LU83764A1 - PROCESS FOR MANUFACTURING METAL, UNIFORM AND / OR COMPOSITE PRODUCTS - Google Patents
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Description
Procédé de fabrication de produits en métal,_ uniformes et/ou. compositesMethod of manufacturing metal, uniform and / or. composites
La présente invention concerne un procédé de fabrication de produits , en métal, notamment en aciers et alliages, présentant une très 5 grande homogénéité interne dans le cas de produits uniformes et une tout aussi grande homogénéité au sein des différentes couches, dans le cas de produits composites.The present invention relates to a method for manufacturing products, made of metal, in particular steel and alloys, having a very high internal homogeneity in the case of uniform products and an equally high homogeneity within the different layers, in the case of products. composites.
Il est bien connu de mettre en forme, par centrifugation, certaines 10 nuances d'acier et de fonte destinées p.ex. à la fabrication de cylindres de laminoir; ces cylindres de laminoir peuvent également être constitués de couches de métaux différents, un métal dur se trouvant à l'extérieur des cylindres, alors qu'un acier doux en constitue la partie intérieure.It is well known to shape, by centrifugation, certain grades of steel and cast iron intended for example for the manufacture of rolling mill rolls; these rolling mill rolls can also be made up of layers of different metals, a hard metal being on the outside of the rolls, while a mild steel constitutes the inner part thereof.
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Il est également connu que les métaux coulés et solidifiés dans le 1 cadre d'un procédé de centrifugation, présentent un degré élevé en homogénéité, tant .du point de vue chimique que du point de vue de la structure.It is also known that the metals cast and solidified in the context of a centrifugation process have a high degree of homogeneity, both from the chemical point of view and from the structural point of view.
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En plus le volume assez restreint de produits composites fabriqués et offerts, démontre les difficultés qu'il faut surmonter pour aboutir à des objets de qualité valable, surtout au point de vue de la netteté de la zone d'attouchement des métaux de composition diffé-25 rente. Par conséquent il est rare de rencontrer dans les gammes des produits offerts sur le marché, à part des fabrications en vue de besoins exceptionnels, des objets en métal, composites et comprenant plusieurs couches de métal, présentant des compositions différentes les unes par rapport aux autres.In addition to the fairly limited volume of composite products manufactured and offered, demonstrates the difficulties that must be overcome to achieve objects of good quality, especially from the point of view of the sharpness of the touch zone of metals of different composition. 25 annuity. Consequently, it is rare to find in the ranges of products offered on the market, apart from manufacturing for exceptional needs, metal objects, composites and comprising several layers of metal, having different compositions from each other. .
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Le but de l’invention consistait à proposer un procédé de fabrication qui permet d’aboutir aux produits précités, sans avoir recours aux méthodes de fabrication existantes et onéreuses et dont le succès est douteux, telles que le plaquage par soudage à explosion 5 ou la coulée intermittente à solidification plus ou moins contrôlée.The object of the invention was to propose a manufacturing process which makes it possible to achieve the aforementioned products, without having recourse to existing and expensive manufacturing methods and the success of which is doubtful, such as plating by explosion welding 5 or intermittent pouring with more or less controlled solidification.
Ce but est atteint par le procédé suivant l’invention qui prévoit que l'on projette du métal liquide sur les parois intérieures d'un 10 moule refroidi ou non, lequel moule est mis en rotation et qui est caractérisé en ce que l'on forme par centrifugation une chemise cylindrique creuse, laquelle chemise peut comporter une à plusieurs , couches de métal de composition différente l’une par rapport à l'autre, que l'on dégage la chemise solidifiée, que l'on l'aplatit 15 resp. qu'on la découpe et que l'on soumet le resp. les tronçons obtenus à des opérations de pressage, de forgeage, de dressage, d'étirage et/ou de laminage.This object is achieved by the method according to the invention which provides that liquid metal is sprayed onto the interior walls of a mold, whether cooled or not, which mold is rotated and which is characterized in that forms by centrifugation a hollow cylindrical liner, which liner may comprise one or more, layers of metal of different composition with respect to each other, that the solidified liner is released, that it is flattened 15 resp . cut it out and submit the resp. the sections obtained by pressing, forging, straightening, drawing and / or rolling operations.
L'idée qui est à la base de la présente invention peut, s'énoncer 20 comme suit: D'une part la solidification en centrifugation fournit d'excellents résultats quant au degré d'homogénéité de produits métalliques uniformes, d'autre part il est possible de fabriquer certains objets métalliques composites en mettant en oeuvre ledit procédé de solidification en centrifugation. Il devrait par consé-25 quent être possible de trouver le moyen de recruter la technique de ‘ la centrifugation et les avantages qu'elle apporte et d'intégrer cette technique dans un procédé de fabrication de toute une gamme d'objets dont la production par centrifugation semble à priori exclue, d'objets difficilement accessibles du point de vue de la 30 qualité, respectivement d'objets entièrement nouveaux et dont la fabrication suivant les méthodes classiques ne serait possible qu'à des frais très élevés.The idea on which the present invention is based can be stated as follows: On the one hand, solidification by centrifugation provides excellent results as to the degree of homogeneity of uniform metallic products, on the other hand it is possible to manufacture certain composite metal objects by implementing said solidification process in centrifugation. It should therefore be possible to find a way to recruit the technique of 'centrifugation and the advantages it brings and to integrate this technique into a manufacturing process for a whole range of objects including the production by centrifugation seems a priori excluded, of objects which are difficult to access from the point of view of quality, respectively of entirely new objects and the manufacture of which according to conventional methods would only be possible at very high costs.
Suivant une première forme d'exécution, on aplatit la chemise telle 35 quelle et on soude les faces intérieures par des opérations appropriées, telles que le pressage, le laminage ou le forgeage. Une autre forme d'exécution prévoit que l'on découpe la chemise cylindrique dans le sens de l'axe du cylindre et on fait suivre à la dé- - 3 - r coupe une opération d'aplatissement par pressage, forgeage et/ou par laminage. La tôle ainsi obtenue présente le degré en homogénéité chimique et métallographique propre aux produits obtenus par centrifugation, c.à d. qu'elle est de qualité nettement supérieure à celle 5 des tôles fabriquées suivant les méthodes classiques.According to a first embodiment, the jacket is flattened as it is and the interior faces are welded by suitable operations, such as pressing, rolling or forging. Another embodiment provides that the cylindrical jacket is cut in the direction of the axis of the cylinder and the cutting is followed by a flattening operation by pressing, forging and / or by rolling. The sheet thus obtained has the degree of chemical and metallographic homogeneity proper to the products obtained by centrifugation, ie. that it is of clearly superior quality to that of the sheets produced according to conventional methods.
Une autre forme d'exécution prévoit que l’on découpe la chemise cylindrique dans le sens de l'axe du cylindre, de manière à obtenir une multitude de segments destinés à subir des opérations de 10 dressage et/ou de laminage resp. d'étirage. Cette forme d'exécution du procédé suivant l'invention fournit donc notamment des demi-produits, en Vue de la fabrication de produits longs, uniformes ou composites, comme des poutrelles destinées à des applications particulières ou des fils machine de qualité exceptionnelle. Evidem-15 ment dans un produit composite, c'est surtout lors des opérations de formage qui succèdent au découpage de la chemise cylindrique, qu'apparaissent les avantages imputables à la netteté de la zone de transition entre deux couches de métal.Another embodiment provides that the cylindrical jacket is cut in the direction of the axis of the cylinder, so as to obtain a multitude of segments intended to undergo dressing and / or rolling operations resp. stretching. This embodiment of the method according to the invention therefore provides in particular semi-finished products, for the purpose of manufacturing long, uniform or composite products, such as beams intended for particular applications or machine wires of exceptional quality. Obviously in a composite product, it is especially during the forming operations which follow the cutting of the cylindrical jacket, that the advantages attributable to the sharpness of the transition zone between two layers of metal appear.
20 On peut, suivant une autre forme d'exécution du procédé selon l'invention, orientée spécifiquement vers la fabrication de produits très longs, opérer un découpage unique de la chemise cylindrique, selon une ligne hélicoïdale tournant autour de l'axe du cylindre.One can, according to another embodiment of the method according to the invention, oriented specifically towards the manufacture of very long products, operate a single cutting of the cylindrical jacket, along a helical line rotating around the axis of the cylinder.
25 Grâce à l'invention, il est possible de prévoir non seulement la - fabrication d'acier de composition uniforme, mais il permet surtout la fabrication d'acier de composition différente en projetant, p.ex. en premier lieu un acier inoxydable contre les parois de la lingo-tière suivi d'un acier de composition normale, lui-même suivi une 30 deuxième fois d'un nouvel acier inoxydable, de manière à obtenir un demi-produit destiné à la fabrication de tôles composites à surface inoxydable à prix élevé, alors que le coeur est constitué d'un acier normal bon marché. Il est évident que le procédé permet également la fabrication d'acier, dont une seule face est en acier inoxydable, le 35 restant étant constitué d'acier ordinaire.Thanks to the invention, it is possible not only to provide for the manufacture of steel of uniform composition, but above all it allows the manufacture of steel of different composition by spraying, eg first of all, stainless steel against the walls of the mold followed by a steel of normal composition, itself followed a second time by a new stainless steel, so as to obtain a semi-finished product intended for the manufacture of composite sheets with a stainless surface high price, while the core is made of cheap normal steel. It is obvious that the process also makes it possible to manufacture steel, of which only one side is made of stainless steel, the remainder being made of ordinary steel.
L'invention permet également de contourner des problèmes qui se posent lors des opértions de formage pratiquées sur des produits - 4 - composites. Ainsi, il est connu que le formage de produits composites tels que de produits en acier à carbone/acier inoxydable est problématique à cause de la diffusion du carbone vers l'acier inoxydable. En effet une carburation de l'acier inoxydable doit être 5 évitée, étant donné qu'elle conduit à une détérioration sérieuse de la qualité de cet acier. Suivant l'invention il est relativement aisé d'empêcher cette diffusion, en intercalant entre l'acier au carbone et l'acier inoxydable une couche d'acier capable d'absorber ou de neutraliser le carbone qui tend à diffuser vers l'acier inoxy-10 dable, p.ex. une couche d'acier à très bas carbone c.à.d. une couche d'acier doux, qui agit comme un tampon,ou un acier qui contient des éléments d'alliage comme le titane, susceptibles 6'absorber le carbone. Il est à prévoir que l'homme de l'art ayant à sa disposition uniquement les moyens de fabrication classiques d'objets 15 composites en métal, ne considérera pas cet expédient comme évident, étant donné que suivant l'état de la technique, la fabrication d'un objet composite comportant (n+1) couches au lieu de (n) couches seulement, exige des efforts technologiques supplémentaires dont le prix est souvent prohibitif.The invention also makes it possible to circumvent problems which arise during the forming operations practiced on composite products. Thus, it is known that the forming of composite products such as carbon steel / stainless steel products is problematic because of the diffusion of carbon to stainless steel. Indeed, carburetion of stainless steel must be avoided, since it leads to a serious deterioration in the quality of this steel. According to the invention it is relatively easy to prevent this diffusion, by intercalating between carbon steel and stainless steel a layer of steel capable of absorbing or neutralizing the carbon which tends to diffuse towards the stainless steel. -10 dable, e.g. a layer of very low carbon steel i.e. a layer of mild steel, which acts as a buffer, or a steel which contains alloying elements such as titanium, capable of absorbing carbon. It is to be expected that those skilled in the art having at their disposal only the conventional means of manufacturing metal composite objects, will not consider this expedient as obvious, given that according to the state of the art, the manufacturing a composite object comprising (n + 1) layers instead of only (n) layers, requires additional technological efforts, the price of which is often prohibitive.
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La centrifugation proprement dite peut être effectuée de manière continue ou discontinue, en mettant en oeuvre soit des moyens mécaniques classiques, soit des moyens électriques où des inducteurs puissants impriment au métal déversé ou projeté contre les parois du 25 moule un mouvement de rotation tel qu'il s'y fige en couches superposées d'une grande homogénéité.The actual centrifugation can be carried out continuously or discontinuously, using either conventional mechanical means or electrical means where powerful inductors give the metal spilled or projected against the walls of the mold a rotational movement such that it freezes in superimposed layers of great homogeneity.
Il est également possible de donner au moule une configuration telle qu'il puisse constituer la base de départ de formes plps complexes, 30 en y préfigurant les formes du produit final, comme p.ex. les poutrelles, auxquelles le produit coulé est destiné.It is also possible to give the mold a configuration such that it can constitute the starting point for complex plps shapes, by prefiguring the shapes of the final product, such as beams, for which the cast product is intended.
D'autres possibilités et caractéristiques du procédé suivant l'invention ressortiront de la description des dessins schématisés où la 35 fig.l montre une chemise cylindrique uniforme et illustre deux possibilités de découpage en vue du formage ultérieur d'une tôle, tandis que la fig.2 représente une chemise uniforme destinée à subir un autre mode de découpage en vue de l'obtention de fil-machine; la fig.3 montre une chemise composite destinée à être découpée pour Ί - 5 - obtenir d'autres produits longs et la fig.4 représente le schéma d'une chemise fabriquée en vue d'obtenir un produit dont le coeur est constitué d'acier au carbone et dont les surfaces en acier inoxydable sont protégées contre des infiltrations de carbone par des 5 couches anti-diffusion.Other possibilities and characteristics of the process according to the invention will emerge from the description of the diagrammatic drawings in which fig. 1 shows a uniform cylindrical jacket and illustrates two possibilities of cutting for the subsequent forming of a sheet, while fig. .2 shows a uniform jacket intended to undergo another cutting mode in order to obtain wire rod; fig.3 shows a composite shirt to be cut to d'autres - 5 - to obtain other long products and fig.4 shows the diagram of a shirt made to obtain a product whose heart consists of carbon steel and whose stainless steel surfaces are protected against carbon infiltration by 5 anti-diffusion layers.
Comme le montre la fig.l, on peut prévoir en vue de la fabrication d'une tôle, soit un découpage (1), soit plusieurs découpages, p.ex. deux (2) qui résulteront en deux demi-chemises (X,Y), prêtes à être 10 laminnées. On peut également prévoir une superposition des demi-chemises (X,Y) qui comportent une couche extérieure (11) p-ex. en acier allié et une couche intérieure (12) p.ex. en acier ordinaire et un soudage subséquent des deux demi-chemises de manière à aboutir à des séquences de couches (11,12,12,11), (11,12,11,12), (12,11,12, 15 11) ou encore ( 12,11,11,12), suivant les besoins. Pour cela il suf fit de prévoir un traitement approprié des surfaces destinées à être assemblées par soudage, par pressage ou encore par forgeage.As shown in fig.l, one can provide for the manufacture of a sheet, either a cutout (1), or several cutouts, eg two (2) which will result in two half-shirts (X, Y), ready to be laminated. It is also possible to provide a superimposition of the half-shirts (X, Y) which include an outer layer (11), for example. made of alloy steel and an inner layer (12) eg of ordinary steel and subsequent welding of the two half-jackets so as to result in layer sequences (11,12,12,11), (11,12, 11,12), (12,11,12,15 11) or (12,11,11,12), as required. For this it is sufficient to provide an appropriate treatment of the surfaces intended to be assembled by welding, pressing or even forging.
En fig.2 on distingue une chemise qui subira un découpage suivant 20 une ligne hélicoïdale tournant autour de l'axe (A). La bandelette représentée est uniforme, mais rien ne s'oppose a la fabrication d'une bandelette composite qui donnera au terme d'opérations de dressage, d'étirage et/ou de laminage un fil composite, très difficile à obtenir suivant des méthodes classiques.In fig. 2 there is a jacket which will be cut along a helical line rotating around the axis (A). The strip shown is uniform, but there is nothing to prevent the manufacture of a composite strip which will give, after dressing, stretching and / or rolling operations, a composite thread, very difficult to obtain according to conventional methods. .
25 . La chemise composite représentée en fig.3 sera découpée en segments ; (10) suivant le sens de l'axe du cylindre, ce qui fournira des demi- produits en vue de la fabrication d'objets inédits comme p.ex. de poutrelles dont l'âme est en acier au carbone et dont les ailes sont 30 en acier inoxydable.25. The composite jacket shown in fig.3 will be cut into segments; (10) along the direction of the axis of the cylinder, which will provide semi-finished products for the production of original objects such as beams whose core is made of carbon steel and whose wings are 30 in stainless steel.
La fig.4 montre une chemise composite où l'on distingue le coeur (C) en acier à carbone, les couches en acier inoxydable intérieure (II) et extérieure (12) ainsi que les couches anti-diffusion du carbone 35 (Fl, F2) Intercalées et qui sont en acier doux à très basse teneur en carbone, contenant au besoin des additions telles que le titane, susceptible de lier le carbone diffusant lors des opérations de chauffage au cours du laminage ou bien au cours d'un recuit.Fig. 4 shows a composite jacket where we distinguish the carbon steel core (C), the inner (II) and outer (12) stainless steel layers as well as the carbon 35 anti-diffusion layers (Fl, F2) Interleaved and which are made of mild steel with very low carbon content, containing, if necessary, additions such as titanium, capable of binding the diffusing carbon during heating operations during rolling or else during annealing.
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1981
- 1981-11-17 LU LU83764A patent/LU83764A1/en unknown
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