Brevet FR2096371A1 — publié le 19720218

La présente invention a pour objet un alliage ferreux contenant du carbone et convenant tout particulièrement à la fabrication de pièces de frottement, telles que des segments de piston et analogues. L'alliage doit etre de qualité particulière quant à a dureté en vue de garantir le bon fonctionnement des segments, qui doivent assurer notamment une -tanchéitn parfaite n coopération avec la chemise du cylindre, dans de sévères conditions mécaniques et thermiques. Selon une caractéristique de la présente invention, l'alliage est élaboré à partir d'un mélange de fontes, et contient des métaux nobles tels que nickel, chrome, molybdène, vanadium, et est caractérisé par le fait qu'il contient 3,50 à 3,80% de carbone, 2,90 à 3,30% de silicium, 0,50 à 0,70% de manganèse, 0,10 à 0,50 de nickel, 0,10 à 0,50% de chrome, 0,30 à 0,05% de phosphore, 0,10 à 0,20% de vanadium et 0,10 à 0,50% de molybdène Selon encore une autre caractéristique de la présente invention la structure de l'alliage est une structure perlitioue sans orientation privilégiée, dans laquelle on pourra noter une absence absolue de cémentite. La préparation de cet alliage est effectuée à partir de fontes, et plus particulièrement à partir d'un mélange de fontes contenant des fontes semi-phosphoreuses, des hématites, et des fontes à bas carbone. te mélange de fontes est chauffé et lorsque la temprature, mesurée au moyen d'un pyromètre optique, atteint 350 C pour les grosses sections du chenal, et 1430 C pour les sections plus petites, le mélange de fontes chaudes est versé dans une poche de coulée de 30 kg environ, dans laquelle on a introduit après réchauffage une dose de ferrotitane, par le procédé d'inoculation. On 2 donc inoculé dans la poche de coulée 100 g de ferrotitane à 40% de titane. Cette opération a pour résultat de modifier la structure du métal ainsi traité, et d'en améliorer par là les propriétés mécaniques et physiques. C'est ainsi auton obtient la matrice perlitique recherchée d'une part, et une graphitisation très divisée lors de l'immersion de la fonte. tors de cette graphitisation, le carbone combiné sous forme de cémentite dans la fonte est transformé partiellement en graphite suivant la réaction classique: Fe3 C 3 Fe + C qui est la réaction fondamentale dans la production des pièces en fonte malléable. Après ce traitement de la fonte chaude dans la poche de coulée, celle-ci est versée dans les moules, par exemple du type grappe, munis à leur partie supérieure d'un godet de coulée pourvu d'un filtre en céramique dont l'orifice d'alimentation varie de 6 à 12 milimètres, suivant la section des produits que l'on désire obtenir. Ce filtre est un piège à crasses disposé dans le tracé du chenal de coulée et a pour objet d'arrêter les crasses avant qu'elles ne pénètrent dans l'empreinte. te choix de ces filtres a une très grande importance sur la durée de refroidissement et solidification des segments. On doit noter que ce procédé permet d'obtenir des pièces totalement exemptes de cémentite, pour une près faible quantité de ferrite. tes pièces sont obtenues par le procédé classique de moulage en grappe, particulièrement utilisé en fonderie pour l'obtention de petites pièces, ou de pièces de faible hauteur présentant des joints de moulage plats ou symétriques. Ce procédé consiste à superposer des moules pour la coulée, et à utiliser la technique de coulée en source avec remonte. tes moules sont exécutés sur des machines à mouler, et sont équipés de plaques modèles métalliques. Ces plaques modèles sont exécutées en fonte, et comportent comme empreinte une rosace autour de laquelle sont disposés concentriquement, les segments modèles, au nombre de 2, 4, 6, 8 ou 12 suivant leur diamètre. Chaque segment-modèle comporte un exutoire de coulée, disposé en position opposée par rapport à l'attache du segment sur la rosace, c'est-à-dire au dos du segment. Lors de la fabrication, ces exutoires seront au nombre de 5, et ont un poids qui varie de 20 g à 55 g environs, leur but étant derilasr la solidification de la fonte dans le segment et de lui communiquer ainsi la dureté recherchée. Après solidification, on extirpe la pièce de la masse de sable l'enveloppantCette opération de decochage n'est effectuée que lorque les pièces sont absolument refroidies, ceci pour éviter les trempes rimaires constatées sur les pièces lorsqu'elles @ sont démoulées alors qu'elles sont rouges, c'est-à-dire vers la température de 7500. Par le procédé @ui vient d'être décrit on obtient des pièces constituées de l'alliage ayant la composition suivante: Carbone: 3,50 à 3,80, Silicium: 2,90 à 3,30%, Xanganèse: 0,50 à 0,70%, Nickel: 0,10 à 0,50%, Chrome: 0,10 à 0,50%, Phosphore: 0,30 à 0,50%, Vanadium 0,10 à 0,23% et Molybdème 0,010 à 0,50%. On doit remarquer que les pourcentages qui viennent d'être donnés dépendent des sections des produits bruts à obteni@. Les duretés de ces produits se situent entre 98 et 110 Rockwell B et les écarts de dureté sur une même pièes ne @épassent pas 4 points Rockwell B. L'échelle B correspond à un pénétrateur constitué d'une bille en acier trempé de diamètre de 1,587 mm avec une charge de 100 kg. Le métal essaye est donc un mental de grande dureté, et sur les pièces, la partie la plus dure se trouve, théoriquement, à l'opposé des becs. Si l'on examine un échantillon de l'alliage ainsi fabriqué, et plus précisément, si on attaque cet échantillon à l'aide de Nital (solution à 1,5% en volume d'acide nitrique dans de l'alcool éthylique), on observe une texture perlitique, avec une absence quasi-totale de ferrite et une absence absolue de cémentite. En effect le Nital colore la perlite qui est résolue an lamelles alternées, tandis que ferrite n'est pas attaquée, mais lorsqu'on prolonge l'attaque, on peut différencier les joints des grains. La texture de la matrice est représentée par la photo jointe correspondant à l'attaque au Nital à 4%. On peut ainsi observer la perlite se trouvant sous forme de lamelles parallèles plus ou moins fines de ferrite sombre. D'autre part le Nital dessine nettement la matrice de l'eutectique phosphoreux dispose en mailles serrées. Le graphite est réparti en fine perlite, et ne présente aucune orientation privilégiée. L'eutectique phosphoreux est un constituant hétérogène extrêmement stable des fontes contenant plus de 0,30% de phosphore. Les moyens utilisés pour la fusion des fontes sont classiques; plus précisément, on emploie des fours électriques à résistances de graphite du type "Mazières", alimentés sous 15 ki lovolt au primaire, la tension du secondaire étant réglée de 38 à 44 volts par ajustage du primaire. La présente invention permet d'obtenir des pièces mécaniques homogènes de grande dureté, et présentant de bonnes propriétés de frottement et d'usinabilité grâce à la présence du graphite. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de mise en oeuvre décrits, qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits,considérés séparement en combinaison, et mis en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. POUR LES REFERENCES DU MEMOIRE DESCRIPTIF RENVOYANT AUX REPRODUCTJ (H S PHOTOGRAPHIQUES VOIR CELLES-CI DEPOSEES AU DOSSIER A TITRE D'ECHANTILLONS R E V E N D I C A T I O N S 1- Alliage pour segments de piston ou pièces de frottement analogues, élaboré à partir d'un mélange de fontes et contenant an @@@@ des métaux nobles, tels que nickel, chrome, m@lybdène et vanadium, caractérisé en ce qu'il contient : 3,50 à 3,80% de carbone, 2,90 à 3,30% de silicium, D,0 à 0,70% de manganèse, 0,10 à 0,50% de nickel, 0,10 à 0,50é de chrome, 0,30 à 0,50% de phosphore, 0,10 à 0,20% de vanadium,et 0,10 à 0,50% de molybdène. 2- Alliage selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il présente une structure perlitique isotrope , et une absence absolue de cémentite. 3- Procédé pour l'élaboration d'un alliage selon les reven- dications 1 et 2, caractérisé en ce qu'avant la coulée du mélange de fontes, on inocule du ferrotitane à 40% de titane. 4- Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la fonte inoculée de ferrotitane est coulée dans un moule de type en grappe, pourvu d'un godet de coulée muni d'un filtre céramique formant piège à crasse. 5-Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la fonte est coulée en source avec remonte, chaque empreinte de moule comportant au mcins un exutoire disposé de manière à régulariser la solidification de la pièce moulée. 6- Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le démoulage n'est effectué qu'après refroidissement complet de chaque pièce moulée, afin d'en éviter toute trempe primaire. 7- Segments de piston oEi analogues faits de l'alliage selon l'une des revendications précédentes