Procédé de filage à chaud, à la presse, pour l'obtention d'un profilé La présente invention concerne un pro cédé de filage à chaud, à la presse, pour l'ob tention, à partir d'une billette constituée trans versalement à son axe par au moins deux mé taux différents juxtaposés, d'un profilé barre ou tube, présentant des sections transversales composites de métaux dont la grandeur des sur faces est sensiblement proportionnelle à celle des surfaces de ces métaux dans les plans cor- réspondants de la billette.
L'invention a pour but la fabrication de profilés ou de tubes, symétriques autour de leur axe longitudinal, dont les parties intérieu res et extérieures sont constituées de deux ou plusieurs aciers de nature différente, répartis avec précision dans leur épaisseur et sur toute leur longueur, suivant des rapports déterminés à l'avance.
On fabrique déjà par filage des profilés composites constitués de plusieurs métaux dif férents. Plusieurs méthodes ont été proposées.
Une première méthode connue consiste à placer dans le conteneur de la presse à filer une barre centrale entourée d'un tube et à forcer l'ensemble, préalablement assemblé à froid, à passer à travers la filière comme un bloc ho mogène, mais cette méthode ne s'applique qu'à des métaux relativement faciles à filer. Si l'on essaye de mettre en oeuvre des métaux difficiles à filer, tels que de l'acier, on cons- tate que le métal central file en premier et que, de ce fait, la répartition des deux métaux dans le produit filé s'écarte de celle existant dans le produit de départ.
D'après une autre méthode connue, on in troduit dans le conteneur deux blocs constitués de métaux différents s'emmanchant l'un dans l'autre, le bloc du métal destiné à constituer la partie extérieure du profilé se trouvant placé du côté de la filière. Ce procédé ne permet tou tefois d'obtenir ni une régularité suffisante de la couche métallique entourant la barre filée, ni un recouvrement de la barre sur toute sa longueur par le métal extérieur.
Une troisième méthode connue consiste à placer à l'extrémité du lingot, entre celui-ci et la filière, un métal de placage qui, par l'effet de la pression du filage, vient se répartir éga lement sur toute la surface du profilé et y adhère étroitement. Mais il ne s'agit là que de la fabrication de produits plaqués, c'est-à-dire présentant un revêtement de faible épaisseur.
Selon un quatrième procédé connu de fi lage à -chaud de métaux difficilement filables, on interpose, soit uniquement entre la filière et l'extrémité du lingot qui lui fait face, soit, en outre, entre d'autres parties de l'outillage et du lingot, une matière fondant partiellement ou totalement sous l'effet de la chaleur du lin got tout en restant visqueuse, par exemple un verre, un oxyde, un sel, ou un laitier répondant à ces conditions.
Or, en soumettant le métal des objets ob tenus par ce procédé à une étude systématique, on a pu se rendre compte qu'en passant de l'état de billette à celui de profilé, le métal suit une loi d'écoulement et de répartition par rap port à l'axe de filage bien différente de celle que l'on observe pour des profilés résultant des mêmes opérations, exception faite de l'emploi du lubrifiant selon le dernier des procédés ci- dessus mentionnés.
On a en effet constaté que lorsqu'on file une billette de métal homogène sans faire in- tervenir' ledit lubrifiant, la répartition dans le profilé ou le tube contenu, du métal consti tuant la billette se fait d'une façon très diffé rente pour les parties de la billette filées au début et celles filées à la fin de l'opération. Ainsi, si l'on file une barre ronde à partir d'une billette cylindrique, les tranches successives de cette billette deviennent, dans la barre, des cy lindres plus ou moins longs se chevauchant les uns les autres et les portions de métal qui, dans la billette, se trouvent le long d'une droite parallèle à son axe, apparaissent dans la barre suivant une courbe non parallèle à l'axe.
Au contraire, dans le cas où une bonne lu brification est assurée, non seulement entre la billette et la filière, mais encore entre la bil- lette et le conteneur, le long des parois de ce dernier, la déformation du métal au cours du filetage et, par conséquent, sa répartition dans le profilé ou le tube obtenus sont toutes dif férentes. Les tranches cylindriques successives de la billette se transforment alors en tronçons cylindriques successifs constituant la barre. Ces tronçons sont le résultat de l'allongement des tranches de billettes et sont identiques en tre eux.
En outre, les portions de métal qui, dans la billette, se trouvent sur une parallèle à l'axe de celle-ci, se retrouvent également dans la barre, à moindre distance, sur une parallèle au même axe. Ce résultat cependant n'est ob tenu que si la paroi du conteneur est très soi gneusement lubrifiée au cours de l'opération, par exemple au moyen d'une couche de voile de verre enroulée autour de la billette.
On pouvait s'attendre à ce que le métal d'une billette non homogène, constituée, par exemple, de deux métaux superposés ou répar tis en double couche autour de l'axe de la bil- lette, n'obéisse pas à cette règle, un déplace ment relatif des métaux étant à craindre, sur tout lorsqu'ils présentaient de fortes différen ces de propriétés. Or, on a trouvé que, lors qu'on file une billette constituée d'au moins deux métaux différents avec interposition d'un lubrifiant vitreux entre l'outil de filage et la billette, on obtient, ce qui est surprenant, une barre hétérogène dans laquelle la répartition des métaux suit sensiblement la même règle que dans le cas d'une billette homogène.
On constate, en effet, que toutes les portions de l'un ou de l'autre métal de la billette se trans forment en des portions semblables dans la barre filée, de telle sorte que la répartition des deux métaux dans la barre se fait d'une façon parfaitement régulière ; en particulier, les sec tions respectives des divers métaux sont sen siblement dans le même rapport dans la barre que dans les parties correspondantes de la billette.
Le procédé objet de la présente invention est caractérisé par le fait que l'on interpose une matière incombustible dont la viscosité varie en fonction de la température et qui fond au moins partiellement et devient visqueuse à la température de l'opération de filage, d'une part, entre la billette à filer et la filière et, d'au tre part, entre cette billette et la paroi du con teneur de la presse à filer.
En opérant ainsi on obtient une répartition des différents métaux, dans les sections trans versales des produits filés reproduisant sensi blement le rapport des couches desdits métaux dans les sections correspondantes de la billette de départ.
Les diverses parties de la billette de départ pourront, par exemple, être constituées par un cylindre de métal intérieur plein et par un cy lindre creux extérieur, entourant le premier, d'un autre métal. Dans ce cas, si l'orifice de la filière est, par exemple, de section circu laire, elle-même coaxiale aux deux cylindres, la barre filée sera constituée par une partie cy lindrique intérieure pleine et une partie exté rieure également cylindrique, les sections des deux parties métalliques de la barre étant géo métriquement semblables aux sections corres pondantes de la billette.
Si, au contraire, l'ori fice de la filière n'est pas circulaire, les sec tions de la barre ne seront plus géométrique ment semblables aux sections correspondantes de la billette mais les surfaces des deux métaux dans les sections de la barre seront entre elles sensiblement dans le même rapport que dans les sections correspondantes de la billette.
D'une manière générale, la barre filée aura, bien entendu, la section extérieure de la filière et les couches des différents métaux seront ré parties dans les différentes sections de la barre sensiblement suivant le même rapport que dans les sections correspondantes de la billette.
Enfin, et c'est là un des avantages fonda mentaux du procédé, à une section de forme constante tout le long de la billette correspond également une seciion de forme constante tout le long de la barre.
Si, au lieu d'être constituée de deux cylin dres, la billette est formée de deux troncs de cônes coaxiaux emmanchés l'un dans l'autre, cette même configuration se reproduira dans la barre, à condition que la filière ait une sec tion circulaire coaxiale aux troncs de cônes.
Le procédé s'applique de façon identique à la fabrication de tubes composites. Si l'on part, par exemple, d'une billette constituée par deux cylindres creux, l'un intérieur, l'autre extérieur, et si l'on file cette billette, conformé ment au présent procédé, à l'aide d'un mandrin pénétrant dans le cylindre intérieur et d'une fi lière à section circulaire, on obtient un tube constitué par deux parties cylindriques, l'une intérieure, l'autre extérieure, dans lequel les rapports des sections des deux métaux seront sensiblement les mêmes que dans la billette.
On peut, bien entendu, imaginer toute au tre combinaison pour la répartition des diffé- rents métaux dans la billette, ce qui permet d'obtenir des profilés ou des tubes composites comportant toutes les répartitions désirables et imaginables des différents métaux. On peut prévoir à l'avance cette répartition dans le pro filé ou le tube grâce au fait que les rapports des sections des divers métaux conservent sen siblement, dans les produits filés, la même va leur que dans la billette de départ.
Les diverses pièces constituant la billette composite peuvent être exécutées en métaux différents permettant d'obtenir dans ces con ditions des produits dont les diverses parties possèdent des propriétés différentes. Il est es sentiel dans ce cas que les températures de fu sion des divers métaux constituant la billette soient supérieures à la température normale de filage du métal le plus réfractaire.
On peut, par exemple, obtenir des profilés pleins dont la partie extérieure présente des propriétés différentes de celles de la partie in térieure, par exemple des profilés en acier doux recouverts d'une couche d'acier inoxydable d'épaisseur préalablement déterminée. On peut également obtenir des profilés dont l'intérieur soit en acier doux ordinaire et l'extérieur en acier présentant une résistance particulière à l'usure. On peut encore obtenir des tubes en acier doux dont les surfaces extérieure et/ou intérieure sont, par exemple, constituées en acier inoxydable. On peut en outre fabriquer des tubes dont une des surfaces au moins pré sente une dureté particulièrement élevée, le reste du tube étant en acier doux ordinaire.
Dans le dessin annexé la fig. 1 est une vue en coupe du conte neur d'une presse à filer, muni de sa filière et chargé d'une billette composite ; la fig. 2 est une vue en coupe d'une barre filée en l'absence de lubrifiant; la fig. 3 est une vue en coupe d'une barre analogue obtenue selon le procédé objet de l'invention.
les fig. 4, 5 et 6 sont des vues en coupe de billettes pleines constituées de deux métaux différents ; les fig. 7, 9 et 11 sont des vues en coupe de barres obtenues sans lubrifiant à partir de billettes respectivement telles que celles repré sentées aux fig. 4 à 6 ;
les fig. 8, 10 et 12 sont des vues en coupe de barres obtenues, selon le procédé objet de l'invention, à partir de billettes respectivement telles que celles représentées aux fig. 4 à 6 ; et la fig. 13 est une vue en coupe d'une bil- lette tubulaire emmanchée sur le mandrin d'une presse à filer pour l'obtention d'un tube com posite.
A la fig. 1, on a représenté un conteneur 1 muni de sa filière 2 et du porte-filière 3, dans lequel a été introduite une billette hétérogène ronde, constituée de trois métaux différents for mant respectivement les couches a, b et c. Un piston de presse 5 est susceptible de faire pas ser la billette ainsi constituée à travers l'ori fice 6 de la filière 2.
Lorsqu'on met en marche la presse sans interposer de lubrifiant entre la billette et la filière, d'une part, et la billette et le conteneur, d'autre part, on constate que les différents métaux constituant la billette ne tra versent pas la filière en même temps. Il s'éta blit un décalage entre eux, dans lequel le métal a, qui est le plus au centre, a le premier rang, ainsi que le montre la fig. 2. Toute la partie antérieure de la barre est inutilisable et doit être coupée. On remarque, de plus, que les couches résultant des divers métaux ne présen tent pas une épaisseur constante.
Ainsi, lors qu'on veut filer une barre sans utiliser de lubri fiant, on obtient un faible rendement, du fait du tronçon de barre qu'il est chaque fois né cessaire de couper ; la variation de l'épaisseur des différents métaux le long de la barre con duit également à des différences de propriétés parfois gênantes.
Par contre, lorsqu'on opère en interposant entre la billette et la filière, d'une part, et le conteneur, d'autre part, un lubrifiant constitué par une matière incombustible et fondant au moins partiellement en prenant une consistance visqueuse à la température de l'opération, par exemple un verre, un oxyde, un sel ou un lai tier répondant à ces conditions, on obtient des barres dans lesquelles les métaux sont répartis de façon très régulière et ne présentent entre eux qu'un décalage longitudinal négligeable, ainsi que le. montre la fig. 3.
On remarque, en effet, que la barre obte nue selon ce procédé présente une structure en couches régulières et uniformes, la réparti tion des métaux à l'extrémité antérieure n'étant que légèrement perturbée.
Lorsqu'on désire une répartition variable des métaux dans le sens de la longueur de la barre, on part de billettes dans lesquelles cette répartition désirée apparaît déjà à une échelle plus ramassée. C'est ainsi qu'avec des billettes telles que représentées aux fig. 4 à 6 consti tuées, par exemple, par deux éléments concen triques de métaux différents d et e, on obtient respectivement, en opérant selon le procédé objet de la présente invention, des barres tel les que celles représentées aux fig. 8, 10 et 12, dans lesquelles la disposition des métaux dans les sections est géométriquement semblable à celle des billettes de départ correspondantes.
Par contre, si l'on opère en absence de lubri fiant, on obtient des produits dans lesquels la répartition des métaux est très différente de celle de la billette de départ, ainsi que le mon trent les fig. 7, 9 et 11 correspondant aux fig. 8, 10 et 12.
Enfin, dans la fi-. 13, une billette 10 com posite est placée dans un conteneur 11 qui comporte, à l'une de ses extrémités, un porte- filière 12 et une filière 13. Un piston 14, ayant une tête 15, pénètre dans l'autre extrémité du conteneur 11. Un mandrin 16 est fixé sur un support 17, support qui peut glisser dans le piston 14. Le mandrin est introduit dans une ouverture centrale 18 ménagée dans la billette de métal composite, et peut être mû dans la direction de la filière 13 de manière qu'il pé nètre à travers l'ouverture de ladite filière.
La billette composite est constituée d'un cylindre 19 intérieur, creux, en acier doux, et d'un autre cylindre 20 creux extérieur en acier inoxyda- ble. Pour opérer le filage, on porte la billette ainsi constituée à la température de filage de l'acier inoxydable, par exemple par chauffage dans un bain d'un sel, et ensuite on l'enrobe d'un voile de verre pour constituer une couche 21 de lubrifiant. De même, le mandrin 16 est enveloppé dans du voile de verre formant une couche lubrifiante 22. Une masse 23 de verre est en outre disposée dans le conteneur 11 en avant de la filière 13. La billette ainsi chauf fée et entourée de toutes parts de matière lu brifiante, est alors filée par déplacement du piston 14 et du mandrin 16.
Il en résulte un tube composite ayant une section intérieure en acier doux et une écorce extérieure en acier inoxydable, l'épaisseur des deux métaux est sensiblement égale tout le long du tube filé, et la partie à rebuter à l'extrémité du tube est pra tiquement négligeable. Pour mieux préciser encore les conditions opératoires, on décrira ci-après, à titre d'exem ple, une opération de filage d'un tube de métal composite. Les chiffres de référence se rappor tent à la fig. 13. Dans un conteneur monté sur une presse de 1500 tonnes, on a introduit une billette de métal composite constituée d'un cylindre tubu laire central 19 en acier doux ordinaire et d'un cylindre extérieur 20 en acier inoxydable du type 18/8.
Le diamètre intérieur du cylindre 19 était de 65 mm et son diamètre extérieur d'environ 105 mm ; et les diamètres corres pondants du cylindre 20 étaient d'environ 105 mm et d'environ 148 mm. Le diamètre intérieur du conteneur 11 était de 148 mm, la longueur de la billette 10 d'environ 200 mm. Un jeu d'environ 1/2 mm était dis ponible entre le cylindre 19 et le cylindre 20, lesquels étaient reliés à chacune de leurs ex trémités par des points de soudure 24. Avant introduction dans la presse, on a chauffé la bil- lette à environ 1220 C dans un bain de chlo rure de baryum et ensuite on l'a enveloppée de voile de verre pour former la couche lubri fiante 21. De même, le mandrin 16 a été en veloppé de voile de verre pour constituer la couche lubrifiante 22.
Une masse 23 de laine de verre a été placée dans le conteneur devant la filière 13.
On a opéré le filage en appliquant sur la billette une pression de 61 kg/mm2.
Le tube filé obtenu avait environ 10 m de long, un diamètre extérieur de 60 mm, et une épaisseur totale de 2 mm 1/2, cette épaisseur comprenant une épaisseur d'acier inoxydable et une épaisseur d'acier doux d'environ 1,25 mm chacune. Les épaisseurs relatives des deux sections ne variaient pas de plus de 0,2 mm depuis une extrémité jusqu'à l'autre du tube filé ; les deux parties du tube étaient fortement adhérentes l'une à l'autre.