Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
1~21954
La présente invention concerne un procédé de fabri-
cation de bandes composites constituée~ d~une âme en aluminium
rev8tue sur une face ou sur les deux faces d'un métal à point
de fusion et à résistance mécanique Rensiblement plus élevés
que l~aluminium, par coulée continue entre cylindres de l~alu-
minium, avec interposition entre le ou les cylindres de travail
et l~aluminium liquide d~une bande métallique de placage.
~ invention concerne également les bandes compo~ites
obtenue~ par un tel procédé.
Dans tout ce qui suit, on désignera par "aluminium"
soit un aluminium pur, soit un alliage à base d~aluminium.
Le brevet français n 1 364 758 délivré le 19 Mai
1964 décrit dans son principe un procédé de coulée continue
dans lequel le métal encore liquide est introduit entre deux
cylindres refroidis et où llon interpose entre ce métal liquide
et les cylindres de travail une bande de métal de placage qui
est entra~née de fa~on continue avec le métal laminé et est ainsi
plaquée sur celui-ci.
Ce procédé visait es~entiellement à plaquer sur une
ébauche en aluminium dont la surface pré~entait, du fait du
faible taux de corroyage, une texture assez grossière, une bande
d'aluminium pré~entant une résistance à la corrosion améliorée
et un état de surface de meilleure qualité ou ~e pretant mieux,
en particulier, a des traitements d~oxydation anodique ou de
brillantage.
Mais les indications données dans ce brevet ne per-
mettent pas de réaliser de3 placages avec un métal ayant des
caractéristiques nettement différente~ de l~aluminium, par ex-
emple un placage d~acier inoxydable, qui donnent une adhérence
suffisante pour que la bande composite puisse 8tre ultérieu-
rement transformée.
on conna~t, par ailleurs, divers procédés de coulée
--1-- ~
~Z~3154
continue de l'aluminium entre cylindres. Ainsi, le brevet
français n 1 19~ 006 delivre le 8 Juin 1959, ainsi que son
certificat d'addition n 74 839, decrivent un dispositif com-
portant un bac d'alimentation qui reçoit le métal fondu d'un
four de coulee et une busette de profil aplati, destinee à
repartir le metal suivant une bande de largeur donnée. L'ex-
tremite de la busette est engagee entre deux cylindres paral-
lèles espaces l'un de l'autre. Le metal fondu sortant de la
busette se refroidit et se solidifie au contact des cylindres
refroidis et est entraine sous forme d'une bande qui est
soumise en raison de la courbure des cylindres, à une certaine
pression. Lorsqu'elle a franchi le plan des axes des cylindres,
la bande est enroulee sur une bobineuse.
Ce procedé permet de produire des bandes d'aluminium
dans une gamme d'épaisseurs allant de 1,5 mm à 20 mm d'épais-
seur dans des conditions économiques avantageuses.
La présente inventiona pour objet l'application de
ce procede de coulee continue pour obtenir, à la sortie des
cylindres, des bandes plaquees comportant une âme en aluminium
d'epaisseur comprise entre 1,5 mm et 20 mm et un placage sur
une ou deux faces d'un metal ayant un point de fusion et une
résistance mécanique sensiblement plus élevés que l'aluminium,
d'épaisseur comprise entre 0,1 et 1 mm, de façon à obtenir une
excellente adhérence des deux composants.
L'invention permet d'obtenir des bandes composites
susceptibles de subir des transformations ulterieures, par
exemple par emboutissage, dans de bonnes conditions, le coût
de fabrication de ces bandes etant très nettement competitif par
rapport aux autres procedes de placage.
Selon la presente invention il est prevu un procédé
de placage d'une bande d'epaisseur comprise entre 0,1 et 1 mm
d'un metal presentant une resistance mecanique et un point de
A -2-
. :
~.~LZ~ 4
fusion sensiblement plus élevés que l'aluminium sur une face
au moins d'une bande d'aluminium ou d'alliage d'alluminium
d'épaisseur comprise entre 1,5 et 20 mm par coulée continue
de l'aluminium entre des cylindres paralleles espacés, au moyen
d'une busette de profil aplati de largeur égale a la bande
a couler, placee au voisinage des cylindres, la bande à plaquer
etant interposee entre le ou les cylindres et l'aluminium
liquide, caractérisé en ce que:
a) la bande de métal de placage est au contact des cylindre
sur au moins la portion comprise entre la generatrice la
plus proche de l'extrémité de la busette et la genératrice
située dans le plan des axes des cylindres,
b) le jeu entre la busette et le cylindre entrainant le metal
de placage est inferieur a l'epaisseur de la bande de placage
augmentee de 1 mm, et
c) la vitesse de coulee est telle que l'allongement du metal de
placage est supérieur à 1 % et inferieur à celui de l'alu-
minium une fois solicifie.
De préférence, la bande de métal de placage est au
contact du cylindre sur un arc de contact supérieur à 30C.
Le métal de placage peut être, par exemple, le cuivre
ou l'acier inoxydable. Dans le cas de l'acier inoxydable,
l'allongement de la bande est compris de préférence entre 3
et 10 %.
La Demanderesse a constaté, d'autre part, qu'aux
conditions specifiques de coulee assurant une excellente
adhérence des composants du placage, on pouvait associer une
structure metallurgique particulière de la couche d'aluminium
solidifiee à la sortie~des cylindres. En effet, cette couche
présente dans ces conditions, en section longitudinale, des
dendrites de solidification en forme d'arrêtes de poisson,
orientées dans le sens contraire de l'avance de la coulée,
A -3-
:~lZ1954
dont la direction moyenne forme, avec le plan de la bande, un
angle inferieur a 85 et, de preference, inferieure a 75.
Cette structure appara~t tres clairement lorsque, par exemple,
on traite la surface de la section par un réactif ~usuel pour
macrographie.
Lorsqu'on opere un placage de même nature et de même
épaisseur sur les deux faces de la bande, il va de soi que les
conditions d'échange thermique entre la bande et les deux cy-
lindres sont a peu pres identiques. Dans ce cas, les dendrites
. 10 sont donc approximativement symetriques par rapport au plan
median de la couche d'aluminium. Ce n'est evidemment plus le
cas ~ . .
....
~IIZ1~5~
lorsque l.e placage n~est fait que sur une ~eule face. Dans ce
cas, l~alignement des sommets des dendrites ne co~ncide plus
avec le plan médian mais est décalé vers la face plaquée~
On a constaté que, dans les conditions de coulée
définies ci-dessus et conduisant à une bonne adhérence des com-
posants, le décalage par rapport au plan médian ne devait pas
dépasser 10 ~ de la demi-épaisseur de la couche dtaluminium.
~ invention sera mieux comprise par la description
détaillée suivante, faite au regard des des~ins ci-joints, dans
lesquels:
- la figure 1, représente un schéma général du dispositif de
coulée continue permettant la fabrication de la bande composite
selon l'invention, et
- la figure 2, représente une section longitudinale d~une bande
composite avec placage sur une face faisant appara~tre les
dendrites de solidification.
~ a figure 1 représente un dispositif de coulée com-
prenant une goulotte 1 contenant l~aluminium liquide 2 muni
d~un piquage 3 et d~un flotteur 4 permettant de maintenir un
niveau constant de métal dans le bac d~alimentation 5. Celui-
ci est en communication avec une busette 6 présentant une ex-
trémité effilée ~ui débite`.le métal fondu par son ajutage 7 sur
une largeur égale à celle souhaitée pour la bande, entre les
deux cylindres 8 et 9. Une bande de métal de placage 10 est
déroulée de manière à venir au contact du cylindre 9 avec un arc
de contact 11 au moins égal à celui compris entre la g~nératrice
12 la plus proche de l~extrémité de la busette et le plan 13 des
axes de~ cylindres. Il est intéressant que llarc de contact
soit asse~ important de manière à permettre le réchauffage de
~0
la bande de placage 10 et une désorption de lthumidité super-
ficielle.
Pour favoriser llopération de placage, on prépare la
l~lZ195~
surface de la bande par le~ procédé~ connus tel~ que dégrais-
sage, décapage, brossage, abrasion. Ainsi, la bande 10 peut
être, avant son introduction au contact de l'aluminium, préala-
blement dégraissée et abra~ée sur la face qui va etre rev~tue
d'aluminium, par exemple par brossage, de façon à lui conférer
une rugosité de l'ordre de 0,1 à quelques microns C~A environ.
On a constaté qu'il était souhaitable que l'opération d'abrasion
se fasse ~uste avant le placage plut8t que de la faire dans une
opération préalable. Par contre, l'autre face au contact du
cylindre doit, de préférence, rester lisse pour ne pas détério-
rer lléchange thermique.
Pour obtenir un bon contact avec le cylindre 9, la
bande 10 peut bien entendu être soumi~e à une traction, par
exemple 5 à 100 MPa.
~ e ~eu entre llextrémité de la busette et le cylindre
9 revetu de la bande 10 doit 8tre juste su~fisant pour éviter
un frottement trop important qui risquerait de détériorer la
busette et un r~clage du lubrifiant sur le cylindre non rev~tu.
Il doit être limité à 1 mm environ de manière à éviter une ins-
tabilité du ménisque d'alumine qui se forme dans ce jeu, ce qui
serait pr~udiciable à l'adhérence.
La limitation de ce jeu est obtenue par la précon-
trainte de la cage du laminoir de coulée à une valeur d'effort
voisin de celui obtenu en fonctionnement qui contre-balance le
jeu d~ au cédage.
Au passage entre les cylindres, l'aluminium se solidi-
fie progressivement. Si ~a solidification est achevée avant sa
sortie des cylindres à une épaisseur E, il subit en plus un
laminage qui réduit son épaisseur à e. Le taux de réduction
- x 100 entre la sortie de la busette et la sortie des cy-
- E
lindres est généralement compris entre 10 et 40 %. La bande
1~219~
de placage est légèrement laminée en passant entre les cylin-
dres. Une condition pour obtenir un placage correct est que
l~allongement de la bande de placage soit supérieur à 1 % tout
en restant inférieur à l~allongement de l~alt-minium entre la
fin de la solidification et la sortie des cylindres.
Quant à la vitesse d~avance, elle joue un rôle im-
portant.
~a vitesse maximale théorique d~une coulée continue
entre cylindres est celle pour laquelle le point le plus en
avant du front de solidification, se trouve aux environs du plan
des axes des cylindres.
En pratique, dans une coulée d~aluminium non plaqué,
on opère à une vitesse un peu inférieure à cette vitesse théo-
rique. Quand on introduit une bande de placage, on a constaté
qu~il était nécessaire, pour obtenir un bon placage, de limiter
`davantage la vitesse de manière à conserver un taux de xéduction
suffisant du métal de base. Si l'on veut aller plus vite, on
constate que la bande de placage, ~urtout lorsqu~elle e~t mince,
a tendance à plisser vraisemblablement parce que, l~aluminium
n~tant solidifié qu~au voisinage du plan médian, cette bande
est moins bien appliquée contre le cylindre.
~e refroidissement de la bande composite à la sortie
des cylindres se fait ~implement à l~air. Contraixement à
l~enseignement du brevet français n 1 364 758, on n~a pas in-
térêt, dans le ca~ du placage d~acier inox~dable, compte tenu
des coefficients de dilatation différents de l~aluminium et
l~acier, à refroidir rapidement, ce qui augmenterait les con-
traintes à l~interface entre les deux métaux. ~u contraire, il
vaut mieux que le refroidissement soit lent dan~ le domaine de
température de 450 à 250C environ pour que les dilatations
soient résorbée par le fluage de l'aluminium. On peut le faire
sans crainte d~apparition éventuelle de phases interm~talliques
--6--
,
~12~54
fragiles car on est dans une zone de température où ces phases
ont peu de chances de se former rapidement ~e refroidissement
devra ~être plus rapide au début dans le cas où le métal de pla-
cage est un alliage cuivreux.
Il e~t avantageux de faire, aprè~ le refroidissement
de la bande, une pas~e de laminage qui permet d'améliorer
l'adhérence du placage et conférer à l'aluminium des propriétés
de métal corroyé qui sont généralement meilleures que celles
du métal de fonderie.
On n'a évidemment pas intérêt à écrouir trop le métal
de placage dans le cas où la bande compo~ite doit être ultérieu-
rement transformée, par emboutissage par exemple.
Cependant, le procédé permettant d'obtenir des bandes
composites assez minces entre 1,5 et 6 mm, contrairement aux
procédés de l'art antérieur, on peut utiliser directement la
bande coulée sans laminage.
on a décrit ci-des~us un procédé permettant le placage
d'une bande sur une face de la bande d'aluminium coulée. Si
on veut obtenir une bande d'aluminium plaquée sur les deux faces,
on déroule sur le cylindre 8 une bande métallique dans les
même~ conditions que la bande 10 sur le cylindre 9. Dans ce
cas~ la vitesse de coulée est légèrement inférieure à ce qu'elle
serait pour un plaoage sur une seule face. Ce procédé s'appli-
que quelle que soit l'inclinaison de l'axe des cylindres par
rapport à la verticale.
~ a figure 2 montre l'aspect d'une section longitu-
dinale d'une bande composite aluminium-acier inoxydable après
décapage au réactif fluochloronitrique de macrographie. On voit
apparaitre, dans la couche d'aluminium, des dendrites de soli-
dification en forme d'arêtes de poisson, dont la direction
moyenne forme, avec le plan médian de la bande un angle infé-
rieur à 75. En raison de la di~symétrie du rev~tement, la
~12~ 4
ligne des sommets des dendrites ~e trouve légèrement décalée
du c8té du placage, mais avec une excentration inférieure à
20 ~.
Le procédé selon l'invention permet d'obtenir des
bandes composites aluminium-métal avec un métal ayant un point
de fusion et une résistance mécanique sensiblement plus élevés
que l'aluminium et, plu9 particulièrement, des bandes compo-
sites aluminium-cuivre ou aluminium-acier inoxydable utilisables
en particulier pour la fabrication d'usten~iles culinaire~ ou
dléchangeurs de chaleur et ceci dans des conditions économiques
particulièrement intéressantes. L'adhérence entre~ les compo-
sants est excellente.
L'invention sera également illustrée par des exemples
de réali~ation non limitatifs:
xemple 1 :
De llacier inoxydable austénitique selon la désigna-
tion AISL 304 de 0,3 mm d'épais3eur est plaqué sur de l'aluminium
1050 de 10 mm d'épaisseur par coulée continue entre cylindres
de 600 mm de diamètre. Aprè~ dégraissage, l'acier inoxydable
est brossé à la bro~se métallique de facon à obtenir une rugo-
sit~ de l'ordre de 1 micron CLA, pui~ placé dans l'intervalle
de 1 mm environ entre le cylindre et l'extrémité de la busette
d'alimentation de l'aluminium. -
La bande d'acier inoxydable enveloppe le cylindre sur
un angle de 90 environ.
Au cours de l'opération de placage, la bande d'acier
inoxydable subit un allongement de 8 ~ environ. L'excsntration
de la dorsale de solidification de l'aluminium est de 5 % en-
viron, l'angle des dendrites est de 15 environ avec le plan30
médian.
L'adhérence de~ produits obtenus e~t bonne.
~xemple 2 :
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De l'acier inoxydable ferritique AISI 434 de 0,4 mm
d'épaisseur est plaqué sur de l'aluminium 1050 de 2,6 mm d'épais-
seur par coulée continue entre cylindres de 600 mm de diamètre.
Après dégraissage, l'acier inoxydable est brossé à la brosse
métallique de ~ac,on ~ obtenir une rugosité de l'ordre de 1 mi-
cron CL~, puis est placé dans l'intervalle de 0,6 mm environ
entre le cylindre et l'extrémité de la busette dtalimentation
de l'aluminium.
~a feuille d'acier inoxydable enveloppe le cylindre
sur un angle de 90 environ.
Au cours de l'opération de placage, la feuille d'acier
inoxydable subit un allongement de 3 ~ environ. ~'excentration
de la dorsale de solidification de l'aluminium est de 5 ~0;
l'angle des dendrites est de 60 avec le plan médian.
~'adhérence de~ produits obtenus est bonne. Après
un laminage à froid avec un réduction de 30 %, le produit est
emboutis~able.
~xemple 3 :
Du cuivre de 0,5 mm d'épaisseur est plaqué sur de
l'aluminium 1050 de 6 mm d'épaisseur par coulée continu entre
cylindres de 600 mm de diamètre. Après dégraissage, le cuivre
est bros3é à la brosse m~tallique de façon à obtenir une rugo-
sité de 1,5 microns CIA, puis placé dans l'intervalle de 1 mm
environ entre le cylindre et l'extrémité de la busette d'ali-
mentation de l'aluminium.
~ a feuil]e de cuivre enveloppe le cylindre sur un
angle de 30 environ.
Au cours de l'opération de placage, la feuille de cui-
vre subit un allongement de 10,5 % environ. ~'excentration
de la dorsale de solidi~ication de l'aluminium est de 1 % en-
viron; l'angle des dendrites est de l'ordre de 30.
~ 'adhérence des produits obtenus permet un relaminage
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à froid par pas~es successives jusqu'~ une épai~seur de 3,25 mm,
soit un taux de réductlon de 45 %.
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