Brevet FR2130489A1 — publié le 19721103

L'invention concerne un procédé de fabrication de sièges rapportés par métallurgie de poudres, dans lequel une poudre de fer, à laquelle on a ajouté du carbone et du plomb ainsi que d'autres constituants d'alliage, est briquetée, frittée, et soumise 5 à un post-traitement. Ce post-traitement peut consister soit en un compactage à chaud, soit en un compactage à froid sous une pression dépassant la pression de briquetage. On peut faire suivre, tout le compactage à chaud que le compactage à froid, d'un traitement thermique, dans lequel on chauffe le pièce pendant peu de 10 temps à une température supérieure au point AC3, puis la refroidit rapidement, après quoi on la recuit à des températures allant jusqu'à 650°C. Avant le compactage à froid, on peut encore effectuer un traitement à chaud supplémentaire. On connait dans la technique un matériau de frottement 15 et d'usure pour garnitures intérieures de cylindres et sièges rapportés de soupapes qui est fabriqué par le procédé indiqué et contient, outre du fer et du carbone (ce dernier étant présent dans le produit fini dans des proportions de 0,5 à 1#) 1 à 4# de plomb et du nickel dans des proportions de 0,5 à 5#. 20 Pour certaines applications, par exemple, pour la fabri cation de sièges rapportés pour les soupapes de sortie de camions, il est nécessaire que le matériau présente en plus des propriétés de résistance indiquées, une résistance thermique améliorée, c'-est-à-dire des valeurs de résistance Suffisantes à des températu-25 res allant jusqu'à 650°C. Pour les soupapes de sortie des camions, on connait aussi par le brevet des E.U.A N° 3.471.343 des sièges rapportés de résistance thermique améliorée, qui sont fabriqués à partir d'un mélange pulvérulent présentant avant le traitement thermique décrit ci-dessus la composition suivante : 30 - 0,8 à 1,5# de graphite - 1,0 à 4,0# de plomb - 0,5 à 5,0# de nickel -1,2 à 1,8# de molybdène -9,6 à 14,4# de cobalt 35 le reste en fer. La fabrication de ces sièges rapportés par le procédé connu s'effectue en mélangeant 78# d'une poudre de fer fritté,l# de graphite,4# de poudre de plomb,3,5# de poudre de nickel,1,5# de poudre de molybdène et 12# de poudre de cobalt.On mélange les p 40 diverses poudres, on les briquette sous une pression de 3,5t/cm V 72 09807 2 2130489 puis on les fritte pendant environ 3 heures à une température de 1 100°C en atmosphère neutre. On refroidit ensuite les pièces frittées et les soumet à un compactage à froid sous une pression d'environ 12t/cm , pandant 15 minutes, à une température supé-5 rieure au point AC3, puis on les refroidit rapidement et les recuit à une température de 580°C pendant 30 minutes. La dureté p Brinell du matériau est d'environ 320 kg/mm à la température p ambiante, et de 205 kg/mm à une température de 600°C.Les sièges rapportés fabriqués par ce procédé ont ainsi une résistance ther- 10 mique améliorée et peuvent être utilisés dans les soupapes de ■ sortie pour des camions.Lors de l'essai pratique des anneaux qui se sont remarquablement bien comportés, on a mesuré au cours d'essais de fonctionnement au banc d'essai sous pleine charge une durée de fonctionnement de 250 heures. 15 Le but de l'invention est d'améliorer les propriétés des sièges rapportés connus doués d'une résistance thermique améliorée, c'est-à-dire des sièges rapportés contenant du nickel, du molybdène et du cobalt, du point de vue de leur résistance à leur corrosion, de leur résistance à l'érosion et du comportement au 20 fonctionnement. Il est apparu de façon surprenante que ceci est possible si les constituants indiqués de l'alliage ne sont pas ajoutés séparément au mélange de départ à l'état de poudre, mais si l'on utilise comme mélange de départ un pré-alliage pulvérisé,c'est-25 à-dire une poudre d'acier contenant les constituants de l'alliage. Dans un procédé de fabrication de sièges rapportés de résistance thermique améliorée par métallurgie des poudres en utilisant une poudre métallurgie contenant, en plus du fer, du carbone, du plomb, du nickel, du molybdène et du cobalt, l'inven-30 tion consiste en ce que l'on utilise comme mélange de départ un pré-alliage contenant 1,0 à 2# de nickel, 1,0 à 2# de molybdène, 6,0 à 7*0# de cobalt et le reste étant du fer, on ajoute à la poudre d'acier pré-alliée du carbone dans des proportions de 0,5 à 1# et du plomb dans la proportion de 0,7 à 1,5#, on briquette ce 35 mélange d'une façon connue eii soi,on le fritte, on lui fait subir un post-compactage à froid ou à chaud, et le cas échéant un traitement thermique. L'invention prévoit en outre que le pré-alliage, à partir duquel on prépare la poudre de départ, contient, en plus des cons-40 tituants d'alliage cités, du chrome dans une proportion de 1,0 à 72 09807 ? 2130489 2,0# et du titane dans la proportion de 0,3 à 0,5#. Comme l'ont montré des essais effectués avec les sièges rapportés fabriqués conformément à l'invention, l'utilisation d'un pré-alliage à la place de poudres séparées des constituants de 5 l'alliage conduit à des sièges, qui, du point de vue de la résistance thermique, de la résistance à la corrosion ainsi que de la résistance à l'érosion, présentent un comportement en fonctionnement très supérieur, on a pu observer en outre une augmentation marquée de l'évacuation de la chaleur. Alors que dans les 10 essais de fonctionnement sous pleine charge, les sièges rapportés de la technique antérieure fabriqués à partir d'un mélange pulvérulent contenant 12# de cobalt, étaient hors d'usage au bout d'un temps de fonctionnement d'environ 250 heures, lequel est en soit très élevé, des moteurs équipés des sièges rapportés de 15 l'invention tournaient encore parfaitement après 500 heures de fonctionnement. Ce résultat est atteint aussi bien en utilisant un carburant contenant du plomb qu'un carburant sans plomb et il revêt par conséquent une importance particulière, car on utilise de plus en plus des carburants sans plomb, et les sièges de fon-20 derie que l'on montait jusqu'à présent dans le cas de l'utilisation d'un carburant sans plomb ne présentaient pas une durée de vie suffisante. On a constaté,en outre,qu'en utilisant des pré-alliages présentant les teneurs en cobalt-de 12# considérées jusqu'à pré-25 sent comme nécessaires, on n'obtenait aucune amélioration des propriétés par rapport à des sièges fabriqués conformément à l'invention avec des pré-alliages d'une teneur en cobalt de 6 à 7#. Par contre, une baisse de la teneur en cobalt de 12# à 6-7# de cobalt dans les sièges rapportés de la technique antérieure, conduit 30 à une modification des propriétés si importante que ces sièges ne peuvent pas être utilisés pour des moteurs soumis à de gros efforts. Ce résultat est étonnant et a pour conséquence que l'on peut utiliser des sièges rapportés suivant l'invention avec une teneur en colbalt de 6 à 7# seulement dans des cas où, jusqu'à pré-35 sent, on n'aurait pu utiliser que des sièges à 12# de cobalt, fabriqués à partir de poudre non pré-alliée. L'utilisation de la poudre d'acier pré-alliée à teneur en cobalt beaucoup plus faible permet en outre une répartition plus homogène des divers constituants de l'alliage et une meilleure diffusion du carbone, et par suite 40 une augmentation de la conductibilité thermique, ainsi qu'une 72 09807 4 2130489 meilleure résistance à la corrosion et à l'érosion. L'exemple non-limitatif suivant est donné à titre d'illustration de l'invention. EXEMPLE On utilise comme produit de départ pour la fabrication d sièges rapportés un pré-alliage pulvérisé présentant la composition suivante : 1,5 $ Ni 1.4 # Mo 6.5 # Co , 90,6 # Fe On mélange à cette poudre d'acier pré-alliée 0,8# de carbone et 1,2# de plomb, et on presse le mélange sous une pression p de 3,5t/cm à l'état d'anneaux, puis on le fritte pendant 3 heures environ en atmosphère neutre à une température de 1 100°C. Après refroidissement, on fait subir aux anneaux frittes O un post-compactage à froid sous une pression de 12t/cm .pendant 15 minutes à une température supérieure au point AC3, puis on les refroidit rapidement. Ensuite, on recuit les anneaux à une tempé-I' rature de 650°C pendant 30 minutes. Les anneaux ainsi fabriqués présentent une amélioration inattendue du point de vue de la résistance à la corrosion, de la résistance à l'érosion,et de la résistance thermique par rapport aux sièges rapportés fabriqués de la manière habituelle à partir d'un mélange pulvérulent d'une teneur en cobalt de 12#. Au montage dans des moteurs, on constate qu'ils se comportent parfaitement en fonctionnement, après un temps de fonç tionnement de 500 heures sous pleine charge, les sièges ne sont pas encore hors d'usage, même si on utilise un carburant sans plomb. 72 09807 5 2130489 REVENDICATIONS 1 - Procédé de fabrication de sièges rapportés,notamment de soupapes, doués d'une résistance thermique améliorée par métallurgie de poudres en utilisant une poudre métallique contenant, en plus du fer, de 0,5 à 1# de carbone, de 0,7# à 1,5# de 5 plomb, de 1,0 à 2,0# de nickel, de 1,0 à 2,0# de molybdène, et du cobalt, caractérisé en ce qu'on utilise comme mélange de départ un pré-alliage pulvérisé contenant de 1,0 à 2# de nickel, de 1,0 à 2# de molybdène, de 6,0 à 7*0# de cobalt et le reste en fer, et on ajoute à la poudre d'acier pré-alliée du carbone dans des pro-10 portions de 0,5 à 1,0# et du plomb dans des proportions de 0,7 à 1.5#» après quoi, comme oonnu en soi, on briquette le mélange,on le fritte, on lui fait subir un post-compactage à froid ou à chaud, et le cas échéant un traitement thermique. 2 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en 15 ce que le pré-alliage, à partir duquel on prépare le mélange de départ, contient, en plus des constituants de l'alliage cités, du chrome dans une proportion de 1,0 à 2,0# et du titane dans une proportion de 0,3 à 0,5#