CH664379A5 - Procede de fabrication d'une electrode consommable, pour la production d'alliages nb-ti, et electrode consommable obtenue par ce procede. - Google Patents
Procede de fabrication d'une electrode consommable, pour la production d'alliages nb-ti, et electrode consommable obtenue par ce procede. Download PDFInfo
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Description
DESCRIPTION
La présente invention concerne un procédé de fabrication d'une électrode consommable, pour la production d'alliages Nb-Ti, une électrode consommable obtenue par ce procédé, ainsi qu'un procédé de fabrication d'un alliage niobium-titane ayant une microstructure homogène. Plus particulièrement, l'invention porte sur une électrode consommable utile pour la production d'alliages Nb-Ti en utilisant des techniques de fusion d'arc sous vide. De manière générale, l'invention concerne une électrode consommable pour la production d'alliages constitués d'au moins deux métaux actifs à point de fusion élevé.
Les alliages Nb-Ti sont, de manière usuelle, produits en formant au préalable une électrode consommable. L'électrode consommable est mise en fusion par formation d'arc, ou au moyen d'un faisceau d'électrons, dans une enceinte fermée, sous vide ou sous atmosphère inerte, de manière à former un lingot. Etant donné que l'enceinte. fermée est refroidie à l'eau, ou par un moyen analogue, le métal fondu est rapidement refroidi et solidifié rapidement sous forme lamellaire dans la direction verticale, ce qui rend difficile la production d'alliages Nb-Ti ayant une microstructure homogène sans ségrégation.
En outre, le titane a un point de fusion de 1668° C et une densité de 4,54, alors que le niobium a un point de fusion de 2468° C et une densité de 8,57. Cela rend pratiquement impossible la production de lingots en alliage Nb-Ti ayant une microstructure homogène sans ségrégation au moyen des techniques de fusion d'arc sous vide en utilisant une électrode consommable de type usuel. En vue de surmonter cette difficulté, de nombreuses suggestions ont été émises concernant une électrode consommable à base de titane contenant un élément d'alliage à point de fusion élevé en quantité correspondant à plusieurs pour-cent en poids. Toutefois, ces suggestions ne mentionnent nullement une électrode consommable à base de titane contenant l'élément d'alliage à point de fusion élevé en proportion pouvant s'élever jusqu'à environ 50% en poids, ou davantage.
L'électrode consommable de type usuel, utilisable pour la production d'alliages consistant essentiellement en métaux actifs à point de fusion élevé, est produite, de manière caractéristique, en mélangeant intimement le métal de base et les éléments d'alliage, et en tassant leurs particules. Lors de la production d'une telle électrode consommable, lorsque la différence de densité globale et de dimensions de particules entre la poudre d'éléments métalliques d'alliage et la poudre de métal de base est relativement faible, il est possible de mélanger de manière pratiquement uniforme les deux poudres métalliques. Toutefois, dans l'électrode consommable pour la production d'alliages Nb-Ti, le titane sous forme d'éponge et la poudre de niobium présentent de grandes différences de dimensions de particules et de densité globale, étant donné que les éponges de titane ont une taille moyenne d'environ 0,8 à 13 mm et une densité globale de 1,3, environ, alors que la poudre de niobium a des dimensions moyennes de particules d'environ 0,07 à 1,0 mm et une densité globale de 4,5, environ. Il est donc très difficile de mélanger de manière uniforme les éponges de titane et la poudre de niobium.
Il est également connu, selon l'art antérieur, de former une électrode consommable en superposant en alternance une pluralité de feuilles minces du métal de base et une pluralité de feuilles minces d'élément d'alliage, les unes sur les autres, dans la direction longitudinale. Toutefois, l'électrode consommable de ce type présente l'inconvénient découlant du fait que la production des feuilles métalliques minces s'accompagne de frais élevés, et qu'il est très difficile d'effectuer un soudage dans une enceinte sous atmosphère de gaz inerte.
Une autre électrode consommable connue selon l'art antérieur est produite en mélangeant intimement de la poudre de métal de matrice et de la poudre d'élément métallique d'alliage, de manière à en préparer un mélange pratiquement homogène, et en soumettant ce mélange à une compression. On place ensuite le mélange ayant subi l'opération de compression au centre du métal de matrice, de manière à former un corps compact. Toutefois, dans l'électrode consommable de ce type, la poudre de titane utilisée comme métal de base dans l'électrode présente une teneur en oxygène élevée, et elle coûte cher. En outre, le fait que l'on place le mélange tassé de poudre de métal de matrice et de poudre de métal d'alliage dans le métal de matrice rend impossible la formation de l'électrode consommable contenant des quantités pratiquement égales de niobium et de titane.
La présente invention a pour but d'éliminer les inconvénients, décrits ci-dessus, de l'art antérieur.
L'invention a donc pour but de fournir une électrode consommable pour la production d'alliages de titane sans ségrégation et contenant des quantités de niobium et de titane pratiquement égales.
A cet effet, le procédé de fabrication d'une électrode consommable pour la production d'alliages Nb-Ti présente les caractéristiques spécifiées dans la revendication 1, des caractéristiques facultatives étant spécifiées dans les revendications qui lui sont subordonnées. Un procédé de fabrication d'un alliage niobium-titane ayant une microstructure homogène présente les caractéristiques spécifiées dans la revendication 10. Enfin, une électrode consommable obtenue par le procédé selon l'invention présente les caractéristiques spécifiées dans la revendication 8 ou la revendication 9.
L'invention sera mieux comprise grâce à la description détaillée qui va suivre d'exemples de mise en œuvre de l'invention, en se référant au dessin annexé, dans lequel:
la figure unique est une vue en coupe verticale d'un exemple de réalisation d'une électrode consommable selon l'invention.
Les copeaux ou tournures de niobium utilisés pour la mise en œuvre de l'invention peuvent être préparés par tournage d'un lingot de niobium en utilisant une machine de coupe appropriée, telle
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qu'un tour, et en pulvérisant les tournures de niobium obtenues. On choisit le degré de pulvérisation selon la densité globale de l'éponge de titane à utiliser. On pulvérise les tournures de niobium dans la mesure nécessaire pour la production de copeaux ayant une densité globale similaire à celle des éponges de titane utilisées. De manière caractéristique, le rapport de la densité globale de niobium à la densité globale de l'éponge de titane est compris dans la gamme de 0,5 à 3:1, de préférence de 1 à 1,5:1. De préférence, les copeaux de niobium ont des dimensions telles que leur épaisseur soit au plus égale à 5 mm, leur largeur au plus égale à 50 mm et leur longueur au plus égale à 300 mm. L'influence des conditions de tournage et de pulvérisation sur la qualité des copeaux de niobium est illustrée au tableau 1.
Tableau 1
Influence des conditions de tournage et de pulvérisation des lingots de niobium sur la qualité des copeaux de niobium
Ingrédients déterminés par analyse
Vitesse à la périphérie (cm/sec)
Valeurs d'analyse du lingot
19
29,3
38,9
O (% en poids)
0,008
0,010
0,008
0,009
N (% en poids)
0,005
0,004
' 0,005
0,004
Comme on le voit d'après le tableau 1, il ne se produit pas de contamination des copeaux de niobium par l'oxygène et l'azote par suite du tournage et de la pulvérisation.
On mélange ensuite de manière uniforme les copeaux de niobium ainsi préparés avec des éponges de titane de type usuel. En général, la taille moyenne de l'éponge de titane sera au plus égale à 50 mm, mais on peut utiliser des particules de taille plus élevée, si les densités globales du niobium et du titane sont similaires, pour préparer un mélange, et l'on soumet le mélange à une compression, de façon à former des corps compacts qui sont ensuite soumis à une opération de soudage, de manière à former une électrode consommable conforme à l'invention.
On va maintenant donner un exemple de mise en œuvre de l'invention.
Exemple
La figure unique du dessin est une vue en coupe verticale représentant une électrode consommable préparée par le procédé selon l'invention. Pour préparer l'électrode consommable représentée à la figure, on soumet un lingot de niobium à une opération de tournage avec une vitesse périphérique de 38,9 cm/seconde, en utilisant un tour, et l'on pulvérise les tournures de façon à obtenir des copeaux de niobium 1 ayant les dimensions suivantes: 0,2 mm d'épaisseur, 3 mm de largeur et 40 mm de longueur. On mélange ensuite les copeaux de niobium 1 avec du titane sous forme d'éponge 2, ayant des dimensions moyennes de particules de 0,8 à 13 mm, cette opération de préparation de mélange étant effectuée dans un récipient. On charge ensuite le mélange dans la matrice d'une presse, et on le soumet à un moulage par compression, de façon à obtenir un corps compact 3. La différence de densité globale entre les copeaux de niobium et les éponges de titane utilisées est faible, étant donné que les copeaux et les éponges ont respectivement une densité globale de 1,7 et 1,3, environ. Le mélange des deux matériaux est donc facilité. On peut utiliser, pour la mise en œuvre de l'invention, des copeaux de titane au lieu d'épongés de titane.
On soumet ensuite le corps compact 3 à un soudage, de façon à préparer une électrode consommable 4. Le chiffre de référence 5 désigne une pièce de connexion à une alimentation en énergie électrique. On soumet l'électrode consommable 4 à une double fusion, selon les techniques de fusion d'arc sous vide, de façon à obtenir un lingot de 1000 kg contenant environ 45% en poids de titane. Le tableau 2 indique les résultats d'un essai de ségrégation effectué sur le lingot.
Tableau 2
Résultats de l'essai de ségrégation sur l'alliage Nb-Ti contenant 45% en poids de titane
Essai analytique (Ti: % en poids)
Essai physique de ségrégation
Emplacement de la prise d'échantillon
Etude par microscopie
Analyse radiographique
Haut
Milieu
Bas
45,1
45,0
45,1
Pas de ségrégation
Pas de ségrégation
Comme on peut le voir d'après le tableau 2, on obtient un lingot homogène à partir de l'électrode consommable selon l'invention en effectuant une double fusion.
Le tableau 2 montre que l'invention permet l'obtention d'un alliage ayant une microstructure homogène, sans ségrégation, par double fusion, grâce au fait que la double fusion de l'électrode consommable permet d'éviter que du niobium non fondu reste dans le lingot. En outre, lors de la mise en œuvre de l'invention, l'utilisation de niobium sous forme de copeaux minces facilite la fusion du niobium, qui a un point de fusion élevé, et le titane et le niobium se mélangent ensemble de manière uniforme à l'échelle microscopique, ce qui a pour effet une fusion stable, comme dans le cas du titane pur. En outre, on forme généralement un lingot de niobium par raffinage chimique suivi de la mise en œuvre des techniques de mise en fusion au moyen d'nn faisceau d'électrons. Le lingot est donc produit à un coût de revient inférieur à celui de la poudre de niobium. En conséquence, l'utilisation de copeaux de niobium formés par tournage du lingot, conformément à la présente invention, abaisse le prix de fabrication dans une notable mesure par rapport au cas de la préparation de poudre de niobium. On remarquera donc que l'électrode consommable selon l'invention se prête particulièrement bien à la production d'alliages Nb-Ti, qui sont généralement utilisés comme matériaux pour la fabrication d'éléments superconducteurs et de pièces de fixation dans l'aéronautique. L'électrode consommable selon l'invention permet la production d'un alliage homogène tel que désiré, sans ségrégation, même lorsqu'il contient le niobium en proportion s'élevant jusqu'à environ 40 à 60% en poids.
Il est clair, d'après les indications qui précèdent, que l'invention est susceptible de nombreuses variantes et modifications.
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1 feuille dessin
Claims (10)
1. Procédé de fabrication d'une électrode consommable, pour la production d'alliages Nb-Ti, caractérisé en ce qu'il comprend la compression d'un mélange uniforme de niobium, sous forme de copeaux, et de titane, sous forme d'éponge, de manière à former un corps compact.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les copeaux de niobium ont chacun une épaisseur au plus égale à 5 mm, une largeur au plus égale à 50 mm et une longueur au plus égale à 300 mm.
3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éponges de titane ont une taille uniforme au plus égale à 50 mm.
4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les copeaux de niobium et les éponges de titane ont des densités globales similaires, avant l'opération de compression.
5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le rapport de la densité globale des copeaux de niobium à celle des éponges de titane est de 0,5 à 3,0:1.
6. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le rapport de la densité globale des copeaux de niobium à celle des éponges de titane est de 1,0 à 1,5:1.
7. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 4, caractérisé en ce que la teneur en niobium dans le mélange est de 40 à 60% en poids.
8. Electrode consommable, obtenue par le procédé selon la revendication 1.
9. Electrode consommable, selon la revendication 8, obtenue par le procédé selon la revendication 4.
10. Procédé de fabrication d'un alliage niobium-titane ayant une microstructure homogène, caractérisé en ce qu'il comprend la compression d'un mélange uniforme de niobium, sous forme de copeaux, et de titane, sous forme d'éponge, de manière à former un corps compact, et la mise en fusion de ce corps compact, les copeaux de niobium et les éponges de titane ayant des densités globales similaires avant l'opération de compression.
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