FR3140381A1

FR3140381A1 - Process to optimize the cost and weight of materials used in particular for ship hulls and railway rails.

Info

Publication number: FR3140381A1
Application number: FR2210026A
Authority: FR
Inventors: Claude Secchi
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2022-09-30
Filing date: 2022-09-30
Publication date: 2024-04-05

Abstract

Procédé permettant d’optimiser le coût et le poids des matériaux utilisés notamment pour les coques de navires et les rails de chemin de fer. Le procédé de l’invention a pour objectifs principaux de réduire la quantité de métal utilisé, notamment pour les coques de navires, pour les rails de chemins de fer, etc. et de remplacer le métal par des matériaux aussi résistants, plus légers et moins onéreux, tels des minéraux ou des polymères. Il consiste soit à incorporer dans le métal standard (1) d’autres matériaux dits matériaux ajoutés (2) aussi robustes, plus légers, mauvais conducteurs de chaleur, principalement des minéraux, ou des produits à base de minéraux, tels des billes de verre ou de la silice, des polymères ou matériaux composites pour obtenir un matériau résultant (3), soit à alterner des couches de métal standard (1) et des couches d’autres matériaux tels que des matériaux résultants (3) ou matériaux finaux (5) obtenus par additifs et/ou traitements (4) pour obtenir un produit final (6), soit pour les produits finaux longs, à recouvrir totalement ou partiellement de matériau standard (1) l’âme constituée de matériaux résultants (3) ou matériaux finaux (5). La figure de l’abrégé est la Fig 1.Process to optimize the cost and weight of materials used in particular for ship hulls and railway rails. The main objectives of the process of the invention are to reduce the quantity of metal used, in particular for ship hulls, for railway rails, etc. and to replace metal with equally strong, lighter and less expensive materials, such as minerals or polymers. It consists either of incorporating into the standard metal (1) other materials called added materials (2) as robust, lighter, poor heat conductors, mainly minerals, or mineral-based products, such as glass beads or silica, polymers or composite materials to obtain a resulting material (3), or to alternate layers of standard metal (1) and layers of other materials such as resulting materials (3) or final materials (5 ) obtained by additives and/or treatments (4) to obtain a final product (6), or for long final products, to be covered totally or partially with standard material (1) the core made up of resulting materials (3) or materials final (5). The abstract figure is Fig 1.

Description

Process to optimize the cost and weight of materials used in particular for ship hulls and railway rails.

La présente invention concerne un procédé de fabrication d’un matériau à base de métaux, principalement de métaux ferreux ayant pour principaux objectifs de:

Réduire les coûts,
Réduire les poids,
Réduire la quantité de métal utilisée, notamment l’acier, le fer, la fonte ou autres alliages et ainsi préserver les ressources naturelles.
Réduire les quantités de charbon utilisées pour la fabrication des aciers,
Réduire l’émission de gaz toxiques et/ou polluants (CO, CO², CH4, SO²),
Obtenir des produits au moins aussi résistants que les métaux.

The present invention relates to a process for manufacturing a material based on metals, mainly ferrous metals, having the main objectives of:

Lower the costs,
Reduce weight,
Reduce the quantity of metal used, in particular steel, iron, cast iron or other alloys and thus preserve natural resources.
Reduce the quantities of coal used for the manufacture of steel,
Reduce the emission of toxic gases and/or pollutants (CO, CO², CH4, SO²),
Obtain products at least as strong as metals.

Le procédé du présent brevet consiste à remplacer une partie d’un métal par d’autres composants aussi résistants, plus légers et moins onéreux.The process of this patent consists of replacing part of a metal with other components that are equally strong, lighter and less expensive.

Certains minéraux bruts, certains matériaux élaborés à partir de minéraux et polymères répondent aux principales caractéristiques souhaitées suivantes:

Dureté égale ou supérieure à celle des métaux.
Masse volumique inférieure à celle des métaux.
Coût inférieur à celui des métaux.

Certain raw minerals, certain materials made from minerals and polymers meet the following main desired characteristics:

Hardness equal to or greater than that of metals.
Lower density than metals.
Lower cost than metals.

La présente invention peut être avantageusement mise en œuvre pour la construction des coques de navires, la fabrication de rails de chemin de fer et autres applications.The present invention can be advantageously implemented for the construction of ship hulls, the manufacture of railway rails and other applications.

Les composants apportés aux métaux ayant le plus souvent une masse volumique inférieure à celle desdits métaux, le mélange obtenu se trouve être allégé et permet la réalisation de plaques plus épaisses pour un poids plus réduit, ce qui est un avantage certain par exemple pour les véhicules.The components added to the metals most often have a density lower than that of said metals, the mixture obtained is lighter and allows the production of thicker plates for a lower weight, which is a certain advantage for example for vehicles .

Actuellement, les techniques pour réduire la quantité de métal sont principalement:

L’évidemment des plaques,
Les structures en nid d’abeille,
Les alliages plus résistants.

Currently, the techniques to reduce the amount of metal are mainly:

Obviously plates,
Honeycomb structures,
Stronger alloys.

Certes ces techniques conviennent pour la construction de structures, mais ne conviennent pas pour d’autres applications, par exemple la construction des coques de navires ou la fabrication des rails de chemin de fer.These techniques are certainly suitable for the construction of structures, but are not suitable for other applications, for example the construction of ship hulls or the manufacture of railway rails.

Pour des facilités de compréhension, il sera utilisé ci-après le terme de « matériau standard » pour désigner les matériaux habituellement utilisés aujourd’hui, notamment l’acier, le terme « matériau ajouté » pour désigner les divers composants destinés à être apportés au matériau standard, notamment un minéral, un produit élaboré à partir de minéraux, un polymère ou un matériau composite et le terme « matériau résultant » pour désigner le produit obtenu par association du matériau standard et du matériau ajouté.For ease of understanding, the term "standard material" will be used below to designate the materials usually used today, in particular steel, the term "added material" to designate the various components intended to be brought to the standard material, in particular a mineral, a product made from minerals, a polymer or a composite material and the term “resulting material” to designate the product obtained by combining the standard material and the added material.

Le matériau résultant peut être traité et/ou recevoir à son tour des additifs pour produire le matériau utilisable in fine désigné par le terme « matériau final », qui peut être lui-même associé à d’autres matériaux dont le matériau standard, le matériau ajouté ou le matériau résultant pour obtenir le « produit final ».The resulting material can be treated and/or in turn receive additives to produce the ultimately usable material designated by the term “final material”, which can itself be associated with other materials including the standard material, the material added or the resulting material to obtain the “final product”.

Selon les divers modes de réalisation de l’invention, le procédé permet d’obtenir à un coût moindre, des produits aussi résistants mais plus légers que les matériaux standards tels que100% d’acier.According to the various embodiments of the invention, the process makes it possible to obtain, at a lower cost, products that are as strong but lighter than standard materials such as 100% steel.

Selon le mode de réalisation préféré de l’invention, le matériau ajouté doit posséder des caractéristiques préférablement équivalentes ou supérieures à celles du matériau standard, notamment une dureté au moins égale et/ou une masse volumique inférieure ou égale, de manière à ce que le matériau résultant soit équivalent ou supérieur au matériau standard.According to the preferred embodiment of the invention, the added material must have characteristics preferably equivalent to or greater than those of the standard material, in particular a hardness at least equal and/or a density lower or equal, so that the resulting material is equivalent to or superior to the standard material.

Selon le mode de réalisation préféré de l’invention, d’autres critères tels que ceux repris ci-dessous sont à considérer pour le choix du matériau ajouté. Cependant, il n’est pas nécessaire que l’ensemble desdits critères soit réuni pour qu’un matériau ajouté soit retenu.

Dureté à chaud et à froid.
Résistance à la compression.
Coefficient de dilatation préférablement similaire entre le matériau ajouté et le matériau standard.
Adhérence entre matériau standard et matériau ajouté.
Résistance à la traction.
Elasticité.
Ductilité.
Striction.

According to the preferred embodiment of the invention, other criteria such as those listed below must be considered for the choice of the added material. However, it is not necessary that all of the said criteria be met for an added material to be retained.

Hot and cold hardness.
Compressive strength.
Preferably similar expansion coefficient between the added material and the standard material.
Adhesion between standard material and added material.
Tensile strength.
Elasticity.
Ductility.
Strictly.

Les critères a et b sont les plus importants et les critères c et d sont recommandés.Criteria a and b are the most important and criteria c and d are recommended.

Selon le mode de réalisation préféré de l’invention, l’invention a pour objectif de réduire les coûts et le poids du matériau final. Les matériaux ajoutés sont moins onéreux que les métaux pour une dureté équivalente ou supérieure à celle des matériaux standards, tels que certains minéraux bruts ou traités ou certains polymères. De plus, lesdits matériaux ajoutés ont généralement une masse volumique inférieure à celle des matériaux standards.According to the preferred embodiment of the invention, the invention aims to reduce the costs and the weight of the final material. The added materials are less expensive than metals for a hardness equivalent to or greater than that of standard materials, such as certain raw or treated minerals or certain polymers. In addition, said added materials generally have a lower density than that of standard materials.

Selon le mode de réalisation préféré de l’invention, les objectifs de l’invention sont atteints lorsque lesdits matériaux ajoutés sont associés aux matériaux standards. Les matériaux résultants ainsi que les matériaux finaux sont au moins aussi résistants, plus légers et moins coûteux que les matériaux standards, notamment l’acier.According to the preferred embodiment of the invention, the objectives of the invention are achieved when said added materials are combined with standard materials. The resulting materials as well as the final materials are at least as strong, lighter and less expensive than standard materials, notably steel.

Selon le mode de réalisation préféré de l’invention, le Matériau ajouté est constitué de matériaux bruts tels que: le granit, le marbre, le grès, la silice, les graviers, les sables, divers agrégats et tous matériaux naturels possédant préférablement les critères a et b de la liste précitée des critères.According to the preferred embodiment of the invention, the added material consists of raw materials such as: granite, marble, sandstone, silica, gravel, sand, various aggregates and all natural materials preferably possessing the criteria a and b of the aforementioned list of criteria.

Selon un autre mode de réalisation de l’invention, le matériau ajouté est un matériau obtenu par traitement et/ou par adjonction d’additifs. Par exemple, les verres, les matériaux silicatés, les céramiques, les vitrocéramiques, la terre cuite, certains alliages, certains matériaux de synthèse dont les polymères, les matériaux composites et tous les matériaux répondant préférablement aux critères a-b-c-d de la liste précitée des critères. L’acier et le verre ont le même indice de dureté sur l’échelle de Mohs: 5,5; et résistent très bien tous les deux à la compression. L’utilisation simultanée et non exhaustive de ces deux matériaux répond avantageusement aux objectifs de l’invention. On notera aussi que le granit a un indice de 7 sur l’échelle de Mohs et donc est plus dur que l’acier.According to another embodiment of the invention, the added material is a material obtained by treatment and/or by addition of additives. For example, glasses, silicate materials, ceramics, glass ceramics, terracotta, certain alloys, certain synthetic materials including polymers, composite materials and all materials preferably meeting criteria a-b-c-d of the aforementioned list of criteria. Steel and glass have the same hardness index on the Mohs scale: 5.5; and both resist compression very well. The simultaneous and non-exhaustive use of these two materials advantageously meets the objectives of the invention. Note also that granite has an index of 7 on the Mohs scale and therefore is harder than steel.

Le Matériau résultant peut être obtenu par différentes techniques dont la liste non exhaustive ci-après fait état:The resulting Material can be obtained by different techniques including the non-exhaustive list below:

Selon le mode de réalisation préféré de l’invention dit par incorporation, le procédé consiste à incorporer dans le matériau standard, d’autres matériaux durs, petits ou grands, dénommés matériaux ajoutés, dont la masse volumique est préférablement inférieure à celle du matériau standard, afin d’alléger le matériau résultant. Par exemple, des billes de verre, des morceaux de silice, de granit, du sable, des agrégats, des polymères. La plupart de ces matériaux ajoutés ont une masse volumique inférieure aux matériaux standards et sont aussi durs et moins onéreux que lesdits matériaux standards. Le matériau standard, outre sa dureté, constitue le liant, permettant ainsi au matériau résultant de former avec lui un bloc compact et homogène.According to the preferred embodiment of the invention called by incorporation, the process consists of incorporating into the standard material, other hard materials, small or large, called added materials, whose density is preferably lower than that of the standard material , in order to lighten the resulting material. For example, glass beads, pieces of silica, granite, sand, aggregates, polymers. Most of these added materials have a lower density than standard materials and are as hard and less expensive than said standard materials. The standard material, in addition to its hardness, constitutes the binder, thus allowing the resulting material to form with it a compact and homogeneous block.

Selon le mode de réalisation préféré de l’invention, le matériau ajouté adhère au maximum au matériau standard afin que le matériau résultant, formé de deux ou de plusieurs matériaux, constitue un bloc compact et homogène et ait au moins les mêmes caractéristiques de dureté que s’il était constitué totalement de matériau standard.According to the preferred embodiment of the invention, the added material adheres as much as possible to the standard material so that the resulting material, formed of two or more materials, constitutes a compact and homogeneous block and has at least the same hardness characteristics as if it was made entirely of standard material.

Selon le mode de réalisation préféré de l’invention, le matériau standard et le matériau ajouté sont mélangés l’un avec l’autre lorsque l’état du matériau standard devient liquide ou visqueux consécutivement à une élévation de la température allant jusqu’à au moins 1400 degrés Celsius. Ceci permet une répartition homogène des différents matériaux, ainsi qu’une bonne adhérence réciproque.According to the preferred embodiment of the invention, the standard material and the added material are mixed with each other when the state of the standard material becomes liquid or viscous following an increase in temperature of up to at minus 1400 degrees Celsius. This allows a homogeneous distribution of the different materials, as well as good mutual adhesion.

Selon le mode de réalisation préféré de l’invention, les matériaux ajoutés sont constitués préférablement de petits éléments nombreux, en particulier pour obtenir des matériaux finaux ayant une faible épaisseur, tels que par exemple les plaques pour coques de navires, et ainsi augmenter leurs surfaces en contact avec les matériaux standards et obtenir un matériau résultant homogène.According to the preferred embodiment of the invention, the added materials preferably consist of numerous small elements, in particular to obtain final materials having a low thickness, such as for example plates for ship hulls, and thus increase their surface areas. in contact with standard materials and obtain a homogeneous resulting material.

Selon le mode de réalisation différent de l’invention, le matériau ajouté est préférablement ajouté au matériau standard lorsqu’il se trouve à l’état solide et préférablement à basse température, tandis que le matériau standard se trouve préférablement à l’état liquide, ou visqueux. Par exemple on ajoute du sable froid à un acier chauffé à haute température.According to the different embodiment of the invention, the added material is preferably added to the standard material when it is in the solid state and preferably at low temperature, while the standard material is preferably in the liquid state, or viscous. For example, cold sand is added to steel heated to high temperature.

Selon le mode de réalisation préféré de l’invention, le matériau ajouté est préférablement ajouté au matériau standard avec régularité afin que le matériau résultant soit homogène et invariant. L’incorporation des éléments qui constituent le matériau ajouté est aléatoire ou, préférablement régulière et gérée par des calculateurs.According to the preferred embodiment of the invention, the added material is preferably added to the standard material with regularity so that the resulting material is homogeneous and invariant. The incorporation of the elements which constitute the added material is random or, preferably regular and managed by calculators.

Selon le mode de réalisation préféré de l’invention, afin d’incorporer un maximum de matériaux ajoutés dans un matériau standard, les matériaux ajoutés peuvent différer les uns par rapport aux autres par leur nature, par leur forme, par leur volume etc.According to the preferred embodiment of the invention, in order to incorporate a maximum of added materials into a standard material, the added materials may differ from each other by their nature, by their shape, by their volume, etc.

Selon le mode de réalisation préféré de l’invention, des dispositifs appelés mélangeurs, constitués en tout ou en partie de matériaux réfractaires préférablement à base de céramique, peuvent être utilisés pour brasser les matériaux standards avec les matériaux ajoutés afin de les mélanger et d’obtenir des matériaux résultants homogènes.According to the preferred embodiment of the invention, devices called mixers, made up entirely or in part of refractory materials preferably based on ceramic, can be used to mix the standard materials with the added materials in order to mix them and obtain homogeneous resulting materials.

Selon le mode de réalisation préféré de l’invention, de tels mélangeurs peuvent être utilisés chaque fois que l’on veut mélanger des matériaux standards avec des matériaux ajoutés et/ou des matériaux résultants et/ou des matériaux finaux.According to the preferred embodiment of the invention, such mixers can be used whenever it is desired to mix standard materials with added materials and/or resulting materials and/or final materials.

Selon un autre mode de réalisation de l’invention dit technique multicouche, les divers matériaux sont ajoutés préférablement les uns aux autres, couche après couche ou simultanément. Les couches de matériaux standards alternent avec les couches de matériaux ajoutés et/ou avec les couches de matériaux résultants et/ou avec les couches de matériaux finaux. Ainsi, le produit final constitue un bloc compact et homogène, une couche sur deux, ainsi que la première et la dernière, sont préférablement des couches de matériau standard. Cette technique est toutefois délicate, le problème étant d’assurer la cohésion des couches compte tenu des différences de densité.According to another embodiment of the invention called the multilayer technique, the various materials are preferably added to each other, layer after layer or simultaneously. The layers of standard materials alternate with the layers of added materials and/or with the layers of resulting materials and/or with the layers of final materials. Thus, the final product constitutes a compact and homogeneous block, every other layer, as well as the first and the last, are preferably layers of standard material. This technique is however delicate, the problem being to ensure the cohesion of the layers taking into account the differences in density.

Par exemple, successivement:

Une couche de matériau standard. (La première).
Une couche de matériau ajouté ou une couche de matériau résultant ou une couche de matériau final.
Une couche de matériau standard.
Et ainsi de suite.
Une couche de matériau standard: (La dernière).

For example, successively:

A layer of standard material. (The first one).
A layer of added material or a layer of resulting material or a layer of final material.
A layer of standard material.
And so on.
A layer of standard material: (The last one).

Selon cet autre mode de réalisation de l’invention, le produit final est enveloppé complètement de matériau standard.According to this other embodiment of the invention, the final product is completely wrapped in standard material.

Selon un mode différent de réalisation de l’invention dit technique bicouche, notamment utilisé pour les plaques lorsqu’un seul côté est en contact avec un milieu potentiellement agressif, par exemple les coques de navires, le produit final est constitué d’une couche, préférablement épaisse de matériau résultant ou d’une couche de matériau final et d’une couche de matériau standard en contact avec le milieu extérieur. Une des fonctions de la couche du matériau standard est de protéger la couche de matériau résultant ou de matériau final.According to a different embodiment of the invention called the two-layer technique, in particular used for plates when only one side is in contact with a potentially aggressive environment, for example ship hulls, the final product consists of a layer, preferably thick of resulting material or a layer of final material and a layer of standard material in contact with the external environment. One of the functions of the standard material layer is to protect the resulting material layer or final material.

Par exemple:

Première couche, préférablement mince constituée de matériau standard.
Deuxième couche, préférablement épaisse, constituée de matériau résultant ou de matériau final.

For example:

First layer, preferably thin made of standard material.
Second layer, preferably thick, consisting of resulting material or final material.

Les 2 couches peuvent être déposées l’une après l’autre dans un ordre quelconque, ou simultanément.The 2 layers can be deposited one after the other in any order, or simultaneously.

Selon un autre mode différent de réalisation de l’invention dit technique tricouche, notamment utilisé pour les plaques lorsque les deux côtés sont en contact avec un milieu extérieur potentiellement agressif, la couche de matériau résultant, ou de matériau final est prise en sandwich entre deux couches de matériau standard.According to another different embodiment of the invention called the three-layer technique, in particular used for plates when the two sides are in contact with a potentially aggressive external environment, the layer of resulting material, or of final material is sandwiched between two layers of standard material.

Par exemple:

Première couche constituée de matériau standard.
Deuxième couche constituée de matériau résultant ou de matériau final
Troisième couche constituée de matériau standard.

For example:

First layer made of standard material.
Second layer consisting of resulting material or final material
Third layer made of standard material.

Selon un autre mode particulier de l’invention dit technique de l’âme vers la périphérie, préférablement utilisé pour les produits finaux longs, les couches sont réalisées de l’âme vers la périphérie. Préférablement, l’âme constituée de matériau résultant ou de matériau final, est globalement située au centre du produit final. Elle est coulée en premier et enveloppée partiellement ou totalement par le matériau standard. Son épaisseur est celle du produit final diminuée sur tout ou partie de la périphérie d’un espace prévu pour recevoir le matériau standard dont une des fonctions est de protéger la couche de matériau résultant ou de matériau final des éventuelles agressions extérieures. Le matériau standard est ensuite ajouté dans l’espace périphérique réservé lors de la fonte de l’âme.According to another particular mode of the invention called the core towards the periphery technique, preferably used for long final products, the layers are produced from the core towards the periphery. Preferably, the core made of resulting material or final material is generally located in the center of the final product. It is poured first and partially or completely wrapped by the standard material. Its thickness is that of the final product reduced over all or part of the periphery of a space intended to receive the standard material, one of the functions of which is to protect the layer of resulting material or final material from possible external attacks. The standard material is then added in the peripheral space reserved when the core is cast.

Selon un autre mode de réalisation différent de l’invention dit technique de la périphérie vers l’âme, la couche périphérique partielle ou totale constituée de matériau standard, est coulée en premier. Le matériau résultant ou le matériau final est ensuite coulé à l’intérieur de ladite couche périphérique et constitue ainsi l’âme. L’ensemble constitue le produit final.According to another different embodiment of the invention called the technique from the periphery towards the core, the partial or total peripheral layer made of standard material is cast first. The resulting material or the final material is then poured inside said peripheral layer and thus constitutes the core. The whole constitutes the final product.

Exemple de réalisation:

Le moule est rempli, totalement ou partiellement, de matériau standard se trouvant à l’état solide ou visqueux.
Avant que ce matériau standard ne soit solidifié, le moule est refroidi rapidement par l’extérieur, ce qui permet à la partie du matériau standard en contact avec le moule de se solidifier.
Le matériau standard non solidifié est retiré du moule.
L’espace vide laissé par l’enlèvement du matériau standard est rempli de matériau résultant ou de matériau final. L’ensemble constitue le Produit final.

Example of production:

The mold is filled, totally or partially, with standard material in a solid or viscous state.
Before this standard material is solidified, the mold is rapidly cooled from the outside, allowing the portion of the standard material in contact with the mold to solidify.
The unsolidified standard material is removed from the mold.
The empty space left by the removal of the standard material is filled with resulting material or final material. The whole constitutes the final Product.

Selon les divers modes de réalisation de l’invention, les techniques suivantes, permettent une bonne adhérence des matériaux standards aux matériaux ajoutés:

Les matériaux ajoutés sont préférablement rugueux afin de mieux adhérer aux matériaux standards.
Les matériaux ajoutés peuvent avoir des formes diverses, régulières par exemple sphériques, ou irrégulières présentant des cavités et des excroissances permettant aux matériaux standards liquides ou visqueux lors de la coulée de s’incruster dans ces irrégularités, pour avoir une connexion forte entre les matériaux standards et les matériaux ajoutés et rendre ainsi les différents matériaux définitivement solidaires lors du refroidissement, les matériaux résultants constituant ainsi des blocs compacts et homogènes.

According to the various embodiments of the invention, the following techniques allow good adhesion of standard materials to added materials:

The added materials are preferably rough in order to better adhere to standard materials.
The added materials can have various shapes, regular for example spherical, or irregular having cavities and protrusions allowing standard liquid or viscous materials during casting to become embedded in these irregularities, to have a strong connection between the standard materials and the added materials and thus make the different materials permanently united during cooling, the resulting materials thus constituting compact and homogeneous blocks.

Selon les divers modes de réalisation de l’invention, le matériau ajouté doit principalement répondre, aux caractéristiques suivantes:

Dureté, à chaud et à froid: Le matériau ajouté est choisi parmi ceux présentant préférablement une importante dureté à chaud et à froid car il peut être soumis à des forces importantes, notamment des explosions et des collisions, et il doit pouvoir résister à de fortes chaleurs. On note que les minéraux sont des mauvais conducteurs de chaleur, ce qui augmente la protection offerte par l’invention.
Résistance à la compression: Le matériau ajouté doit pouvoir résister à toutes sortes de contraintes, dont des collisions et des explosions.
Coefficients de dilatation similaires entre le matériau ajouté et le matériau standard.
Bonne adhérence du matériau standard au matériau ajouté.

According to the various embodiments of the invention, the added material must mainly meet the following characteristics:

Hardness, hot and cold: The added material is chosen from those preferably having high hot and cold hardness because it can be subjected to significant forces, including explosions and collisions, and it must be able to withstand strong heat. We note that minerals are poor conductors of heat, which increases the protection offered by the invention.
Compressive Strength: The added material must be able to withstand all kinds of stress, including collisions and explosions.
Similar expansion coefficients between the added material and the standard material.
Good adhesion of standard material to added material.

Quels que soient les modes de réalisation, les principales applications sont décrites ci-dessous:

Les plaques: Les techniques multicouche, notamment bicouche et tri couche, sont particulièrement adaptées aux plaques destinées en particulier aux véhicules terrestres et aux coques et cloisons étanches de navires. En effet, l’invention permet de résister aux chocs, aux compressions et aux fortes chaleurs qui sont les principales contraintes susceptibles d’être rencontrées par de tels équipements. L’invention offre une protection supérieure à celle que permet un matériau à 100% de métal pour un poids égal ou inférieur et pour un coût égal ou inférieur. Il suffit d’augmenter la proportion de matériau ajouté ou de matériau final par rapport à l’ensemble des matériaux et donc le volume du produit final, ce qui permet d’augmenter l’épaisseur des plaques sans en augmenter le poids. De plus, les minéraux et leurs dérivés sont des mauvais conducteurs de chaleur ce qui augmente la protection offerte par l’invention. Enfin, les minéraux et leurs dérivés arrêtent aussi bien ou mieux que l’acier, les rayons alpha, béta et gamma ce qui augmente la protection offerte par l’invention. Toutes les combinaisons sont possibles selon que l’on privilégie le poids, l’épaisseur ou les coûts. Les plaques par exemple destinées aux coques de navires, sont réalisées soit par la technique de l’incorporation, soit par la technique bicouche, soit par la technique tricouche, soit par la technique multicouche. Tous les choix sont possibles selon que l’on privilégie le poids, l’épaisseur des plaques ou les coûts.
Les rails de chemin de fer: Ils se composent de trois parties principales, le patin reposant sur les traverses, au-dessus du patin l’âme verticale soutenant le champignon sur lequel reposent les roues du train. Ils sont principalement soumis à des contraintes de dureté, de compression et de fatigue. La mise en œuvre de l’invention permet de répondre à ces contraintes ainsi qu’aux autres contraintes citées sur la liste des critères, mais l’hétérogénéité des matériaux sont des amorces de rupture. Les techniques dites âme vers périphérie ou périphérie vers âme sont employées préférablement pour la fabrication des rails. Chacune des trois parties du rail, le patin, l’âme verticale et le champignon, peut être constituée de matériau standard, ou de matériau résultant ou de matériau final. Chacune d’entre elles peut être recouverte entièrement, ou partiellement, d’une couche protectrice de matériau standard. Tous les choix sont possibles selon que l’on privilégie le poids, la robustesse ou les coûts.

Whatever the embodiments, the main applications are described below:

Plates: Multilayer techniques, notably two-layer and three-layer, are particularly suitable for plates intended in particular for land vehicles and the hulls and watertight bulkheads of ships. Indeed, the invention makes it possible to resist shocks, compressions and high heat which are the main constraints likely to be encountered by such equipment. The invention provides greater protection than a 100% metal material at equal or less weight and at equal or less cost. It is sufficient to increase the proportion of added material or final material in relation to all the materials and therefore the volume of the final product, which makes it possible to increase the thickness of the plates without increasing their weight. In addition, minerals and their derivatives are poor conductors of heat, which increases the protection offered by the invention. Finally, minerals and their derivatives stop alpha, beta and gamma rays as well or better than steel, which increases the protection offered by the invention. All combinations are possible depending on whether weight, thickness or costs are preferred. The plates, for example intended for ship hulls, are produced either by the incorporation technique, or by the two-layer technique, or by the three-layer technique, or by the multilayer technique. All choices are possible depending on whether weight, thickness of the plates or costs are preferred.
Railway rails: They consist of three main parts, the shoe resting on the sleepers, above the shoe the vertical core supporting the mushroom on which the train wheels rest. They are mainly subject to hardness, compression and fatigue constraints. The implementation of the invention makes it possible to meet these constraints as well as the other constraints cited on the list of criteria, but the heterogeneity of the materials are the beginnings of a break. The so-called core-to-periphery or periphery-to-core techniques are preferably used for the manufacture of rails. Each of the three parts of the rail, the shoe, the vertical web and the head, can be made of standard material, or of result material or of final material. Each of them can be covered entirely, or partially, with a protective layer of standard material. All choices are possible depending on whether you favor weight, robustness or costs.

La description suivante en regard des dessins annexés à titre d’exemples non limitatifs, permettra de mieux comprendre comment l’invention peut être mise en pratique.The following description with reference to the accompanying drawings as non-limiting examples will provide a better understanding of how the invention can be put into practice.

montre l’organigramme général des traitements. shows the general processing flowchart.

montre un matériau ajouté (Dans un matériau standard). shows an added material (In a standard material).

montre une plaque bi couche. shows a two-layer plate.

montre une plaque tri couche. shows a tri-layer plate.

montre une vue en coupe d’un rail de chemin de fer, âme en matériau résultant recouverte totalement de matériau standard. shows a sectional view of a railway rail, resulting material core completely covered with standard material.

montre une vue en coupe d’un rail de chemin de fer, âme en matériau résultant recouverte partiellement de matériau standard. shows a sectional view of a railway rail, core of resulting material partially covered with standard material.

Réduire les coûts,
Gagner du poids,
Réduire la quantité de métal utilisée, notamment l’acier, le fer, la fonte ou autres alliages et ainsi préserver les ressources naturelles.
Réduire la quantité de charbon utilisée pour la fabrication des aciers,
Réduire l’émission de gaz toxiques et/ou polluants (CO, CO², CH4, SO²),
Obtenir des produits au moins aussi résistants que les métaux.

Lower the costs,
To gain weight,
Reduce the quantity of metal used, in particular steel, iron, cast iron or other alloys and thus preserve natural resources.
Reduce the quantity of coal used for the manufacture of steel,
Reduce the emission of toxic gases and/or pollutants (CO, CO², CH4, SO²),
Obtain products at least as strong as metals.

Certains minéraux bruts, matériaux élaborés à partir de minéraux et polymères répondent aux principales caractéristiques souhaitées suivantes:

Certain raw minerals, materials made from minerals and polymers meet the following main desired characteristics:

La présente invention peut être avantageusement mise en œuvre pour la construction des coques de navires, les rails de chemin de fer et autres applications.The present invention can be advantageously implemented for the construction of ship hulls, railway rails and other applications.

Currently, the techniques to reduce the amount of metal are mainly:

Obviously plates,
Honeycomb structures,
Stronger alloys.

Pour des facilités de compréhension, il sera utilisé ci-après le terme de « matériau standard » (1) pour désigner les matériaux habituellement utilisés aujourd’hui, notamment l’acier, le terme « matériau ajouté » (2) pour désigner les divers composants destinés à être apportés au matériau standard (1), notamment un minéral, un produit élaboré à partir de minéraux, un polymère ou un matériau composite et le terme « matériau résultant » (3) pour désigner le produit obtenu par association du matériau standard (1) et du matériau ajouté (2).For ease of understanding, the term “standard material” (1) will be used below to designate the materials usually used today, in particular steel, the term “added material” (2) to designate the various components intended to be added to the standard material (1), in particular a mineral, a product made from minerals, a polymer or a composite material and the term “resulting material” (3) to designate the product obtained by association of the standard material (1) and added material (2).

Le matériau résultant (3) peut être traité et/ou recevoir à son tour des additifs (4) pour produire le matériau utilisable in fine désigné par le terme « matériau final » (5) qui peut être lui-même associé à d’autres matériaux dont le matériau standard (1), le matériau ajouté (2), le matériau résultant (3) pour obtenir le « produit final » (6). Voir la .The resulting material (3) can be treated and/or in turn receive additives (4) to produce the ultimately usable material designated by the term “final material” (5) which can itself be associated with other materials including the standard material (1), the added material (2), the resulting material (3) to obtain the “final product” (6). See it .

Selon les divers modes de réalisation de l’invention, le procédé permet d’obtenir à un coût moindre, des produits aussi résistants mais plus légers que les matériaux standards (1), tels que 100% d’acier.According to the various embodiments of the invention, the process makes it possible to obtain, at a lower cost, products that are as strong but lighter than standard materials (1), such as 100% steel.

Selon le mode de réalisation préféré de l’invention, le matériau ajouté (2) doit posséder des caractéristiques préférablement équivalentes ou supérieures à celles du matériau standard (1), notamment une dureté au moins égale et/ou une masse volumique inférieure ou égale, de manière à ce que le matériau résultant (3) soit équivalent ou supérieur au matériau standard (1).According to the preferred embodiment of the invention, the added material (2) must have characteristics preferably equivalent to or greater than those of the standard material (1), in particular a hardness at least equal and/or a density lower or equal, so that the resulting material (3) is equivalent to or superior to the standard material (1).

Selon le mode de réalisation préféré de l’invention, d’autres critères tels que ceux repris ci-dessous sont à considérer pour le choix du matériau ajouté (2). Cependant, il n’est pas nécessaire que l’ensemble desdits critères soit réuni pour qu’un matériau ajouté (2) soit retenu.

Dureté à chaud et à froid.
Résistance à la compression.
Coefficient de dilatation préférablement similaire entre le matériau ajouté (2) et le matériau standard (1).
Adhérence entre matériau standard (1) et matériau ajouté (2).
Résistance à la traction.
Elasticité.
Ductilité.
Striction.

According to the preferred embodiment of the invention, other criteria such as those listed below must be considered for the choice of the added material (2). However, it is not necessary that all of said criteria be met for an added material (2) to be retained.

Hot and cold hardness.
Compressive strength.
Preferably similar expansion coefficient between the added material (2) and the standard material (1).
Adhesion between standard material (1) and added material (2).
Tensile strength.
Elasticity.
Ductility.
Strictly.

Selon le mode de réalisation préféré de l’invention, l’invention a pour objectif de réduire les coûts et le poids du matériau final (5). Les matériaux ajoutés (2) sont moins onéreux que les métaux pour une dureté équivalente ou supérieure à celle des matériaux standards (1), tels que certains minéraux bruts ou traités ou certains polymères. De plus, lesdits matériaux ajoutés (2) ont généralement une masse volumique inférieure à celle des matériaux standards (1).According to the preferred embodiment of the invention, the invention aims to reduce the costs and the weight of the final material (5). The added materials (2) are less expensive than metals for a hardness equivalent to or greater than that of standard materials (1), such as certain raw or treated minerals or certain polymers. In addition, said added materials (2) generally have a lower density than that of standard materials (1).

Selon le mode de réalisation préféré de l’invention, les objectifs de l’invention sont atteints lorsque lesdits matériaux ajoutés (2) sont associés aux matériaux standards (1). Les matériaux résultants (3) ainsi que les matériaux finaux (5) sont au moins aussi résistants, plus légers et moins coûteux que les matériaux standards (1), notamment l’acier.According to the preferred embodiment of the invention, the objectives of the invention are achieved when said added materials (2) are associated with the standard materials (1). The resulting materials (3) as well as the final materials (5) are at least as strong, lighter and less expensive than standard materials (1), in particular steel.

Selon le mode de réalisation préféré de l’invention, le Matériau ajouté (2) est constitué de matériaux bruts tels que: le granit, le marbre, le grès, la silice, les graviers, les sables, divers agrégats et tous matériaux naturels possédant préférablement les critères a et b de la liste précitée des critères.According to the preferred embodiment of the invention, the added material (2) consists of raw materials such as: granite, marble, sandstone, silica, gravel, sand, various aggregates and all natural materials having preferably criteria a and b from the aforementioned list of criteria.

Selon un autre mode de réalisation de l’invention, le Matériau ajouté (2) est un matériau obtenu par traitement et/ou par adjonction d’additifs (4). Par exemple, les verres, les matériaux silicatés, les céramiques, les vitrocéramiques, la terre cuite, certains alliages, certains matériaux de synthèse dont les polymères, les matériaux composites et tous les matériaux répondant préférablement aux critères a-b-c-d de la liste précitée des critères. L’acier et le verre ont le même indice de dureté sur l’échelle de Mohs : 5,5 et résistent très bien tous les deux à la compression. L’utilisation simultanée et non exhaustive de ces deux matériaux répond avantageusement aux objectifs de l’invention. On notera aussi que le granit a un indice de 7 sur l’échelle de Mohs et donc est plus dur que l’acier.According to another embodiment of the invention, the added material (2) is a material obtained by treatment and/or by addition of additives (4). For example, glasses, silicate materials, ceramics, glass ceramics, terracotta, certain alloys, certain synthetic materials including polymers, composite materials and all materials preferably meeting criteria a-b-c-d of the aforementioned list of criteria. Steel and glass have the same hardness index on the Mohs scale: 5.5 and both resist compression very well. The simultaneous and non-exhaustive use of these two materials advantageously meets the objectives of the invention. Note also that granite has an index of 7 on the Mohs scale and therefore is harder than steel.

Le matériau résultant (3) peut être obtenu par différentes techniques dont il est fait état sur la liste non exhaustive ci-après:The resulting material (3) can be obtained by different techniques which are listed in the non-exhaustive list below:

Selon le mode de réalisation préféré de l’invention dit par incorporation, le procédé consiste à incorporer dans le matériau standard (1), d’autres matériaux durs, petits ou grands, dénommés matériaux ajoutés (2), dont la masse volumique est préférablement inférieure à celle du matériau standard (1), afin d’alléger le matériau résultant (3). Par exemple, des billes de verre, des morceaux de silice, de granit, du sable, des agrégats, des polymères. La plupart de ces matériaux ajoutés (2) ont une masse volumique inférieure aux matériaux standards (1) et sont aussi durs et moins onéreux que lesdits matériaux standards (1). Le matériau standard (1), outre sa dureté, constitue le liant, permettant ainsi au matériau résultant (3) de former avec lui un bloc compact et homogène. Voir la .According to the preferred embodiment of the invention known as by incorporation, the process consists of incorporating into the standard material (1), other hard materials, small or large, called added materials (2), whose density is preferably lower than that of the standard material (1), in order to lighten the resulting material (3). For example, glass beads, pieces of silica, granite, sand, aggregates, polymers. Most of these added materials (2) have a lower density than standard materials (1) and are as hard and less expensive than said standard materials (1). The standard material (1), in addition to its hardness, constitutes the binder, thus allowing the resulting material (3) to form with it a compact and homogeneous block. See it .

Selon le mode de réalisation préféré de l’invention, le matériau ajouté (2) adhère au maximum au matériau standard (1) afin que le matériau résultant (3), formé de deux ou de plusieurs matériaux, constitue un bloc compact et homogène et ait au moins les mêmes caractéristiques de dureté que s’il était constitué de matériau standard (1).Voir la .According to the preferred embodiment of the invention, the added material (2) adheres as much as possible to the standard material (1) so that the resulting material (3), formed of two or more materials, constitutes a compact and homogeneous block and has at least the same hardness characteristics as if it were made of standard material (1).See .

Selon le mode de réalisation préféré de l’invention, le matériau standard (1) et le matériau ajouté (2) sont mélangés l’un avec l’autre lorsque leur état devient liquide ou visqueux consécutivement à une élévation de la température allant jusqu’à au moins 1400 degrés Celsius. Ceci permet une répartition homogène des différents matériaux, ainsi qu’une bonne adhérence réciproque.According to the preferred embodiment of the invention, the standard material (1) and the added material (2) are mixed with each other when their state becomes liquid or viscous following an increase in temperature of up to at least 1400 degrees Celsius. This allows a homogeneous distribution of the different materials, as well as good mutual adhesion.

Selon le mode de réalisation préféré de l’invention, les matériaux ajoutés (2) sont constitués préférablement de petits éléments nombreux, en particulier pour obtenir des matériaux finaux (5) ayant une faible épaisseur, tels que par exemple les plaques pour coques de navires, et ainsi augmenter leurs surfaces en contact avec les matériaux standards (1) et obtenir un matériau résultant (3) homogène.According to the preferred embodiment of the invention, the added materials (2) preferably consist of numerous small elements, in particular to obtain final materials (5) having a low thickness, such as for example plates for ship hulls. , and thus increase their surfaces in contact with the standard materials (1) and obtain a homogeneous resulting material (3).

Selon le mode de réalisation différent de l’invention, le matériau ajouté (2) est préférablement ajouté au matériau standard (1) lorsque celui-ci se trouve à l’état solide et préférablement à basse température, tandis que le matériau standard (1) se trouve préférablement à l’état liquide, ou visqueux. Par exemple on ajoute du sable froid à un acier chauffé à haute température.According to the different embodiment of the invention, the added material (2) is preferably added to the standard material (1) when the latter is in the solid state and preferably at low temperature, while the standard material (1 ) is preferably in the liquid or viscous state. For example, cold sand is added to steel heated to high temperature.

Selon le mode de réalisation préféré de l’invention, le matériau ajouté (2) est préférablement ajouté au matériau standard (1) avec régularité afin que le matériau résultant (3) soit homogène et invariant. L’incorporation des éléments qui constituent le matériau ajouté (2) est aléatoire ou, préférablement régulière et gérée par des calculateurs.According to the preferred embodiment of the invention, the added material (2) is preferably added to the standard material (1) with regularity so that the resulting material (3) is homogeneous and invariant. The incorporation of the elements which constitute the added material (2) is random or, preferably regular and managed by computers.

Selon le mode de réalisation préféré de l’invention, afin d’incorporer un maximum de matériaux ajoutés (2) dans un matériau standard (1), les matériaux ajoutés (2) peuvent différer les uns par rapport aux autres par leur nature, par leur forme, par leur volume etc.According to the preferred embodiment of the invention, in order to incorporate a maximum of added materials (2) into a standard material (1), the added materials (2) can differ from each other by their nature, by their shape, their volume etc.

Selon le mode de réalisation préféré de l’invention, des dispositifs appelés mélangeurs, constitués en tout ou en partie de matériaux réfractaires préférablement à base de céramique, peuvent être utilisés pour brasser les matériaux standards (1) avec les matériaux ajoutés (2) afin de les mélanger et d’obtenir des matériaux résultants (3) homogènes.According to the preferred embodiment of the invention, devices called mixers, made up entirely or in part of refractory materials preferably based on ceramic, can be used to mix the standard materials (1) with the added materials (2) in order to to mix them and obtain homogeneous resulting materials (3).

Selon le mode de réalisation préféré de l’invention, de tels mélangeurs peuvent être utilisés chaque fois que l’on veut mélanger des matériaux standards (1) avec des matériaux ajoutés (2) et/ou des matériaux résultants (3) et/ou des matériaux finaux (5).According to the preferred embodiment of the invention, such mixers can be used whenever it is desired to mix standard materials (1) with added materials (2) and/or resulting materials (3) and/or final materials (5).

Selon un autre mode de réalisation de l’invention dit technique multicouche, les divers matériaux sont ajoutés préférablement les uns aux autres, couche après couche ou simultanément. Les couches de matériaux standards (1) alternent avec les couches de matériaux ajoutés (2), ou avec les couches de matériaux résultants (3) et/ou avec les couches de matériaux finaux (5). Ainsi, le produit final (6) constitue un bloc compact et homogène, une couche sur deux, ainsi que la première et la dernière, sont préférablement des couches de matériau standard (1). Cette technique est toutefois délicate, le problème étant d’assurer la cohésion des couches compte tenu des différences de densité. Voir les figures 3 et 4.According to another embodiment of the invention called the multilayer technique, the various materials are preferably added to each other, layer after layer or simultaneously. The standard material layers (1) alternate with the added material layers (2), or with the resulting material layers (3) and/or with the final material layers (5). Thus, the final product (6) constitutes a compact and homogeneous block, every other layer, as well as the first and the last, are preferably layers of standard material (1). This technique is however delicate, the problem being to ensure the cohesion of the layers taking into account the differences in density. See Figures 3 and 4.

Par exemple, successivement:

Une couche de matériau standard (1). (La première).
Une couche de matériau ajouté (2) ou une couche de matériau résultant (3) ou une couche de matériau final (5).
Une couche de matériau standard (1).
Et ainsi de suite.
Une couche de matériau standard (1). (La dernière).

For example, successively:

A layer of standard material (1). (The first one).
A layer of added material (2) or a layer of resulting material (3) or a layer of final material (5).
A layer of standard material (1).
And so on.
A layer of standard material (1). (The last).

Selon cet autre mode de réalisation de l’invention, le produit final (6) est enveloppé complètement de Matériau standard (1).According to this other embodiment of the invention, the final product (6) is completely enveloped in standard material (1).

Selon un mode différent de réalisation de l’invention dit technique bicouche, notamment utilisé pour les plaques lorsqu’un seul côté est en contact avec un milieu potentiellement agressif, par exemple les coques de navires, le produit final (6) est constitué d’une couche, préférablement épaisse de matériau résultant (3) ou d’une couche de matériau final (5) et d’une couche de matériau standard (1) en contact avec le milieu extérieur. Une des fonctions de la couche du matériau standard (1) est de protéger la couche de matériau résultant (3) ou de matériau final (5). Voir la .According to a different embodiment of the invention called the bilayer technique, in particular used for plates when only one side is in contact with a potentially aggressive environment, for example ship hulls, the final product (6) is made up of a layer, preferably thick, of resulting material (3) or a layer of final material (5) and a layer of standard material (1) in contact with the external environment. One of the functions of the standard material layer (1) is to protect the resulting material layer (3) or final material (5). See it .

Par exemple:

Première couche, préférablement mince constituée de matériau standard (1).
Deuxième couche, préférablement épaisse, constituée de matériau résultant (3) ou de matériau final (5).

For example:

First layer, preferably thin made of standard material (1).
Second layer, preferably thick, consisting of resulting material (3) or final material (5).

Selon un autre mode différent de réalisation de l’invention dit technique tricouche notamment utilisé pour les plaques lorsque les deux côtés sont en contact avec un milieu extérieur potentiellement agressif, la couche de matériau résultant (3), ou de matériau final (5) est prise en sandwich entre deux couches de matériau standard (1). Voir la .According to another different embodiment of the invention called the three-layer technique, in particular used for plates when the two sides are in contact with a potentially aggressive external environment, the layer of resulting material (3), or final material (5) is sandwiched between two layers of standard material (1). See it .

Par exemple:

Première couche constituée de matériau standard (1).
Deuxième couche constituée de matériaux résultant (3) ou de matériau final (5).
Troisième couche constituée de matériau standard (1).

For example:

First layer made of standard material (1).
Second layer consisting of resulting materials (3) or final material (5).
Third layer made of standard material (1).

Selon un autre mode particulier de l’invention dit technique de l’âme vers la périphérie, préférablement utilisée pour les produits finaux (6) longs, les couches sont réalisées de l’âme vers la périphérie. Préférablement, l’âme constituée de matériau résultant (3) ou de matériau final (5) est globalement située au centre du produit final (6). Elle est coulée en premier et enveloppée partiellement ou totalement par le matériau standard (1). Son épaisseur est celle du produit final (6) diminuée sur tout ou partie de la périphérie d’un espace prévu pour recevoir le matériau standard (1) dont une des fonctions est de protéger la couche de matériau résultant (3) ou de matériau final (5) des éventuelles agressions extérieures. Le matériau standard (1) est ensuite ajouté dans l’espace périphérique réservé lors de la fonte de l’âme.According to another particular mode of the invention called the core towards the periphery technique, preferably used for long final products (6), the layers are produced from the core towards the periphery. Preferably, the core made of resulting material (3) or final material (5) is generally located in the center of the final product (6). It is poured first and partially or completely enveloped by the standard material (1). Its thickness is that of the final product (6) reduced over all or part of the periphery of a space intended to receive the standard material (1) one of the functions of which is to protect the layer of resulting material (3) or final material (5) possible external attacks. The standard material (1) is then added in the peripheral space reserved when the core is melted.

Selon un autre mode de réalisation différent de l’invention dit technique de la périphérie vers l’âme, la couche périphérique partielle ou totale constituée de matériau standard (1), est coulée en premier. Le matériau résultant (3) ou le matériau final (5) est ensuite coulé à l’intérieur de ladite couche périphérique et constitue ainsi l’âme. L’ensemble constitue le produit final (6).According to another different embodiment of the invention called the technique from the periphery towards the core, the partial or total peripheral layer made of standard material (1) is cast first. The resulting material (3) or the final material (5) is then cast inside said peripheral layer and thus constitutes the core. The whole constitutes the final product (6).

Exemple de réalisation:

Le moule est rempli, totalement ou partiellement, de matériau standard (1).
Avant que ce matériau standard (1) ne soit solidifié, le moule est refroidi rapidement par l’extérieur, ce qui permet à la partie du matériau standard (1) en contact avec le moule de se solidifier.
Le matériau standard (1) non solidifié est retiré du moule.
L’espace vide laissé par l’enlèvement du matériau standard (1) est rempli de matériau résultant (3) ou de matériau final (5). L’ensemble constitue le produit final (6).

Example of production:

The mold is filled, totally or partially, with standard material (1).
Before this standard material (1) is solidified, the mold is rapidly cooled from the outside, which allows the part of the standard material (1) in contact with the mold to solidify.
The unsolidified standard material (1) is removed from the mold.
The empty space left by the removal of the standard material (1) is filled with resulting material (3) or final material (5). The whole constitutes the final product (6).

Selon les divers modes de réalisation de l’invention, les techniques suivantes, permettent une bonne adhérence des matériaux standards (1) aux matériaux ajoutés (2).

Les matériaux ajoutés (2) sont préférablement rugueux afin de mieux adhérer aux matériaux standards (1).
Les matériaux ajoutés (2) peuvent avoir des formes diverses, régulières par exemple sphériques, ou irrégulières présentant des cavités et des excroissances permettant aux matériaux standards (1) liquides ou visqueux lors de la coulée de s’incruster dans ces irrégularités, pour avoir une connexion forte entre les matériaux standards (1) et les matériaux ajoutés (2) et rendre ainsi les différents matériaux définitivement solidaires lors du refroidissement, les matériaux résultants (3) constituant ainsi des blocs compacts et homogènes.

According to the various embodiments of the invention, the following techniques allow good adhesion of the standard materials (1) to the added materials (2).

The added materials (2) are preferably rough in order to better adhere to the standard materials (1).
The added materials (2) can have various shapes, regular for example spherical, or irregular having cavities and protrusions allowing the standard materials (1) liquid or viscous during casting to become embedded in these irregularities, to have a strong connection between the standard materials (1) and the added materials (2) and thus make the different materials permanently united during cooling, the resulting materials (3) thus constituting compact and homogeneous blocks.

Selon les divers modes de réalisation de l’invention, le matériau ajouté (2) doit principalement répondre, aux caractéristiques suivantes:

Dureté, à chaud et à froid: Le matériau ajouté (2) est choisi parmi ceux présentant préférablement une importante dureté à chaud et à froid car il peut être soumis à des forces importantes, notamment des explosions et des collisions, et il doit pouvoir résister à de fortes chaleurs. On note que les minéraux sont des mauvais conducteurs de chaleur, ce qui augmente la protection offerte par l’invention.
Résistance à la compression: Le matériau ajouté (2) doit pouvoir résister à toutes sortes de contraintes, dont des collisions et des explosions.
Coefficients de dilatation similaires entre le matériau ajouté (2) et le matériau standard (1).
Bonne adhérence du matériau standard (1) au matériau ajouté (2).

According to the various embodiments of the invention, the added material (2) must mainly meet the following characteristics:

Hardness, hot and cold: The added material (2) is chosen from those preferably having high hot and cold hardness because it can be subjected to significant forces, including explosions and collisions, and it must be able to withstand at high heat. We note that minerals are poor conductors of heat, which increases the protection offered by the invention.
Compressive strength: The added material (2) must be able to withstand all kinds of stress, including collisions and explosions.
Similar expansion coefficients between the added material (2) and the standard material (1).
Good adhesion of the standard material (1) to the added material (2).

Les plaques: Les techniques multicouches, notamment bicouche et tri couche, sont particulièrement adaptées aux plaques destinées en particulier aux véhicules terrestres et aux coques et cloisons étanches de navires, En effet, l’invention permet de résister aux chocs, aux compressions et aux fortes chaleurs qui sont les principales contraintes susceptibles d’être rencontrées par de tels équipements, l’invention offre une protection supérieure à celle que permet un matériau à 100% de métal pour un poids égal ou inférieur et pour un coût égal ou inférieur. Il suffit d’augmenter la proportion de matériau ajouté (2) ou de matériau final (5) par rapport à l’ensemble des matériaux et donc le volume du produit final (6), ce qui permet d’augmenter l’épaisseur des plaques sans en augmenter le poids. De plus, les minéraux et leurs dérivés sont des mauvais conducteurs de chaleur ce qui augmente la protection offerte par l’invention. Toutes les combinaisons sont possibles selon que l’on privilégie le poids, l’épaisseur ou les coûts. Les plaques par exemple destinées aux coques de navires, sont réalisées soit par la technique de l’incorporation, soit par la technique bicouche, soit par la technique tricouche, soit par la technique multicouche. Tous les choix sont possibles selon que l’on privilégie le poids, l’épaisseur des plaques ou les coûts.
Les rails de chemin de fer: Ils se composent de trois parties principales, Le patin (7) reposant sur les traverses, au-dessus du patin (7) l’âme verticale (8) soutenant le champignon (9) sur lequel repose les roues du train. Ils sont principalement soumis à des contraintes de dureté, de compression et de fatigue. La mise en œuvre de l’invention permet de répondre à ces contraintes ainsi qu’aux autres contraintes citées sur la liste des critères mais l’hétérogénéité des matériaux sont des amorces de rupture. Les techniques dites âme vers périphérie ou périphérie vers âme sont employées préférablement pour la fabrication des rails. Chacune des trois parties du rail, le patin (7), l’âme verticale (8) et le champignon (9), peut être constituée de matériau standard (1), ou de matériau résultant (3) ou de matériau final (5). Chacune d’entre elles peut être recouverte entièrement, ou partiellement, d’une couche protectrice de matériau standard (1). Tous les choix sont possibles selon que l’on privilégie le poids, la robustesse ou les coûts. Voir les figures 5 et 6.

Whatever the embodiments, the main applications are described below:

The plates: Multilayer techniques, in particular two-layer and three-layer, are particularly suitable for plates intended in particular for land vehicles and for the hulls and watertight bulkheads of ships. Indeed, the invention makes it possible to resist shocks, compressions and strong heat which are the main constraints likely to be encountered by such equipment, the invention offers greater protection than that afforded by a 100% metal material for an equal or less weight and for an equal or less cost. It is enough to increase the proportion of added material (2) or final material (5) in relation to all the materials and therefore the volume of the final product (6), which makes it possible to increase the thickness of the plates without increasing its weight. In addition, minerals and their derivatives are poor conductors of heat, which increases the protection offered by the invention. All combinations are possible depending on whether weight, thickness or costs are preferred. The plates, for example intended for ship hulls, are produced either by the incorporation technique, or by the two-layer technique, or by the three-layer technique, or by the multilayer technique. All choices are possible depending on whether weight, thickness of the plates or costs are preferred.
Railway rails: They consist of three main parts, The shoe (7) resting on the sleepers, above the shoe (7) the vertical core (8) supporting the mushroom (9) on which the rails rest wheels of the train. They are mainly subject to hardness, compression and fatigue constraints. The implementation of the invention makes it possible to respond to these constraints as well as to the other constraints cited on the list of criteria but the heterogeneity of the materials are the beginnings of a break. The so-called core-to-periphery or periphery-to-core techniques are preferably used for the manufacture of rails. Each of the three parts of the rail, the shoe (7), the vertical web (8) and the head (9), can be made of standard material (1), or of resulting material (3) or of final material (5 ). Each of them can be covered entirely, or partially, with a protective layer of standard material (1). All choices are possible depending on whether you favor weight, robustness or costs. See Figures 5 and 6.

Claims

Method making it possible to optimize the cost and weight of materials, characterized in that it consists of replacing a part of a metal called standard material (1) by other components called added materials (2), of hardness at least equal and of density less than or equal to said standard material (1), to obtain a resulting material (3) as strong, lighter and at a lower cost, said resulting material (3) being able to be treated and/or receive in turn additives (4) to produce a final material (5), which can itself be combined with other materials including the standard material (1), the added material (2) and/or the resulting material (3) to obtain a final product (6).

Method for optimizing the cost and weight of materials according to claim 1, characterized in that the choice of the added material (2) is carried out according to the list of criteria below, without it being necessary that all the criteria are brought together so that said added material (2) is retained:

Hot and cold hardness equivalent to or greater than that of the standard material (1),
Compressive strength equivalent to or greater than that of the standard material (1),
Expansion coefficient similar to that of the standard material (1).
Good adhesion of the standard material (1) to the added material (2).
Tensile strength equivalent to or greater than standard material (1)
Elasticity equivalent to or greater than that of the standard material (1)
Ductility equivalent to or greater than that of standard material (1)
Strictness equivalent to or greater than that of the standard material (1)

the added material (2) consists in particular of raw materials such as granite, marble, sandstone, silica, gravel, sand, various aggregates and all natural materials having at least criteria a and b indicated herein list of criteria, or materials obtained by treatments and/or by the addition of additives, in particular glasses, silicate materials, ceramics, glass ceramics, terracotta, alloys, synthetic materials including polymers, materials composites and all materials meeting in particular criteria a, b, c, d, of the aforementioned list of criteria.

Method for optimizing the cost and weight of materials according to any one of claims 1 and 2, characterized in that it consists of an incorporation technique to add other materials to the standard material (1). added (2) as hard as the standard materials, whose density is lower than that of the standard material (1) in order to lighten the resulting material (3), said standard material (1) constituting the binder allowing the resulting material ( 3) to form with it a compact and homogeneous block having at least the same hardness characteristics as if it were made entirely of standard material (1).

Method for optimizing the cost and weight of materials according to claim 3, characterized in that the added materials (2) are incorporated into the standard materials (1) by mixing them with each other and with regularity when their state becomes liquid or viscous following a rise in temperature of up to at least 1400 degrees Celsius, this allowing a homogeneous distribution of the different materials, as well as good reciprocal adhesion.

Method for optimizing the cost and weight of materials according to claim 3, characterized in that the added material (2) is incorporated into the standard material (1) when it is in the solid state and at low temperature, while the standard material (1) is in the liquid or viscous state, in particular by incorporating cold sand into steel heated to high temperature.

Method for optimizing the cost and weight of materials according to claim 1, characterized in that it consists of a multilayer technique of adding the various materials to each other, layer after layer, the layers of standard materials (1) alternating with the layers of added materials (2), or with the layers of resulting materials (3) or with the layers of final materials (5), the final product (6) thus constituting a compact and homogeneous block, the first and the last layer being layers of standard material (1) and the final product (6) thus being completely wrapped in standard materials (1).

Method making it possible to optimize the cost and weight of the materials according to claim 1, characterized in that in the so-called bilayer embodiment, in particular used for plates of which only one side is in contact with a potentially aggressive environment, in particular the shells ships, the final product (6) consists of a layer of resulting material (3) or a layer of final material (5) and a layer of standard material (1) in contact with the external environment, one of the functions of the layer of standard material (1) being to protect the layer of resulting material (3) or final material (5), in particular a first layer consisting of standard material (1) and a second layer consisting of resulting material (3) or final material (5), the 2 layers being able to be deposited one after the other in any order, or simultaneously.

Method making it possible to optimize the cost and weight of the materials according to claim 1, characterized in that in the so-called three-layer embodiment, in particular used for plates when the two sides are in contact with a potentially aggressive external environment, the layer of resulting material (3), or final material (5) is sandwiched between two layers of standard material (1).

Method for optimizing the cost and weight of materials according to claim 1, characterized in that in the so-called core-to-periphery technique, particularly used for long final products (6), the layers are made from the core towards the periphery, the core made of resulting material (3) or final material (5) being generally located in the center of the final product (6) and cast first then partially or totally enveloped by the standard material (1), its thickness being that of the final product (6) reduced over all or part of the periphery of a space intended to receive the standard material (1) one of the functions of which is to protect the layer of resulting material (3) or final material (5) from possible external attacks, the standard material (1) then being added in the peripheral space reserved during melting of the core.

Method for optimizing the cost and weight of materials according to claim 1, characterized in that it consists of a technique from the periphery towards the core, in that the partial or total peripheral layer made of standard material (1 ), is cast first, the resulting material (3) or the final material (5) then being cast inside said peripheral layer thus constituting the core, the whole constituting the final product (6).