Brevet FR2197730A1 — publié le 19740329

La présente invention concerne un corps composite constitué d'une matière première à base de fer et d'une couche d'enduction comprenant un alliage de cuivre soudé contenant 85 à 92 % de cuivre, ce corps composite étant employé comme élément de glissement, en particulier dans les coussinets de glissement des aiguilles de rails. Dans la construction des chemins de fer, on a récemment essayé de trouver des coussinets de glissement pour les aiguilles de rails sur lesquels le mouvement des rails mobiles a lieu avec un frottement à ce point faible que l'on peut négliger la lubrification intensive nécessaire dans le cas de coussinets de glissement en acier. C'est pourquoi on a réalisé les coussinets de glissement du type décrit sous forme de corps composites ; toutefois, dans ce cas, vis-à-vis de l'acier lubrifié, on a observé un accroissement des forces de friction de 40 % dans le cas de couches d'enduction du type à base d'un alliage de Cu-Al, de 60 % dans le cas de couches d'enduction du type à base d'alliage de Cu-Sn et de 110 % dans le cas de couches d'enduction du type à base d'un alliage de Cu Zn-Ni. A présent, de façon étonnante, on a trouvé que, vis-à-vis de l'acier lubrifié, l'augmentation de la friction n'était que d'environ 10 % lorsque la couche contient/ d'enduction 3 - 8 % en poids d'étain et 4 - 9 Z en poids d'aluminium. Dans ce cas, on obtient des résultats particulièrement bons avec des alliages contenant 3 - 6 % d'étain. Outre leur haute valeur de glissement, les alliages proposés pour la couche d'enduction possèdent également une haute stabilité au ternissement et une haute résistance à l'abrasion. En conséquence, les corps composites réalisés conformément à la présente invention non seulement constituent un progrès remarquable dans la mise au point de rails ne nécessitant pas d'entretien, mais ils peuvent également être utilisés de la même manière pour les curseurs, les bagues d'étanchéification, les éléments de paliers, les pales de mélangeurs, les rails de guidage, les articulations d'accouplement et analogues. D'après de récentes recherches en laboratoire, on sait déjà que les alliages de cuivre contenant aussi bien de l'étain que de l'aluminium, possèdent de remarquables propriétés mécaniques, ainsi qu'une haute stabilité chimique. Toutefois, jusqu'à présent, on n'a pas encore proposé de fabriquer à l'échelle industrielle des articles à partir d'un alliage de ce type en raison des difficultés rencontrées lors de la fabrication des produits semi-finis et lors du triage de la mitraille de fonte. Le problème énoncé ci-dessus ne se pose pas lors de l'utilisation économique du nouvel alliage comme matière de placage. Jusqu'à présent, cette utilisation d'alliages d1étain/aluminium à base de cuivre pour le soudage par superposition n'a pas encore été proposée. La présente invention prévoit un procédé de fabrication d'un corps composite, procédé dans lequel on n'emploie pas un alliage du système Cu-Sn-Al sous forme d'une électrode d'apport finie dont la fabrication serait difficile, mais dans lequel on forme directement cet alliage sur le corps support. A cet effet, on fait fondre simultanément deux ou plusieurs matières premières d'apport de soudage de composition différente sous forme de fils ou de bandes à base de bronze d'étain et de bronze d'aluminium à l'arc électrique suivant le procédé de soudage métal/gaz inerte, sous poudre protectrice ou autres. Par exemple, pour la fabrication du corps composite suivant l'invention, on a constaté qu'il était particulièrement approprié d'adopter le procédé de soudage à deux fils "métal/gaz inerte" avec des matières premières d'apport connues du type Cu-Sn avec 7 - 14 % de Sn et du type Cu-Al avec 8 - 12 % d'Al. Le nickel, le cobalt, le fer, le manganèse et d'autres éléments d'alliages ne présentent aucun inconvénient. De façon étonnante, lors de la fusion simultanée dans le procédé de soudage électrique, malgré la courte fonction de temps, dans ce procédé, les deux matières premières d'apport décrites forment une soudure uniforme avec de hautes teneurs en étain et en aluminium de système Cu-Sn-Al, une addition de 1 - 5 % de fer comme élément d'affinage étant favorable. L'absorption de fer a lieu principalement dans la première couche par mélange à partir du corps de base lors du soudage, la teneur en cuivre de l'alliage obtenue étant réduite d'une manière correspondante vis-à-vis des limites indiquées de 85 - 92 %. Les matières premières d'apport de soudage doivent contenir ensemble les matières de désoxydation nécessaires pour la purification et le calmage du bain de fusion, en particulier, 0,05 - 0,5 % de silicium et, au maximum, 0,05 % de phosphore. L'invention sera décrite ci-après d'une manière plus détaillée par des exemples de réalisation, le dessin annexé illustrant schématiquement et à titre d'exemple le système adopté lors du procédé de soudage à deux fils "métal/gaz inerte" pour la fabrication du corps composite suivant l'invention. De façon étonnante, lorsqu'on l'emploie comme électrode conductrice de courant, le bronze d'aluminium produit une meilleure pénétration et il peut être soudé à une intensité de courant de 110 A/mm2. Une électrode 1 en bronze d'aluminium forme un arc électrique 3 avec un corps de base 6 réalisé en une matière première à base de fer. Dans cet arc électrique 3, on fait fondre le bronze d'étain 2 introduit sous forme d'un fil froid 2. Le bronze d'étain ajouté 2 se mélange, dans la masse fondue 4, avec le bronze d'aluminium pour former une matière première homogène 5 du type Cu-Sn-Al et il se soude au corps de base 6. De façon étonnante, le soudage "métal/gaz protecteur" avec apport d'un fil froid permet de réaliser, avec la nouvelle matière première de type Cu-Sn-Al, des assemblages sans défaut, sans pénétration et sans modification dans la zone de transition. Pour la qualité du procédé et des électrodes, il importe que l'alliage d'enduction ait une composition uniforme et qu'il ne se forme aucune inclusion d'oxyde, ni aucun pore. Le bain de fusion est fluide et il s'allie sur une large zone avec la matière première de base sans faire fondre cette dernière. Suivant ce procédé de soudage, on peut même réaliser des blindages en une couche sur des matières premières d'une mauvaise aptitude au soudage électrique telle que, par exemple, la fonte grise ou la fonte nodulaire.En modifiant la section transversale du fil ou la vitesse d'avancement, on peut régler le bain de fusion désiré, la composition et l'épaisseurde la couche d'enduction. On donnera ci-après quelques exemples de réalisation de corps composites suivant l'invention. EXEMPLE 1. Utilisation d'une électrode en fil en bronze d'aluminium contenant 8 % d'Al, ainsi que d'un fil de soudage en bronze d'étain contenant 12 % de Sn. Composition de la couche d'enduction : 4 - 5 % de Sn 4 - 5 % d'Al 1 - 2 % de Fe. Après un traitement de recuit à 7500C et un refroidissement ultérieur à l'eau, l'alliage de cuivre contenant du Cu - 5 % de Sn et 5 % d'Al conserve les mêmes valeurs de résistance et d'allongement dans la texture alpha à une phase. A de nombreux égards, ainsi que par sa couleur jaune, la nouvelle matière première ressemble au laiton ; toutefois, dans le cas du laiton, on ne peut adopter qu'un soudage au gaz. Cet alliage est approprié pour le soudage de la fonte nodulaire ou de l'acier, lorsqu'on doit effectuer un traitement de recuit, ainsi que pour le soudage de la fonte grise. EXEMPLES : Curseurs, bagues d'étanchéification. EXEMPLE 2. Utilisation d'une électrode en fil en bronze d'aluminium contenant 10 % d'Al, ainsi que d'un fil de soudage en bronze d'étain contenant 14 7 de Sn. Composition de la couche d'enduction : 4 - 5 % de Sn 6 - 7 % de AI 2 - 3 % de Fe. Une soudure contenant du CU - 5 7 de Sn et 7 7 d'Al possède une remarquable stabilité au glissement et à la corrosion. Des essais comparatifs ont démontré que ce type d'alliage atteignait, dans l'eau de mer aérée, une stabilité pouvant être comparée avec celle de l'alliage Cu - 30 7 de Ni. Les valeurs techniques 2 sont les suivantes : résistance à la traction 46 Kp/mm ; allongement = Il % dureté Brinell = 131. Cet alliage est approprié pour l'enduction de surfaces de glissement, ainsi que pour la formation de revêtements métalliques anticorrosifs dans les armatures et la construction. EXEMPLES : Coussinet de glissement pour aiguillages, éléments de paliers, pa les de mélangeurs. EXEMPLE 3. Utilisation d'une électrode en fil en bronze d'aluminium contenant 12 7 d'Al, ainsi que d'un fil de soudage en bronze d'étain contenant 14 % de Sn. Composition de la couche d'enduction : 6 - 7 % de Sn 6 - 7 % d' Al 2 - 3 % de Fe. Comme autre variante, on mentionnera l'alliage à deux phases Cu - 7 % de Sn et 7 % d'Al ayant une haute résistance à l'usure. Avec une dureté Brinell de 200, ce type d'alliage est employé de préférence, pour les fortes sollicitations de pression et de friction. Il est approprié pour l'application de couches résistant à la pression et à l'usure sur des matières premières à base de fer dans les éléments de machines. EXEMPLES : rails de guidage, articulations d'accouplement. Lors du procédé de soudage à deux fils "métal/gaz inerte", on ne rencontre aucune difficulté pour maintenir exactement la composition désirée de l'alliage de soudure dans l'intervalle choisi. L'invention est particulièrement intéressante du fait que l'on peut faire fondre exactement à l'arc électrique les différentes matières premières du système Cu - Sn - Al avec des matières premières d'apport connues du type Cu - 12 - 14 % Sn et Cu - 8 - 12 % d'Al. REVENDICATIONS 1. Corps composite constitué d'une matière première à base de fer et d'une couche d'enduction comprenant un alliage de cuivre soudé contenant 83 - 92 % de cuivre, ce corps composite étant employé comme élément de glissement, en particulier, pour les coussinets de glissement d'aiguilles de rails, caractérisé en ce que la couche d'enduction (5) contient 3 - 8 % en poids d'étain et 4 - 9 % d'aluminium. 2. Corps composite suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la teneur en étain est de 3 - 6 % en poids. 3. Corps composite suivant l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu on remplace jusqu'à 5 % de la teneur en cuivre par du fer. 4. Procédé de formation d'un corps composite suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on fait fondre simultanément à l'arc électrique des matières premières d'apport de soudage du type bronze d'étain et du type bronze d'aluminium. 5. Procédé suivant la revendication 4, caractérisé en ce qu'on fait fondre simultanément à l'arc électrique une ou plusieurs électrodes en bronze d'aluminium et une ou plusieurs matières premières d'apport non conductrices en bronze d'étain. 6. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que le bronze d'aluminium contient 8 à 12 % d'hl, tandis que le bronze d'étain contient 7 - 14 % de Sn.