FR2806019A1 - Procede de moulage-formage d'au moins une piece en un verre metallique - Google Patents

Abstract

Procédé de moulage-formage d'au moins une pièce en un verre métallique à partir d'un lingot, consistant à placer au moins un lingot (1) entre une pièce d'appui (4) et au moins une contre-pièce (2) de telle sorte que la surface de contact (3) dudit lingot avec la pièce d'appui soit largement supérieure à la surface de contact de ce lingot avec la contre-pièce; et à exercer une force entre ladite pièce d'appui et ladite contre-pièce tendant à rapprocher cette pièce d'appui et cette contre-pièce et à faire passer un courant électrique dans la zone de contact (8) entre ledit lingot et ladite contre-pièce, de valeur telle que la température dudit lingot dans cette zone soit supérieure à la température de transition vitreuse (Tg) du verre métallique le constituant mais inférieure à sa température de cristallisation (Tx), jusqu'à obtention de ladite pièce souhaitée.

Description

Procédé de moulage-formage <B>d'au moins une pièce en un verre</B> métallique La présente invention concerne un procédé de moulage- formage d'au moins une pièce en verre métallique.

On connait actuellement plusieurs manières d'obtenir des pièces en verres métalliques. Le plus ancien procédé consiste à fabriquer des rubans par trempe sur rouleau à des vitesses de refroidissement supérieures à 1000 degrés seconde. Un procédé plus récent, résultant de l'apparition d'une série d'alliages amorphisables par addition d'éléments supplémentaires, consiste à fabriquer des lingots. Ces alliages amorphisables en petits et gros lingots sont aujourd'hui assez nombreux. On peut citer en particulier les familles Zr-Cu-Ni-Al, lanthanides-(Cu-Ni)-Al, Fe-Al-Ga-Si-C-P. D'autres nuances d'alliages amorphisables contenant du Ti et du Be ont également été dévelopées.

Il a été constaté que ces alliages polyconstitués présentent une grande résistance à la cristallisation. seulement on les amorphise par refroidissement relativement lent sans qu'une germination-croissance de cristaux n'intervienne, mais l'état amorphe ne cristallise qu'à des températures Tx situées à une centaine de degrés au-dessus de leurs températures Tg de transition vitreuse.

De ce fait, il existe, pour chaque verre métallique, un espace de température OT compris entre sa température de transition vitreuse Tx et sa température de cristallisation Tg, (AT=Tx-Tg), dans lequel l'alliage constituant le verre métallique présente un état plastique très facsile à déformer pour atteindre des formes complexes sans provoquer sa cristallisation.

Actuellement, pour la mise en forme de lingots en verre métalliques, on utilise le procédé de thermoformage classique qui consiste à chauffer la pièce par conduction, rayonnement ou convection. Ce procédé classique engendre des difficultés de mise au point pour éviter le phénomène de cristallisation notamment en surface de la pièce à former. En effet, il doit à la fois contrôler la température de la pièce à former dans tout son volume de telle sorte qu'elle rentre dans l'écart de température OT précité, assurer l'obtention des formes souhaitées et permettre le refroidissement de la pièce formée en conservant sa forme souhaitée atteinte.

La présente invention a pour but de faciliter l'obtention de pièces verres métalliques à partir de lingots, ces pièces à former pouvant présenter des formes complexes.

Le procédé de moulage-formage d'au moins pièce en un verre métallique à partir d'un lingot, consiste, selon l'invention, à placer moins un lingot entre une pièce d'appui au moins une contre-pièce de telle sorte que la surface de contact dudit lingot avec la pièce d'appui soit largement supérieure à la surface contact de ce lingot avec la contre-pièce ; et à exercer une force entre ladite pièce d'appui ladite contre-pièce tendant à rapprocher cette pièce d'appui et cette contre-pièce et à faire passer un courant électrique dans la zone de contact entre ledit lingot et ladite contre-pièce, valeur telle que la température dudit lingot dans cette zone soit supérieure à la température de transition vitreuse du verre métallique constituant mais inférieure à sa température de cristallisation, jusqu obtention de ladite pièce souhaitée.

Selon le procédé de l'invention, ledit lingot ladite contre- pièce peuvent avantageusement être agencés de telle sorte qu'au fur et à mesure du moulage-formage, leur surface de contact accroisse.

Le procédé selon l'invention peut avantageusement consister à couper le passage du courant électrique dès que le lingot atteint la forme la pièce souhaitée.

Le procédé selon l'invention peut avantageusement consister à supprimer ladite force dès que le lingot atteint la forme de la pièce souhaitée.

Le procédé selon l'invention peut avantageusement consister à accélérer le refroidissement du lingot dès que ce dernier atteint la forme de la pièce souhaitée.

Selon l'invention, ladite contre-pièce peut en particulier être constituée par un outil de moulage-formage Selon l'invention, ladite contre-pièce pourrait être constituée par une pièce à assembler à ladite pièce à former, cette contre-pièce pouvant aussi être en un verre métallique.

La présente invention sera mieux comprise à l'étude de modes de moulage-formage de pièces en verres métalliques, décrits à titre d'exemples non limitatifs et illustrés par le dessin sur lequel - la figure 1 représente, dans une vue en perspective, un mode d'assemblage de deux pièces en verre métallique ; - la figure 2 représente, dans une vue en perspective, les deux pièces de la figure 1 assemblées ; - la figure 3 représente, dans une vue en perspective, une pièce en verre métallique et une pièce en une autre matière, assemblées - figure 4 représente, dans une vue en perspective, des particules assemblées à une surface d'une pièce ; - figure 5 représente, dans une vue en perspective, une pièce en verre métallique présentant des creux ; - figure 6 représente, dans une vue schématique de côté, deux pièces assemblées par laminage ; - la figure 7 représente, dans une vue en perspective, deux pièces assemblées selon une variante en particulier de la figure 4.

se reportant à la figure 1, on voit qu'on représenté deux lingots en barres 1 et 2, de section carrée ou rectangulaire, disposés l'un au-dessus de l'autre en croix, présentant entre une surface réduite de contact 3.

On installe les lingots 1 et 2 en croix entre première pièce d'appui 4 et une seconde pièce d'appui 5 d'une presse 6 ainsi schématisée, de telle sorte qu'un côté du lingot 1 soit appui contre une surface 4a de la pièce d'appui 4 et qu'un côté lingot 2 soit en appui contre une surface 5a de la pièce d'appui 5.

A titre d'échantillons, on suppose que lingots 1 et 2 présentent une longueur de vingt millimètres et une section de deux millimètres par deux millimètres. La surface de contact 3 fait en conséquence quatre millimètres carrés et les surfaces de contact entre les lingots 1 et 2 et les pièces d'appui 4 et 5 sont respectivement égales à quarante millimètres carrés.

On relie les pièces d'appui 4 et 5 à une source d'énergie électrique 7 contrôlée.

Le processus de moulage-formage des lingots 1 et 2 en vue de leur assemblage se produit de la manière suivante.

Les lingots 1 et 2 étant pris entre les pièces d'appui 5 et 6 sous une pression déterminée Pm, on active la source d'énergie électrique 7. Le courant électrique Im passe de l'une des pièces d'appui 4 et 5 à l'autre au travers des surfaces d'appui des lingots 1 et 2 sur ces pièces d'appui et au travers de la surface de contact 3 entre ces lingots. La valeur de ce courant électrique est réglée de telle sorte qu'il se produise un effet Joule dans la zone 8 de cette surface de contact 3 tel que dans cette zone uniquement le verre métallique constituant les lingots 1 et 2 passe à l'état vitreux devient visqueux, sans pour autant provoquer sa cristallisation. La température maximum Tm que doit atteindre cette zone 8 doit pour cela être comprise entre la température Tg de transition vitreuse et la température Tx plus élevée de germination-croissance de cristaux.

Lorsque la température de la zone 8 passe au-dessus de la valeur Tg pour atteindre la valeur choisie Tm, sous l'effet de la charge due à la pression Pm, les deux lingots 1 et 2 rentrent l'un dans l'autre, par fluage du verre métallique visqueux dans la zone 8.

Ce faisant, la surface de contact 3 entre les lingots 1 et 2 augmente, provoquant une diminution progressive de la résistance électrique et donc de l'effet Joule dans la zone 8 à courant électrique constant. Lorsque les deux lingots atteignent position relative souhaitée, on coupe le courant et l'effet Joule est stoppé, les lingots 1 et 2 se refroidissent et reviennent à l'état durci dans tout leur volume.

On obtient alors la pièce 9 en croix représentée sur la figure 2 et formée par les deux lingots 1 et 2 moulés-formés et assemblés. Dans une variante, lorsque les deux lingots 1 et 2 sont complètement rentrés l'un dans l'autre dans la zone 8, chaque lingot vient en contact avec les deux pièces d'appui 4 et 5. Cette brusque augmentation de surfaces de contact fait que valeur du courant électrique lm n'induit plus un effet Joule suffisant pour maintenir le verre métallique à l'état visqueux dans la zone 8 et que les deux lingots 4 et 5 se refroidissent plus vite pour repasser à l'état durci.

Selon un mode d'exécution, il n' pas nécessaire de mesurer et de contrôler précisément la valeur de la température maximum Tm et la valeur du courant électrique lm. En effet, il est possible d'asservir la valeur du courant électrique lm à la vitesse de rapprochement et éventuellement à la course des pièces d'appui 4 et 5 sous l'effet d'une charge à froid prédéterminée, cette vitesse dépendant de la viscosité du verre métallique atteinte dans la zone 8. Le processus peut alors consister à augmenter progressivement la valeur du courant électrique jusqu'à une valeur telle que les pièces d'appui 4 et 5 commencent leur rapprochement tout en ne dépassant pas une vitesse déterminée de ce rapprochement. On peut ainsi être sûr de ne jamais dépasser la température Tx de cristallisation.

Dans le cas des échantillons précités, la force appliquée entre les pièces d'appui 4 et 5 peut être d'environ 40 kg et le courant électrique peut être choisi à une valeur d'environ 150 Ampères pour produire une augmentation de la température dans la zone 8 jusqu'à une valeur comprise entre une température de transition vitreuse Tg par exemple égale à environ 400 degrés Celsius une température de germination-croissance de cristaux Tx par exemple égale à environ 500 degrés Celsius.

Pour accélérer la vitesse des refroidissements précités, on pourrait prévoir de faire circuler dans les pièces d'appui 4 et 5- un fluide de refroidissement en fin de processus de pénétration.

On peut noter par ailleurs, de façon générale, que l'exécution des processus précités est de préférence réalisée sous vide ou dans un gaz inerte.

En se reportant à la figure 3, on voit qu a représenté une pièce en croix 10 qui est constituée par un lingot en barre 11 en verre métallique assemblé à une barre 12 de section circulaire en un autre matériau, en particulier un acier, cette barre 12 constituant une contre- pièce. Cette pièce 10 peut être obtenue en mettant en oeuvre les etapes des processus précédemment décrit en référence à la figure 1. Cette fois, c'est la barre 12, qui ne se déforme pas puisque la température Tm n'est pas suffisante, qui pénètre dans le lingot 11 en verre métallique. De plus, une contre-pièce 12 conductivités 'lectrique et thermique plus grandes que celles du verre métallique subit moins de chauffage par effet Joule et contribue à un refroidissement plus rapide En se reportant à la figure 4, on voit qu'on représenté une pièce 13 constituée par un lingot 14 en verre métallique, de forme parallélépipédique, dans une surface frontale 14a duquel sont insérées des billes ou des particules 15 par exemple en acier, en tungstène ou en un autre matériau cristallin.

Cette pièce 13 peut également être obtenue en mettant en oeuvre les étapes des processus précédemment décrit en référence à la figure 1. Pour cela, on place le lingot 14 et les billes 15, qui constituent des contre-pièces, entre les pièces d'appui 4 et 5 de la presse 6. Avantageusement, le courant généré par la source de courant 7 peut être réglé ou asservi jusqu'à pénétration totale des billes 15 dans le lingot 14.

Les surfaces de contact des billes 15 avec le lingot 14 augmentent progressivement au fur et à mesure de cette pénétration, provoquant comme précédemment une diminution de la résistance. Le processus de pénétration dû à l'état visqueux du lingot 14 dans les zones de contact des billes avec le lingot est, comme précédemment, stoppé lorsque la face 14a du lingot entre en contact avec la pièce d'appui correspondante de la presse 6, sans qu'il y ait eu de germination-croissance de cristaux dans le lingot 14.

Selon une variante inverse, la pièce 13 pourrait être une contre-pièce à surface 14a cristalline et les billes 15 pourraient être formées par une poudre fine de particules de verre métallique assimilables aux lingots précités. Conformément aux processus précités, les particules 15 de verre métallique seraient chauffées par effet Joule et déformées à chaud pour former une couche amorphe la contre-pièce 14, en particulier une couche d'anti-corrosion, sans germination-croissance de cristaux.

En se reportant à la figure 5, on voit qu'on a représenté une pièce 16 constituée par un lingot 17 en verre métallique, de forme parallèlépipédique, dans une surface frontale 14a duquel sont réalisés par gravage des creux pyramidaux 18.

Ces creux 18 peuvent être obtenus en disposant, entre les pièces d'appui 4 et 5 de la presse 6, le lingot 17 et une contre-pièce non représentée présentant des parties en saillie correspondant aux creux à obtenir. Les processus de pénétration de ces parties en saillie dans le lingot 17 sont identiques à ceux décrits précédemment, la fin des processus étant atteinte lorsque la surface de la contre-pièce vient en contact avec la surface du lingot 17.

Dans une variante de la figure 5, on pourrait réaliser de façon équivalente des parties en saillie en surface d'un lingot en verre métallique. La contre-pièce devrait pour cela présenter des formes complémentaires aux formes à réaliser en saillie.

En se reportant à la figure 6, on voit qu'on propose d'assembler par laminage deux lingots ou tôles 19 et 20 en forme de barres, en verre métallique, en les faisant passer entre deux rouleaux d'appui 21 et 22 d'un laminoir 23 reliés à une source de courant électrique comme les pièces d'appui 4 et 5 de la presse de la figure 1. Les processus de pénétration et d'assemblage décrits précédemment peuvent s'appliquer à la zone 24 dans laquelle les lingots 19 et 20 entrent en contact. titre d'échantillons, les lingots 19 et 20 pourraient présenter une épaisseur de deux millimètres de façon à former en amont rouleaux de laminage 21 et 22 une épaisseur de trois millimètres.

Bien entendu, l'une des barres 19 et 20 pourrait être en autre matériau que du verre métallique.

se reportant à la figure 7, on voit qu'on a représenté variante des processus décrits précédemment, qui s'en différencie par le fait le courant électrique de chauffe par effet Joule traverse directement le lingot en verre métallique, sans être amené par la pièce d'appui de 27 d'une presse 28. Les processus décrits précédemment sont alors utilisés pour par exemple insérer dans une surface du lingot 25 des fibres 29 de section circulaire, ou toutes autres pièces telles que particules sphériques.

présente invention ne se limite pas aux exemples dessus décrits. Les modes de réalisation décrits peuvent en effet être appliqués à lingots en verres métalliques de toutes formes en vue qui soient formés individuellement à l'aide de contre-pièces ou assemblés à toutes autres pièces en verres métalliques ou en d'autres matières pour constituer des pièces composites, ces autres matières pouvant en particulier permettre de modifier certaines caractéristiques verres métalliques telles que leur ténacité.

Claims (9)

REVENDICATIONS

1. Procédé de moulage-formage d'au moins une pièce en un verre metallique à partir d'un lingot, caractérisé par le fait qu'il consiste à placer au moins un lingot (1) entre une pièce d'appui (4) et au moins une contre-pièce (2) de telle sorte que la surface de contact (3) dudit lingot avec la pièce d'appui soit largement supérieure à la surface de contact ce lingot avec la contre-pièce ; et à exercer une force entre ladite pièce d'appui et ladite contre-pièce tendant à rapprocher cette pièce d'appui et cette contre-pièce et à faire passer un courant électrique dans la zone de contact (8) entre ledit lingot et ladite contre-pièce, de valeur telle que la température dudit lingot dans cette zone soit supérieure à la température de transition vitreuse (Tg) du verre métallique le constituant mais inférieure à sa température de cristallisation (Tx), jusqu'à obtention de ladite pièce souhaitée.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit lingot et ladite contre-pièce sont agencés de telle sorte qu'au fur et mesure du moulage-formage, leur surface de contact (3) s'accroisse.

3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait qu'il consiste à couper le passage du courant électrique dès que le lingot (1) atteint la forme de la pièce souhaitée.

4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il consiste supprimer ladite force dès que le lingot (1) atteint la forme de la pièce souhaitée.

5. Procédé selon l'une quelconque revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il consiste à accélérer le refroidissement du lingot (1) dès que ce dernier atteint la forme de la pièce souhaitée.

6. Procédé selon l'une quelconque revendications précédentes, caractérisé par le fait que ladite contre-pièce est constituée par un outil de moulage-formage en creux ou en saillie.

7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que ladite contre-pièce est constituée par une pièce (12 ; 15) à assembler à ladite pièce à former (11).

8. Procédé selon l'unë quelconque des revendication précédentes, caractérisé par le fait que ladite contre-pièce (2) est en un verre métallique.

9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que ladite contre-pièce (14) présente une surface cristalline sur laquelle est déposée une couche de particules de verre métallique (15).