Brevet FR2027989A1 — publié le 19701002

La présente invention concerne un procédé de fabrication de particules métallicues pour le sablage, et une application des particules dérivant dudit procédé. 11 stagit selon l'invention de particules d'un métal ayant une dimension maximale comprise approxisativement entre 0,38 et 1,02 im, que l'on utilise corme abrasif dans un procédez de sablage, dans lequel on projette de force les particules sur l'article à sabler, par exemple à l'aide d'un jet d'air. Les particules peuvent avoir une forme quelconque et elles peuvent etre rugueuses ou lisses. L'invention a pour objet un nouveau procédé. perfectionné de fabrication de particules d'acier. Suivant l'inventions la Demanderesse a réalisé un procédé de fabrication de particules d'acier, qui comporte les opérations suivantes : - on prélève des déchets d'acier se présentant sous la forme de copeaux, d'écailles, d'éclats ou analogues. - on traite les déchets pour augmenter leur duvet8. - on broie lesdits déchets pour obtenir une masse particulaire homogène ayant une répartition granulométrique convenable de manitre à obtenir les particules pour le sablage. On peut réduire la dimension des déchets d'acier se présentant sous la forme de copeaux ou analogues, de manière à obtenir des particules appro- priées. On peut augmenter la dureté de l'acier après la réduction de dimension et avant le broyage. On peut obtenir l'accroissement de dureté de l'acier en effectuant la cémentation puis la trempe de ces déchets. On peut cémenter l'acier pour obtenir une teneur minimale en carbone de 0,35 %. La teneur maximale en carbone pour avoir une durée prolongée des particules est de tordre de 0,8 %, mais si la durée de vie des particules n'est pas un facteur important, on peut augmenter la teneur en carbone jusqu'à 1,5 > environ pour réaliser des particules plus abrasives. Sur le plan industriel, il est difficile d'augmenter la teneur en carbone au-delà de 1,5 ss environ, étant donné que la durée de cémentation devient alors excessivement longue. On recycle normalement en continu les particules au cours d'une opération de sablage, et pendant un certain laps de temps, on réduit la dimension de ces particules; il se mélange alors des parcelles d'oxyde de fer aux particules, et il en résulte la formation d'un résidu de poudre fine comprenant de fines particules d'acier et des parcelles d'oxyde de fer. Suivant une application spéciale des particules du procédé pré- cédent, l'invention concerne également un procédé de fabrication d'un article, qui comprend les étapes suivantes : - fabrication des particules selon le procédé ci-dessus; - mise en oeuvre des particules dans une opération de sablage; - puis prélèvement du résidu de poudre de l'opération de sablage et pressage de ce résidu pour réaliser un aggloméré " vert ". Avant le pressage du résidu de poudre pour réaliser l'aggloméré vert ", on peut déterminer la teneur en parcelles d'oxyde de fer du résidu de poudre, et on peut traiter & la chaleur ce résidu pour réduire sa teneur en carbone. On peut chauffer le mélange de poudre à une température cours prise entre 700 et 1100au pendant une durée de 15 minutes à 3 heures. Une fraction importante de la période de chauffage s'effectue dans des conditions d'atmosphère neutre de manière que l'atxosphe- re forte par la réaction des parcelles dioxyde de fer et du carbone de la poudre ne soit à peu près pas diluée par l'atmosphère extérieure. Après le chauffage, on peut broyer la poudre pour désagréger tous les agrégats formés par frittage pendant le, chauffage. On peut également effectuer une opération de tamisage. Avant chauffage du résidu de poudres on peut déterminer sa teneur en silicium et en carbone, cosse on peut le faire pour la quantité de parcelles d'oxydes de fer mélangées. Si nécessaire, on peut ajouter des parcelles d'oxyde de fer pulvérulentes au résidu de poudre pour obtenir une teneur totale en parcelles d'oxyde de fer comprise entre 10 et 20 %. La teneur en parcelles d'oxyde de fer totale nécessaire dépend de la teneur en carbone initiale de la poudre et de la teneur en carbone finale recherchée e La quantité de parcelles d'oxyde de fer nécessaire dans la poudre est commandée non seulement par la teneur en carbone du résidu de poudre mais également par le four de mise en oeuvre. Par exemple, dans des conditions d'atmosphère neutre, on a besoin de davantage de parcelles d'oxyde de fer que si l'on insuffle de l'air dans le four au cours des premiers stades du chauffage. Les conditions exactes sont commandées par ltempiacemen? le voisinage des courants d'air, l'influence des rideaux de gaz etc... et des effets locaux, qui doivent être déterminés par des essais et l'expérience de la pratique courante. On peut réaliser 1 'article par frittage de l'aggloméré n vert ". Dans ce cas, on peut presser la poudre d'acier ainsi obtenue en 2 utilisant une pression comprise entre 3150 et 4728 kg/cm , et on peut la fritter à une température comprise entre 1050 et 1350 C. Dans un exemple caractéristique, on chauffe à une température de 10500C pendant une heure le résidu de poudre, après addition de la quantité nécessaire de parcelles dioxyde de fer, en tenant compte du type de four utilisé et des conditions spéciales de mise en oeuvre du procédé; une partie importante du chauffage stef- fectue en atmosphère neutre. La poudre d'acier obtenue, après pressage sous une pression de 4728 kg/ci2 et frittage à la température de il 50 0C, donne un ag gloméré ayant une résistance à la traction comprise entre 1260 et 2675 kg/cm2. La résistance à la traction réelle ainsi obtenue dépend de la teneur en carbone et d 'autres facteurs liés au résidu de poudre et au cycle de chauffage. Si l'on usine l'aggloméré fritté, la qualité de la surface usi- née est élevée, mais la ductilité à la traction de l'aggloméré fritté est très faible. Autre possibilité : on peut réaliser un article par chauffage et pressage à chaud de l'aggloméré n vert n. On peut réaliser l'opération de pressage à froid avec une pression comprise approximativement entre 788 et 4728 kg/cm. On peut réaliser au moins la face supérieure ou la face inférieure de l'aggloméré n vert n de manière quelle épouse sensiblement exactement une matrice correspondante de la presse à chaud. Cet aJustement d'au moins une face de l'aggloméré ' vert " avec une matrice correspondante de la presse à chaud permet d'éviter les craquelures de l'aggloméré pendant l'opération de pressage à chaud. On peut réaliser le pressage à froid dans des matrices non fendues, même dans le cas où lton fabrique un article comportant des parties d'épaisseur différente parce que la variation de taux de tassement qui résulte de l'utilisation de ces matrices non fendues peut être compensée au cours de ltopération de pressage à chaud. On peut réaliser le pressage à froid par une opération de pressage isostatique. Une opération de pressage isostatique entrain la réalisation d'un aggloméré n vert " ayant une densité uniforme. On peut effectuer le chauffage en atmosphère neutre et à une température comprise approximativement entre 800 et 13500C. Après chauffage, on envoie l'aggloméré chaud dans une presse, où on la soumet à un pressage. Les matrices de la presse peuvent être froides ou chaudes. Quand les matrices sont chaudes, elles peuvent cotre à une température de 2500C environ. Ltaggloaéré " vert S' peut avoir des dimensions telles que, lorsqu'il est chauffé, il stadapte étroitement aux matrices de la presse chaude dans la direction transversale normale au sens de déplacement des matrices. Cet ajustement étroit empêche tout déplacement transversal sensiblé de l'aggloméré, ce qui tend à éviter les fissures/ Les matrices de la presse chaude peuvent être des matrices fermyes, et on n'a pas besoin de prévoir dans ces matrices dtespace pour les bavures. on enlève assez rapidement l'article des matrices de la presse chaude, l'opération de pressage à chaud une fois terminée, et on refroidit ensuite lentement l'article dans une atmosphère protectrice; ou encore on peut le tremper dans l'eau ou dans l'huile pour le durcir; on procède ensuite à une opération de recuit pour le ramollir légèrement. Après le premier broyage, on peut obtenir une fine dimension des particules dont les diamètres minima peuvent etre compris entre 0,05 et 1 millimètre. Dtautres caractéristiques de l'invention résulteront encore de la description ci-après. À dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, - la Fig. 1 est une coupe axiale longitudinale à travers les poinçons d'une presse à froid, que lton utilise dans le procédé selon l'invention, et - la Fig. 2 est une coupe axiale longitudinale à travers les poinçons d'une presse à chaud que l'on utilise dans le procédé selon l'invention. Les outils de presse utilisés dans l'exemple ici décrit comprennent deux poinçons représentés sur les Figures 1 et 2, logés à l'intérieurd'une matrice qui ntest pas représentée. Les dimensions des poinçons sont données dans le tableau. On utilise la presse pour réaliser une ébauche de poulie. On a porté une attention particulière sur la forme et les dimensions de la face transversale marquée en 10 du poinçon supérieur 11 de la presse à froid, qui est représenté sur la Fig. 1 et sur celles de la face transversale marquée en 12 du poinçon supérieur 13 de la presse à chaud, qui est représenté sur la Fig. 2. On constate que la forme et les dimensions de la face 12 du poin çon 13 de la presse à chaud sont très semblables à celles de la face 10 du poinçon 11 de la presse à froid, mais que ses dimensions sont légèrement supérieures. I1 en résulte que la face-l0 du poinçon 11 de la presse à froid correspond sensiblement exactement à la face 12 du poinçon 13 de la presse à chaud quand l'ag gloméré froid est chauffé avant l'opération de pressage à chaud. Les dimensions légèrement supérieures du poinçon 13 de la presse à chaud tiennent compte de la dilatation thermique de l'aggloméré. TABLEAU Dimensions A B C D E F Poinçons Diamètre: Diamètre: Diamètre: Diatre froids 55,88 mm 33,40 nit 3,60 mm 67,16 mm 8,99 mm 31,75 mm Poinçons Diamètre: Diamètre: Diambte: Diamètre: chauds 57,56 mm 34,44 lin 3,68 mm 69,44 mm 8,13mm 15,52 mm Dimensions G H I J K L Poinçons Diamètre: Rayon: Rayon: froids 42,16 mm 180 30 1,52 mm 3,17mm Poinçons Diamètre: Rayon: Rayon= rayon: chauds 37,01 mm 18 30 1,52 mm 3,17mm 0,794 mm Ltexemple suivant illustre 1'invention, sans toutefois en limiter la portée. Exemple : On broie des déchets d'acier se présentant sous la forme de copeaux épais jusqu'à l'obtention d'un poids spécifique de 1,28 gssm3 environ, et on les chauffe dans un four en atmosphère de gaz de ville plus 10 ?jo de propane; l'opération dure au total 2 heures, le four étant maintenu à une température de 9200C. Ceci -augmente la teneur en carbone de l'acier à 0,8 . On trempe ensuite à l'eau les copeaux, et on les broie dans un broyeur à boulets jusqu'à ce qu'ils passent tous à travers un tamis de maille 40 (0,380 mm). Toutes les particules inférieures à 0,053 mm (maille 300) sont éliminées pour un traitement ultérieur. Les particules de dimensions comprises entre 0,053 et 0,380 mm sont prêtes & entre utilisées pour le sablage à projection selon l'invention. Les numéros de mailles ci-dessus appartiennent au Système Britannique. Si on le désire, on peut réaliser un traitement d'essai de recuit sur les particules de manière à augmenter leur durée de vie; en effet, au bout d'un certain temps les particules ont tendance à se briser et à devenir trop fines pour être mises en oeuvre. Le tableau suivant donne la variation dé dureté en fonction de la température de recuit. Temeérature de recuit Dureté V.P.N. Pas de recuit 865 150 824 200 724 250 621 300 579 350 509 La durée optimum varie dans une certaine mesure avec le matériau traité, mais on considère qu'une dureté VPN de 550 constitue une valeur moyenne de travail acceptable. Ainsi, une température de recuit de 37rOC conviendrait à de nombreuses applications. Telles qu'elles sont produites, les particules obtenues selon le procédé de l'invention ont un profil très angulaire, et elles possèdent par conséquent d'excellentes propriétés coupantes dans le cas où le matériau à éliminer par sablage est très résistant. On réalise une teneur en carbone de 0 8 % environ dans le cas où la durée de vie est un facteur à prendre en considération, mais si l'on veut obtenir un milieu plus abrasif, on peut modifier les conditions de cémentation pour atteindre une teneur de 1,5 ss environ. Au-deld de ce taux de cémentation, les durées peuvent devenir trop longues au point de vue économique. On utilise ensuite les particules ainsi obtenues dans le procédé de sablage; ces particules se brisent pour atteindre des dimensions plus faibles, par exemple inférieures à la maille 100. On ramollit le résidu de l'opération de sablage par chauffage à la tempOrature de 700 C dans une atmosphère non oxydante (mélange de CO/C02), puis on le refroidit lentement. On le mélange ensuite à un lubrifiant (stéarate de zinc), et on le presse dans une matrice en utilisant une pression de 4728 kg/cm2; on réalise ainsi une ébauche " verte ". On chauffe ensuite l'ébauche n verte " dans un four à une température comprise entre 1145 et 1155 0C pendant un temps suffisant pour réaliser l'équilibre de tempéra- ture entre l'ébauche proprement dite et le four. On enlève ensuite ltébauche et on l'introduit rapidement dans la presse représentée sur la figure 2, dans laquelle on la comprime à chaud sous une pression de 6300 kg/cm2. On enlève ensuite rapidement l'ébauche comprimée chaude de la presse, et on la refroidit à l'air à la température ambiante. L'article final a une résistance à la traction de 7134 kg/cm2, avec un allongement de 6 % et une réduction de surface de 6 %. REVENDICATIONS 1 - Procédé de fabrication de particules d'acier, caractérisé en ce que l'on utilise des déchets d'acier se présentant sous la forme de copeaux, d'écailles, d'éclats ou analogues, que l'on traite ces déchets pour augmenter leur dureté, et qu'on les broie pour obtenir une masse particulaire homogène ayant une répartition granulométrique convenable de manière à réaliser les particules destinées à l'opération de sablage. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on augmente la dureté de l'acier par la cémentation des déchets, puis par la trempe des déchets cémentés. 3 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'on réduit les dimensions des déchets d'acier à l'état de copeaux, d'écailles, d'éclats ou analogues avant l'opération de broyage de manière à réaliser les particules de dimensions convenables. 4 - Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'on augmente la dureté de l'acier après la réduction de dimension et avant l'opération de broyage. 5 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 2, 3 ou 4, caractérisé en ce que lton procède à la cémentation de l'acier pour obtenir une teneur minimum de 0,35 % en poids de carbone. 6 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4 ou 5, dans lequel on procède à la trempe des particules avant utilisation dans l'opération de sablage. 7 - Procédé de fabrication d'un article comportant l'application des particules dérivant du procédé selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4, 5 ou 6, caractérisé en ce qu'après avoir fabriqué ces particules selon ce procédé et utilisé le sdi- tes particules dans une opération de sablage, on réalise les stades ultérieurs de prélèvement du résidu de poudre de cette opération de sablage, et de pressage du résidu de poudre pour obtenir un aggloméré vert. 8 - Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que, avant pressage du résidu de poudre en un aggloméré vert , on réalise les stades ultérieurs d'ajustement de la teneur en parcelles d'oxyde de fer du résidu de poudre, de traitement theziiii- que du résidu de poudre pour réduire la quantité de parcelles d'oxyde de fer par rapport au fer métal et diminuer la teneur en carbone du résidu de poudre. 9 - Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que 1 'on procède à une opération ultérieure de broyage du résidu de poudre traité à la chaleur avant son pressage en un aggloméré vert. 10 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que le traitement à la chaleur comporte 'le chauffage du résidu et des parcelles d'oxyde de fer en atmosphère neutre à une température comprise approximativement entre 700 et 11000C pendant une durée de 15 minutes à 3 heures environ. li - Procédé selon 1 ltune quelconque des revendications 7, 8, 9 ou 10, caractérisé en ce que l'on fritte îtaggloméré vert 12 - Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'on réalise par pressage l'agglomérF vert en utilisant une pression comprise approximativement entre 3150 et 4728 kg/cm2 et qu'on le fritte ensuite à une température comprise entre 1050 et 13500C environ. 13 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 7, 8, 9 ou 10, caractérisé en ce que l'on chauffe l'aggloméré vert, et qu'on le presse ensuite à chaud. 14 - Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que l'on réalise par pressage l'aggloméré vert en utilisant une pres sicncomprise approximativement entre 788 et 4728 kg/cm2 e 15 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 13 ou 14, caractérisé en ce que l'on réalise le chauffage après ltopé- ration de compression à froid à une température comprise entre 800 et 13500C environ. 16 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 13, 14 ou 15, caractérisé en ce que l'on envoie dans une presse I'agglo- méré chaud après chauffage, et qu'on le comprime & une pression d'environ 6300 kg/cm2. 17 - Procédé selon la revendication 16, caractérisé en ce que les outils de la presse sont froids avant introduction de l'agglo- méré chaud. 18 - Procédé selon la revendication 16, caractérisé en ce que l'on chauffe les outils de la presse à une température de 250C environ avant introduction de l'aggloméré chaud. 19 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 16 ou 17, caractérisé en ce que l'aggloméré vert et les outils de la presse à chaud ont des dimensions communes telles que l'aggloméré chaud s'adapte étroitement sur les outils de la presse à chaud dans une direction transversale normale au sens de déplacement des outils mobiles de la presse. 20 Procédé selon l'une quelconque des revendications 16, 17, 18 ou 19, dans lequel on donne aux outils de presse une forme telle outils épousent sensiblement exactement au moins une face de l'aggloméré vert chauffé qui s'étend en général en travers du sens d'application de la pression sur l'aggloméré dans la presse. 21 - Procédé selon 1 'une quelconque des revendications 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19 ou 20,dans lequel les diamètres minima des particules, après ledit second broyage, sont compris entre 0,05 et 1 mm.