FR2532867A1

FR2532867A1 - Procede de fabrication de produits a base d'alliage de poudre d'aluminium presentant des proprietes de resistance amelioree

Info

Publication number: FR2532867A1
Application number: FR8312813A
Authority: FR
Inventors: Gregory John Hildeman; John Charles Kuli; Leo Anthony Vivola
Original assignee: Aluminum Company of America
Current assignee: Howmet Aerospace Inc
Priority date: 1982-09-13
Filing date: 1983-08-03
Publication date: 1984-03-16
Also published as: GB8324446D0; GB2126607A; FR2532867B1; GB2126607B; CA1217362A; US4435213A

Abstract

PROCEDE DE PREPARATION D'UN ARTICLE METALLIQUE PRESENTANT DES PROPRIETES MECANIQUES AMELIOREES. ON UTILISE DES PARTICULES D'ALLIAGE METALLIQUE, AMELIORANT LA RESISTANCE ET SUSCEPTIBLES DE DEGRADATION A TEMPERATURES ELEVEES ET ON CHAUFFE RAPIDEMENT CE METAL A UNE TEMPERATURE ELEVEE ET ON LE COMPRIME A UNE TEMPERATURE ELEVEE EN UNE MASSE COMPACTE AYANT SENSIBLEMENT SA DENSITE MAXIMUM, DE TELLE SORTE QUE LES PRODUITS FABRIQUES MANIFESTENT UNE AMELIORATION D'AU MOINS 5 DE L'UNE OU DE PLUSIEURS DE LEURS PROPRIETES MECANIQUES PAR RAPPORT A UN PRODUIT ANALOGUE PRODUIT DE LA MEME FACON A L'EXCEPTION DU CHAUFFAGE. APPLICATION A L'AMELIORATION DES PRODUITS FRITTES EN ALLIAGE A BASE D'ALUMINIUM.

Description

PROCEDE DE FABRICATION DE PRODUITS A BASE D'ALLIAGE DE POUDRE

D'ALUMINIUM PRESENTANT DES PROPRIETES DE RESISTANCE AMELIOREE

La présente invention concerne la fabrication de produits à base de poudre d'alliage d'aluminium améliorés, se caractérisant par des pro- priétés de résistance améliorée et utile de ce fait à titre de composants structurels pour l'aérospatiale et'dans d'autres applications nécessitant une résistance élevée et elle concerne des procédés de fabrication de tels

produits à base de poudre,à résistance améliorée.

Les alliages d'aluminium ont été largement utilisés dans des appli-

cations importantes telles qu'en-aviation o l'aluminium est bien connu pour le rapport élevé de sa résistance à son poids Divers efforts ont été faits-pour améliorer encore la résistance des alliages d'aluminium,

y compris l'utilisation d'alliages à base de poudre d'aluminium d'ans les-

quels la poudre d'aluminium est comprimée et mise sous la forme d'articles

utiles Les produits réalisés à partir de la poudre d'aluminium sont généra-

lement considérés comme ayant des propriétés mécaniques améliorées telles qu'une résistance ou une rigidité meilleures que celles de nombreux produits non réalisés à partir de poudre tels que l'indiquent divers documents, par exemple les brevets des Etats Unis d'Amérique N O 2 963 780, 3 544 392,

3.637 441, 3 899 820, 3 954 4489 et 4 104 061 indiqués ici à titre de ré-

férence Néanmoins, le désir existe toujours d'améliorer encore la résis-

tance des produits réalisés à partir de poudre -Les produits réalisés à partir de poudre sont fabriqués à partir de poudre elle-méme fabriquée par

trempe rapide d'alliage d'aluminium liquide atomisé, ce qui a comme résul-

tat de donner une dispersion fine de particules intermcétalliques et d'amé-

liorer la résistance des niasses compactr 5 sformées par pressage ou tassement

de ces poudres d'aluminium.

En général, il existe deux types d'alliage de poudre d'aluminium,ceuxs ceptibles de recevoir un traitement thermique et ceux qui ne se traitent pas thermiquement- Dans les alliages susceptibles de traitement thermique, de fines particules intermétalliques non cohérentes, désignées sous le nom de dispersoides, servent à contrôler la taille du grain et à limiter

la quantité de recristallisation en fixant les limites de grain pour don-

ner des produits ayant une résistance et une tenacité élevées D'autre part, les alliages d'aluminium renforcés pa'r dispersion etnon susceptibles

de traitement -thermique, s'appuient sur les particules intermétalli-

ques non cohérentes fines pour augmenter la résistance de la matrice

d'aluminium en empêchant le mouvement de dislocation (écoulement plasti-

que)d à leur situation rapprochée Dans les deux types d'alliage, il

est souhaitable de maintenir les particules disperso 1 des et intermétal-

liques dans l'état de finesse et de rapprochement voulus pour obtenir une bonne combinaison de résistance et de tenacité Divers perfectionnements d'alliage et perfectionnements de procédé ont été accomplis pour augmenter le gain de propriété obtenu par ce durcissement par dispersion et le désir

existe toujours d'améliorer encore la résistance des produits à base d'alu-

minium en poudre compactée Une augmentation de résistance de 5 à 10 % est considérée comme étant hautement significative et une augmentation'de 10 à 20 % est considérée comme extrêment souhaitable spécialement lorsqu'elle peut être obtenue dans des conditions de traitement qui ne modifient pas

la compositiondel'alliage et permettent de continuer à utiliser -les com-

positions connues et sures, mais à un degré de résistance plus élevé

Suivant la présente invention, les produits à base de poudre d'alu-

minium sont compactés et mis en forme de structure utile ayant des proprié-

tés de résistance améliorées à la fois à la température ambiante et à des températures élevées telles qu'à des températures de 2320 C ou plus Dans la mise en oeuvre de la présente invention, les poudres d'aluminium sont comprimées et chauffées à des températures relativement élevées sous une pression suffisante pour produire une masse compacte de densité très élevée, supérieure à 90 %,' et,de préférence, même supérieure à 95 % deladensité totale ou théorique Il est important, selon la présente invention pour obtenir

l'amélioration de résistance souhaitée que le chauffage de la masse com-

pacte soit effectuée par des techniques de chauffage internes par induc-

tion dans lesquelles des courants électriques tels que des courants de

Foucault sont induits au sein de la masse compacte pour la chauffer rapi-

dement à l'intérieur à la température désirée Le chauffage par induction rapide permet d'atteindre des températures relativement élevées de l'ordre de

4270 C nécessaires pour libérer la vapeur d'eau liée chimiquement et d'au-

tres gaz tout en réduisant le temps pendant lequel le grossissement ou

l'agglomération des particules métalliques peut avoir lieu Ainsi, le chauf-

fage par induction rapide suivant la présente invention a comme résultat de donner une structure disperso Tde extrêmement serrée et d'une-finesse extrêmement souhaitable en vue d'améliorer les propriétés mécaniques des produits dérivés de la poudre d'aluminium. Les poudres utiles à la mise en oeuvre de-la présente invention sont, de préférence, préparées par atomisation d-'un alliage fondu surchauffé, et bien mélangé, bien que d'autres techniques de préparation de particules telles que des procédés par projection ou par filage d'un ruban fondu qui

sont également capables de procurer une trempe rapide sont aussi considé-

rés comme convenant à la production de particules d'alliage d'aluminium

dans la mise en pratique de la présente invention On préfère que l'atomi-

sation soit mise en oeuvre dans des conditions au en présence d'un gaz re-

lativement non oxydant en vue de réduire la teneur en oxyde de la poudre.

On a trouvé qu'un gaz de combustion était adéquat bien que d'autres gaz non oxydants peuvent aussi servir la fin envisagée Les conditions de production de la poudre peuvent être observées de façon à réaliser des particules d'une taille inférieure à 100 mailles, de préférence telle qu'au moins 85 % de la poudre passe à travers un tamis de 325 mailles (série de Tyler) Outre, la nécessité d'éviter une teneur élevée en oxyde, on appréciera que la propreté

de la poudre est aussi significative dans la production d'une poudre de qua-

lité et des produits qui en dérivent.

Divers compositions de poudre d'alliage d'aluminium peuvent être'uti-

lisées dans la mise en pratique de la présente invention bien que l'étendue de l'amélioration puisse être plus importante avec quelques alliages qu'avec -d'autres Le tableau I énumère un certain nombre d'alliages que l'on estime convenir à la mise en pratique de la présente invention Les compositions

indiquées ici, le sont en pourcentage en poids à moins d'autres indications.

L'invention est considérée comme étant particulièrement utile pour les alliages nécessitant une résistance ou une tenacité élevée et contenant des particules intermétalliques ou autrement dispersées qui auraient tendance à grossir ou à s'agglomérer à des températures élevées ou à une exposition prolongée à la chaleur Dans les alliages susceptibles d'être traités par voie thermique, des dispersoides tels que Al 12 Mg 2 Cr, AI 20 Mn 3 Cu 2, Al 3 Zr et

Co 2 A 19 sont des exemples de particules dispersées susceptibles de grossis-

sement par exposition à la chaleur Dans les alliages non susceptibles d'être traités par voie thermique,des intermétalliques tels que A 16 Fe, A 13 Fe et Fe Ni Al 9 sont des exemples de particules dispersées susceptibles de

TABLEAU I

Elements Zn Mg Cu Fe Si Mn Cr Co Zr Ni Al principaux ,, Al-Zn-Mg 3-14 0,54,5 3 3 0,5 2 1 3 2 3 reste Al-Cu 5 * 5 1-8 5 * 2 * 5 2 5 * 2 5 * reste AI-Mg 5 * 1-8 2 3 2 * 5 2 3 2 3 reste Al-Fe 5 5 10 0,5-15 15 5 5 15 5 15 reste Al-Mn 5 3 3 7 10 0,o 5-15 5 * 7 3 7 reste Al-Si 5 * 5 5 5 1-30 10 2 3 2 5 reste

O * * 5

*NOTE: les éléments d'alliage auxiliaires sont désignés sans indication d'intervalles et peuvent être présents jusqu'aux quantités indiquées à titre d'addition ou autrement D'autres éléments pouvant être présents comprennent le béryllium, le titane, le vanadium, le tungstène, le molybdène, le niobium, le tantale et

le cérium, du mischmétal et d'autres éléments de terres rares en quantité ne dépassant pas 10 %.

La somme combinée de tous les éléments autres que les éléments principaux et l'aluminium ne dépassent, de préférence, pas 25 % Ln w J' Co grossissement par voie thermique Tel qu'utilisé ici, le terme "particules

dispersées" veut signifier toutes les particules qui peuvent être agglomé-

rées ou grossies par exposition à la chaleur que les particules se forment

par congélation ou par précipitation subséquente ou autrement.

Le tableau II donne des exemples spécifiques de produits compacts d'alliage de poudre d'aluminium susceptibles d'être traités par voie thermique (HT) et non susceptibles d'être traités par voie thermique (NHT)

qui ont été traités selon la présente invention.

Avant le compactage final en une billette ou une autre forme utile, les poudres peuvent être comprimées isostatiquement sous la forme d'une ébauche compacte cohérente pour des facilités de manipulation Ceci peut être effectué en plaçant la poudre dans un sac tel qu'un sac de caoutchouc ou de plastique qui, à son tour, est placé à l'intérieur d'un fluide hydraulique pour transmettre la pression à la poudre à travers le sac Une pression dans la gamme d'environ 5 à 60 ksi ( 34 à 412 M Pa) peut être appliquée au fluide hydraulique pour comprimer la poudre en une forme

cohérente présentant environ 60 % à 90 % ou 95 % de sa densité totale et dési-

gnée sous le nom d'ébauche compacte La température de compression de cette

ébauche compacte est, de préférence, la température ambiante ou une tempé-

rature ne dépassant pas 121 'C, de préférence ne-dépassant pas 520 C De pré-

férence, on évite les liants organiques dans l'ébauche compacte L'avantage d'un compactage isostatique est de procurer une forme cohérente pour la

poursuite du traitement.

De préférence avec, ou de façon moins préférée sans compactage iso-

statique préalable, l'alliage de poudre d'aluminium est compacté jusqu'à

sensiblement sa densité totale à une température relativement élevée supé-

rieure à 3430 C et, de préférence, d'au moins 371 ou 3990 C Lorsque l'on

parle de densité sensiblement totale, on veut dire que la billette compac-

tée est sensiblement exempte de porosité et que sa densité est égale à 95 %

ou plus de sa densité solide théorique, de préférence 98 % ou 99 % ou plus.

Il est souhaitable que le compactage à la densité totale soit-effectué à une température minimum supérieure à 3430 C, par exemple 3570 C ou plus et,

de préférence à une température minimum de 371 ou 3990 C ou plus La tem-

pérature maximum de compactage ne devrait pas dépasser 593 ou 6490 C et,

de préférence ne pas dépasser 5370 C Dans quelques cas, on préfère effec-

tuer le compactage jusqu'à la densité totale sous vide ou dans une atmos-

phère gazeuse relativement non oxydante Le compactage sous vide peut être avantageux pour la rigidité du produit en poudre et'c'est la solution que

TABLEAU Il

NHT non susceptible'd'être traité par voie thermique.

HT susceptible d'être traité thermiquement.

oe o' Alliage si Fe Cu Mn Mg Cr Ni Co Zn Ce Alliage type a NHT 0,05 2,9 0, 01 0,02 7,3 -= b NHT 0,13 1,6 3,7 0,02 c NHT 0,08 8,8 0,01 0,01 3,7 d HT 0,12 0,15 1,0 2,5 1,6 8,0 l'on préfère lorsque la tenacité est d'une haute importante Lorsque l'on

procède ainsi, la poudre ou l'ébauche compactée isostatiquement et chauf-

fée par induction, est placée dans une chambre qui est mise sous vide jusqu'à un niveau de pression de 1 torr, de préférence 10-t ou 10-2 torr ou moins(ltorr est égal à 133 pascals à 00 C) Le matériau peut être comprimé jusqu'à une t densité pratiquementmaxi-mum à la température élevée souhaitée alors qu'il

est encore dans la chambre sous vide.

En accord avec la présente invention, il est important que le chauf-

fage du matériau de poudre d'aluminium pour son compactage soit effectué rapidement par chauffage par induction jusqu'à la-température de compactage désirée Le chauffage par induction est typiquement effectué en plaçant la poudre isostatiquement comprimée à l'intérieur d'un appareil de chauffage

par induction disposé pour induire du courant au sein de la masse compacte.

Une disposition convenant au chauffage d'une ébauche compacte cylindrique

consiste à employer une bobine d'induction cylindrique possédant une ouver-

ture de noyau juste un peu plus importante que la masse compacte et à dis-

poser la masse compacte coaxialement à l'intérieur du noyau ouvert de la bobine d'induction Le passage du courant électrique à travers la bobine d'induction induit dans la masse compacte un courant qui la chauffe La fréquence et les paramètres électriques de l'unité d'induction et la taille de la bobine devraient être choisis pour procurer une vitesse de chauffage élevée et pour que la température soit sensiblement uniforme suivant toute la longueur de la masse compacte Par exemple, un four à induction Ajax Magnatherme fonctionnant à une fréquence de 60 cycles par seconde et dont la bobine a un diamètre d'environ 18,5 cm peut être utilisé pour chauffer des ébauches compactes d'un diamètre d'environ 15,2 cm L'homme de l'art appréciera que la profondeur du chauffage par induction est généralement

inversement proportionnelle à la fréquence de fonctionnement de la bobine.

En outre, la géométrie de la bobine (nombre de tours, diamètre et longueur) par rapport à la masse compacte influencera la vitesse de chauffage Dans la pratique de la présente invention, on préfère que le temps de montée en température jusqu'à moins 3430 C ne soit pas supérieur à une heure et, de préférence, inférieur à 30 minutes On a, par exemple, utilisé un temps de

montée en température à la température de compactage inférieur à 15 minutes.

Cette vitesse élevée de montée en température par induction procure des temps de chauffage beaucoup plus courts à des températures élevées que les méthodes de l'art antérieur qui s'appuient sur des fours par convection classiques pour chauffer extérieurement les masses compactes Des durées de cycle thermique de 8 à 25 heures ont été indiquées dans les approches

typiques de l'art antérieur pour chauffer la masse entière même d'une pe-

tite masse compacte à la température désirée,pour la dégazer et ensuite la

comprimer à sa densité totale Un chauffage rapide selon la présente inven-

tion procure des durées de chauffage courte pour les températures élevées nécessaires pour libérer l'eau liée chimiquement et d'autres gaz réduisant ainsi les risques pour un effet thermique plus lentde donner

lieu à un grossissement ou à une agglomération des particules intermétal-

liques Des masses compactes d'une plus grande taille, par exemple de 50 ou 75 cm ou plus, peuvent bien entendu nécessiter des temps de chauffage plus longs que les pièces de petites tailles Néanmoins, on désire limiter le temps de chauffage à une valeur ne dépassant pas 0,2 heure pour 2,5 cm d'épaisseur (par exemple diamètre ou plus petite dimension transversale), de préférence ne dépassant pas 0,15 heure pour 2,5 cm ou mieux encore 0,1 -15 heure par 2,5 cm d'épaisseur Des vitesses de chauffage ne dépassant pas

0,05 heure par 2,5 cm d'épaisseur ont été employées avec de bons résultats.

Ceci est en contraste avec les vitesses de chauffage de l'art antérieur

atteignant une ou même deux heures pour 2,5 cm d'épaisseur.

Après que la masse compacte en poudre ait été rapidement chauffée

par induction à la température désirée, on peut la maintenir à cette tem-

pérature pendant un temps suffisant pour permettre la décomposition et

l'évacuation de la vapeur d'eau, de l'hydrogène et d'autres gaz contami-

nants avant le pressage à la densité totale La quantité de temps néces-

saire pour que ceci se produise dépend quelque peu des conditions particu-

lières de température de densité et de taille de la masse compacte, les températures élevées et des masses compactes plus petites ou plus poreuses étant en faveur de durées plus courtes Pour une masse compacte de 15 cm environ de diamètre à 5100 C, 30 minutes seraient suffisantes, tendis que pour une masse compacte d'environ 30 cm de diamètre à 510 'C, une période

de temps beaucoup plus longue telle que 60 minutes serait appropriée.

Ainsi, l'invention envisage, après un rapide chauffage par induction à une température élevée, l'incorporation possible d'un temps de maintien à une

température élevée Le temps alloué au dégazage est, de préférence, infé-

rieur à une demi-heure, mais il peut aller jusqu'à 7,5 heures ou plus en fonction directe de la taille de la masse compacte et, en raison inverse de la température, en vue d'évacuer (dégaze 4 la masse compacte jusqu'à un niveau de pression de 133 Pa, de préférence 13,3 Paoul,33 Pa ou moins Néanmoins,

un temps de maintien à une température élevée ne devrait pas dépasser sensi-

blement celui qui est nécessaire pour permettere la décomposition et

l'évacuation de la vapeur et analogue Il est important que l'aggloméra-

tion excessive des particules dispersoîdes, caractéristiques des pratiques de chauffage externe lent de l'art antérieur soit évitée pour bénéficier de la pratique de la présente invention et pour cette raison, un temps de maintien à température élevée devrait être suffisant pour obtenir l'effet désiré de dégazage, mais ne devrait pas être assez long pour annuler ou compromettre excessivement les bénéfices du chauffage rapide à une

température élevée.

La température à laquelle la masse compacte est tout d'abord portée par chauffage par induction peut dépasser la température à laquelle elle est finalement pressée à sa densité totale 5 de 15 à 300 C ou même de 110 à 1650 C notamment lorsque le dégazage par le vide est employé pour améliorer la tenacité Ainsi, une masse compacte est chauffée par induction à une première température,'par exemple 510 C, et est ensuite placée dans une enceinte sous vide pour dégazage par le vide En-amenant la masse compacte à l'enceinte de dégazage et en la dégazant pendant environ 30 minutes, une

chute de température peut se produire jusqu'à environ 427 ou 4550 C, tempé-

rature à laquelle la masse compacte est pressée jusqu'à sa densité totale.

Une autre approche consiste à chauffer par induction une masse compacte dans une enceinte sous vide éliminant ainsi l'étape de déplacement de la masse compacte pour le dégazage par le vide La masse compacte peut alors

être placée dans une presse pour-être comprimée jusqu'à sa densité totale.

A la suite du compactage jusqu'à sa densité sensiblement complète, la bil-

lette compactée peut être mise en forme par exemple par forgeage, laminage,

extrusion ou analogue ou elle peut-être usinée en une forme utile On pré-

fère que la masse compacte soit travaillée d'une quantité équivalente à une réduction dans sa section transversale d'au moins 25 %, de préférence à 60 % ou plus, si possible puisque ceci favorise l'amélioration des propriétés Les températures préférées pour ce travail vont d'environ 260

à environ 4550 C ou plus.

EXEMPLE 1

L'alliage d'aluminium a du tableau II contenant 7,3 % de nickel, 2,9 % de fer (en poids) le reste étant de l'aluminium, est utilisé sous forme de poudre atomisée et compacte isostatiquement jusqu'à environ 75 % de sa densité totale à la température ambiante en masse compacte cylindrique d'environ 10 cm de diamètre et 30 cm de long Quelques-unes des masses compactes sont chauffées dans un four classique chauffé par convection

d'air du type classiquement employé pour chauffer de telles masses compactes.

La quantité de temps nécessaire pour chauffer les masses compactes aux températures désirées, soit 3710 C et 4270 C, a été de 7,5 heures dans le

four classique A titre de comparaison, des masses compactes ont été réali-

sées en accord avec la présente invention par chauffage par induction en juste moins de 12 minutes ( 0,18 heure) tel que l'indique le tableau III. Dans le cas des masses compactes chauffées au four, celles-ci ont été placées dans des boîtes et mises sous vide pour faciliter le pressage à chaud

sous vide tandis que les masses compactes qui étaient chauffées par induc-

tion n'ont pas été placées dans des boites et n'ont pas été pressées-à chaud sous vide Toutes les masses compactes après chauffage ont été

promptement pressées à chaud en billettes de densité sensiblement totale.

Après pressage à la densité sensiblement totale, les billettes sont rac-

courcies de 60 % (en hauteur) par forgeage en disques et des échantillons à tester pour leur résistance à la traction sont prélevés en un point situé approximativement au quart de l'épaisseur à l'intérieur à partir

de la surface extérieure Les résultats des mesures de propriétés de ré-

ssistance à la traction prises à la fois à la température ambiante et à 2320 C sont représentés dans le tableau III o l'on voit facilement que les pièces forgées réalisées à partir des masses compactes chauffées par

induction, 1-B, 1-D et 1-F manifestent des propriétés de résistance sensi-

blement supérieures à celles des pièces forgées faites à partir des masses

compactes chauffées au four 1-A, 1-C et 1-E.

L'importance de l'amélioration dans l'Exemple 1-B est tout à fait

significative du fait que l'on obtient une augmentation de 18 % de la résis-

tance à la rupture à 2320 C par chauffage par induction rapide comparé au chauffage au four à la température de pressage à chaud de 3710 C A la température de pressage à chaud de 4270 C, les résultats des exemples 1-D et 1-F sont encores impressionnants du fait qu'à la température ambiante

on obtient une augmentation de 13 % et une température de 2320 C une augmen-

tation de 5 % de la résistance à la rupture Il est également significa-

tif-que les améliorations de résistance des pièces forgées fabriquées à

partir des billettes chauffées par induction soient obtenues sans péna-

liser sérieusement l'allongement Une moindre résistance à la rupture est cependant obtenue dans l'exemple 1-D par rapport à l'exemple 1-C parce que la masse compacte de 1-B-<n'a pas été mise sous vide avant compactage à chaud jusqu'à la densité totale tandis que 1-C l'a été pour obtenir l'amélioration

de la tenacité.

TABLEAU III

Consolidation des masses compactes Propriétés mécaniques Exemples méthode temps tempe compactage température limite d'é résistance KC

de en rature sous d'essai lasticité à la d'allon-

chauffage heures o C vide oc en M Pa traction gement ksi Vii-n J j I________ _______ en M Pa _ _ four induction four induction four induction four induction four induction four four induction 7,5 0,18 7,5 0,19 7,5 0,19 7,5 0,5 7,5 0,5 7,5 0,17 3 Z 1

42 Z 7

41.3 déterminé à partir de'spécimens forgé; oui non oui non oui non oui oui oui oui oui oui oui ambiante ambiante ambiante ambiante 23 Z ambiante ambiante ambiante de Charpyà flexion lente suivant une **KI Kic déterminé à partir d'échantillons sous tension de masse compacte par la

transverse longitudinale).

281 ' 12,2 11,2 14,7 ,3 4,3 6,4 8,3 32 * 19 *

17,6 **

18,1 **

,7 ** 1- 1- vi direction transversale du disque Co méthode ASTM E-399 (fissuration -J 1-A 1-B 1-C 1-D 1-E 1-F 2-A 2-B 2-C 2-D 3-A 3-B 3-C

EXEMPLE 2

Un alliage non susceptible d'être traité par yoie thermique c du tableau II, contenant environ 8,8 % de fer et 3,7 % de cérium (en poids), le reste étant de V'aluminium,est introduit sous forme de poudre atomisée et compactée isostatiquement à la température ambiante en masse compacte d'environ 15 cm de diamètre et 45 cm de long L'une d'entre elles ( 2-A) est encapsulée et dégazée sous vide à environ 413 'C pendant 7,5 heures

dans un four et pressée à chaud jusqu'à sa densité totale Une masse com-

pacte semblable ( 2-B) ayant une composition identiqueest chauffée par

induction à 413 'C pendant 30 minutes sous atmosphère d'argon en écoulement.

La masse compacte chauffée par induction ( 2-B) est ensuite transférée dans un cylindre, mise sous vide et pressée jusqu'à sa densité totale Les billettes chauffées au four et chauffées par induction sont ensuite toutes les deux

extrudées à chaud en barres de 2 cm sur 10 cm dans les mêmes conditions.

Le tableau III montre que la limite d'élasticité à la température ambiante des pièces extrudées à partir de la masse compacte chauffée par, induction ( 2-B) est de 6 % plus importante que celle des pièces extrudées faites

à partir de la masse compacte chauffée au four ( 2-A) tandis que la limi-

te d'élasticité des pièces provenant de la masse compacte chauffée par

induction à 2320 C ( 2-D) est de 9 % supérieure à celle de 2-C.

EXEMPLE 3

Outre la résistance, la combinaison d'une résistance élevée avec

une bonne résistance à la rupture est souhaitable dans les alliages d'alumi-

nium du type Al-Zn-Mg-Cu L'alliage d (Tableau II) contenant environ 8 % de zinc, 2,5 % de magnésium, 1 % de cuivre, 1,6 % de cobalt le reste étant de l'aluminium est produit sous la forme d'une poudre pré-alliée compactée isostatiquement à froid, encapsulée dans une boite et chauffée au four tout en étant mise sous vide en continu comme dans l'Exemple 2-A Les masses compactes mises en boites sont sous vide pendant 30 heures et pendant 7,5 heures à 510 'C Après dégazage, les masses compactes sont pressées à

chaud jusqu'à leur densité totale et elles sont ensuite extrudées à chaud.

Une autre masse compacte, compactée isostatiquement, ( 3-C) est chauffée

par induction à une température de 510 %C sous atmosphère d'argon et trans-

férée dans un cylindre qui est soumis à un dégazage sous vide, et pressée à chaud à sa densité totale et ensuite extrudée à chaud Les durées de chauffage et de dégazage pour les masses compactes chauffées par induction ( 3-C) sont de 10 minutes au moins comme indiqué sur le tableau III Toutes les pièces extrudées sont traitées à chaud en solution, trempées à l'eau froide et traitées au four pendant 24 heures à 121 C et ensuite pendant

une heure à 163 C à une trempe de type T 7 Le tableau III énumère la ré-

sistance et la tenacité moyenne résultant de chacune des trois façons de procéder On peut noter que les propriétés moyennes des pièces extrudéesprovenant des masses compactes chauffées par induction ( 3-C) obtiennent

la meilleure combinaison de résistance et de tenacité ( 14 et 18 % d'amélio-

ration respectivement), comparées aux produits dérivés d'une masse compacte

chauffée au four ( 3-A et 3-B).

La mise en pratique de la présente invention a comme résultat des améliorations d'au moins 5 % 5, plus convenablement des améliorations de 8 %

et approchant ou même dépassant 10 % d'une ou de plusieurs propriétés mé-

caniques résistance ou tenacité, ou les deux En outre, l'amélioration peut être obtenue sans changer la composition de l'alliage et l'invention est donc avantageuse pour le traitement de produits dont on connait les

qualités par ailleurs.

Tandis quel'invention a été décrite en'se référant particulièrement aux produits travaillés à base d'aluminium formés à partir de matériaux en particules d'aluminium contenant plus de 50 % d'aluminium, on pense que l'invention peut être aussi utile à la production'd'articles améliorés et de produits faconnés à partir de poudres métalliques susceptibles d'être chauffés induction felle que des alliages de fer, de nickel, decobalt, de titane et de n gnésium, surtout lorsque de telles particules comprennent des disperso Tdes et des phases dégradables à la température dont la production comprend un

chauffage à des températures suffisantes à détériorer ces propriétés.

Ainsi, tandis que l'invention est décrite en se référant particuliè-

rement à un chauffage rapide de masse compacte de poudre par des techniques de chauffage par induction, on pense que d'autres techniques peuvent aussi

être utilisées telles que d'autres techniques de chauffage interne.

Bien entendu, la présente invention nẻst pas limitée aux modes de réali sation décrits et représentés et elle est susceptible de nombreuses variantes tessibles à l'homme de l'art, sans que l'on nes'écarte de l'esprit de l'invent

Claims

REVENDICATIONS

1. Procédé de préparation d'un article métallique amélioré présen-

tant des propriétés mécaniques améliorées caractérisé en ce que: (a) on utilise des particules d'alliage métallique, ledit alliage étant

-5 choisi pour procurer des particules dispersées améliorant la ré-

sistance, susceptibles de dégradation à températuresélevées; et (b) on chauffe rapidement ce métal à une température élevée et on le comprime à une température élevée en une masse compacte ayant sensiblement sa densité maxirnum,le chauffage de ce métal à des températures élevées se produisant en pas plus de 0,2 heure pour chaque 2,5 cm d'épaisseur de ladite masse compacte, améliorant

ainsi ladite masse compacte de telle sorte que les produits fabri-

qués à partir de celle-ci manifestent une amélioration d'au moins % de l'une ou de plusieurs de leurs propriétés mécaniques par

rapport à un produit analogue produit de la même façon à l'excep-

tion du chauffage se produisant sur une période de temps sensible-

ment plus longue.

2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ce

métal contient plus de 50 % d'aluminium.

3 Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le

chauffage de l'étape (c) se produit à une température supérieure à 371 'C.

4. Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le chauffage de l'étape(c)s'effectueà une température-comprise entre 371 et

5380 C.

5 Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'avant le chauffage, les particules de métal sont comprimées à une température endessous de cette température élevée pour former une masse compacte

cohérente autosupportée.

6. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le

chauffage est un chauffage interne.

7. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ce

chauffage est un chauffage par induction.

8. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le

métal est soumis à un dégazage sous vide à une température élevée.

9 Procédé de préparation d'un article en aluminium amélioré ayant des propriétés mécaniques améliorées, caractérisé en ce que: (a) on utilise des particules d'alliage d'aluminium, ledit alliage étant

choisi pour procurer des particules dispersées améliorant la résis-

tance, susceptibles de dégradation à des températures élevées supérieures à 3430 C;

(b) on comprime lesdites particules contenant de l'aluminium à une tem-

pérature inférieure à 121 'C pour former une ébauche compacte cohé-

rente autosupportée; (c) on chauffe rapidement par induction cette ébauche compacte à une température élevée supérieure à 3430 C, ce chauffage étant effectué en pas plus de 0,2 heure par 2,5 cm d'épaisseur de la masse compacte; et

(d) on presse cette ébauche compacte chauffée par induction à une tempé-

rature élevée supérieure à 3430 C jusqu'à sa densité sensiblement totale; améliorant ainsi ladite masse compacte, de telle sorte que les produits fabriqués à partir de celle-ci manifestent une amélioration d'au moins 5 % d'une ou de plusieurs de leurs propriétés mécaniques par rapport à un produit analogue fabriqué de la même façon,-à l'exception du chauffage indiqué

dans l'étape (c) qui est réalisé par chauffage externe à une vitesse sen-

siblement plus lente sur une période de temps sensiblement plus longue.

10. Procédé suivant la revendication 9, caractérisé en ce que la-

dite masse compacte à sa densité sensiblement totale est travaillée jusqu'à une réduction équivalente à 25 % à une température d'au moins 121 'C pour procurer un produit travaillé se caractérisant par lesdites propriétés

mécaniques améliorées.

11. Procédé suivant la revendication 9, caractérisé en ce que le chauffage de l'étape (c) se fait à une température supérieure à 3710 C.

12 Procédé suivant la revendication 9, caractérisé en ce que-le chauffage de l'étape (c) se fait à une température comprise entre 3710 C et 5380 C.

13. Procédé suivant la revendication 9, caractérisé en ce que le chauffage de l'étape (c) se produit en pas plus de 0,1 heure par 2,5 cm

d'épaisseur de la masse compacte.

14. Procédé suivant la revendication 9, caractérisé en ce que, à la suite du chauffage de l'étape (c) et en utilisant la chaleur conférée à ladite masse compacte par ce chauffage, la masse compacte est maintenue

à une température élevée pendant un temps suffisant pour permettre la li-

bération de l'eau liée chimiquement.

15. Procédé suivant la revendication 10, caractérisé en ce que

cette température est d'au moins 260 'C.

16. Procédé suivant la revendication 15, caractérisé en ce que ce

travail est équivalent à une réduction d'au moins 50 %.

17. Procédé suivant la revendication 9, caractérisé en ce que la compression de l'étape (d) est effectuée à sensiblement la même température élevée que celle à laquelle la masse compacte est chauffée rapidement dans

l'étape (c).

18. Procédé suivant la revendication 9, caractérisé en ce que la

compression dans l'étape (d) est effectuée à une température élevée infé-

rieure à celle à laquelle la masse compacte est rapidement chauffée dans

l'étape (c).

19. Procédé suivant la revendication 9, caractérisée en ce que ladite masse compacte est dégazée sous vide à une température supérieure à

343 %C avant d'atteindre sa densité sensiblement totale.

20. Procédé suivant la revendication 19, caractérisée en ce que le dégazage est effectué après le chauffage rapide de l'étape (c) et

avant la compression de l'étape (d).

21. Procédé suivant la revendication 19, caractérisé en ce que le dégazage est effectué après chauffage rapide dans l'étape (c) et avant la compression de l'étape (d), cette compression étant effectuée sensiblement à la même température élevée que celle à laquelle la masse compacte est

rapidement chauffée dans l'étape (c).

22. Procédé suivant la revendication 19, caractérisé en ce que le dégazage est effectué après le chauffage rapide de l'étape (c) et avant la

compression de l'étape (d), cette compression étant effectuée à une tempé-

rature élevée inférieure à celle à laquelle la masse compacte est rapide-

ment chauffée dans l'étape (c).

23. Procédé suivant la revendication 9, caractérisé en ce que le

chauffage de l'étape (c) se produit en une heure ou moins.

24. Procédé suivant la revendication 9, caractérisé en ce que le chauffage de l'étape (c) se produit en moins de 0,15 heure par 2,5 cm

d'épaisseur de la masse compacte.

25. Procédé suivant la revendication 9, caractérisé en ce que le chauffage de l'étape (c) se produit en moins de 0,1 heure pour 2,5 cm

d'épaisseur de la masse compacte.

26 Procédé suivant la revendication 9, caractérisé en ce que le-

dit alliage d'aluminium est choisi dans le groupe constitué par: (a) les alliages Al-Zn-Mg contenant de 3 à 4 % de zinc et 0,5 à 4,5 % de magnésium; (b) les alliages Al-Cu contenant de 1 à 8 % de cuivre; (c) les alliages Al-Mg contenant de 1 à 8 % de magnésium;

(d) les alliages Al-Fe contenant de 0,5 à 15 % de fer.

(e) les alliages Al-Mn contenant de 0,5 à 15 % de manganèse; et (f) les alliages Al-Si contenant de 1 à 30 % de silicium.

27. Procédé suivant la revendication 9, caractérisé en ce que l'é-

tape (c) est mise en oeuvre dans une atmosphère relativement non-oxydante.

28. Procédé suivant la revendication 9, caractérisé en ce que le

chauffage de l'étape (c) est mis en oeuvre dans une atmosphère relative-

ment non-oxydante et ladite masse compacte est dégazée sous vide à une

température supérieure à 343 C avant ladite compression de l'étape (d).

29. Procédé de fabrication d'un article en aluminium amélioréprésentar des propriétés de résistance améliorées, caractérisé en ce que: (a) on utilise deë particules d'alliage d'aluminium, ledit alliage étant

choisi pour procurer des particules dispersées améliorant la résis-

tante, susceptibles de dégradation à des températures élevées supé-

rieures à 343 C;

(b) on comprime lesdites particules d'aluminium à une température infé-

rieure à 121 C pour former une ébauche compacte cohérente auto-

supportée; (c) on chauffe rapidement par induction ladite ébauche compacte dans une atmosphère relativement non-oxydante à une température supérieure à 371 C, ledit chauffage étant effectué en pas plus de 0,15 heure par 2,5 cm d'épaisseur de la masse compacte; (d) on comprime ladite' ébauche compacte chauffée par induction à une

température supérieure-à 371 C jusqu'à sa densité sensiblement to-

tale; et

(e) on travaille cette masse compacte ayant sa densité sensiblement to-

tale jusqu'à und réduction équivalant à au moins 25 % à une tempé-

rature d'au moins 260 C pour fournir un produit travaillé; ledit produit travaillé manifestant une amélioration d'au moins 5 % d'une

ou de plusieurs de ses propriétés mécaniques par rapport à un produit fabri-

qué de la même façon sauf que le chauffage indiqué dans l'étape (c) s'effectue par chauffage externe à une -vitesse sensiblement plus lente sur une période

de temps sensiblement plus longue.

30. Procédé suivant la revendication 29, caractérisé en ce que le-

dit travail est équivalent à une réduction d'au moins 50 %.

31. Procédé suivant la revendication 29, caractérisé en ce que la-

dite compression dans l'étape (d) se fait sensiblement à la même tempéra-

ture élevée que celle à laquelle la masse compacte est rapidement chauffée

dans ladite étape (c).

32 Procédé suivant la revendication 29, caractérisé en ce que la- dite compression de l'étape (d) est effectuée à une température élevée inférieure à celle à laquelle la masse compacte est rapidement chauffée

dans l'étape (c).

33. Procédé suivant la revendication 29, caractérisé en ce que le dégazage sous vide est effectué après le rapide chauffage de l'étape (c) et avant la compression de l'étape (d), cette compression étant effectuée sensiblement à la même température élevée que celle à laquelle la masse

compacte est rapidement chauffée dans l'étape (c).

34. Procédé suivant la revendication 29, caractérisé en ce que le dégazage sous vide est mis en oeuvre après le chauffage rapide de l'étape

(c) et avant la compression de l'étape (d), cette compression étant effec-

tuée à une température élevée inférieure à celle à laquelle la masse com-

pacte est rapidement chauffée dans l'étape (c).

35. Produit amélioré préparé suivant le procédé de la revendica-

tion 1.

36. Produit amélioré préparé suivant le procédé de la revendica-

tion 9.

37. Produit amélioré préparé suivant le procédé de la revendica-

tion 29.