FR2582240A1 - Improved brazing material for a titanium component and method for preparing it - Google Patents
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Abstract
Description
MATERIAU DE BRASAGE AMELIORE POUR PIECE DE TITANE ET SON PROCèDE
DE PREPARATION.IMPROVED BRAZING MATERIAL FOR TITANIUM PIECE AND ITS PROCESS
OF PREPARATION.
La présente invention concerne un matériau perfectionné de brasage pour pièces de titane, ainsi que son procédé de prépara
tion ; elle concerne en particulier une amélioration des conditions de temps de travail et de résistance mécanique lors du brasage de pièces essentiellement formées de titane destinées à des montures de lunettes et analogues.The present invention relates to an improved brazing material for titanium parts, as well as to its process for preparing
tion; it relates in particular to an improvement of the working time and mechanical strength conditions when brazing essentially titanium shaped parts for eyeglass frames and the like.
Un matériau classique de brasage de pièces en titane des montures de lunettes comporte une âme en titane recouverte d'une enveloppe d'alliage nickel-cuivre. Selon un procédé de brasage, un tel matériau est placé entre les pièces à braser afin qu'il subisse ensuite un chauffage simultané suivi d'une solidification par refroidissement. A conventional material for brazing titanium parts of spectacle frames comprises a titanium core covered with a nickel-copper alloy casing. According to a brazing process, such a material is placed between the parts to be brazed so that it then undergoes simultaneous heating followed by solidification by cooling.
Cependant, la température de chauffage utilisée habituellement est d'environ 9000c dans ce cas, alors que la température de fusion du titane est de 16680C, celle du nickel de 14580C et celle du cuivre de 10830C. Etant donné une différence aussi importante entre les températures de fusion des métaux constituants et la température de chauffage lors du brasage, le brasage est terminé avant que l'âme de titane et l'enveloppe d'alliage nickel-cuivre ne se mélangent suffisamment par fusion. L'insuffisance du mélange de l'âme et de l'enveloppe est encore accentuée par le rapport relativement grand des sections de l'âme de titane et de l'enveloppe dans le matériau de brasage.Ce mélange insuffisant de l'âme avec len- veloppe lors du brasage provoque une réduction importante de la résistance obtenue après brasage. However, the heating temperature usually used is about 9000c in this case, while the melting temperature of titanium is 16680C, the nickel of 14580C and the copper of 10830C. Given such a large difference between the melting temperatures of the constituent metals and the heating temperature during brazing, brazing is completed before the titanium core and the nickel-copper alloy casing are sufficiently melt-blended. . The insufficient mixing of the core and the shell is further accentuated by the relatively large ratio of the sections of the titanium core and the shell in the brazing material. This insufficient mixture of the core with len - Veloppe during soldering causes a significant reduction in the resistance obtained after brazing.
Dans un autre procédé de brasage, des pièces à raccorder par brasage sont préalablement chauffées et le matériau précité de brasage est introduit à force entre les pièces chauffées. Dans ce cas, comme l'âme de titane ne fond pas suffisamment pour les raisons indiquées précédemment, seule l'enveloppe fond et s'écoule sur la pièce inférieure, et l'âme de titane reste solide. Eh conséquence, l'enveloppe fondue ne peut pas suffisamment diverger et empêche ainsi un brasage uniforme en un temps court. In another brazing process, parts to be soldered are preheated and the aforesaid brazing material is forced between the heated parts. In this case, since the titanium core does not melt sufficiently for the reasons indicated above, only the envelope melts and flows on the lower part, and the titanium core remains solid. Consequently, the melted envelope can not sufficiently diverge and thus prevents even soldering in a short time.
Il est envisageable d'utiliser un alliage -de titane contenant du nickel et du cuivre. Un tel alliage de titane est cependant trop dur et trop cassant pour être soumis à un étirage et un laminage qui sont indispensables lors de la fabrication des montures de lunettes. It is conceivable to use a titanium alloy containing nickel and copper. Such a titanium alloy is, however, too hard and too brittle to be subjected to stretching and rolling which are essential in the manufacture of spectacle frames.
La présente invention a pour objet la réalisation d'un matériau de brasage qui donne une grande résistance mé- canique à la brasure et qui permet un brasage de courte durée. The present invention relates to the production of a brazing material which gives a high mechanical strength to the solder and which allows short-duration brazing.
L'invention concerne ainsi un matériau de brasage qui contient plusieurs âies allongées essentiellement formées de titane, orientées dans la direction longitudinale, et une enveloppe allongée d'alliage cuivre-nickel entourant en totalité les fimes essentiellement formées de titane. The invention thus relates to a brazing material which contains a plurality of longitudinally oriented elongate substantially titanium shaped elongates and an elongate envelope of copper-nickel alloy completely surrounding the substantially titanium shaped fins.
Selon un autre aspect de l'invention, une tige diane essentiellement formée de titane est introduite dans une gaine d'un alliage de cuivre-nickel, et sont toutes deux soumises à une opération qui réduit les sections et forme un fil élémentaire. Ensuite, plusieurs fils élémentaires sont introduits dans une enveloppe d'alliage de cuivrenickel et l'ensemble est soumis à une opération de réduction de section avec formation d'un fil brut. Ce fil brut est enfin soumis à une déformation plastique destinée à mettre le matériau de brasage sous forme d'une plaque. In another aspect of the invention, a substantially titanium-formed diane rod is introduced into a copper-nickel alloy sheath, and both are subjected to an operation that reduces the sections and forms an elementary wire. Then, several elementary wires are introduced into a copper-nickel alloy envelope and the assembly is subjected to a section reduction operation with formation of a raw wire. This raw wire is finally subjected to a plastic deformation intended to put the brazing material in the form of a plate.
D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence au dessin annexé sur lequel
la figure 1 est une perspective, avec une partie en coupe, du matériau de brasage selon l'invention ; et
les figures 2 à 5 sont des perspectives illustrant diverses étapes du procédé de fabrication de l'invention.Other features and advantages of the invention will become more apparent from the following description, made with reference to the attached drawing in which:
Figure 1 is a perspective, with a portion in section, of the brazing material according to the invention; and
Figures 2 to 5 are perspectives illustrating various steps of the manufacturing method of the invention.
La figure 1 représente un matériau de brasage selon un mode de réalisation de l'invention, ce matériau A de brasage ayant une configuration de plaque analogue a celle des matériaux classiques. Le matériau A de brasage colporte plusieurs âmes allongées il essentiellement formées de titane, orientées dans la direction longitudinale, et une enveloppe allongée 10 d'un alliage de cuivre-nickel entourant tota lement les âmes 11 essentiellement formées de titane. FIG. 1 represents a brazing material according to one embodiment of the invention, this brazing material A having a plate configuration similar to that of conventional materials. The brazing material A carries a plurality of elongated substantially longitudinally oriented elongated titanium cores and an elongated copper-nickel alloy casing completely surrounding the substantially titanium cores 11.
L'âme 11 essentiellement formée de titane peut contenir Jusqu'à 40 Z en poids d'un ou plusieurs métaux choisis parmi le nickel, le cuivre, le chrome, le molybdène, l'aluminium, le zirconium, l'étain et le vanadium. The substantially titanium core 11 may contain up to 40% by weight of one or more metals selected from nickel, copper, chromium, molybdenum, aluminum, zirconium, tin and vanadium. .
L'enveloppe 10 de cuivre-nickel peut contenir de préférence 0,02 à 8 Z en poids d'un ou plusieurs élémente choisis parmi le bore, le zirconium, le silicium, l'étain, l'aluminium et le béryllium. The copper-nickel shell 10 may preferably contain 0.02 to 8% by weight of one or more elements selected from boron, zirconium, silicon, tin, aluminum and beryllium.
Un exemple de matériau de brasage peut contenir 50 à 75 Z en poids de titane, 10 à 20 % en poids de nickel et 10 à 20 % en poids de cuivre. Un autre exemple de matériau de brasage peut contenir 50 à 75 % en poids de titane, 10 à 20 Z en poids de nickel, 10 à 20 % en poids de cuivre, et 0,01 à 3 X en poids d'un élément choisi parmi. le bore, le zirconium et le silicium. A la place d'un seul de ces éléments, l'alliage peut contenir 0,02 à 5 Z en poids de deux de ces éléments bore, zirconium et silicium. An example of a brazing material may contain 50 to 75% by weight of titanium, 10 to 20% by weight of nickel and 10 to 20% by weight of copper. Another example of a brazing material may contain 50 to 75% by weight of titanium, 10 to 20% by weight of nickel, 10 to 20% by weight of copper, and 0.01 to 3% by weight of a selected element. among. boron, zirconium and silicon. In place of only one of these elements, the alloy may contain 0.02 to 5% by weight of two of these boron, zirconium and silicon elements.
Un tel matériau de brasage est préparé par un procédé tel que représenté sur les figures 2 à 5. D'abord, comme l'indique la figure 2, une âme 11 essentiellement for niée de titane et analogue à une tige de section circulaire, est introduite dans une gaine tubulaire 12 d'alliage de cuivre-nickel. Dans ce cas, comme ltenveloppe 10 représentée sur la figure 11, l'alliage de cuivre-nickel de la gaine 12 peut contenir 0,02 à 8 % en poids d'un élément choisi parmi le bore, le zirconium, le silicium, ltétain, l'aluminium et le béryllium. Une telle combinaison d'une âme et d'une gaine est alors soumise à une opération de réduction de section, par exemple une extrusion hydrostatique, afin qu'un fil élédentaire 13 tel que représenté sur la figure 3 soit formé. Such a brazing material is prepared by a method as shown in FIGS. 2 to 5. First, as shown in FIG. 2, a core 11 substantially free of titanium and similar to a rod of circular section, is introduced into a tubular sheath 12 of copper-nickel alloy. In this case, like the sleeve 10 shown in FIG. 11, the copper-nickel alloy of the sheath 12 can contain 0.02 to 8% by weight of a member selected from boron, zirconium, silicon, tin , aluminum and beryllium. Such a combination of a core and a sheath is then subjected to a section reduction operation, for example a hydrostatic extrusion, so that an elongated wire 13 as shown in FIG. 3 is formed.
Cette opération de réduction de la section peut être réalisée d'une manière très régulière car l'âme 11 essentiellement formée de titane et la gaine 10 d'alliage de cuivre-nickel conviennent toutes deux à une déformation plastique. Plusieurs fila élémentaires 13 sont alors introduits dans une enveloppe tubulaire 14 d'un alliage de cuivre-nickel tel que représenté sur la figure 4, et la combinaison des âmes et de l'enveloppe est alors soumise à une opération de réduction de section telle qu'une extrusion hydrostatique afin qu'un fil brut 15 tel que représenté sur la figure 5 soit obtenu.Le diamètre de ce fil brut 15 doit être inférieur ou égal à-0,5 mm. Lorsque le diamètre dépasse cette limite supérieure, la surface de contact des âmes il essentiellement formées de titane avec le métal ambiant n'est pas suffisamment grande par rapport à celle des matériaux classiques de brasage. Le diamètre de l'âme 11 essentiellement formée de titane et les taux de réduction de section doivent être choisis convena blement à ce point de vue.This reduction operation of the section can be performed in a very regular manner because the core 11 formed essentially of titanium and the sheath 10 of copper-nickel alloy both are suitable for plastic deformation. Several elementary fila 13 are then introduced into a tubular casing 14 of a copper-nickel alloy as shown in FIG. 4, and the combination of the cores and the casing is then subjected to a reduction operation of section such that a hydrostatic extrusion so that a raw wire as shown in FIG. 5 is obtained. The diameter of this raw wire should be less than or equal to 0.5 mm. When the diameter exceeds this upper limit, the contact surface of the cores formed essentially of titanium with the ambient metal is not sufficiently large compared to that of conventional brazing materials. The core diameter 11 essentially formed of titanium and section reduction rates must be suitably chosen from this point of view.
Enfin, une déformation plastique, par exemple un laminage, est appliquée au fil brut 15 afin qu'il prenne la configuration d'une plaque telle que représentée sur la figure 1. Finally, a plastic deformation, for example a rolling, is applied to the raw wire 15 so that it takes the configuration of a plate as shown in FIG.
Lorsque le matériau A de brasage selon l'invention est utilisé dans une opération de brasage, le chauffage favorise une diffusion mutuelle rapide à l'état fondu du titane, du cuivre et du nickel, et réduit ainsi notablement le temps de travail. Ce comportement est dû au fait que la surface de contact de l'âme 11 essentiellement formée de titane avec la gaine 12 d'alliage de cuivre-nickel est bien plus. importante que celle des matériaux classique de brasage, et facilite ainsi la diffusion du titane. When the brazing material A according to the invention is used in a brazing operation, the heating promotes rapid mutual diffusion in the molten state of titanium, copper and nickel, and thus significantly reduces the working time. This behavior is due to the fact that the contact surface of the core 11 essentially made of titanium with the sheath 12 of copper-nickel alloy is much more. important than that of conventional brazing materials, and thus facilitates the diffusion of titanium.
En plus de la réduction du temps de travail, la diffusion mutuelle progressive donne une composition uniforme à l'emplacement du brasage et augmente ainsi beaucoup la résistance mécanique obtenue au niveau de la brasure. In addition to the reduction of the working time, the progressive mutual diffusion gives a uniform composition at the location of the brazing and thus greatly increases the mechanical strength obtained at the solder.
Dans un autre mode de réalisation, plusieurs fils bruts 15 peuvent encore être placés dans une enveloppe d'alliage de cuivre-nickel qui est alors soumise à une opération de réduction de section. A la place du trou axial unique, la gaine 12 d'alliage de cuivre-nickel peut avoir plusieurs trous axiaux destinés chacun à contenir une ou plusieurs âmes 11 de titane. In another embodiment, a plurality of raw wires may be further placed in a copper-nickel alloy wrap which is then subjected to a section reduction operation. In place of the single axial hole, the sheath 12 of copper-nickel alloy may have several axial holes each intended to contain one or more cores 11 of titanium.
Exemple 1
Une Ame de titane a eété introduite dans une gaine d'alliage de 60 mm de diamètre externe, 52 mm de diamètre interne et 1000 mm de longueur. L'alliage contenait 50 Z en poids de nickel et 50 % en poids de cuivre. La combinaison de l'âme et de la gaine a alors été soumise à une extrusion hydrostatique destinée à former un fil élémentaire de 2 mm de diamètre.- 670 fils élémentaires ont alors été placés dans un tube d'alliage formant une enveloppe de 60 mm de diamètre externe, 56 mm de diamètre interne et 1000 mm de longueur. L'alliage contenait 50 Z en poids de nickel et 50 Z en poids de cuivre.La combinaison des fils et de lten- veloppe a alors subi une extrusion hydrostatique destinée à former un fil de 25 mm de diamètre. Le fil a alors été soumis â un tréfilage formant un fil brut de 1 mm de diamètre.Example 1
A titanium core was introduced into an alloy sheath 60 mm in outer diameter, 52 mm in internal diameter and 1000 mm in length. The alloy contained 50% by weight of nickel and 50% by weight of copper. The combination of core and sheath was then subjected to hydrostatic extrusion to form a 2 mm diameter elementary wire. 670 elementary wires were then placed in an alloy tube forming a 60 mm shell. of external diameter, 56 mm internal diameter and 1000 mm length. The alloy contained 50% by weight of nickel and 50% by weight of copper. The combination of the yarns and the liner was then hydrostatically extruded to form a 25mm diameter yarn. The wire was then drawn into a 1 mm diameter raw wire.
Après laminage, une bande de matériau de brasage de 2,0 mm de largeur et 0,2 mm d'épaisseur a été obtenue.After rolling, a strip of solder material 2.0 mm wide and 0.2 mm thick was obtained.
La bande de brasage ainsi obtenue a été découpée en morceaux de 5 mm de longueur, et les morceaux ont été serrés par deux plaques horizontales de titane de 20 mm de largeur, 1 mm d'épaisseur et 100 mm de longueur. La combinaison a alors été chauffée dans un dispositif à haute fréquence travaillant à 4 MHz, ayant une puissance de 8 kW, afin que le temps de travail lors du brasage et la résistance de la brasure après refroidissement puissent être mesurés. The brazing band thus obtained was cut into pieces 5 mm in length, and the pieces were clamped by two horizontal plates of titanium 20 mm wide, 1 mm thick and 100 mm long. The combination was then heated in a high frequency device operating at 4 MHz, having a power of 8 kW, so that the working time during soldering and the braze resistance after cooling can be measured.
A titre comparatif, un matériau classique de brasage a été préparé avec utilisation de titane pour l'âme plate et d'un alliage de nickel-cuivre pour la gaine, entourant l'âme plate ; des morceaux de 5 mm de longueur ont été tirés entre deux plaques de titane et soumis à unchauffage dans des conditions identiques à-celles qui ont été utilisées pour l'échantillon selon l'invention. Les résultats des mesures sont indiqués dans le tableau suivant.
<tb> <SEP> Selon <SEP> Echantillon
<tb> <SEP> l'invention <SEP> classique
<tb> Tempo <SEP> <SEP> de <SEP> travail, <SEP> s <SEP> 12 <SEP> 30
<tb> Résistance <SEP> de <SEP> bra
<tb> sure, <SEP> <SEP> MPa <SEP> <SEP> 350 <SEP> 274
<tb> <tb><SEP> According to <SEP> Sample
<tb><SEP> the classic <SEP> invention
<tb> Tempo <SEP><SEP> of <SEP> work, <SEP> s <SEP> 12 <SEP> 30
<tb> Resistance <SEP> of <SEP> bra
<tb> sure, <SEP><SEP> MPa <SEP><SEP> 350 <SEP> 274
<Tb>
Les résultats indiquent clairement que la présente invention donne un temps de travail plus court lors du brasage et une plus grande résistance des brasures par rapport à l'exemple classique. The results clearly indicate that the present invention provides a shorter working time during soldering and a higher solder strength compared to the conventional example.
Exemple 2
Trois fils élémentaires de titane de 2 mm de diamètre ont été placés dans un tube formant une gaine d'alliage de 4,5 nia de diamètre externe et 4,2 mm de diamètre interne. L'alliage contenait 50 Z en poids de nickel et 50 2 en poids de cuivre, afin qu'une bande d'un matériau de brasage analogue à celle qui est représentée sur la figure 1 soit formée. Le temps de travail lors du brasage était de 23 secondes et la résistance mécanique de la brasure de 320 MPa
Dans les exemples décrits précédemment, l'alliage de cuivre-nickel est utilisé comme matériau de la gaine.Example 2
Three elementary titanium wires 2 mm in diameter were placed in a tube forming an alloy sheath of 4.5 nia external diameter and 4.2 mm internal diameter. The alloy contained 50% by weight of nickel and 50% by weight of copper, so that a strip of solder material similar to that shown in FIG. 1 was formed. The working time during soldering was 23 seconds and the mechanical strength of the 320 MPa solder
In the examples described above, the copper-nickel alloy is used as the material of the sheath.
Cependant, d'autres métaux peuvent être utilisés à la place de cet alliage cuivre-nickel, dans la mesure où ils possèdent des températures de fusion inférieures à celles des âmes essentiellement formées de titane. However, other metals may be used in place of this copper-nickel alloy, since they have lower melting temperatures than essentially titanium cores.
Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux matériaux et procédés qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de 11 invention. Of course, various modifications may be made by those skilled in the art to the materials and methods which have just been described by way of non-limiting examples without departing from the scope of the invention.
Claims (9)
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Family Applications (1)
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