Brevet FR2199008A1 — publié le 19740405

La présente invention, due à la collaboration de Monsieur Roger HUET, a trait à un procédé de garnissage d'une pièce en alliage ferreux par un alliage cuivreux et plus particulièrement à un procédé de réalisation d'une pièce de forme complexe, en bi-métal, le corps de la pièce étant constitué dlun alliage ferreux, par exemple en acier/fonte et les surfaces frottantes ou conductrices étant recouvertes d'un alliage cuivreux, par exemple du bronze à l'étain ou au plomb. Les pièces bimétalliques permettent de bénéficier des avantages inhérents à chacun de leurs constituants, en 1 'occur- rence des qualités de bonne conduction de l'électricité ou des qualités frottantes des alliages cuivreux et de la résistance mécanique et du faible cotit des alliages ferreux. Dans certaines applications il convient néanmoins d'assurer une liaison parfaite entre les deux alliages et la présente invention a pour but de permettre d'obtenir une liaison sous forme de solution solide à l'interface des alliages juxtaposés. Le procédé selon l'invention est caractérisé par le fait que la pièce est soumise à un nettoyage mécanique, suivi d'un décapage chimique, avant de revêtir les surfaces ne devant recevoir de garnissage, d'un poteyage et que la pièce poteyée est par la suite soumise à un étamage au trempé avant d'tre placée dans un moule recevant une coulée dudit alliage cuivreux dans des conditions assurant à l'interface des alliages cuivreux et ferreux une température supérieure au liquidus de l'alliage cupro-fer et une liaison sous forme de solution solide dépourvue de solution de continuité entre la pièce et le garnissage. Au cours d'une première phase de préparation des surfaces de la pièce en alliages ferreux à garnir, la pièce est correctement décapée mécaniquement, par exemple à l'aide d'un sablage ou d'un grenaillage très puissant, pour éliminer toute trace d'oxyde sur les surfaces qui devront être recouvertes avec un alliage cuivreux. Ensuite la pièce est immergée dans un bain comportant 60 % d'acide chlorhydrique et 40 % de chlorure de zinc, dans lequel un morceau de zinc est placé pour créer un dégagement d'hydrogène naissant, et faire tendre la proportion de chlorure de zinc vers le maximum de 75 %. Le poids de zinc ajouté est donc calculé en tenant compte du volume d'acide contenu dans le bac de traitement. La pièce reste immergée dans le bain ainsi obtenu pendant une dizaine de minutes, pour qu un décapage chimique actif soit réalisé. Dès la sortie du bain de décapage, la pièce est convenablement égouttée et chauffée en atmosphère neutre à 150 , avant de recevoir une pulvérisation de poteyage graphité du commerce appliquée sur les surfaces qui ne devront pas être garnies de l'alliage cuivreux. L'épaisseur et l'adhérence du poteyage protecteur doivent être suffisantes pour que le passage ultérieur de l'alliage cuivreux liquide ne puisse provoquer de décollement local du poteyage et une adhérence accidentelle d'alliage cuivreux. Il faut bien évidemment veiller à éviter toute projection de poteyage sur les surfaces à garnir, de façon que celles-ci puissent Autre exemptes de tout corps étranger, qui pourrait s'interposer entre les alliages ferreux et cuivreux, et favoriser dessolutions de continuité, rédhibitoires à la qualité des pièces produites. Une deuxième phase du procédé consiste en un étamage au trempé de la pièce en alliage ferreux qui, après chauffage en atmosphère neutre à 1500, est immergée, dès la sortie du four de préchauffage, dans un bain d'étain liquide, maintenu à une température constante de 3200. Pour permettre à l'étain d'adhérer facilement sur la surface à garnir, la pièce, tenue dans une pince spéciale portant uniquement sur la surface protégée au poteyage graphité, est par ailleurs animée d'un mouvement de va et vient, pour qu'une convection d'étain liquide s'établisse au droit des surfaces non protégées. Avant d'extraire la pièce étamée du bain d'étain liquide, la surface de ce bain est convenablement écrémée de toutes les traces d'oxydes, pour que la sortie de la pièce ne puisse en tratner sur la surface étamée des adhérences d'oxydes, qui provoqueraient des solutions de continuité à l'interface des alliages ferreux et cuivreux. Les surfaces étamées doivent donc se présenter particulièrement propres, et aucune trace de non-adhérence d'étain ne doit être décelée lors d'un examen visuel, au moment de la sortie du bain d'étain. Le garnissage en alliage cuivreux de la pièce étamée steffectue au cours d'une troisième phase. A cet effet, la pièce sortant du bain d'étain à une température d'environ 3000 est immé diatement placée dans un moule, dans lequel est ménagée une empreinte, qui correspond avec précision au dimensionnement de la pièce à garnir, y compris l'épaisseur d'alliage cuivreux qui restera en définitive adhérente. Le premier flot d'alliage cuivreux sert au lavage et au réchauffage des surfaces à garnir et est recueilli par des masselottes dégorgeoirs dont le volume est calculé, pour permettre aux surfaces lavées par l'alliage cuivreux d'arriver superficiellement à une température supérieure au liquidus de l'alliage cupro-fer de liaison. En pratique, l'obtention d'une adhérence parfaite du garnissage révèle ou confirme qu'une température minimum convenable a été atteinte, et qu'ainsi les masselottes placées en aval sont d'un volume suffisant. Des calculs thermiques permettent de déterminer le volume de métal, qui doit passer sur une pièce de masse et de conductibilité thermique définie pour provoquer sur la surface lavée une élévation de température appropriée à la formation de l'alliage cuivre/fer avec une marge de sécurité suffisante, mais de simples essais d'adhérence permettent de constater facilement si le lavage a permis d'atteindre la température du liquidus. Après coulée de l'alliage cuivreux, la pièce est laissée au repos jusqu'à solidification complète et refroidissement lent à la température ambiante. Les masselottes sont séparées de la pièce garnie, par des moyens mécaniques évitant les chocs, susceptibles de solliciter au-delà de la rupture, la solution solide de liaison. La conformation définitive de la pièce est réalisée par usage de la manière usuelle. Les contrôles d'adhérence peuvent être effectués, par exemple à l'aide d'ultra-sons, et sont destinés à révèler la présence éventuelle de solution de continuité, jugée rédhibitoire pour la qualité des pièces obtenues. Le procédé selon l'invention permet d'obtenir des pièces bimétalliques à adhérence parfaite aux interfaces entre les deux métaux ou alliages et il est particulièrement approprié à la fabrication de pièces présentant des surfaces soumises à des frottements. A titre d'exemple non limitatif il sera décrit par la suite, en référence au dessin annexé, un procédé de garnissage par moulage d'alliage cuivreux d'un corps de pompe à barillet, la figure unique représentant schématiquement en coupe un moule recevant le corps de pompe en vue de la coulée de l'alliage cuivreux. Sur la figure une pièce 1 en alliage ferreux, en ltoccurrence un corps de pompe à barillet, présente des évidements cylindrique 1 formant, après garnissage d'un alliage cuivreux, les cylindres de la pompe. Les evidements 12 communiquent par des conduits 14 avec une face plane supérieure 16 du corps 10, laquelle face. garnie d'alliage cuivreux, constitue la surface de butée du répartiteur de la pompe. Avant de placer la pièce 10 dans le moule 18, celleci est nettoyée mécaniquement et chimiquement de la manière susmentionnée; les faces latérale cylindrique 20 et inférieure 22 sont revêtues d'un poteyage (non représenté), empêchant par la suite toute adhérence de l'alliage cuivreux et les autres faces externes et internes sont étamées au trempé. La surface interne des conduits 14 peut éventuellement être poteyée si un garnissage d'alliage cuivreux ntest pas exigé. Le moule 18, en sable et en deux parties, présente une empreinte qui correspond exactement au contour de la pièce 1C, y compris ltépaisseur du garnissage d'alliage cuivreux, notamment sur la face 16. Adjacent à cette dernière face 16 est ménagé un volume dégorgeoir 24 qui recueille le premier flot d'alliage cuivreux servant au lavage et au réchauffage des surfaces à garnir. Dans l'exemple illustré par la figure, le moule 18 comporte des attaques 26 de coulée en source qui amènent le métal liquide au droit des évidements 12. La pièce 10, chauffée à une température voisine de 300 , est placée dans le moule 18 et l'alliage c ixreux liquide, coulé par les attaques 26, pénètre dans le volume 24 en traversant les évidements 12 et les conduits 14, dont les surfaces sont lavées et réchauffées au passage du metal liquide. Le premier flot de coulée, ayant servi à ce lavage, remplit le volume dégorgeoir 24, dont la capacité est choisie pour obtenir un réchauffage judicieux des surfaces à garnir à une température supérieure au liquidus de l'alliage cupro-fer. Après la coulée, le refroidissement lent et le démoulage de la pièce 10, les masselottes, formées dans le volume 28 et dans les attaques 26, sont enlevées mécaniquement de la manière usuelle. La face garnie 16, ainsi que les surfaces internes des cylindres 12 et éventuellement des conduits 14, sont usinées pour donner au corps de pompe 10 la forme définitive. Des essais d'adhérence permettent de contrôler la formation d'une liaison solide entre les deux alliages, garantie de la qualité de la pièce. L'invention ntest bien entendu nullement limitée au procédé plus particulièrement décrit en référence au dessin annexé, mais elle s'étend à toute variante et à toutes les pièces bimétalliques coulées selon ce procédé. REVENDICATI ONS 1. Procédé de garnissage d'une pièce en alliage ferreux par un alliage cuivreux, caractérisé par le fait que la pièce est soumise à un nettoyage mécanique, suivi d'un décapage chimique, avant de revêtir les surfaces ne devant recevoir de garnissage d'un poteyage et que la pièce poteyée est par la suite soumise à un étamage au trempé avant d'être placée dans un moule recevant une coulée dudit alliage cuivreux dans des conditions assurant à l'interface des alliages cuivreux et ferreux une température supérieure au liquidus de l'alliage cupro-fer et une.liaison sous forme de solution solide dépourvue de solution de continuité entre la pièce et le garnissage. 2. Procédé de garnissage selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la coulée est opérée dans des conditions assurant un lavage des surfaces à garnir par un flot d'alliage cuivreux liquide réchauffant les surfaces superficiellement à la température appropriée. 3. Procédé de garnissage selon la revendication 1 ou 2, caractérisd par le fait que la solution solide de liaison entre la pièce et le garnissage et l'absence de solution de continuité sont contrôlées par des mesures de l'adhérence mécanique du garnissage. 4. Pièce en alliage ferreux revêtue d'un garnissage par un procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que les surfaces soumises à des efforts de friction sont revêtues d'un garnissage en alliage cuivreux. 5. Pompe à barillet en alliage ferreux, caractérisée par le fait que les surfaces des cylindres du barillet sont chemisées par un garnissage en alliage cuivreux par un procédé selon l'une des revendications 1 à 3.