Brevet FR2008763A1 — publié le 19700123

i 5008763 La présente invention concerne une matière frittée composée d'une matière de base imprégnée d'un métal (appelé ci-après "métal dur") qui est plus dur que la matière de base métallique frittée* Le terme "métal dur" désigne un alliage ou 5 un mélange contenant un métal dur. La quantité de métal dur imprégné dans la matière de base ne dépasse généralement pas 25# en' poids de la matière de base, elle ne dépasse pas 17# en de nombreux cas et elle est de préférence comprise entre 12 et 15#* La matière de base 10 frittée peut être un métal ferreux ou non fsrreux et elle peut présenter toute forme désirée, cylindrique ou parallélipipédique par exemple. Le métal dur sous forme de poudre est comprimé à la température ambiante pour former un bloc compcet dont la 15 forme et la surface sont sensiblement identiques à celles la matière frittée dans laquelle il doit être introduit.. Va bloc de métal dur est placé au-dessus ou au-dessous de la matière frittée, mais il est également possible de placer des blocs de métal dur au-dessus et au-dessous «Sa la matière frittée 20 II est aussi possible de déposer le métal dur sans forme de poudre sur l'objet en matière frittée. La matière frittée et le métal duc sent easuite chauffés sous atmosphère inerte dans un four,» t wie température allant de liOOO à 1»250°C de sorte que le métal dur s'infiltre 25 dans les pores de la matière frittéea La quantité de métal dur peut être calculée à l'avance pour éviter l'enlèvement d'excès sur la surface supérieure ou inférieure de l'objet en matière frittée* L'atmosphère inerte évite tout changement de la 30 composition des matières pendant 1 'imprégnation; on peut utiliser de l'hydrogène ou un gaz endothermique obtenu à partir de propane, par exemple* Le temps de chauffage dans le four dépend de la section de l'objet fritté devant être imprégné et est par exemple de l'ordre d'une heur© pour un objet en matière 35 frittée d'une épaisseur de 12,5mm» Pour obtenir un traitement facila du bloc de métal dur on peut mélanger le métal avec un liant sous forme d'une 69 15776 2008763 2 poudre métallique, telle qu'une poudre de cuivre, de laiton ou de bronze ou un alliage de 8# de phosphore, reste cuivre» Le bloc de métal dur peut également contenir jusqu'à 12# en poids de poudre de fer. Un autre liant approprié est un alliage de cuivre, de fer et de manganèse, avec une composition d'environ 90# de cuivre, 5# de fer et 5# de manganèse» En variante, on peut également employer un liant non métallique, tel qu'un stéarate métallique, du camphre ou une résine synthétique, tel que le métacrylate de méthyle ou le phénolformaldéhyde. L'utilisation d'un liant métallique favorise l'infiltration du métal dur dans la matière de base traitée. Les liants non métalliques s'évaporent avant que la température d'imprégnation soit atteinte. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à l'aide des exemples des matières frittées et des métaux durs indiqués ci-après, en relation avec les dessins annexés dans lesquels ; - les figures 1 à 3 illustrent la disposition de blocs de métal dur par rapport à la matière de base. - la figure 4 est une vue en perspective de la moitié d'un siège de soupape avant le processus dHmprégnation au moyen d'une rondelle de métal dur de forme identique. - la figure 5 est une vue en perspective analogue à celle de la figure 4, l'imprégnation étant toutefois effectuée avec un métal dur sous forme de poudre. Il est possible d'utiliser un grand nombre d'alliages ferreux comme matières de base frîttéesj ils peuvent par exemple être ferritique, perlitique5 martensitique ou austénitique. Plusieurs exemples de matières de base sous forme de métaux ferreux frittés sont indiqués ci-après (tous les pourcentages sont en poids). EXEMPLE 1 Ferritique s De la poudre de fer doux du commerce, contenant moins de 0,2# de carbone mélangée avec environ 5# de poudre de cuivre (par exemple 0,1# de carbone et 4,5# de cuivre). 69 15776 3 2008763 EXEMPLE 2 Perlitlque : De la poudre de fer doux du commerce, contenant moins de 0,2# de carbone, mélangée avec environ 5# de cuivre et 0,90# de carbone (en variante il est possible de réduire le 5 carbone si l'atmosphère sous laquelle le frittage est effectué fait monter la teneur de carbone de la matière de base). tcyrmpt.k ^ Perlitique contenant des carbures libres : De la poudre de fer doux, comme à l'exemple 2, mélangée avec 3*5# de poudre de cuivre et 0,6# de molybdène, 10 soit sous forme de poudre métallique de molybdène, soit sous forme de poudre de ferromolybdène* 1# de carbone est introduit soit sous forme d*une addition de graphite au mélange de base, soit sous forme d'une addition de graphite combinée avec l'utilisation d'une atmosphère de cémentation appropriée, 15 EXEMPLE 4 Martensitique : On peut ajouter à l'une des matières suivant les exemples 2 et 3, une quantité suffisante de nickel, de chrome et si on le désire, une quantité supplémentaire de molybdène, par exemple, 4,5# de nickel, 1,5# de chrome et 0,6# de molybdène, 20 afin d'obtenir une structure martensitique lors du refroidissement après le processus de frittage. EXEMPLE 5 Austénitlque : On ajoute à un mélange de poudre de fer doux et de 5# de poudre de cuivre selon l'exemple 1, 8# de chrome, 18# 25 de manganèse, et jusqu'à 0,2# de carbone. Un autre exemple d'une matière de base sous forme d'un métal ferreux fritté, présente une composition de 3*5# de cuivre, 1# de carbone, 0,6# de molybdène, 0,3# de manganèse, et le reste cuivres 30 Les matières de base mentionnées ci-dessus peuvent être comprimées et frittées en utilisant des procédés métallurgiques classiques? elles peuvent par exemple être comprimées sous une pression de 5,5 tonnes/cm et frittées à 1.100°C (sous atmosphère inerte ou à effet de cémentation, si désiré), 35 La gamme préférée des densités est comprise entre 6,5 et 7 s/qïïP de sorte que le volvâae des pores varie de 15 à 17#* La poudre de fer doux citée dans les exemple ci-dessus peut être remplacée, si désiré, par une poudre d'un alliage d'acier. 69 15776 4 2008763 10 15 20 25 30 35 Le métal dur peut être constitué par un alliage à base de cobalt dont les principaux constituants peuvent varier largement comme indiqué ci-après: 42-66# de cobalt, 16-33# de chrome, 5-19# de tungstène et/ou de molybdène, ainsi que, si on le désire, d'autres constituants compatibles tels que 0-15# de nickel, 0-3# de boi*e, 0-3# de silicium, 0-2# de carbone, plus les- impuretés normales. D'autres alliages de métaux durs appropriés sont les alliages à base de nickel ayant la composition suivante s 70-85# de nickel, 7*5-15# de chrome, ainsi que d'autres constituants compatibles, tels que 0-5# de fer, 0-5# de bore et 0-5# de silicium. On peut également utiliser les alliages à base de fer ayant la composition 50-96# de fer, 2-4# de carbone, ainsi que d'autres constituants compatibles, tels que 0-30# de chrome, 0-10# de phosphore et 0-10# de manganèse. Quelques exemples de métaux durs ou de mélanges contenant des métaux durs, sont indiqués ci-après (tous les pourcentages sont en poids); Exemple 1 s Alliage contenant Exemple 2 s Alliage contenant Exemple 3 s Alliage contenant cobalt 54# chrome 19# Nickel 13# Tungstène 9# Silicium 2,5# 48-50 Roctoell C Bore 1,5# Carbone 1,0# Cobalt 42# Chrome 19# Tungstène 15# 60-62 Rockwell C Carbone 1,5# Nickel 13# Bore 3# Silicium 3# Chrome 15# Nickel 70# Fer 4,5# 59-62 Rockwell C Bore 3,0 Silicium 5*0# 69 15776 5 2008763 Exemple 4 ; Alliage contenant Chrome 30# ■ Carbone 3»0# Fer 61,0# 51-54 Rockwell C Manganèse 6,0# 5 Exemple 5 : Alliage contenant Carbone 4,0# Fer 96,0# 40 Rockwell C Exemple 6 : Alliage contenant Carbone 2# Phosphore 10# Fer 74# 50 Rockwell C 10 L'un des liants métalliques ou non métalliques mentionnés précédemment peuvent être ajoutés à l'un quelconque des alliages de métaux durs, sous forme de poudre fine, comme indiqué dans les exemples ci-dessus. Une quantité d'acide borique pouvant atteindre 5# iç en poids, peut être ajoutée à la matière d'imprégnation afin de faciliter la pénétration. Des exemples de matières de base sous forme de métaux non ferreux frittés sont indiqués ci-après (tous les pourcentages sont indiqués en poids) : 20 - un mélange de 60-70# de poudre de nickel et de 40-30# de poudre de cuivre; un mélange préféré contient 65# de nickel et 35# de cuivre; - un alliage présentant la composition indiquée ci-dessus, mais préparé sous forme de poudre. 25 Toutes les compositions de poudres peuvent être comprimées et frittées pourctotenir des blocs compacts ayant un volume des pores de l'ordre de I5-I7#. Toutes les matières de base non ferreuses et frittées peuvent être imprégnées d'un quelconque des métaux durs 30 indiqués ci-dessus à titre d'exemples. La figure 1 montre un bloc de métal dur 1 placé sur la matière de base métallique frittée 2, avant le ehauffage dans un four sous atmosphère sensiblement inerte, à une température comprise entre 1.000 et 1.250°C, pour provoquer la péné-55 tration du métal dur dans la matière de base. Le bloc de métal dur et le bloc de matière de base présentent une forme et une surface analogues. 69 15776 6 2008763 Le bloc de métal dur 1 est placé sous la matière de base 2 à la figure 2, tandis que des blocs la et lb de métal dur sont placés respectivement au-dessus et au-dessous de la matière de base 2 à la figure 3. La figure 4 est une vue en perspective de la moitié d'un siège de soupage préparé selon le procédé de l'invention» Une bague de métal dur 11 est placée sur un corps annulaire 12 de métal ferreux frittéj les deux pièces sont introduites dans cette position dans un four de frittage dans lequel règne une atmosphère sensiblement inerte et elles sont maintenues à une température d'environ 1180-1200°C pendant suffisamment longtemps pour que le métal dur 11 s'infiltre complètement dans la matière de base frittée 12. Le siège de soupape ainsi formé peut ensuite être usiné, soumis à un traitement thermique pour l'enlèvement des contraintes, si désiré, puis usiné aux cotes définitives. Le corps ferreux fritté 12 peut avoir une composition suivant l'exemple 3 et la composition du métal dur être conforme à l'exemple 1 plus une quantité appropriée de liant sous forme de cuivre. La figure 5 est une vue analogue à celle de la figure le métal dur lia est dans ce cas sous forme d'une poudre déposée sur le corps de base annulaire 12* Des essais ont démontré que le procédé selon l'invention permet, non seulement de remplir les pores de la matière frittée de métal dur, améliorant ainsi les caractéristiques de résistance à l'usure et aux hautes températures, mais également que les constituants du métal dur diffusent, dans la matière frittée en améliorant ainsi ses caractéristiques. 69 15776 7 2008763 REVENDICATIONS 1 - Matière frittée., caractérisée en ce qu'elle est composée d'une matière de base métallique frittée qui est imprégnée d'un métal dont la dureté est supérieure à celle de 5 la matière de base. 2 - Matière frittée, selon la revendication 1, caractérisée en ce que la matière de base frittée est un métal ferreux 3 - Matière frittée, selon la revendication 1 ou 10 2, caractérisée en ce que la matière de base frittée est un métal non ferreux» 4 - Matière frittée, selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le métal dur est mélangé avec un liant métallique tel que du cuivre, du laiton 15 ou du bronze. 5 - Matière frittée selon l'une quelconque des revendications -caractérisée en ce que le métal dur est mélangé avec un liant non métallique?, tel qu'un stéarate métallique, le camphre ou une résine synthétique» 20 6 - Matière frittée selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le métal dur est un alliage à base de cobalt dont les constituants principaux sont : 42 à 66 % de cobalt, 16 à 33 # de chrome, 5 à. 19 % de tungstène et/ou de molybdène» 25 7 - Matière frittée selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le métal dur est un alliage à base de nickel dont les constituants principaux sont s 70 à 85 % de nickel, 7»5 à 15 % de chrome et des constituants compatibles tels que du fer dans une proportion de 30 0 à 5 %, du bore dans une proportion de 0 à 5 ^ et du silicium dans une proportion qui est également de 0 à 5 8 - Matière frittée selon l'une quelconque des revendications 1 à 5s caractérisée en ce que le métal dur est un alliage à base de fer dont les constituants principaux sont s 35 50 à 96 # de fer, 2 à 4 % de carbone et des constituants compatibles tels que du chrome dans une proportion de 0 à 30 %3 du phosphore dans une proportion de 0 à 10 % et du manganèse dans une proportion qui est également de 0 à 10 69 15776 8 2098763 9 - Procédé de fabrication d'une matière frittée selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le métal dur sous forme de poudre, est comprimé à la température ambiante pour former un bloc compact dont la 5 forme et la surface sont sensiblement identiques à celles du bloc de matière frittée dans lequel le métal dur doit être introduit» 10 - Procédé selon là revendication 9» caractérisé en ce que le bloc de métal dur est placé sur le bloc de.matière 10 frittée ou sous celui-ci. 11 - Procédé selon la revendication 9> caractérisé en ce que le métal dur placé sur le dessus du bloc de matière frittée se présente sous forme de poudre» 12 - Procédé selon l'une quelconque des revend!-15 cations 9 à 11, caractérisé en ce que la matière frittée et le métal dur sont chauffés sous atmosphère sensiblement inerte dans un four à une température allant de 1»000 à 1.250°C de sorte que le métal dur s'infiltre dans les pores de la matière frittée» 13 - Procédé selon l'une quelconque des revendi-20 cations 9 à 11, caractérisé en ce que le métal dur est mélangé avec un liant avant son infiltration dans la matière de base métallique frittée. 14 - Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que le liant est un liant métallique. 25 15 - Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que le liant est un liant non métallique» 16 - Mafciëré frittée selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce qu'elle est utilisée pour la fabrication d'un siège de soupape.