonne ment de l'électrode, qui ont une importance prépondérante en ce qui concerne le fonc tionnement efficace du tube électronique.
On a constaté que la couleur noire de la surface résulte de la formation d'un composé fer-aluminium associé à un mince film d'oxyde de fer noir. Il a été constaté, en outre, qu'il est possible d'éclaircir considérablement la surface noircie allant jusqu'au gris clair ci, la soumettant à un traitement thermique dans une atmosphère gazeuse d'hydrogène sec (point. de rosée -30 C), à 676 7 C ou bien dans une atmosphère moins réductrice et à des températures phis élevées, telles que 926 6 à. 1093 3 C. Il est évident. qu'en ce qui concerne les électrodes, cet éclaircissement est indésirable.
Dans la messire où le traitement thermique (recuit et noircissement >imulta- nés) s'effectue dans une atmosphère réduc trice d'un type réglable (car l'on ,sait que les atmosphères fortement oxydantes ont.
ten dance à former de la calamine écailleuse à faible adhérence sur le fer), il peut être dé sirable de ramener la température à 676 7 C ou au-dessous. Lorsqu'on satisfait aux condi tions exposées ci-dessus, on obtient un pro duit en feuilles ou en bandes revêtu d'une couche foncée ou noire qui se compose essen- tiellement d'un alliage fer-aluminium ou qui renferme un tel alliage. Il s'agit d'une couche distincte, très mince et. qui est distincte du fer proprement dit.
Cette couche est solide et adhérente, de sorte que l'on peut façonner ou étirer le produit plusieurs fois sans écailler le revêtement. Le support en fer ou en acier, en forme de tôles ou de bandes, aura les qua lités recherchées pour se traiter par l'étirage 011 par emboutissage, sans que ces opérations puissent nuire à l'intégrité du revêtement. Le produit aura, en outre, les autres Carac téristiques désirables qu'on a. exposées plus haut.
Process for manufacturing sheets of ferrous material coated with aluminum and coated sheet obtained by this process. The present invention relates to a process for manufacturing sheets of earthen material coated with aluminum. It also comprises the sheet provided with a coating obtained by this process.
We know. that it is easy to hot-dip sheets or strips of iron or mild steel with aluminum, for example by applying the methods and using the apparatus described in United States Patent No. 2110893 of 16 July 1935.
Because the methods described in this patent involve processing. thermal which is carried out in the manner of un-annealing, the hot coated products obtained have good malleability and ductility facilitating wire drawing, while the adhesion of the aluminum coating is sufficient to allow these operations.
However, some finished products require a coating thickness. noticeably inferior. greater than the minimum thickness currently possible. get with hot dip treatments. In these special cases, the product is coated. cold rolled after the immersion treatment and it has been found that the coating obtained as indicated above easily withstands this cold rolling.
The consequence of cold rolling is a hardening of the iron or steel sheet depending on the cold working performed on the sheet, which usually destroys the malleability characteristics and the drawability. of the material. Whereas virtually all of the products to be subsequently manufactured from this material will require. either a drawing, or a stamping or drawing, it is quite appropriate to apply a heat treatment of the type of soft annealing.
However, heat treatment at a temperature high enough to produce softening of the iron or steel for a defined period of time will result in producing, during the same period of time, a total alloy between the coating in aluminum and the metal that makes up the treated sheet or strip.
It seems that the only satisfactory process currently known for annealing iron or steel sheets, previously coated with aluminum, so as not to produce an alloy, is the process in which layers of iron are joined together. and aluminum which is rolled together to form a plate which is then reduced to the desired thinness by cold working;
this cold reduction is so great, for example of the order of 98%, that recrystallization occurs at an abnormally weary temperature. Under these circumstances, it is possible to produce the softening without producing a complete alloy of the aluminum with the iron. These excessive reductions are not economical, since they have to be carried out on small rolling mills and on small plates.
In some applications where a shiny aluminum surface is required, such. Total alloying of the aluminum layer with the iron of the support is unacceptable. For some other applications, the mere fact that a product, made of iron or steel, is coated with an aluminum-iron alloy, instead of aluminum, is not necessarily a drawback.
The aluminum-iron alloy thus produced is gray-black in color, which can. be desirable in certain applications, for example for sheet metal intended for the manufacture of drip pans and other metal cooking trays which have to absorb and transmit the heat received by radiation. In the manufacture of anodes for radio tubes, it is also necessary to have a surface having a high coefficient of radiation.
However, when a hot dipped aluminum foil is subsequently cold reduced to a smaller thickness, and this foil is heat treated to a sufficient degree to soften the metal support and completely convert the coating. made of iron-alitminilim alloy, this alloy is brittle and low in adhesion, so that the sheet cannot be stamped or stretched without destroying and chipping the alloy coating, leaving the backing metal unprotected .
The method according to the invention, on the other hand, makes it possible to obtain a product in which the adhesion of the aluminum alloy layer with respect to the base metal is so strong that the assembly thus obtained can be subjected. vigorous stamping operations or repeated and energetic drawing operations without the coating undergoing any appreciable destruction or crumbling.
This process is characterized in that a layer of aluminum is formed on a piece of iron-Lise material. the thickness is between 0.0025 and 0.0075 mm, the coated part is heated so that the aluminum coating alloys with the iron of the part to form a thin layer of aluminum alloy capable of to withstand subsequent stamping and drawing operations.
Addition of silicon, magnesium or other substances to the aluminum bath used to form the coating may be desirable for a variety of reasons and, therefore, by ahimium herein is meant not only. almost pure metal, but also aluminum containing small amounts of other substances, including those mentioned above.
Certain examples of implementation of the method will now be described.
In the drawing, FIG. 1 is a photomicroscopic view of an aluminum coated steel strip showing fine surface cracks which do not penetrate the metal support, and FIG. 2 is also a photomicroscopic view of a steel strip coated with aluminum and showing considerable surface cracks which penetrate the support metal.
Although the description below relates to applications which result in cold rolling, it is. of course that there may be advantage in applying the process according to the invention even in cases where the desired thickness of the support material and the thickness required for the coating can be obtained differently.
The rib or base metal strip can be iron or mild steel, whether it is of a quality free of dissolved gases or not (calmed steel or calmed lion steel); however, other earth metals can be used as a support.
The basic metal foil or strip will preferably be coated with a substantial and strongly adherent layer of aluminum, this layer possibly containing, as has been explained in more binder, small percentages of other alloyed components. The coating is preferably carried out using the methods and apparatus described in the patent indicated above.
The strip or sheet of iron or steel, coated with aluminum, can. then be cold mined until the desired thickness is obtained, the only condition being that the thickness of the aluminum layer is between 0.0075 and 0.0025 mm. The thickness of the layer can be measured either by microscopic methods or, preferably, by chemical methods in which the average weight of the layer per unit area is determined.
For the cold rolled product, a weight of 1.4 g of coating per 9.3 dm2 is roughly 0.0025 mm thick, whether it is pure aluminum or aluminum containing 9 / o silicon. It may be advantageous to adjust the thickness of the coating layer depending on the thickness of the support. Thus, with a sheet or strip, of iron or steel, intended to be used in the manufacture of anodes for radio tubes and of a thickness of the order of 0.13 mm, it is advisable to associate a coating of which. the thickness approaches the specified lower limit.
With a sheet or strip of iron or steel used in the manufacture of drip pans or meat pies and with a thickness of the order of 1.3 mm, it is preferable to combine an aluminum coating with a thickness of approaches the upper limit.
The heat treatment which the process according to the invention comprises can be carried out in the form of annealing in a closed vessel or of annealing in an open or continuous furnace. The softening obtained is a function of time and temperature, with higher temperatures requiring shorter times. Moreover, the speed of softening depends, in general, on the degree of cold reduction applied to the aluminum coated product.
The lowest temperature practicable to soften the base metal or to form the coating alloy is around 565 ° C, and at this temperature the time required to achieve sufficient softening will be on the order of. several hours, in accordance with. practice of annealing in a vacuum. As the temperature rises, the time required to achieve softening decreases rapidly, as does the time to produce the complete alloy of the aluminum layer with the iron of the support.
Thus, at 843 ° C, satisfactory softening and total alloying is obtained within a period which is measured in seconds or minutes depending on the thickness of the metal base. For example, it has been found that, for a metal support 0.13 mm thick, 17 seconds is sufficient, while for a thickness of 1.3 mm it takes about 2 minutes.
Usually, excellent results can be obtained by applying annealing treatments. in an open oven between 787 and 954 C approximately, with varying times. between 7 minutes and 17 seconds.
The qualities of the alloy layer can be changed by overheating. This is how when the. temperature exceeds approximately 980 C, this alloy layer tends to take on a grayish appearance, while its adhesion decreases significantly.
Microscopic observations suggest that this phenomenon results from subsequent diffusion of iron into the coating alloy, which results in an increase in thickness. of the alloy layer and, as a consequence, a decrease in its adhesion. It is therefore preferable to limit the annealing temperatures to about 954 C. The qualities of the coatings can also be reduced., When maintained. too long the material at lower temperatures.
So when the total alloy occurs in 17 seconds to. 843 C, it is advisable to operate the re-firing in an open or continuous oven, because an annealing. in a closed vessel would unnecessarily prolong the time the material is kept at this elevated temperature.
When the time required for softening to a desired degree is measured in hours, for a given temperature, annealing in a vacuum is preferable; however, when a temperature is employed which produces a total alloy in a period which is measured in minutes or seconds, the preferable annealing is that in a continuous open furnace.
The choice of temperatures and strengths can be determined to a large extent by the qualities one wishes to impart to the final product, but it is understood that prolonged holding at high temperatures decreases the fineness of the.
texture and increases deformability. The expression deformability used in the present description signifies the capacity of the sheet or strip material to undergo bending at such sharp angles without it tending to elastically return to its original shape, while the expression aptitude stretching refers to the property which allows the material to deform by stretching in appropriate dies.
While the maximum degree of deformability achievable, all other conditions being equal, can be achieved by prolonged holding at an elevated temperature, a satisfactory degree of deformability can be obtained for most subsequent applications by performing heat annealing. open or continuous oven at slightly higher temperatures.
The term “open oven annealing or continuous annealing” denotes a treatment. thermal in which the material moves along a tunnel kiln.
The atmosphere in which the heat treatment is carried out does not present a preponderant importance. Oxidizing atmospheres can be used, especially for continuous annealing or in an open furnace; it is preferable, however, to operate in a non-oxidizing atmosphere, composed of inert gas, such as nitrogen, etc., or in any other reducing atmosphere which can be produced industrially. and which is formed of. hydrogen, dissociated ammonia gas, etc. It is not. it is not necessary to use what is commonly referred to as a bright annealing atmosphere.
Cold rolling of the aluminum coated iron or steel material can be carried out using any suitable equipment when necessary.
When operating the coating of iron or steel with aluminum par. hot dip it is. desirable to carefully check the uniformity of the. coating layer. In addition, the thickness of the layers applied by hot immersion is limited and cannot vary much if the homogeneity of the layer is sought. For example, aluminum coatings of controlled uniformity can be applied with an approximate thickness of 0.025 to. 0.05 mm by ordinary means, and a thickness of the order of about 0.013 mm by the method described in US Patent No. 2398034.
Obviously, a substantial cold reduction of such coated material will be necessary to reduce the thickness of the coatings to 0.0075 to 0.0025 mm. There is generally a practical upper limit on the thickness of the web material that can be. pass through the coating equipment of the types mentioned above, this limit being between 3.175 and 3.8 111111.
On the other hand, economic considerations, as to the use of the apparatus and the mechanical limitations imposed by these apparatus, militate against the coating of sheets of excessive thinness;
in any case, it will be found that it is advantageous to practice a considerable cold work on the products coated with the alloy layer to reduce the, thinnest coatings achievable in the range of thicknesses specific to the present one. v ention.
It is easy to determine (for final products in which the thickness of the sheet or support strip in iron or steel should be approximately. Between 2 m111 and 0.13 min with aluminum coatings between 0.0075 and 0.0025 mm thick), the respective thicknesses of the. suitable initial sheet metal. to the coating. ci) aluminum, the initial aluminum coatings proper as well as the degrees of cold reduction to be carried out on the coated product.
By way of example, the following is data which can be used to obtain bands softened to a satisfactory degree. and coated with a layer of alloy, the bands having. respectively a final thickness of 0.13, 1.3 and. 2.03 mm thick.
Example <I> 1: </I> Hot roll up to 2.03 mm. Reduce when cold to 1 mm.
Coat each side with 0.025 mm of aluminum.
Reduce when cold to 0.13 mm.
Final thickness of ainminium: on each side: 0.0033 mm.
Annealing in open furnace at 813 C for 17 seconds in NH atmosphere .; dissociated.
Example <I> 2: </I> Hot roll to 4.57 mm. Reduce when cold to 2.54 mm.
Coat each face with aluminum with rees Huyage under a thickness of 0.013 mm. Reduce when cold to 1.3 mm.
Final aluminum key thickness: 0.00635 mm on each side. Annealing in an open oven at 802 C for 4 minutes in an atmosphere of dissociated NFIs.
<I> Example 3: </I> Hot roll to 3.81 mm.
Coat each face with re-wiping aluminum to a thickness of 0.013 mm. Reduce when cold to 2.03 mm.
Final aluminum thickness: 0.00686 mm on each side.
Annealing. in an open oven at .802 C for 7 minutes.
The heat treatments applied last in the examples above produce. black coatings providing the desired adhesion and giving the material sufficient malleability to allow subsequent stamping and stretching.
In the particular case of metal strips for electronic tubes, the material in strips or sheets which is prepared for the manufacture of electrodes for electronic tubes must. have sufficient malleability not to produce excessive wear on the tools: -, shapers and, which is of much more essential importance, this material must retain its shape, which is generally complicated, after having been cut, with very tight tolerances.
A machine for physical testing can be used to determine whether the material satisfies this condition is the stamping control machine defined by standards ASTM-B-155-41T. For the use of common stamping tools, it has been found that the material intended for the manufacture of the anodes must exhibit a deformation angle of 35 (or less), measured by the.
machine, this angle value being required for the materials intended for this use, although a margin is tolerated for this limit figure, in general with a maximum of 40, in the case of continuous production of the material. time.
After being cold rolled to the desired thickness, generally at about 0.013 min, the material exhibits a test bend angle of substantially greater than. 35 regardless of the thickness, the degree of reduction in thickness, so that it. is evident that this matter must be softened before. to use it. In addition, it is necessary that this softening can be repeated from the production point of view to allow a continuous supply of material to the machines which form the anodes.
The table below, which indicates the degree of bending obtained in the test from a series of strips 0.013 mm thick and coated with different thicknesses of aluminum alloy, shows that it is possible applies to this strip a bright annealing at a temperature equal to or less than 538 C, fawn to. obtain a product which satisfies the conformation test. By way of comparison, the degrees of bending obtained with thicknesses of aluminum not included in the limits of the invention are also given in this table.
EMI0006.0001
Temp.OC <SEP> 0.00584 <SEP> mm <SEP> 0.00635 <SEP> mm <SEP> 0.00838 <SEP> mm <SEP> 0.00914 <SEP> mm <SEP> 0.0127 < SEP> mm <SEP> 0.01524 <SEP> mm
<tb> 482.2 <SEP> 24 <SEP> 41 <SEP> 43 <SEP> 55 <SEP> 33 <SEP> 43
<tb> 509.9 <SEP> 28 <SEP> 33 <SEP> 32 <SEP> 59 <B> 1, </B> <SEP> 33 <SEP> 47
<tb> 537.7 <SEP> 28 <SEP> 28 <SEP> 30 <SEP> 39 <B> 1, </B> <SEP> 33 <SEP> 41 The values in mm indicate the thickness of the aluminum on strips 0.7.3 mm thick.
The following table of bending angles under test demonstrates that the more the thickness of the aluminum alloy increases beyond the limit provided by the invention, the more it becomes progressively difficult to soften the material to a degree. sufficient, even by increasing the time yes the temperature.
EMI0006.0008
Temp. <SEP> 00C <SEP> Stay <SEP> in <SEP> on <SEP> 0.0127 <SEP> mm <SEP> 0.00838 <SEP> mm <SEP> 0.00635 <SEP> mm
<tb> four <SEP> in <SEP> minu <U> te </U> s
<tb> 676.7 <SEP> 4 <SEP> 390 <SEP> 320 <SEP> 29o
<tb> 2 <SEP> 38o
<tb> 320
<tb> 1 <SEP> 36 <SEP> 3 <SEP>: i0
<tb> 732 <SEP> 4 <SEP> -11.11 <SEP>) 4 "<SEP> <B> .il" </B>
<tb> <B> 380 <SEP>) 4 \ <SEP> 3lo </B>
<tb> <B> 1 <SEP> 30 "<SEP> J <SEP> I1) <SEP> 32, </B>
<tb> <B> 787.7 </B> <SEP> 4- <SEP> 410 <SEP> 750 <SEP> 320
<tb> \? <SEP> 39o <SEP> 3-10 <SEP> 330
<tb> 1 <SEP>: l90 <SEP> '.l'10 <SEP>: 130
<tb> 843 <SEP> 4- <SEP> 410 <SEP>) 6 <SEP>: 110
<tb> 410 <SEP> 360 <SEP>: 3 \? 0
<tb> 1 <SEP> 410 <SEP> 360 <SEP>: 100
<tb> 898 <B> 1 </B> 8 <SEP> -1 <SEP> 390 <SEP> 3.10 <SEP> og0
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<tb> 1. <SEP> a.
The minimum practical thickness of the aluminum is determined by the factors relating to the increase in the gas given off by the electrode in the electron tube and by the technical impossibility of coating the steel with very thin layers. aluminum by hot dipping.
The upper temperature limit for processing the 0.13 mm strip of tines to be used for the manufacture of electrodes is suggested for two reasons. The first is as follows: If two pieces of tape from the same sheet are annealed and blackened simultaneously, one at 676-7C and the other at 89808 C, a difference is observed.
behavior with regard to ease of shaping or stamping. When a material annealed and blackened at 6760 7 C is bent along a curvature of very small radius, its surface reveals very fine cracks very close together, but including. none penetrate the underlying metal substrate.
In this. indeed, we can refer to the. fig. 1 of the drawing which shows a photomicroscopic view of the aluminum coated steel strip, described above, annealed and blackened at 67607 C. However, the material treated at 89808.C reveals wider and more spaced cracks. which penetrate to some extent in the metal. This is what fig. 2 which shows a photomicroscopic view of the aluminum coated strip treated at, 8980 8 C.
Material heated to temperatures significantly above 898 8 C splits throughout the thickness of the. band when subjected to the criticized stresses represented by an operation of forming an electrode.
The second reason which influences the upper temperature limit is the surface condition of the coating. When we deviate from the conditions of formation of a. coating, black, the result is a marked loss of the radiation characteristics of the electrode, which are of paramount importance for the efficient operation of the electron tube.
It has been found that the black color of the surface results from the formation of an iron-aluminum compound associated with a thin film of black iron oxide. It has been found, moreover, that it is possible to considerably lighten the blackened surface up to the light gray ci, subjecting it to a heat treatment in a gaseous atmosphere of dry hydrogen (dew point -30 C ), at 676 7 C or in a less reducing atmosphere and at high phis temperatures, such as 926 6 à. 1093 3 C. Obviously. that as regards the electrodes, this clarification is undesirable.
In the case where the heat treatment (annealing and blackening> imultaneous) is carried out in a reducing atmosphere of an adjustable type (because it is known that strongly oxidizing atmospheres have.
tendency to form scaly scale with poor adhesion to iron), it may be desirable to reduce the temperature to 676 7 C or below. When the above conditions are met, a dark or black coated sheet or strip product is obtained which consists essentially of or contains an iron-aluminum alloy. This is a separate, very thin, and. which is distinct from the iron proper.
This layer is strong and adherent, so that the product can be shaped or stretched several times without chipping the coating. The iron or steel support, in the form of sheets or strips, will have the qualities required to be treated by drawing 011 by stamping, without these operations being able to harm the integrity of the coating. The product will, in addition, have other desirable characteristics. discussed above.