[0001] L'invention a pour objet un procédé et une installation de réalisation de pièces
métalliques à usage magnétique et couvre également les produits obtenus par le procédé
et servant à la réalisation de telles pièces.
[0002] On connaît différents alliages ayant des propriétés magnétiques particulières et
servant à la fabrication de pièces utilisables, grâce à leurs propriétés magnétiques,
dans l'industrie électrotechnique ou électronique, par exemple pour la fabrication
de relais, compteurs, transduteurs, etc... .
[0003] En particulier, on utilise couramment des alliages quaternaires, à base de Fer, Aluminium,
Nickel, Cobalt qui ont des propriétés magnétiques intéressantes mais que l'on remplace
avantageusement, dans certains cas, par des alliages ternaires à base de Fer, Cobalt,
Chrome. De tels alliages présentant en effet l'avantage de pouvoir être mis en forme
par découpe ou estampage de l'alliage se présentant sous forme de produits allongés
tels que des bandes ou des fils continus, des feuilles ou des barres.
[0004] Les propriétés magnétiques des alliages peuvent être réglées en fonction des besoins
en jouant d'une part sur la composition de l'alliage et d'autre part sur les traitements
thermiques auxquels il est soumis. En particulier, les alliages Fe, Co, Cr comprenant
26 à 32% de chrome et 9 à 25% de cobalt ont l'avantage de développer des propriétés
magnétiques voisines des alliages quaternaires Fe, Al, Ni, Co et pouvant en outre
être découpés et mis en forme, par exemple par estampage ou forgeage. C'est pourquoi
on peut les appeler des aimants formables.
[0005] Les traitements thermiques susceptibles de développer les propriétés désirées sont
assez compliqués et comportent différentes opérations de chauffage, de maintien en
température ou de refroidissement avec des vitesses déterminées de variation de température.
Cependant, depuis un certain temps, on a constaté qu'il était intéressant de sou
mettre l'alliage magnétique à une opération de recuit réalisée par exemple vers 650°C
et en présence d'un champ magnétique élevé, supérieur 160,000 A/m) (2000 Oe).
[0006] Cette opération de recuit en présence d'un champ magnétique donne des résultats très
intéressants mais présente l'inconvénient de nécessiter l'utilisation d'un électro-aimant
ou tout appareil similaire pour la production d'un champ magnétique aussi intense.
De ce fait, l'installation est assez coûteuse et difficile d'utilisation.
[0007] L'invention a pour objet une nouvelle méthode de réalisation du recuit sous champ
magnétique permettant notamment d'éviter l'emploi d'un électro-aimant du fait que
le champ magnétique utilisé est beaucoup plus faible que dans les méthodes connues
auparavant.
[0008] Conformément à l'invention, l'opération de recuit est divisée en au moins deux phases
successives, respectivement une première phase d'initiation, en présence d'un champ
magnétique, réalisée sur le produit allongé avant découpage des pièces et une seconde
phase de maturation réalisée sur les pièces séparées obtenues à partir du produit
ayant subi la première phase.
[0009] Dans le cas où le produit allongé est une bande ou un fil continu susceptible d'être
déroulé à partir d'une bobine, la première phase d'initiation est réalisée en continu
par défilement de la bande ou du fil à l'intérieur d'un four tubulaire muni de moyens
de production d'un champ magnétique constitué, de préférence, par un solénoïde alimenté
en courant électrique et incorporé au four tubulaire.
[0010] Dans un autre mode de réalisation de l'invention, applicable aussi bien à des bandes
ou fils continus qu'à des produits sous forme de feuilles ou de barres, on fait stationner
dans un four tubulaire muni de moyens de production d'un champ magnétique au moins
une partie du produit de longueur correspondant à celle du four, pendant le temps
nécessaire à la réalisation de la première phase du traitement.
[0011] Selon une autre caractéristique intéressante, la bande est mise sous traction pendant
la première phase d'initiation en présence d'un champ magnétique.
[0012] De façon particulièrement avantageuse, le champ magnétique appliqué pendant la première
phase d'initiation peut être inférieur à 80.000 A/m (1000 Oe).
[0013] L'invention couvre également l'installation pour la réalisation du procédé comprenant
un four tubulaire associé à des moyens de production d'un champ magnétique et des
moyens de commande du défilement de la bande d'alliage à l'intérieur du four.
[0014] Lorsque l'ensemble du traitement et de la préparation des pièces est réalisé au
même endroit, l'installation comporte deux fours séparés, respectivement un four tubulaire
de réalisation de la première phase d'initiation sur la bande défilant en continu
et un four de réalisation de la seconde phase de maturation sur les pièces découpées,
l'installation de découpe et éventuellement de formage des pièces étant placées entre
les deux fours.
[0015] Mais il est possible également de séparer les deux phases du traitement de recuit
et l'invention couvre le produit constitué d'une bande continue d'alliage ayant subi
la première phase d'initiation de l'opération de recuit et pouvant par la suite être
découpée en pièces séparées, celles-ci étant enfin soumises à la deuxième phase de
maturation.
[0016] L'invention sera mieux comprise par la description détaillée d'un mode de réalisation
de pièces magnétiques par le procédé de l'invention, en se référant aux dessins annexés.
La Figure 1 représente très schématiquement et à titre d'exemple une installation
pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention.
La Figure 2 est un diagramme des températures du traitement thermique.
[0017] L'invention résulte d'une étude réalisée sur des alliages ternaires, Fer, Chrome,
Cobalt, élaborés dans un four sous vide dans lequel on réalise successivement une
désoxydation au carbone d'un mélange de fer et de cobalt, l'addition de chrome puis
du manganèse, la mise à la nuance, et la coulée en chute. Les lingots obtenus subissent
plusieurs opérations de transformation à chaud pour la réalisation de barres qui,
après refroidissement, sont écroutées. On réalise alors un laminage à chaud des barres
pour l'obtention de plats ou de fils qui sont enfin soumis à une trempe à l'eau et,
éventuellement à une opération d'écrouissage.
[0018] Le traitement thermique auquel est soumis l'alliage peut se définir comme une transformation
de phase conduisant au durcissement magnétique par décomposition spinodale de la
phase α en deux phases α₁ riche en cobalt et fortement magnétique et α₂, riche en
chrome et peu ou pas magnétique.
[0019] Pour obtenir le maximum de phase α, le traitement de décomposition spinodale est
précédé, de préférence, d'un traitement de recristallisation de courte durée effectué
vers 900-950°C. L'alliage est ensuite soumis à une opération de recuit aux alentours
de 600-650°C qui permet de réaliser la décomposition spinodale. Or on a observé que
ce traitement pouvant être effectué en deux phases séparées l'une de l'autre, respectivement
une phase d'initiation pendant laquelle il est avantageux d'appliquer sur l'alliage
un champ magnétique et une phase de maturation qui, en revanche, ne nécessite pas
l'application du champ magnétique. On peut penser que la phase d'initiation permet
de conduire une démixion localisée conduisant à une variation périodique de la composition
dont la période est réglée avec précision pour avoir des précipités de la phase α₁
dans la phase α₂, la phase de maturation permettant de provoquer un écart de concentration
entre les phases aussi élevé que possible.
[0020] Ce traitement de maturation nécessite un temps de maintien en température assez long,
de l'ordre de 10 à 20 heures, à une température inférieure à la température du traitement
d'initiation, alors que la première phase d'initiation peut être réalisée plus rapidement.
[0021] En outre, on a constaté que les opérations de découpe et de formage des pièces pouvaient
être réalisées après la première phase d'initiation.
[0022] Il est donc possible, selon la caractéristique essentielle du procédé, de soumettre
l'alliage à la première phase d'initiation lorsqu'il est sous la forme d'une bande
continue, puis de découper les pièces et enfin de soumettre celles-ci à la deuxième
phase de maturation.
[0023] Comme on l'a représenté schématiquement sur la Figure 1, une installation pour la
mise en oeuvre du procédé comprendra donc au moins deux enceintes de chauffage séparées,
respectivement un premier four 1 pour la réalisation de la première phase d'initiation
et un second four 2 pour la réalisation de la phase de maturation. L'alliage se présente
sous forme d'une bande 3 qui est déroulée à partir d'une bobine 31 pour s'enrouler
sur le tambour 32. La bande 3 défile ainsi suivant une direction longitudinale à l'intérieur
du four 1 de forme tubulaire. Celui-ci est, de préférence, précédé d'un four 11 à
l'intérieur duquel est réalisé le traitement de recristallisation à 950°C environ.
[0024] A la sortie du four 1 est placé un dispositif de découpe 4 qui permet d'obtenir à
partir de la bande 3 des pièces séparées 33 ayant la forme voulue et qui, éventuellement
après refroidissement, sont dirigées vers le four 2 pour y subir le traitement de
maturation.
[0025] Le four tubulaire 11 délimite un espace interne allongé 12 dans lequel on fait passer
la bande 3. D'autre part, le four 1 est muni de moyens de production d'un champ magnétique,
par exemple un solénoïde 13 relié à une source de courant électrique 14 et qui est
incorporé à la paroi du four 1 de façon à entourer complètement l'espace central 12
à l'intérieur duquel est ainsi produit le champ magnétique par passage du courant.
[0026] Selon un avantage essentiel de l'invention, du fait que le champ magnétique est appliqué
sur un produit de longueur très grande par rapport à son épaisseur et ayant par conséquent
un champ démagnétisant faible, il n'est pas nécessaire de produire dans le four 1
un champ magnétisant très élevé pour développer les propriétés magnétiques recherchées.
En pratique, on a constaté que le champ magnétisant nécessaire qui dépend du résultat
recherché et de la composition de l'alliage, pouvait même être inférieur à 80.000
A/m (1000 Oe), alors que, jusqu'à présent, il était nécessaire d'utiliser un champ
d'au moins 16.000 A/m (2000 Oe pour des pièces de petites dimensions. On évite donc
l'utilisation d'un électro-aimant toujours coûteux. A la sortie du four tubulaire
1, la bande 3 passe dans le dispositif de découpe 4, l'opération de découpe ne modifiant
pas la structure magnétique développée.
[0027] Un cycle de température a été représenté à titre d'exemple sur la Figure 2 qui est
un diagramme indiquant la température de traitement en fonction du temps.
[0028] La bande qui est à la température ambiante et se déroule à partir de la bobine 31
passe d'abord dans le four 11 où sa température monte jusqu'à environ 900°C, selon
le tracé OAB. A partir du point B, la bande passe dans le four tubulaire 1 dans lequel
sa température descend jusqu'à une température de l'ordre de 630°C en suivant le tracé
BC qui est donc effectué en partie en présence du champ magnétique produit par le
solénoïde 13. la bande est alors refroidie rapidement selon le tracé CD.De préférence,
la découpe des pièces 33 s'effectue à froid. Les pièces 33 sont alors dirigées dans
le four 2 où leur température est maintenue pendant le temps nécessaire, par exemple
de 10 à 20 heures, à une température décroissant régulièrement de préférence de 610
à 520°C
[0029] Etant donné que, de préférence, la bande est sou mise au défilé, tout d'abord au
traitement de recristallisation puis à la phase d'initiation, la durée du maintien
en température sera réglée en agissant sur la vitesse de défilement et en fonction
des longueurs relatives du four tubulaire 1 et du four de recristallisation 11, le
traitement de recristallisation étant appliqué normalement pendant 1/2 heure à 1 heure.
[0030] Toutefois, au lieu de réaliser le traitement en continu dans le four tubulaire,on
pourraît aussi faire avancer la bande à intervalles réguliers en faisant stationner
dans le four une partie de la bande de longueur correspondante pendant le temps nécessaire.
On pourraît d'ailleurs procéder de la même façon sur un produit allongé en forme de
feuilles ou de barres séparées mais présentant une assez grande longueur par rapport
à leurs dimensions transversales pour que le traitement magnétique puisse être effectué
sous un champ relativement faible. Les feuilles ou barres se succéderaient alors
dans le four en y stationnant le temps nécessaire à la première phase du traitement,
les pièces étant ensuite découpées pour subir la seconde phase.
[0031] Selon les propriétés que l'on désire développer et la composition de l'alliage, le
champ magnétique créé par le solénoïde 13 à l'intérieur du four 1 sera compris entre
8000 et 12.000 A/m (100 à 1500 Oe)., par exemple 4800 A/m (600 Oe).
[0032] La structure magnétique obtenue après la première phase d'initiation est permanente
et, par conséquent, l'opération de découpe et la deuxième phase de maturation du traitement
peuvent être effectuées un certain temps après la réalisation de la première phase.
Il est donc possible de traiter d'abord la bande d'alliage en lui faisant subir la
première phase d'initiation éventuellement précédée d'un traitement de recristallisation
et de la livrer chez l'utilisateur qui réalisera la découpe des pièces et les soumettra
à une deuxième phase de maturation, celle-ci pou vant être effectuée de façon assez
simple puisqu'elle est appliquée sur des pièces de petites tailles et sans champ magnétique.
[0033] A titre de simple exemple, l'invention a été mise en oeuvre de la façon suivante:
EXEMPLE N° 1
[0034] On prépare par les méthodes conventionnelles d'élaboration et coulée sous vide un
lingot de composition en poids Co 10,2%, Cr 28%, Mn 0,5%, Fe reste, et les impuretés
habituelles dues aux procédés de fabrication. Le lingot est ensuite laminé à chaud
vers 1200 - 1250°C et refroidit rapidement. On réalise avec le produit laminé à chaud
une bande de 0,75 mm d'épaisseur par laminage à froid.
[0035] La bande laminée à froid est ensuite traitée au défilé dans le système des fours
représentés figure 1, de telle sorte que dans le premier four 11 la température de
la bande atteigne 950°C pendant environ 30 mn. La distance entre le four 11 et le
four 1 ainsi que le calorifugeage sont tels que à partir d'environ 700°C la bande
se refroidit à environ 100°C/h et entre dans le four 1 dans lequel on applique un
champ magnétique à au moins 650°C. La température du four 1 est réglée à 630°C et
le champ magnétique axial est de 800 Oe (48000 Am⁻¹) la durée de défilement dans le
four 1 est d'au moins 30 mn. A la sortie du four 1 la bande est refroidie rapidement
et enroulée.
[0036] Sur la bande précédemment traitée, on découpe des pièces pour réaliser les mesures
et pour l'utilisation: par exemple des disques percés utilisés dans les compteurs
des automobiles. Ces pièces sont ensuite traitées dans un four ordinaire dont la température
descend progressivement de 620°C à 520°C en 20 heures, par exemple le four 2.
[0037] Les propriétés magnétiques obtenues sont les suivantes et illustrent l'intérêt du
procédé.

EXEMPLE 2
[0038] On utilise la même bande que dans l'exemple N° 1 mais avant de procéder au traitement
au défilé dans les fours 11 et 1, cette bande est soumise à un traitement à 950°C
pendant une heure sous hydrogène et refroidie rapidement à la fin du traitement.
[0039] Cette bande prétraitée, est ensuite traitée au défilé dans les fours représentés
figure 1. Au cours de ce traitement au défilé la bande est soumise à une traction
uniaxiale dans le sens de la longueur de 10 kg mm⁻² environ.
[0040] La température du four 11 est de 700°C et la bande entre dans le four 1 à 650°C.
La température du four 1 est réglée à 630°C et le champ magnétique axial vaut 800
Oe. La durée de défilement dans le four 1 est de 40 mn. A la sortie du four 1 la bande
est rapidement refroidie et enroulée.
[0041] Des pièces sont découpées dans la bande ainsi traitée sous champ magnétique et sous
traction. Ces pièces subissent ensuite le traitement de maturation dans un four classique
où la température s'abaisse progressivement de 620°C à 500°C en 20 heures. Un traitement
complémentaire à 500°C de 24 heures est bénéfique. Les propriétés obtenues sont les
suivantes:

EXEMPLE N° 3
[0042] Un alliage à Co = 12%, Cr= 28%, Mn= 0,5% en poids, le solde étant du fer et les impuretés
habituelles, est élaboré sous vide et coulé en lingots. Les lingots sont ensuite
laminés à chaud en bandes de 5 mm, puis laminés à froid en bandes de 1 mm d'épaisseur.
[0043] La bande est ensuite soumise à un traitement de 1/2 heure à 1050°C sous hydrogène.
Ce traitement se termine par un refroidissement rapide.
[0044] La bande est ensuite cisaillée à la largeur nécessaire à l'application et coupée
en tronçons de 1,5 mètres. Ces tronçons sont ensuite assemblés en fagots de petit
diamètre et disposés dans le four 1.
[0045] La température du four 1 est portée rapidement vers 700°C puis on le laisse refroidir
jusqu'à 620°C à une vitesse d'environ 100°C/h. A partir de 650°C on applique le champ
magnétique de 800 Oe. La durée du maintien à 620°C est de une heure. A la fin de ce
traitement à 620°C les fagots de bandes sont refroidis rapidement.
[0046] Les pièces pour mesure et utilisation sont découpées dans les bandes et traitées
ensuite dans un four dont la température descend de 620°C à 520°C en 20 heures. Un
traitement complémentaire de 24 heures à 500°C améliore encore les propriétés magnétiques.
[0047] Les propriétés obtenues à la suite de cet ensemble de traitement sont les suivantes:

[0048] Bien entendu, l'invention ne se limite pas aux détails du mode de réalisation qui
vient d'être décrit et qui pourrait faire l'objet de variantes sans d'écarter du cadre
de protection défini par les revendications. En particulier, les températures de traitement
ont été indiquées pour un alliage comprenant sensiblement 10% de cobalt mais pourraient
être modifiées en fonction des propriétés recherchées et de la composition de l'alliage.
D'ailleurs, il serait possible de réaliser des traitements thermiques plus complexes
comprenant notamment différents paliers de températures éventuellement séparés par
des phases de refroidissement plus ou moins rapides. En effet même lorque le traitement
est réalisé sur l'alliage sous forme de bande, on peut disposer les fours les uns
à la suite des autres en les séparant par des zones calorifugées pour réaliser les
différentes températures souhaîtées.
[0049] Bien entendu, si le terme de "bande" a été utilisé dans le texte, l'invention couvre
également l'utilisation de tout produit allongé, tel qu'un fil continu ou bien des
feuilles ou des barres, le produit pouvant, en section transversale, être adapté à
la forme des pièces. De même, après leur découpe, celles-ci peuvent subir diverses
opérations de mise en forme, par exemple par forgeage.
[0050] Par ailleurs, il pourraît être intéressant, en réglant les vitesses relatives de
déroulement et d'enroulement de la bande ou bien au moyen d'un dispositif associé
au four, d'exercer sur le produit une certaine traction de façon à combiner l'action
de celle-ci avec celle de la température et du champ magnétique. Ce dernier peut
d'ailleurs être créé par différents moyens connus, en utilisant un courant continu
ou un courant alternatif et, en adaptant le circuit, le courant électrique pourrait
d'ailleurs produire simultanément le champ magnétique et le chauffage du four.
1. Procédé de réalisation de pièces à usage magnétique constituées en un alliage
métallique se présentant sous forme d'un produit allongé (3) à partir duquel les pièces
(33) sont découpées, l'alliage étant soumis à un traitement thermique comprenant
au moins une opération de recuit réalisée en présence d'un champ magnétique, caractérisé
par le fait que l'opération de recuit est divisée en au moins deux phases successives,
respectivement une première phase d'initiation en présence d'un champ magnétique,
réalisée sur le produit allongé (3) avant découpage des pièces et une seconde phase
de maturation réalisée sur les pièces séparées (33) obtenues à partir du produit (3)
ayant subi la première phase d'initiation.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le produit allongé (3) est une bande
ou un fil continu susceptible d'être déroulé à partir d'une bobine, caractérisé par
le fait que la première phase d'initiation est réalisée en continu par défilement
de la bande ou du fil (3) le long d'un four tubulaire (4) muni de moyens (13) de production
d'un champ magnétique.
3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la première phase
d'initiation est réalisée dans un four tubulaire (4) de grande longueur, muni de moyen
(13) de production d'un champ magnétique, dans lequel on fait stationner au moins
une partie de longueur correspondante du produit pendant le temps nécessaire à la
réalisation de la première phase du traitement.
4. Procédé selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé par le fait que le champ
magnétique est produit par passage de courant électrique dans un conducteur (13) incorporé
au four tubulaire (1).
5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que, pendant l'application
de la phase initiation sous champ magnétique, la bande (3) est mise sous tension.
6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que
l'alliage métallique est un alliage magnétique à base de Fer, Cobalt et Chrome.
7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que
le champ magnétique appliqué pendant la première phase d'initiation du traitement
peut être inférieure à 80.000 A/m (1000 Oe).
8. Procédé selon la revendication 6, caractérisé par le fait que la première phase
d'initiation est réalisée 0 une température comprise entre 600 et 650°C et que la
seconde phase de maturation est réalisée à une température comprise entre 500 et
600°C.
9. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'avant
d'être soumise à la première phase d'initiation sous champ magnétique, la bande d'alliage
(3) est soumise à un traitement de recristallisation à une température comprise entre
900 et 950°C pendant un temps de 1/2 à 1 h.
10. Produit pour la réalisation de pièces (33) à usage magnétique, caractérisé par
le fait qu'il est constitué d'une bande ou d'un fil métallique allongé (3) ayant
subi la première phase d'initiation du procédé selon l'une des revendications précédentes
et dans laquelle des pièces (33) peuvent, par la suite, être découpées et soumises
à la deuxième phase de maturation.
11. Installation de réalisation de pièces à usage magnétique à partir d'un produit
allongé (3) un en alliage métallique dans lequel les pièces sont découpées, ledit
alliage subissant un traitement thermique réalisé en présence d'un champ magnétique,
caractérisée par le fait qu'elle comprend un four tubulaire (1) associé à des moyens
(13) de production d'un champ magnétique et à des moyens (31, 32) de commande du passage
du produit (3) dans le four tubulaire (1), ce dernier étant associé à des moyens de
réglage du temps de passage du produit, de la température et du champ magnétique de
façon à réaliser une première phase d'initiation du traitement pendant le défilement
de la bande d'alliage, le traitement thermique comprenant une deuxième phase de maturation
réalisée sans champ magnétique sur les pièces découpées dans la bande après la première
phase d'initiation.
12. Installation selon la revendication 11, caractérisée par le fait quelle comprend
deux fours séparés (1) et (2) pour la réalisation des deux phases du traitement respectivement
sur le produit allongé (3) et sur les pièces découpées (33) et un dispositif (4) de
découpe des pièces (33) placé entre les deux fours (1) et (2).
13. Installation selon la revendication 11, caractérisée par le fait que les moyens
de production du champ magnétique sont constitués par un solénoïde (13) incorporé
dans la paroi du four tubulaire (1) et alimenté en courant électrique.
14. Installation selonla revendication 12, caractérisée par le fait quele solénoïde
(13) est alimenté en courant alternatif.
15. Installation selon l'une des revendications 11 à 14, caractérisée par le fait
que, le produit allongé (3) étant constitué d'une bande ou d'un fil continu enroulé
sur une bobine (31) l'installation comprend des moyens de commande du déroulement
de la bobine (31) et du défilement du produit (3) à l'intérieur du four.
16. Installation selon l'une des revendications 11 et 15, caractérisé par le fait
que le four est associé à des moyens de mise sous tension du produit (3) à l'intérieur
du four.