WO1993013884A1

WO1993013884A1 - Procede et dispositif pour le formage a chaud de metaux ou alliages metalliques

Info

Publication number: WO1993013884A1
Application number: PCT/FR1988/000267
Authority: WO
Inventors: Jacques Gerard
Original assignee: Jacques Gerard
Priority date: 1987-05-29
Filing date: 1988-05-26
Publication date: 1993-07-22
Also published as: US5054184A

Abstract

Le procédé et le dispositif concernent le formage à chaud, par déformation plastique, d'alliages métalliques au moyen d'un outil de presse. Ce procédé consiste à effectuer l'extrusion d'un lopin (1), revêtu d'au moins une chemise extérieure (8), par poussée au moyen d'un outil de presse à travers une filière. Une couche mince d'au moins un composé comprenant de l'oxygène et au moins un métal est déposée sur l'une des parois en regard de la chemise et du lopin. Celui-ci est préchauffé avant d'être placé dans le container pour l'extrusion. La lubrification est assurée par un lubrifiant tel qu'un verre. Le procédé s'applique à l'extrusion de lopins pleins ou creux en alliages réfractaires et aussi et autres alliages présentant des difficultés de formage.

Description

PROCEDE ET DISPOSITIF POUR LE FORMAGE A CHAUD

DE METAUX OU ALLIAGES METALLIQUES.

Le procédé et le dispositif qui font l'objet de l'invention concernent le formage à chaud, par déformation plastique, d'alliages métalliques au moyen d'un outil de presse.

Ce procédé et ce dispositif concernent, en particulier, les alliages métalliques ayant une grande résistance à la déformation à température élevée, associée à une faible ductilité. Ils concernent aussi des alliages métalliques qui ont une résistance à la déformation relative¬ ment faible à la température de formage, mais qui présentent cepen- dant, après formage, de nombreux défauts de surface qui nuisent à leur utilisation ultérieure.

On connaît la méthode d'extrusion, appelée aussi méthode de filage qui permet le formage, au moyen d'un outil de presse, d'un grand nombre de métaux ou alliages métalliques.

Cette méthode consiste, de façon connue, à soumettre un lopin, consti¬ tué d'un métal ou alliage métallique, logé dans un container, appelé aussi pot de presse, à la poussée d'un piston de presse, le lopin ayant été préchauffé à la température voulue. Grâce à une force de poussée suffisante, le lopin est extrudé à travers une filière raccordée au fond du container. Par extrusion de lopins pleins on obtient des barres. On peut aussi effectuer l'extrusion de lopins creux c'est-à-dire percés d'un trou de part en part. On utilise alors un piston muni d'une aiguille qui s'engage dans le trou du lopin et dans la filière. Comme dans le cas d'un lopin plein, on peut extruder le lopin creux, convenablement préchauffé, grâce à une poussée suffi¬ sante, de façon à provoquer son écoulement, par déformation plastique, entre l'aiguille et la filière, sous forme de tube.

On peut, de façon également connue, effectuer avant l'extrusion d'un lopin creux une expansion. Cette expansion a pour but, également par formage à chaud au moyen d'un outil de presse, d'accroître le diamètre du trou, sans perte importante de matière avant l'extrusion. Pour cela le lopin creux, préchauffé à température convenable, est logé dans un container sans filière et une aiguille, de diamètre supérieur à celui du trou du lopin, est poussée dans ce trou par le piston de presse. On obtient ainsi un accroissement du diamètre du trou et le plus souvent un allongement du lopin dont le diamètre extérieur est limité par celui du container. Le lopin est donc refoulé en sens inverse du sens de déplacement de l'aiguille.

L'extrusion ainsi que l'expansion éventuelle sont effectuées à des températures qui dépendent des caractéristiques des métaux ou alliages métalliques mis en oeuvre.

Dans le cas des aciers inoxydables ou réfractaires, et d'autres alliages réfractaires, le domaine de température de formage a une limite inférieure qui est le plus souvent de l'ordre de 900°C aussi bien pour l'extrusion que pour l'expansion. On utilise comme lubri¬ fiant, de façon quasi exclusive, des verres dont la composition est ajustée afin qu'ils présentent, dans l'intervalle de température dans lequel on se propose d'effectuer l'extrusion ou l'expansion d'un alliage métallique déterminé, le degré de viscosité approprié.

Bien que les lubrifiants à base de verre permettent ainsi le filage de très nombreux métaux ou alliages métalliques, il existe cependant des alliages métalliques parmi lesquels on comprend des aciers inoxydables ou réfractaires qui restent impropres au formage à chaud dans ces conditions. Il s'agit des alliages métalliques faisant partie du domaine comportant au moins un composant de base appartenant au groupe comprenant Fe, Ni, Co, Mo dont le formage à chaud dans les conditions qui viennent d'être définies demeure très difficile. Parmi ces alliages métalliques on peut citer les alliages réfractaires et en particulier ceux comportant des additions importantes d'éléments tels que le chrome et le tungstène. Toute déformation plastique importante de ces derniers alliages, par extrusion ou expansion, s'accompagne de la formation de fissures souvent profondes qui peuvent rendre le produit inutilisable ou, à tout le moins, entraîner des pertes de matière considérables. Pour d'autres alliages métalliques compris dans le même domaine, c'est en particulier le cas des aciers ferritiques au chrome, malgré une résistance à la déformation relativement faible et une lubrification adaptée à la température d'extrusion ou d'expansion, on constate que le produit obtenu présente de nombreux défauts de surface tels que les incrustations qui ne permettent pas, le plus souvent, l'utilisation du produit tel que. Il faudrait alors effectuer de coûteuses opérations de préparation ou réparation des parois de tels produits ce qui est, par exemple, particulièrement difficile et coûteux dans le cas des parois internes de tubes.

On a cherché à mettre au point un procédé et un dispositif permettant d'effectuer le formage à chaud, par extrusion et, si cela est utile, aussi par expansion, de tels alliages métalliques en supprimant aussi bien la formation de fissures que la formation de défauts de surface des types qui viennent d'être décrits. Le procédé et le dispositif qui font l'objet de l'invention permettent d'obtenir de tels résultats.

Ce procédé s'applique, de façon générale, au formage à température au moins égale à 900° C par extrusion ou par expansion en générale suivie d'une extrusion au moyen d'un outil de presse, d'un lopin plein ou creux d'un alliage métallique comportant au moins un composant de base appartenant au groupe comprenant Fe, Ni, Co, Mo. Les alliages métal¬ liques auxquels s'applique ce procédé comprennent essentiellement à l'intérieur du domaine ainsi défini les aciers inoxydables ou réfrac¬ taires ainsi que les alliages réfractaires et/ou résistants à la corrosion autres que des aciers.

Selon le procédé suivant l'invention on réalise une chemise extérieure métallique tubulaire dont les dimensions sont telles qu'elle peut entourer, avec jeu, la paroi latérale extérieure du lopin.

On dépose, sur l'une au moins des deux parois du lopin et de la che¬ mise extérieure qui seront en regard, une couche de revêtement d'au moins un composé comprenant au moins de l'oxygène et au moins un métal du groupe comprenant Al, Ca, Mg, Si, Ti, Zr, Hf, Cr, Ta, Nb. L'épais¬ seur de cette couche de revêtement est d'au moins 0,05 mm et sa tempé- rature de fusion est supérieure à la température de formage par extrusion ou par expansion.

On entoure ensuite ce lopin de cette chemise extérieure puis on solidarise l'extrémité avant du lopin, de façon directe ou indirecte, avec l'extrémité correspondante de cette chemise extérieure l'autre extrémité de la chemise étant libre parallèlement à l'axe du lopin par rapport à la zone d'extrémité arrière de celui-ci. On chauffe ensuite l'ensemble ainsi réalisé à une température au moins égale à 900° C, adaptée aux caractéristiques de l'alliage métallique qui constitue le lopin, puis on effectue l'extrusion ou l'expansion au moyen d'un outil de presse, le lopin chemisé étant logé dans un container avec utilisa¬ tion d'un lubrifiant adapté tel qu'un verre.

De préférence, le lopin, sa chemise et le container ont une forme de révolution.

De préférence, dans le cas d'un lopin creux, avant expansion et/ou avant extrusion, on prépare, en plus de la chemise extérieure, une chemise intérieure métallique tubulaire, apte à être logée dans le trou du lopin, de façon à pouvoir être entourée par la paroi inté¬ rieure de ce trou, avec jeu ; on dépose sur l'une au moins des deux parois qui seront en regard du trou du lopin et de la chemise inté¬ rieure une couche de revêtement constituée d'au moins un composé comprenant au moins de l'oxygène et au moins un métal du groupe comprenant Al, Ca, Mg, Si, Ti, Zr, Hf, Cr, Ta, Nb. L'épaisseur de cette couche de revêtement est d'au moins 0,05 mm et sa température de fusion est supérieure à la température de formage par expansion et/ou par extrusion ; on monte cette chemise intérieure à l'intérieur du trou du lopin et on solidarise l'extrémité avant de ce lopin, de façon directe ou indirecte, avec l'extrémité correspondante de cette chemise intérieure dont l'autre extrémité reste libre dans le sens axial.

On effectue ensuite l'extrusion ou l'expansion du lopin ainsi revêtu, de la façon déjà décrite, le lopin chemisé ayant été préchauffé à température convenable, au moins égale à 900° C et le piston de presse étant équipé d'une aiguille de dimensions adaptées à l'opération d'extrusion ou d'expansion qu'il s'agit de réaliser. De même le lopin chemisé est logé dans un container dont le fond comporte une filière dans le cas d'une extrusion. Il en est dépourvu dans le cas d'une expansion.

De façon avantageuse, lorsqu'on se propose d'effectuer l'expansion d'un lopin creux, on réalise le trou percé à travers le lopin, de façon qu'il présente un evasement à l'avant de ce lopin. Après avoir mis en place une plaque avant, munie elle-même d'un orifice sensible¬ ment dans le prolongement de l'evasement du trou du lopin et au moins une chemise extérieure, on effectue l'expansion en introduisant dans le trou du lopin, à partir de son extrémité avant évasée, au moyen de l'outil de presse, l'extrémité avant d'une aiguille de diamètre supé- rieur à celui de ce trou, cette extrémité avant comportant une zone d'engagement de plus faible diamètre, le lopin chemisé étant lui-même logé dans un container dont le diamètre intérieur est de préférence un peu supérieur au diamètre extérieur de la chemise extérieure. On utilise un lubrifiant adapté tel qu'un verre.

Lorsqu'on effectue, selon l'invention, l'extrusion d'un lopin, on introduit celui-ci, muni d'au moins une chemise extérieure, dans un container, de façon que son extrémité avant soit orientée vers la filière d'extrusion, le piston de l'outil de presse exerçant sa pous- sée sur l'extrémité arrière du lopin de façon directe ou de façon indirecte sur une plaque arrière, elle-même solidarisée avec l'arrière du lopin.

Lorsqu'on effectue l'extrusion d'un lopin creux on munit le piston d'une aiguille qui pénètre dans le trou du lopin, l'extrusion étant effectuée entre l'aiguille et la filière. De préférence également, le lopin comporte une plaque arrière, percée d'un trou dans le prolongement de celui du lopin, de façon que l'aiguille traverse le trou de cette plaque arrière, puis celui du lopin, le piston venant exercer sa poussée sur cette plaque arrière, elle-même solidarisée avec l'arrière du lopin. La lubrification est effectuée de façon connue par exemple par un verre de viscosité adaptée.

L'invention concerne aussi un dispositif permettant le formage, à température au moins égale à 900° C d'un lopin plein ou creux d'un alliage métallique, au moyen d'un outil de presse par extrusion ou par expansion en général suivie d'une extrusion. Suivant l'invention l'alliage métallique qui constitue le lopin comporte au moins un composant de base appartenant au groupe comprenant Fe, Ni, Co, Mo. Toujours suivant l'invention, à l'intérieur du domaine de composition ainsi défini, cet alliage métallique constituant le lopin est un acier inoxydable ou réfractaire ou encore un alliage réfractaire ou résis¬ tant à la corrosion autre qu'un acier. Le dispositif comporte au moins une chemise métallique tubulaire extérieure qui entoure avec jeu la paroi latérale extérieure du lopin, au moins l'une des deux parois en regard du lopin et de la chemise étant pourvue d'une couche de revête¬ ment d'au moins un composé comprenant au moins de l'oxygène et au moins un métal du groupe comprenant Al, Ca, Mg, Si, Ti, Zr, Hf, Cr, Ta, Nb. L'épaisseur de cette couche de revêtement est d'au moins 0.05 mm et sa température de fusion est supérieure à la température d'extrusion ou d^rexpansion prévue pour le lopin. Un premier moyen de liaison avant assure, de façon directe ou indirecte, une liaison entre l'extrémité avant du lopin et l'extrémité correspondante de cette chemise extérieure, l'autre extrémité de cette chemise étant libre, parallèlement à l'axe du lopin, par rapport à la zone d'extrémité arrière de celui-ci. De préférence le premier moyen de liaison comporte au moins un cordon de soudure annulaire.

De façon avantageuse on utilise comme couche de revêtement une couche à base d'alumine qui peut être réalisé par exemple par projection au chalumeau oxyacétylémique.

De façon avantageuse, une plaque avant est disposée à l'avant du lopin, le premier moyen de liaison avant assurant aussi, de façon directe ou indirecte, la liaison entre cette plaque avant, l'avant du lopin et la chemise extérieure. De façon avantageuse également, le lopin est prolongé à l'arrière par une plaque arrière, au moins un moyen de liaison arrière assurant une liaison entre l'extrémité ar¬ rière du lopin et la plaque arrière, la longueur de la chemise exté- rieure étant déterminée de façon que, au moins une partie de la paroi latérale de la plaque arrière ne soit pas recouverte par cette che¬ mise.

De préférence, le lopin, au moins la chemise extérieure, les plaques avant et arrière, si elles existent, ont une forme de révolution.

Lorsque le lopin est creux il comporte de préférence une chemise métallique intérieure tubulaire dont la paroi extérieure est entourée avec jeu par la paroi latérale du trou axial qui traverse le lopin. Au moins l'une des deux parois en regard du lopin et de la chemise est pourvue d'une couche de revêtement d'au moins un composé comprenant au moins de l'oxygène et au moins un métal du groupe comprenant Al, Ca, Mg, Si, Ti, Zr, Hf, Cr, Ta, Nb, la température de fusion de cette couche étant supérieure à celle prévue pour l'expansion ou l'extrusion et son épaisseur étant d'au moins 0,05 mm. Un deuxième moyen de liaison avant, tel qu'au moins un cordon de soudure annulaire, permet d'assurer, de façon directe ou indirecte, une liaison entre l'extré¬ mité avant du lopin et l'extrémité correspondante de cette chemise intérieure dont l'autre extrémité est libre par rapport à la zone d'extrémité arrière du lopin. De façon avantageuse, la ou les chemises sont réalisées en un acier non allié ou faiblement allié. Pour certaines applications, en parti¬ culier pour l'extrusion d'un lopin en acier ferritique au chrome, on utilise avantageusement une chemise extérieure en acier inoxydable austénitique.

De façon avantageuse également, la plaque avant est en un métal ou alliage dont la résistance à la déformation plastique est inférieure à celle du lopin, dans les conditions de température dans lesquelles est effectuée l'opération de formage à chaud.

La plaque arrière est, de préférence, en un métal ou alliage dont la résistance à la déformation plastique est supérieure à celle de la plaque avant, dans les conditions de température dans lesquelles est effectuée l'opération de formage à chaud.

Les exemples et les figures ci-après permettent de mieux comprendre, de façon non limitative, les caractéristiques principales du procédé et du dispositif qui font l'objet de l'invention.

La figure 1 est une vue schématique en coupe d'un lopin plein équipé du dispositif suivant l'invention.

La figure 2 est une vue schématique en coupe d'un lopin creux équipé du dispositif suivant l'invention en vue d'une extrusion directe.

La figure 3 est une vue schématique en coupe d'un lopin creux équipé du dispositif suivant l'invention en vue d'une expansion.

Exemple 1 : Cet exemple concerne la mise en oeuvre du procédé et du dispositif suivant l'invention pour la réalisation d'une barre par extrusion d'un lopin plein en alliage réfractaire.

La figure 1 représente, de façon schématique, en coupe, un lopin plein (1) de révolution en alliage réfractaire d'axe (XI - XI). Une plaque avant (2), également de révolution, par rapport au même axe, est en appui contre l'extrémité avant (3) du lopin (1). Une plaque arrière (4), de révolution par rapport au même axe, est en appui contre l'extrémité arrière (5) de ce même lopin. Une chemise (8) entoure la paroi de révolution (9) du lopin. Sa longueur est limitée de façon qu'elle ne recouvre que la moitié environ de la plaque arrière (4). Un premier moyen de liaison avant comprend une soudure annulaire (6) qui relie le lopin (1) à la plaque avant (2) et une soudure annulaire (10) qui relie l'extrémité avant de la chemise (8) à la plaque avant (2).

L'extrémité arrière (11) de cette chemise laisse à découvert une partie de la paroi de révolution de la plaque arrière (4). Un moyen de liaison arrière comporte une soudure annulaire (7) qui relie la plaque arrière (4) au lopin (1). Grâce au jeu radial (12) la chemise peut glisser sur le lopin d'un mouvement relatif, parallèlement à l'axe (Xl-Xl) à partir de son extrémité avant (10) qui constitue son seul point d'attache fixe. On a déposé sur cette chemise une couche de revêtement d'un composé comprenant de l'oxygène et un métal du groupe défini plus haut. Dans le cas présent cette couche de revêtement est de l'alumine (Alτ 0₃) qui a été déposée par une méthode connue de projection au chalumeau oxycétylénique. Cette couche de revêtement reste solide à la température d'extrusion, tout en se fragmentant et empêche ainsi le soudage par diffusion de la chemise sur le lopin pendant l'extrusion, ce qui facilite donc les déplacements relatifs de la chemise et du lopin. Elle diminue par ailleurs les pertes ther¬ miques sur la paroi du lopin qui conserve ainsi sa ductilité. Grâce à cette action combinée de la chemise et de la couche de revêtement déposée dessus on constate à la fois l'absence de criques plus ou moins profondes sur la barre obtenue par extrusion d'un lopin ainsi préparé et un excellent état de surface.

On effectue ainsi l'extrusion d'un lopin plein (1) en un alliage réfractaire à base Ni, l'Hastelloy C276 (marque déposée de la Société

Cabot) dont la composition est approximativement en % en masse : Cr 15 ; Mo 16 ; 4 ; Fe 5,5 ; Ni solde.

On utilise une chemise extérieure (8) en acier doux suivant norme A37 (norme française). La plaque avant (2) est en acier inoxydable suivant norme Z 2 CN 18-10 et la plaque arrière (4) en Z 2 CND 17-12 (norme française également) de façon à présenter une résistance à la déforma¬ tion plastique plus grande que celle de la plaque avant. Le jeu entre la chemise revêtue de sa couche d'alumine et le lopin est, à froid, d'environ 1 à 1,5 % du rayon du lopin pour tenir compte du coefficient de dilation du C276 presque double de celui de l' A37. L'extrusion est effectuée à une température du lopin d'environ 1200°C.

La lubrification est réalisée de façon connue au moyen d'un verre de composition adaptée à ces conditions de température. Il est ainsi possible en utilisant des filières de profil adapté d'obtenir des barres de sections variées, circulaires ou non, avec des taux de réduction de l'ordre de 4 à 8 ou davantage.

Après extrusion la barre obtenue reste recouverte de la chemise amincie. En effet l'acier A37 qui constitue la chemise extérieure est apte à la déformation plastique jusqu'à des températures bien infé¬ rieures à celles auxquelles l'alliage C 276 demeure transformable. Ceci explique que cette chemise puisse se déformer plastiquement, sans fissures, au cours du processus d'extrusion, bien que la présence de la couche d'alumine limite l'écoulement de chaleur à partir du lopin en direction de cette chemise et favorise donc un abaissement sensible de la température de celle-ci par écoulement de chaleur à travers le container. Par ailleurs la longueur de cette chemise volontairement réduite, de façon qu'elle ne recouvre, avant extrusion, qu'une partie de la plaque arrière, a pour résultat que la poussée du piston s'exerce uniquement sur le lopin par l'intermédiaire de la plaque arrière. Il en résulte un amorçage de l'extrusion à travers la filière dans des conditions optimales, la chemise étant tendue sur toute sa longueur à partir de sa zone de liaison (10) avec la plaque avant (2) et donc, de façon indirecte avec l'avant du lopin.

La couche d'alumine constitue une barrière très efficace à la diffu¬ sion des éléments qui constituent la chemise, notamment du carbone, vers le lopin.

Grâce à la couche d'alumine également, la chemise n'est pas soudée sur la barre et différents moyens mécaniques, chimiques ou autres peuvent être utilisés pour l'éliminer. On peut en particulier l'élar¬ gir par laminage transversal, dans le cas d'une barre de section circulaire, ce qui facilite son arrachement. On peut aussi la dissoudre, de façon sélective, par des bains acides convenablement choisis. On peut aussi, dans certains cas, effectuer, avant enlèvement de la chemise, des opérations de réduction à froid, par exemple par laminage, martelage, ou étirage, en profitant de la ductilité de cette chemise. On peut faciliter ces opérations en réalisant sur cette chemise un traitement de fixation d'un lubrifiant par un procédé convenable tel que la phosphatation.

Comme cela a été dit plus haut, on obtient après enlèvement de la chemise, avec ou sans réduction à froid supplémentaire, un excellent état de surface, lisse, sans criques, et sans défauts tels que incrus¬ tations ou autres.

Exemple 2 : Cet exemple concerne la mise en oeuvre du procédé et du dispositif suivant l'invention pour la réalisation d'un tube par extrusion d'un lopin creux.

La figure 2 est une vue en coupe d'un lopin creux (21), de révolution par rapport à l'axe (X2 - X2), pourvu d'un trou axial (22). Une plaque avant annulaire (23), de révolution par rapport à l'axe, est en appui contre l'extrémité avant (24) du lopin. Une plaque arrière annulaire (25), également de révolution par rapport à l'axe du lopin, est en appui contre l'extrémité arrière (26) de celui-ci. Une chemise exté¬ rieure (27) entoure la paroi extérieure (29) du lopin. Une chemise intérieure (28) est entourée par la paroi intérieure (30) du trou axial (22). Un premier moyen de liaison avant comprend une soudure annulaire (36) qui relie le lopin (21) à la plaque avant (23) et une soudure annulaire (31) qui relie l'extrémité avant de la chemise extérieure (27) à la plaque avant (23). Un deuxième moyen de liaison avant comprend une soudure annulaire (32) qui relie l'extrémité avant de la chemise intérieure (28) à la plaque avant (23). Un moyen de liaison arrière est constitué par une soudure annulaire (35) qui relie la plaque (25) au lopin (21).

On réalise un tel lopin creux en alliage INCO 718 (marque déposée de la Société HUNTINGTON) dont la composition est sensiblement la sui¬ vante en Z en masse : Ni + Co 52 ; Cr 18 ; Mo 3 ; Nb 5 ; Fe 19. Ce lopin a un diamètre extérieur de 206 mm et un trou axial de 110 mm de diamètre. On le revêt d'une chemise extérieure (27) et d'une chemise intérieure (28) en acier A37 de 5mm d'épaisseur.

Les plaques avant et arrière sont réalisées dans les mêmes nuances d'acier inoxydable que dans le cas de l'exemple 1. Chacune des deux chemises est revêtue, sur la face en regard de la paroi latérale correspondante du lopin, d'une couche de 0,3 mm d'épaisseur d'alumine réalisée par projection. Pour tenir compte du rapport entre le coeffi— cient de dilatation de l'INCO 718 qui est voisin de celui de l'Hastelloy C 276, et le coefficient de dilatation de l'A 37, rapport voisin de 2, on réalise un jeu radial à froid de environ 1,5 mm en

(33) entre la chemise extérieure et le lopin, et un jeu radial égale- ment à froid de environ 0,5 mm en (34) entre la chemise intérieure et le lopin. Comme le montre la figure 2, ces deux chemises ont une longueur telle que leurs extrémités arrière ne recouvrent que la moitié environ de la plaque arrière (25). Ainsi lorsque le piston exerce sa poussée sur ladite plaque arrière et qu'il y a amorçage de l'extrusion du lopin ainsi chemisé entre la filière et l'aiguille de 95 mm de diamètre portée par le piston, les 2 chemises sont tendues sur toute leur longueur à partir de leurs zones de liaison avec la plaque avant la couche d'alumine favorisant les déplacements relatifs par glissement entre les chemises et les parois en regard du lopin. L'extrusion est effectuée, après préchauffage du lopin chemisé à 1100° C, dans un container de 232 mm de diamètre intérieur, équipé d'une filière permettant d'obtenir un tube brut de filage d'environ 125 mm de diamètre extérieur. Comme dans le cas du premier exemple, la lubrification est assurée de façon en soit connue par un verre déposé sous forme de poudre sur les parois latérales du lopin chemisé et préchauffé, ainsi qu'à l'intérieur du trou axial. Après extrusion et enlèvement des chemises extérieure et intérieure, par exemple, par dissolution sélective dans un acide convenable, on obtient un tube présentant un excellent état de surface, lisse, sans criques et exempt d'autres défauts, tels que des incrustations. Comme dans le cas de l'exemple 1, on constate que la présence de la couche d'alumine entre les chemises et le lopin empêche la formation de zones de diffusion. Le tube obtenu a un diamètre extérieur d'environ 123 mm, pour 13 mm d'épaisseur ce qui correspond à un rapport de réduction d'environ 5,3 entre la section initiale du lopin et la section du tube obtenu.

Exemple 3 : Le procédé et le dispositif suivant l'invention sont utilisés pour l'expansion avant extrusion d'un lopin creux.

La figure 3 représente, de façon schématique, en coupe un lopin creux (41), de révolution, en alliage réfractaire d'axe (X3 - X3). Une plaque avant (42) annulaire, de révolution par rapport à l'axe, est en appui contre l'extrémité avant (43) du lopin. Une plaque arrière (44) annulaire, de révolution par rapport à l'axe, est en appui contre l'extrémité arrière (45) de ce même lopin. Le lopin creux comporte un trou axial (46) de révolution, qui le traverse de part en part. Ce trou présente, à l'avant du lopin, une zone d'entrée évasée (47) qui permet la pénétration de l'aiguille (48) qui sera poussée à travers le trou (46) par l'outil de presse non représenté. Conformément à l'invention, les chemises extérieure (49) et intérieure (50) revêtent les parois latérales extérieure (51) et intérieure (52) du lopin avec des jeux radiaux (53) et (54). Un premier moyen de liaison avant comprend une soudure annulaire (55) qui relie le lopin (41) à la plaque avant (42) et une soudure annulaire (56) qui relie l'extrémité avant de la chemise extérieure (49) à la plaque avant. Un deuxième moyen de liaison avant comprend une soudure annulaire (57) qui relie l'extrémité avant de la chemise intérieure (50) à la plaque avant

(42). Un moyen de liaison arrière est constitué par une soudure annulaire (58) qui relie la plaque arrière (44) au lopin (41).

On effectue ainsi l'expansion d'un lopin creux (41) en Hastelloy C 276 de composition identique à celle donnée dans l'exemple 1. Les chemises (49) et (50), de 5 mm d'épaisseur sont en acier A37 et les plaques avant et arrière (42, 44) sont réalisées respectivement dans les mêmes aciers inoxydables que les plaques avant et arrière (2, 4) utilisées dans l'exemple 1. Chacune des deux chemises (49, 50) est revêtue sur sa face en regard de la paroi latérale correspondante du lopin d'une couche d'alumine de 0,3 mm d'épaisseur réalisée par projection. Le diamètre extérieur du lopin est de 250 mm. Le jeu radial (53), à froid, entre la chemise extérieure (49) et le lopin est de 1,8 mm et le jeu radial (54) à froid, entre la chemise intérieure (50) et le lopin est de 0,5 mm. La longueur des deux chemises est limitée de façon que leur extrémité arrière ne recouvre que environ la moitié de l'épaisseur de la plaque arrière (44). Le diamètre de la partie cylin- drique du trou (46) est de 60 mm -et le diamètre de la partie cylin¬ drique de l'aiguille (48) est de 120 mm. On préchauffe le lopin (41) ainsi chemisé à 1200° C et on le loge dans un container de 270 mm de diamètre intérieur, après avoir recouvert d'une couche de poudre de verre, de composition adaptée, la paroi extérieure de la chemise extérieure (49) et la paroi intérieure de la chemise intérieure (50). On pousse ensuite l'aiguille (48) au moyen d'un outil de presse à travers le trou (46) du lopin (41) de façon à réaliser l'expansion. On obtient simultanément un accroissement du diamètre intérieur du lopin et un allongement de celui-ci dans le sens opposé au sens de dêplace- ment de l'aiguille. Dans une deuxième opération on effectue, toujours suivant l'invention, l'extrusion du lopin ainsi expansé. Cette extrusion peut être effectuée en conservant les mêmes chemises, ou bien en les remplaçant par de nouvelles chemises. Lorsqu'on effectue un tel remplacement on constate l'excellent état de surface des parois du lopin qui a subi l'expansion.

Exemple 4 : Le procédé et le dispositif suivant l'invention s'appli¬ quent aussi au formage à chaud de lopins en acier inoxydable ferri- tique au chrome tels que, en particulier l'acier à 17 % de chrome stabilisé au titane et l'acier à 29 % de Cr et 4 % de Mo également stabilisé au titane.

Les essais ont montré la possibilité de réaliser des tubes par extrusion et/ou expansion de lopins creux. On utilise, de préférence, une seule chemise extérieure en acier inoxydable du type Z 2 CN 18-10 dont l'extrémité avant comporte une liaison directe par un cordon de soudure annulaire avec l'extrémité avant du lopin. Cette chemise de 5 mm d'épaisseur est revêtue intérieurement d'une couche d'alumine de 0,3 mm d'épaisseur. Le jeu radial à froid entre chemise et lopin est limité à 0,5 mm. La plaque avant et la chemise intérieure sont inu¬ tiles étant donné la faible résistance à la déformation de cet acier à la température d'extrusion. La plaque arrière est réalisée en acier Z 2 CND 17-12 dont la résistance à la déformation est supérieure à celle de l'acier du lopin à la température d'extrusion.

On peut aussi effectuer le perçage d'un lopin plein en acier ferritique à 17 % de chrome du type Z 2 C 17 Ti (norme française), de 200 mm de diamètre extérieur. Après mise en place d'une plaque arrière et d'une chemise revêtue d'une couche d'alumine, le lopin chemisé est chauffé à 1050° C, recouvert d'un verre de viscosité adaptée, et placé dans un container.

On effectue alors un perçage à un diamètre de 106 mm au moyen d'un poinçon axial. Après une rechauffe contrôlée le lopin est placé dans un container muni d'une filière permettant d'obtenir un tube de dia¬ mètre extérieur 118 mm. Le lopin est poussé à travers la filière au moyen d'un outil de presse comportant un piston muni d'une aiguille adaptée au diamètre du trou du lopin. Après extrusion le tube est débarrassé de sa chemise extérieure, par exemple par laminage trans- versai. Le verre présent sur la paroi interne du tube est éliminé par des moyens mécaniques connus. On constate que le tube ainsi réalisé, d'environ 116 mm de diamètre extérieur et 96 mm de diamètre inté¬ rieur, présente un excellent état de surface exempt de défauts tels que criques, incrustations ou autres.

Dans le cas de l'acier ferritique, l'avantage du procédé selon l'invention est d'éviter que le matériau de faible résistance plas¬ tique à chaud n'épouse les imperfections superficielles du container.

On peut appliquer le procédé et le dispositif suivant l'invention à un grand nombre d'alliages métalliques. De très nombreuses variantes peuvent ainsi être apportées pour la mise en oeuvre du procédé ou la réalisation du dispositif sans sortir du domaine de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS

1) Procédé de formage à température au moins égale à 900° C par extrusion ou par expansion au moyen d'un outil de presse d'un lopin d'un alliage métallique, comportant au moins un composant de base appartenant au groupe comprenant Fe, Ni, Co, Mo caractérisé en ce qu'on réalise une chemise extérieure métallique tubulaire dont les dimensions sont telles qu'elle puisse entourrer avec jeu la paroi latérale extérieure du lopin, on dépose sur l'une au moins des deux parois de la chemise et du lopin qui seront en regard une couche de revêtement, d'au moins 0,05 mm d'épaisseur, constituée d'au moins un composé comprenant au moins de l'oxygène et au moins un métal du groupe comprenant Al, Ca, Mg, Si, Ti, Zr, Hf, Cr, Ta, Nb, couche de revêtement dont la température de fusion est supérieure à la tempéra¬ ture de formage, on entoure le lopin de cette chemise ainsi revêtue et on solidarise l'extrémité avant du lopin avec l'extrémité correspon- dante de cette chemise dont l'autre extrémité reste libre, puis on chauffe l'ensemble ainsi réalisé à la température de formage et on effectue l'extrusion ou l'expansion au moyen d'un outil de presse, le lopin étant logé dans un container.

2) Procédé suivant revendication 1 caractérisé en ce que le lopin a une forme de révolution.

3) Procédé suivant revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que l'alliage métallique est un acier inoxydable ou réfractaire.

4) Procédé suivant revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que l'al¬ liage métallique est un acier inoxydable ferritique au chrome.

5) Procédé suivant revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que l'al- liage métallique est un alliage réfractaire autre qu'un acier.

6) Procédé suivant revendication 1 ou 2 caractérisé en ce qu'on solidarise de façon indirecte l'extrémité avant du lopin avec l'extré¬ mité correspondante de la chemise par l'intermédiaire d'une plaque avant métallique.

7) Procédé suivant revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que, dans le cas d'un lopin creux, on prépare, en plus de la chemise extérieure, une chemise intérieure métallique tubulaire, apte à être logée dans le trou du lopin, de façon à pouvoir être entourée par la paroi inté¬ rieure de ce trou avec jeu, on dépose sur l'une au moins des deux parois qui seront en regard, du trou du lopin et de la chemise inté— rieure, une couche de revêtement d'au moins 0,05 mm d'épaisseur constituée d'au moins un composé comprenant au moins de l'oxygène et au moins un métal du groupe comprenant Al, Ca, Mg, Si, Ti, Zr, Hf, Cr, Ta, Nb, couche de revêtement dont la température de fusion est supé¬ rieure à la température de formage, on monte cette chemise intérieure à l'intérieur du trou du lopin et on solidarise l'extrémité avant de ce lopin avec l'extrémité correspondante de cette chemise intérieure dont l'autre extrémité reste libre puis on chauffe l'ensemble ainsi réalisé à la température de formage et on effectue l'extrusion de l'expansion au moyen d'un outil de presse, le lopin étant logé dans un container.

8) Procédé suivant revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que lorsqu'on effectue l'extrusion d'un lopin on place celui-ci, compor¬ tant au moins une chemise extérieure dans un container de façon que son extrémité, avant soit orientée vers la filière d'extrusion, le piston de l'outil presse exerçant sa poussée sur l'extrémité arrière.

9) Procédé suivant revendication 8 caractérisé en ce que le piston de l'outil de presse exerce sa poussée sur l'extrémité arrière du lopin de façon indirecte en agissant sur une plaque arrrière elle-même solidarisée avec l'arrière du lopin.

10) Procédé suivant revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que, lorsqu'on effectue l'extrusion d'un lopin creux, on munit le piston d'une aiguille qui pénètre dans le trou du lopin l'extrusion étant effectuée entre l'aiguille et une filière.

11) Procédé suivant revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que, lorsqu'on effectue l'expansion d'un lopin creux on réalise le trou préalablement percé à travers le lopin de façon qu'il présente un evasement à l'avant de ce lopin qu'on prolonge par une plaque avant puis, après mise en place d'au moins une chemise extérieure on effec¬ tue l'expansion en introduisant dans le trou du lopin, à partir de son extrémité avant évasée, au moyen d'un outil de presse une aiguille, de diamètre supérieur à celui de ce trou laquelle comporte à son extrê- mité avant une zone d'engagement de plus faible diamètre, le lopin chemisé étant lui-même logé dans un container de diamètre intérieur un peu supérieur au diamètre extérieur de la chemise extérieure.

12) Dispositif permettant le formage, à température au moins égale à 900° C, par extrusion ou par expansion, au moyen d'un outil de presse d'un lopin d'un alliage métallique, comportant au moins un composant de base appartenant au groupe comprenant Fe, Ni, Co, Mo, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une chemise métallique tubulaire exté- rieure qui entoure avec jeu la paroi latérale extérieure du lopin, au moins l'une des deux parois en regard du lopin et de la chemise étant pourvue d'une couche de revêtement d'au moins 0,05 mm d'épaisseur constituée d'au moins un composé comprenant de l'oxygène et au moins un métal du groupe comprenant Al, Ca, Mg, Si, Ti, Zr, Hf, Cr, Ta, Nb, couche de revêtement dont la température de fusion est supérieure à la température de formage prévue pour le lopin, un premier moyen de liaison avant assurant une liaison entre l'extrémité avant du lopin et l'extrémité correspondante de cette chemise extérieure, l'autre extré¬ mité de celle-ci étant libre par rapport à la zone d'extrémité arrière du lopin.

13) Dispositif suivant revendication 12 caractérisé en ce que le lopin a une forme de révolution.

14) Dispositif suivant revendication 12 ou 13 caractérisé en ce que le premier moyen de liaison avant assure, au moins de façon indirecte la liaison entre, l'extrémité avant du lopin l'extrémité correspondante de la chemise extérieure et une plaque avant.

15) Dispositif suivant revendication 12 ou 13 caractérisé en ce que le lopin est prolongé à l'arrière par une plaque arrière ayant sensible¬ ment la même section que le lopin, un moyen de liaison arrière permet¬ tant d'assurer la liaison entre l'extrémité arrière du lopin et la plaque arrière, la longueur de la chemise extérieure étant déterminée de façon que, au moins une partie de la paroi latérale de la plaque arrière ne soit pas recouverte par cette chemise extérieure.

16) Dispositif suivant revendication 12 ou 13 caractérisé en ce que le lopin est creux, la paroi latérale du trou axial qui le traverse entourant avec jeu la paroi extérieure d'une chemise métallique inté- rieure, au moins l'une des deux parois en regard de la chemise inté¬ rieure et du trou du lopin étant pourvue d'une couche de revêtement d'au moins 0,05 mm d'épaisseur constitué d'au moins un composé compre¬ nant de l'oxygène et au moins un métal du groupe comprenant Al, Ca,

5 Mg, Si, Ti, Zr, Hf Cr, Ta, Nb, couche de revêtement dont la tempéra¬ ture de fusion est supérieure à la température de formage prévue pour le lopin et en ce que un deuxième moyen de liaison avant assure une liaison entre l'extrémité avant du lopin et l'extrémité correspondante

— de cette chemise intérieure, l'autre extrémité de celle—ci étant 0 libre par rapport à la zone d'extrémité arrière du lopin.

17) Dispositif suivant revendication 12 ou 13 caractérisé en ce que, en vue du formage par expension le lopin creux comporte un trou évasé à son extrémité avant.

18) Dispositif suivant revendication 12 ou 13 caractérisé en ce que le lopin est en acier inoxydable ou réfractaire.

19) Dispositif suivant revendication 18 caractérisé en ce que le lopin est en un acier inoxydable ferritique.

20) Dispositif suivant revendication 12 ou 13 caractérisé en ce que le lopin est en un alliage réfractaire autre qu'un acier.

21) Dispositif suivant revendication 12 ou 13 caractérisé en ce que la chemise extérieure est en acier.

22) Dispositif suivant revendication 12 ou 13 caractérisé en ce que la chemise extérieure est en acier inoxydable austénitique.

23) Dispositif suivant revendication 15 caractérisé en ce qu'il comporte une plaque arrière en acier.

24) Dispositif suivant revendication 12 ou 13 caractérisé en ce que le lopin est muni d'une plaque avant dont la résistance à la déformation plastique à la température de formage est inférieure à celle de l'alliage qui constitue le lopin.

25) Dispositif suivant revendication 24 caractérisé en ce que le lopin est muni d'une plaque arrière dont la résistance à la déformation plastique à la température de formage est supérieure à celle de la plaque avant.

26) Dispositif suivant revendication 12 ou 13 caractérisé en ce que la couche de revêtement est à base d'alumine.