Brevet FR2128779A1 — publié le 19721020

L'invention concerne un fil métallique à dents de scie convenant à l'emploi dans diverses machines à filer les fibres textiles. L'invention a pour but de réaliser un fil ayant 5 des caractéristiques améliorées de l'état de surface et de résistance à l'usure dans sa portion de travail. Le fil de l'invention est caractérisé en ce que sa partie dentée de travail est pourvue d'une couche protectrice superficielle formée avec au moins un corps choisi dans 10 le groupe comprenant les carbures de vanadium , de chrome, de tungstène, de mobybdène, de niobium, de tantale, de titane, de zirconium, d'hafnium ainsi que du borure de fer, et réalisée par une technique de diffusion à travers l'acier de base. La description se rapporte à des exemples de ré-15 alisation expliqués avec références aux dessins annexés dans lesquels : - La figure 1 est une vue en perspective d'un fil métallique traditionnel, - La figure 2 est une vue en coupe par II II 20 de la figure 1, - la figure 3 est une vue en perspective d'un fil - Les figures 4 à 6 montrent des photographies microscopiques de la partie de travail du fil de l'invention, avec grossissement 200 fois, la figure 4 se rapportant à une 25 couche de revêtement en carbure de chrome, la figure 5 à du carbure de vanadium et la figure 6 à une couche en borure de fer. La description qui suit se rapporte d'abord à un fil métallique traditionnel avec référence aux fig. 1 et 2. 30 Dans ces figures la référence 1 désigne un fil métallique de type traditionnel qui est pourvu d'une denture en dents de scie sur une partie de travail désignée par la référence 11. Ainsi qu'il était connu, ce genre de fils métalliques est utilisé dans diverses machines de filature , 35 pour coopérer par exemple avec les cylindres et rouleaux de machines à carder ou avec les rouleaux de peignage de machines à filer à extrémité ouverte. La denture du fil métallique sert à peigner les fibres et à désintégrer la masse de fibres. En conséquence la portion de travail 11 en forme 40 de dents de scie du fil métallique doit avoir une surface 72 08250 2 2128779 lisse et à haute résistance à l'usure . Les raisons de ces exigences sont les suivantes : En cours de marche, la portion de travail à dents de scie 11 du fil métallique est maintenue en contact de glis-5 sement avec les fibres traitées tandis qu" elle s'écoule à vitesse élevée, cette portion étant ainsi sujette à usure. Spécialement, dans le traitement de fibres synthétiques, telles que des fibres polyester, cette tendance désavantageuse est très remarquable et des bandes creusées se développent 10 facilement sur les surfaces de travail, d'où résulte fréquemment un tranchage non voulu des fibres. En outre, les fibres peuvent fréquemment s'enrouler autour des dents de scie, ce qui provoque une désintégration insuffisante de la masse. Une épaisseur irrégulière des fils produits et un développement ac-15 cru de bourres sur leur surface seront ainsi inévitables. On voit donc que le degré du caractère de résistance à l'usure d'au moins les parties de travail du fil métallique jouera un rôle important dans la fabrication de produits textiles à fibres filées et notamment de fils. 20 En raison du contact fréquent et sévère de glissement de la portion en dents de scie du fil métallique avec la fibre, celle-ci devra posséder des surfaces extrêmement lisses. Les fils métalliques usés ou rayés doivent être remplacés par des fils neufs. En considération du haut ren-25 dement dans la production de fils textiles, notamment dans les années récentes, et notamment dans le cas de marche en continu des machines à filer, il existe un besoin et une demande importante pour des fils métalliques pourvus de surfaces à haut degré de résistance à l'usure. 30 Une mesure traditionnelle pour améliorer cette qualité consiste à fabriquer le fil métallique en acier trempé, notamment dans ses zones de travail. Cependant, on a constaté que,dans le cas de traitement de fibres synthétiques, de tels fils métalliques montrent une résistance à 35 l'usure relativement faible et ont une durée de service très courte. Une autre mesure contre une usure excessive du fil métallique consiste à pulvériser sur lui une matière fondue durcissable. Bien qu'une augmentation importante de la résis-kO tance à l'usure puisse être obtenue par cette mesure par rap 72 08250 3 2128779 port au durcissement par trempe du métal, on observe généralement une certaine rugosité de la surface ainsi traitée. En outre, dans ce cas, des moyens spéciaux sont nécessaires pour l'obtention d'une surface améliorée, ce qui augmente le coût des investissements. En considération des inconvénients décrits des mesures traditionnelles, de nombreuses recherches ont été faites pour l'obtention d'une couche de protection très dure et durable sur les surfaces de travail de fil métallique. Le fil de l'invention est caractérisé en ce que sa partie dentée de travail est pourvue d'une couche protectrice superficielle formée avec au moins un corps choisi dans le groupe comprenant, les carbures de vanadium, de chrome, de tungstène, de molybdène, de niobium, de tantale, de titane, de zirconium, d'hafnium, ainsi que du borure de fer, et réalisée par une technique de diffusiçn à travers l'acier de base. De cette manière on obtient une liaison intime et énergique entre la couche de protection et la matière de base ou l'acier, et la couche présente une surface uniforme et d'épaisseur régulière extrêmement lisse. Les types de carbures ou borure mentionnés ci-dessus apportent un haut degré de dureté et des qualités de résistance à l'usure très durables. D'après les résultats d'expériences, le fil métallique amélioré de la manière mentionnée présente une grande supériorité dans la dureté de sa surface, ainsi que des qualités anti-usure et de surface lisse par rapport à ceux préparés par les techniques de trempe et d'amélioration de surface y compris les procédés de placage électro-lytique . Lorsqu'une personne tente de préparer une telle couche dure de protection par pulvérisation, il en résulte la formation d'une surface rugueuse appréciable qui doit nécessairement être soumise à une étape de finition à la meule. Ces surfaces rugueuses s'opposent essentiellement à un écoulement régulier des fibres en traitement et il se produit souvent des cassures de fil. Lorsqu'on transfère un alliage dur de métal sur l'acier de base du fil métallique à l'aide d'énergie de décharge électrique, tel que le durcissement par étincelage,. on observe des couches de surface plus rugueuses que dans le cas 72 08250 4 2128779 du procédé par pulvérisation. Si l'on adopte le procédé de dépôt par évaporation, il est très difficile de former une couche d'épaisseur régulière de la matière dure sur la totalité des surfaces de tra-5 vail du fil métallique de configuration assez compliquée, de sorte que le procédé est inapplicable. De même avec le procédé traditionnel de placage électrolytique on obtient une couche à surface irrégulière. Il est à noter qu'avec la couche protectrice for-10 mée par application de n'importe quel procédé mentionné connu la liaison entre la couche et l'acier de base est de nature mécanique, et de ce fait de qualité inférieure. Cependant, en employant le procédé de diffusion proposé par la présente invention, les éléments formateurs de 15 carbure ou borure se diffusent dans l'acier de base, d'où résulte la formation mentionnée de couche de carbure ou .borure sur la surface de l'acier. La couche présente une surface très lisse. En outre, une telle couche est d'une épaisseur très régulière, en dépit de la configuration compliquée 20 de la portion de travail du fil métallique. La liaison de la couche protectrice avec l'acier de base est de type métallique, étant causée par la diffusion mutuelle, et est très énergique. On voit d'après ce qui précède que le fil métal-25 lique conforme à l'invention présente une couche protectrice à surface très lisse et résistant à l'usure, d'épaisseur uniforme,avec une liaison intime entre la couche et l'acier de base . Etant donné que l'expérience montre que le fonc-30 tionnement du fil métallique est hautement influencé par la configuration de sa partie pourvue de dents, le fil conforme à l'invention présente de grands avantages. Avec une épaisseur irrégulière de la couche protectrice, et une variation correspondante de la forme, notamment dans la portion de tra-35 vail du fil, l'efficacité est considérablement réduite. L'application d'une opération supplémentaire et séparée de meulage ou de finition après formation de la couche protectrice sur le fil métallique qui présente une configuration assez compliquée représente une dépense de travail importante kO et présente des difficultés techniques. Cependant, grâce au procédé de l'invention, mettant en oeuvre la diffusion, 72 08250 5 2128779 la portion de travail pourvue de la denture possède la configuration précise désirée qui assure le fonctionnement optimal et une durée de service considérablement améliorée. Le traitement de diffusion dans le sens ci-dessus 5 peut être effectué de l'une des manières suivantes : Dans le cas du procédé par sel fondu, l'acier de base du fil métallique formé préalablement dans sa forme finale est maintenu plongé pendant un temps prédéterminé dans un bain de mélange de sels fondus qui contient l'élément désiré, tel 10 que du vanadium ou analogue, nécessaire pour la formation de la couche protectrice, avec du borax et du fluorure ou du chlorure. Dans le cas d'un procédé électrolytique, l'étape d'immersion du fil métallique est exécutée avec emploi d'un 15 courant électrique,de manière à provoquer une action d'électro-lyse entre l'acier de base et les matières contenues dans le bain fondu. Dans le cas de dépôt par sédimentation, l'acier de base est enrobé dans une masse pulvérulente contenant les ma-20 tières mentionnées, y compris l'élément de base de formation de la couche, ou bien il est enduit avec une masse pâteuse comprenant ces matières. Puis il est maintenu à une température élevée. Dans le cas du procédé à phase gazeuse,1'acier de 25 base est chauffé dans une atmosphère gazeuse d'un mélange comprenant un halogénure gazeux tel que le fluorure ou le chlorure des éléments formateurs de carbure ou de borure, ainsi qu'un gaz porteur tel que l'hydrogène, l'argon ou analogue. 30 Au cours du traitement de diffusion mentionné, le carbure peut être formé par réaction de vanadium ou de l'élément analogue avec le carbone contenu dans l'acier. Cependant, si cela est nécessaire, une quantité additionnelle de carbone suffisante pour la formation du carbure peut être 35 ajoutée aux matières traitées par diffusion. Il est généralement suffisant de former le revêtement de carbure ou de borure exclusivement sur la portion de travail du fil métallique dans des conditions normales. Ci-après sont décrits quelques exemples numériques 40 de constitution de fils métalliques conformes à l'invention. 72 08250 6 2128779 Exemple 1 Un fil de peignage, tel que montré dans la figure 1, a été préparé par un usinage approprié à partir d'un acier au carbone contenant 0,4 % de carbone, de manière à 5 présenter une portion de travail avec denture en dents de scie 11, adaptée pour emploi dans une machine à filer à extrémité ouverte. Le fil a été immergé dans un mélange de borax et d'alliage fer-chrome. De cette manière a été formée sur la surface du fil de peignage une couche constituée en carbure 10 de chrome Cr^C^. Plus spécialement, le fil I ayant une longueur de 2 mètres a été enroulé autour d'un tourniquet 2 ayant une section transversale en forme de croix, les deux extrémités du fil étant attachées à des organes de positionnement 15 3 fixés sur le tourniquet. Cet ensemble, représenté dans la figure 3,a été immergé pendant l6 heures dans un bain de sel fondu maintenu à 950°C, consistant en 5,95 kg de borax et 1,05 kg d'alliage ferro-chrome à 67 % de chrome. Après immer-20 sion, le fil sorti du bain a été refroidi à l'air libre. L'ensemble a été lavé à l'eau claire et le fil retiré du tourniquet. Une photographie au microscope, grossissement 200 fois, d'une partie de la section trans-25 versale de coupe est reproduite dans la figure 4, représentant une partie de la portion de travail du fil. Une section transversale complète est montrée dans la figure 2. Dans la figure 4, on voit une couche périphérique blanchâtre représentant la couche de protection, 30 ayant une surface lisse et une épaisseur uniforme d'environ 10 microns. Dans cet exemple, la couche protectrice, durcie, recouvre d'autres surfaces du fil que la portion de travail dentée. Des observations ont été effectuées 35 au microscope électronique sur des échantillons prélevés dans la couche protectrice et la région voisine directement inférieure de l'acier de base. En outre, des spectres de diffraction aux rayons X ont été observés pour la surface de la couche de protection. On a constaté qu'une telle couche était composée prin-40 cipalement de e"t qu'il existait une couche intermédiaire 72 08250 7 2128779 entre le protecteur et l'acier au carbone de base, cette couche étant diffusée avec du chrome. La dureté Vickers de la couche protectrice a été mesurée égale à environ 2000,ce qui signifie une valeur élevée. 5 Le fil de peignage traité de la manière ci-dessus a, en outre, été testé du point de vue de sa résistance à l'usure. L'une des dents de scie a été maintenue en engagement de glissement avec un multifilament de polyester, 10 150 deniers, composé de 30 filaments et circulant à une vitesse de 300 mètre/minute, sous une charge de 20 grammes. Par comparaison, une dent similaire, durcie par trempe, ayant une dureté Hv de 900, a été testée de la même manière. On a constaté que ]a dent trempée présentait 15 une usure appréciable, tandis que le fil conforme à l'invention ne présentait pas d'usure. Ensuite, le fil a été attaché au cylindre de peignage d'une machine à filer tradtionnelle à extrémité ouverte. On a constaté que le fil présentait des 20 rayures d'usure sur les dents après un emploi continu de 2100 heures. En comparaison, le fil traditionnel trempé devenait inutilisable après 500 heures par formation de bandes d'usure sur les dents. Après une période de 550 heures, 25 ces bandes étaient accrues de sorte que les dents accrochaient les fibres. L'opération de séparation des fibres était ainsi perturbées et 1' on a observé de nombreuses cassures du fil produit. Le diamètre du cylindre de peignage était d'environ 65 mm. La vitesse de révolution était de 6400 tour/minute. La fibre était 30 en polyester. La durée de service du fil de l'invention était donc égale à quatre fois celle d'un fil traditionnel trempé. Exemple 2 35 Un fil de peignage similaire a été préparé à partir d'un acier à 1,2 °/o de carbone et a été enroulé sur le tourniquet montré dans la figure 3- Ce fil a été plongé dans un bain de sels fondus à 950°C pendant l6 heures. Le bain consistait en 5,6 kg de borax et 1,4 kg d'alliage de 40 ferro-vanadium à 52 % de vanadium. Le fil retiré du bain a été 72 08250 8 2128779 séché comme précédemment et lavé à l'eau chaude. La figure 5 montre une photographie au microscope à grossissement 200. La couche protectrice formée avait une surface lisse et une épaisseur uniforme d'environ 5 8 microns. D'après des tests au microscope électronique et par spectre de diffraction aux rayons X, la couche était essentiellement constituée par du carbure de vanadium. La dureté de surface mesurée était de HV - 3000. D'après les résultats des essais 10 et des observations, la région de l'acier de base située à proximité de la couche protectrice était légèrement diffusée avec du vanadium. Soumis à essais d'usure, le fil de peignage ainsi recouvert n'a montré aucune usure dans sa partie 15 de travail. De même, à l'emploi sur une machine à filer à extrémité ouverte, aucune usure n'a été observée après une marche continue pendant 2 000 heures et le fonctionnement du fil est resté correct. Exemple 3 20 Un fil de peignage similaire au pré cédent a été fabriqué en acier à 0,4 % de carbone et enroulé sur tourniquet. Ce fil a été plongé dans un bain de sels fondus à 900°C pendant 1 heure. Le bain contenait 4,2 kg de borax et 2,8 kg de carbure de bore B^C. Le fil sorti du bain a été re-25 froidi à l'atmosphère, puis lavé à l'eau chaude comme précédemment . Le fil a été testé et observé comme précédemment. Des photographies ont été prises au microscope, telles que reproduites à la main dans la figure 6. Les dents 30 étaient recouvertes avec une•couche de protection consistant essentiellement en borures FeB et Fe^B. L'épaisseur de la couche protectrice était uniforme et la surface très lisse. La dureté mesurée était HV = 1 700. On a constaté que la région de l'acier 35 de base voisine de la couche protectrice était diffusée avec du bore. Soumis aux essais de résistance à l'usure, aucune usure des dents n'a été observée. A l'emploi du fil sur une machine à filer traditionnelle comme ci-dessus", 40 aucun défaut de fonctionnement dans la séparation des fibres n'a 72 08250 9 2128779 été observé jusqu'à environ 2 300 heures. A titre de référence, un fil métallique d'acier a été pulvérisé avec un mélange de 8 % de cobalt et le reste en carbure de tungstène, ou avec un autre mélange de 25 % de 5 carbure de tungstène, 7 % de nickel, et le reste en carbure de Tungstène-chrome, sur la partie dentée de travail pour former une couche protectrice qui a été soumise à l'essai pratique, sur une machine à filer à extrémité ouverte. Ces fils ont eu une durée d'emploi d'environ 3000 heures. Par comparaison avec 10 les fils métalliques de l'invention décrits précédemment, le fil ci-dessus, préparé en accord avec la technique antérieure, a provoqué de nombreuses ruptures de fil textile et la formation de nodules de fibres donnant un fil de mauvaise qualité. Ces défauts étaient attribuables aux conditions de surface ru-15 gueuse de la couche de protection. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits. On pourra au besoin recourir à d'autres modes et à d'autres formes de réalisation sans pour cela sortir du cadre de 1'in-20 vention. 72 08250 10 2128779 REVENDICATION Fil métallique en acier à denture pour le cardage de fibres textiles, fil caractérisé en ce que sa partie dentée de travail est pourvue d'une couche protec-5 trice superficielle formée avec au moins un corps choisi dans le groupe comprenant les carbures de vanadium, de chrome, de tungstène, de molybdène, de niobium, de tantale, de titane, de zirconium, d'hafnium, ainsi que du borure de fer, et réalisée par une technique de diffusion à travers l'acier de base.