Brevet FR2030320A1 — publié le 19701113

On connaît des procédés de rechargement de matériaux métalli ques, notamment le stellitage ou dép8t d'un alliage à base de cobalt avec addition de chrome, tungstène et carbone qui consistent à chauffer la pièce à recharger jusqu'à une température dite de ressuage et à y fondre lentement une baguette coulée constituée de 11 alliage à déposer. On parvient de la sorte à obtenir une dilution réduite du métal d'apport par le métal de base. Cependant, ce procédé présente deux inconvénients majeurs: la très faible vitesse de dépit (de l'ordre de 300 à 400 g/h) et le fait que ce procédé reste artisanal. En effet, c'est le soudeur qui, en réglant la vitesse d'avancement de l'opération, le caractère carburant de la flamme, la position de la baguette d'apport, détermine en fait la pénétration et donc la dilution par 11 acier de base de m#me que la qualité du dépôt. C'est pourquoi sur des pièces importantes, telles que des soupapes pour moteur marin,il est courant de constater des rebus de l'ordre de 25 à 30%. Ces rebas sont dus à un manque de pénétration (collages) ou à de petites porosités suite à un mode opératoire inadéquat.Pour remédier à cet inconvénient, on utilise parfois une électrode consommable enrobée ou un #fil composite sous flux ou sous gaz protecteur. On atteint de la sorte des vitesses de dépôt qui peuvent etre de cinq à vingt fois plus élevées. De plus, le procédé à fil fourré sous pro tection gazeuse ou sous flux permet d'automatiser complètement l'opération0 Cependant, par-suite de la localisation de 11 apport- d'énergie et des températures très élevées dans l'arc, on constate une dilution importante du dépôt, de l'ordre de 20% au moinsOCet- te dilution du stellite par le métal de base peut entrainer une diminution importante de la dureté à haute température, caractéristique essentielle des alliages du type stellite, L1invention présente a pour but de remédier à ces inconvénienta Ce faisant, la surface métallique à recharger est revêtue préalablement par une mince couche adhérente à base de cobalt ou d'un des éléments constituant l'alliage à déposer, Cette mince couche est ensuite refondue par l'arc électrique entre l'électrode consommable, - électrode manuelle ou électrode continue-, et la pièce à recharger, Par un réglage correct de la compacité,- de la conductibilité thermique, de l'adhérence et de l'épaisseur du dépôt intermédiaire, il est possible d'obtenir une dilution minime et régulière et d'évi#ter la pollution du métal d'apport par l'acier de base.Ce procédé se prote particulièrement bien à l'automatisation puisque l'on peut appliquer par exemple la couche intermédiaire après sablage par projection à la flamme ou à la torche à plasma0 Divers modes d'application du dépôt peuvent titre envisagés.On peut, entre autres, appliquer une émulsion contenant de la poudre de cobalt ou un mélange des éléments formant l'alliage sur la pièce, cette émulsion étant ensuite séchée par exemple dans un four. Des éléments favorisant l'adhérence du dépôt et son durcissement rapide peuvent également entre ajoutés. On peut citer à titre d'exemple comme modes d'application la projection à la flamme,la projection par plasma, le chromage, le cobaltage, le nickelage,le tungstenage, c'est-à-dire des procédés par électro-déposition,de meme que l'application d'une couche avec un liant, ladite couche étant traitée thermiquement ou chimiquement de telle sorte qu'elle adhère à la pièce et qu'elle présente une compacité qui permette de manipuler la pièce et qui présente une conductibilité thermique telle qu'elle joue correctement son rôle de couche tampon. L'invention présente a pour objet un procédé de rechargement à l'arc électrique jaillissant entre une électrode consommable et la pièce ou entre deux électrodes, caractérisé en ce que dans un premier stade, la surface à recharger est revetue d'une mince couche tampon, et en ce que dans un deuxième stade cette couche tampon est ensuite refondue par l'arc électrique, tandis que la majorité du métal ou des métaux de rechargement est apportée -à ladite pièce par la ou lesdites électrodes. La dilution peut être réduite au minimum en utilisant par exemple une couche intermédiaire de 0,2 mm projetée à la flamme ou à la torche à plasma sur pièce sablée. La fusion de cette couche est obtenue ensuite, par exemple en ce qui concerne le stellite, en rechargeant à l'électrode manuelle de 3,2 mm de diamètre avec une intensité de l'ordre de 180 ampères.Au cas où l'on projetterait une mince couche de cobalt, par exemple de l'ordre de deux ou trois dixièmes de millimètre d'épaisseur et où l'on rechargerait sur une épaisseur de 3 mm avec une électrode consommable,ce- la présenterait une dilution de l# de l'alliage par le cobalt projeté et on devrait tenir compte de cette dilution dans la composition de l'électrode0 Le raisonnement est valable également pour le chrome, le tungstène, le molybdène (le nickel dans le cas des stellites 7 W).Pour des procédés automatiques, par exemple avec fil fourré sous flux, mettant en oeuvre des intensités plus élevées, on procèdera soit à la projection d'un élément plus réfractaire comme le chrome, le carbure de chrome, le tungstène, le carbure de tungstène, le molybdène ou le carbure de molybdène ou un mélange de ceux-ci,ou encore on augmentera légèrement l'épaisseur du revetementO Dans une technique préférée, après avoir procédé à l'application par projection ou par d'autres méthodes, d'une mince couche de cobalt ou d'un des éléments ou mélange des éléments constituant l'alliage, on procèdera comme représenté à la figure 1 snnexéesà la refusion et à l'apport de la matière supplémentaire manquante suivant la méthode dite à "l'arc série" dans laquelle la pièce I ne constitue plus alors un des pâles électriques étant donné que l'arc 2 jaillit entre deux fils 3 et 4 inclinés symétriquement en opposition par rapport au plan de la zone de fusion 5.On remarque la couche intermédiaire 6 qui a été déposée préalablement, le dépot 7 en voie d'exécution et entre celui-ci et la pièce 1 se trouve une zone de dilution 8. Ce procédé est préférentiel mais on peut naturellement remplacer un des deux fils par une électrode non consommable de graphite ou de tungstène éventuellement thoriée ou zirconée avec protection d'argon, Cette variante présente l'avantage de permettre l'obtention de dépôts moins épais en une passe. Dans une variante du procédé, on applique une mince couche d'oxyde de zirconium ou d'oxyde de titane, qui au lieu de former un alliage lors de la fusion, est en fait scorifiée dans le laitier. On opèrera, de préférence, avec des couches d'oxydes, tels que lfoxyde de zirconium et l'oxyde de titane, qui présentent une résistance électrique faible au passage d'un courant continu,l1arc étant éventuellement amorcé à côté du dépôt, là où la pièce métallique n'est pas recouverte d'oxydes. L'arc peut encore être amorcé en utilisant une décharge à haute fréquence, Le procédé ne se limite pas à-l'obtention de dépôts de stellites, mais peut Qtre également utilisé, par exemple, pour le rechargement de grandes surfaces en acier inoxydable ou en inconel, Dans ces deux cas, on veillera, par exemple à éviter la pollution de l'inoxydable par le carbone provenant de l'acier doux, de l'inconel par du silicium provenant de cet acier doux, et cela pour des raisons d'ordre métallurgique. Dans ce cas, l'électrode consommable utilisée ultérieurement pourrait etre un feuillard, Des essais mettant en parallèle le mode de rechargement à l'arc électrique sans couche tampon (essais I) et celui à la torche plasma avec couche tampon (essais II), ont été réalisés comme décrit plus loin.Les figures 2 et 3 permettront de se rendre compte clairement des résultats obtenus dans ces essais. La figure 2 est une coupe suivant le plan X-X de l'ouvrage représenté à la figure 1, qui a été rechargé dans utilisation d'une couche tampon, La figure 3 est une coupe suivant le plan X-X de l'ouvrage représenté à la figure l, qui a été rechargé avec utilisation d'une couche tampon. ESSAIS I :- Rechargement en une seule passe au moyen d'une électrode du type STELARTEND (6) de 3,25 mm de diamètre, ayant la composition suivante C : 1,0% Cr : 31,0% W : 5,5% Co : le solde sur un barreau en acier doux ayant les dimensions suivantes largeur : 30 mm épaisseur : 20 mm longueur : 100 mm source de courant alternatif de 120 ampères et balancement du cordon. Dans un premier essai (a), la pièce de base était froide; dans un second essai (b) , la pièce avait été préchauffée. Eé#sultat -# - -0n-#-cofl#tate que la dilution du métal de base dans le dépôt était de 15% dans l'essai (a) et de 18% dans l'essai (b). La zone de dilution 9 séparant le métal de base de la couche de Stelatend (6) 7 (figure 2) avait un aspect ondulé. ESSAIS II.- Dans un premier stade, on dépose une couche tampon au moyen d'un chalumeau à plasma de 24 kW de puissance sous atmosphère d'azote et en utilisant un alliage atomisé répondant à la composition suivante: C : 1,0 % Cr : 28,0 % W: 5% Co : le solde sur quatre barreaux en acier doux de 30 x 20 x 100 mm, respectivement sous une épaisseur de 0,1 - 0,2 - 0,3 et 0,5 mm.Dans un deuxième stade, on dépose la Stelartend (6) de même composition et dans les mimes conditions que dans les essais le Résultat :- On constate que dans le cas du rechargement préalable de la couche tampon avec plasma sous 0,3 mm d'épaisseur,les dilutions ont diminué jusqu'à atteindre Qg0O La macrographie du dépôt laisse apparaître une plus grande régularité de 11 aspect de la zone de dilution 9 sur toutes les pièces rechargées à froid ou avec préchauffage. Elle est représentée par 9 à la figure 3. La couche tampon déposée à l'aide d'une torche à plasma est com plètement amalgamée au dépôt soudé. Il est approprié de faire remarquer que dans le cas d'un prédé pôt sur une épaisseur de 0,5 mm au moyen des conditions sous essais I, la dilution obtenue est à peu près nulle, mais la liaison suffisante à la pièce n'est pas obtenue. Le prédépôt sous cette épaisseur constitue donc une barrière thermique trop importante. ~REVECDICATIONS 1.- Procédé de rechargement à l'arc électrique jaillissant entre une électrode consommable et la pièce, ou entre deux électrodes, caractérisé en ce que, dans un premier stade, la surface à recharger est revêtue d'une mince couche tampon, et en ce que,dans un deuxième stade, cette couche tampon est ensuite refondue par l'arc électrique tandis que la majorité du métal ou des métaux de rechargement est apportée à ladite pièce par la ou lesdites électrodes. 2.- Procédé de rechargement suivant la revendication l,caracté- risé en ce que la couche tampon est à base de métaux. 30- Procédé de rechargement suivant la revendication l,caractérisé en ce que la couche tampon est constituée d'oxydes métalliques. 4o Procédé de rechargement suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite couche tampon est constituée d'une émulsion contenant de la poudre de cobalt ou un mélange formant alliage sur la pièce, ladite émulsion étant ensuite séchée. 5.- Procédé de rechargement suivant l'une ou l'autre des revendications précédentes, caractéris#é en ce que la couche tampon comporte également des éléments adhésif s et à durcissement rapide. 6.- Procédé de rechargement suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'application de la couche tampon est réalisée par projection à la flamme ou au plasma. 7.- Procédé de rechargement suivant l'une ou l'autre des revendi- cations 1 et 2, caractérisé en ce que la couche tampon est appliquée par électro-déposition de chrome, de nickel, de cobalt ou de tungstène. 8.- Procédé de rechargement suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la couche tampon est une matière comportant un liant et en ce que ladite couche tampon est ensuite amenée à l'état de compacité et de thermo-conductibilité voulu par traitement thermique ou chimique. 9o- Procédé de rechargement suivant la revendication 3, caractérisé en ce que la couche tampon est une mince couche dtoxyde de zirconium ou d'oxyde de titane. 10.- Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdites électrodes entre lesquelles l'arc jaillit, sont inclinées symétriquement par rapport au plan de la zone de fusion. llc Procédé suivant la revendication 10, caractérisé en ce que l'une des deux électrodes est en graphite ou en un métal réfractaire comme le tungstène, éventuellement thorié ou zirconié. 12.- Procédé suivant les revendications 3 et 9, caractérisé en ce que l'un des moyens utilisés pour l'amorçage de l'arc consiste en une décharge à haute fréquence.