Brevet FR2209850A1 — publié le 19740705

La présente invention concerne les matériaux composites résistants à l'usRre, servant à recharger les surfaces (dont on cherche à améliorer la résistance mécanique) de pièces de matériels métallurgiques et chimiques tels que les canes des appareils coupe-etcône et les clapets de hauts fourneaux, qui fonctionnent dans des conditions d'usure par abrasion intense dans un écoulement gazeux à des températures ordinaires ou élevées, ainsi que les éléments soumis à l'usure par frottement tels que les cylindres de laminoirs, les mélangeurs ou les organes des engins de terrassement, de véhicules, etc. A l'heure actuelle on utilise, en tant que matériaux protecteurs de la surface desdits éléments contre l'usure, des alliages du type "sormite" (fonte spéciale soviétique contenant une forte proportion de chrome, du nickel, du silicium et du manganèse), ainsi que l'alliage connu sous la dénomination commerciale "Colmonoy". Ces alliages présentent une tenue à l'usure améliorée par comparaison à d'autres matériaux résistants à l'usure connus, mais quand on les utilise pour le rechargement, la couche d'apport se fissure et présente aussi d'autres défauts. On connais par exemple un matériau composite résistant à l'usure, qui contient des particules de composés chimiques réfractaires, notamment de carbures de tungstène coulés, et, comme matrice, un agglomérant à base de cuivre (cf. le brevet de la R.D.A. NO 79 408). Ce matériau présente une résistance à l'usure plus élevée que les matériaux connus résistants à l'usure et utilisés pour le rechargement, notamment les fontes spéciales du type "sormite" et le 'tcolmonoy". Toutefois, la fabrication de ce dernier alliage exige la mise en oeuvre d'un constituant difficilement disponible et onéreux tel que le tungstène. Etant donné la demande considérable de matériaux de rechargement composites résistants à l'usure, il est devenu indispensable de créer un matériau nouveau à base de constituants largement répandus et. relativement bon marché. Le manque d'un matériau de ce genre crée des difficultés qui ne permettent pas, notamment, d'assurer la longévité nécessaire aux pièces et qui entraînent des temps morts excessifs des matériels, par suite des rechanges et des réparations des pièces usées. La présente invention vise à éliminer les inconvénients susdits. On s'est donc proposé de créer un matériau composite résistant à usure, caractérisé par une composition permettant d'en augmenter la résistance à l'usure par comparaison aux matériaux analogues connus, d'en réduire le prix de revient et d'en étendre le domaine d'application. Ce problème a été résolu par la création d'un matériau composite résistant à l'usure, qui contient des particules de composés chimiques réfractaires et une matrice agglomérante, et dans lequel, suivant l'invention, lesdites particules contiennent (en poids) 7 à 30 % de chrome, 40 à 60 % de titane, 30 à 40 % de bore ces particules ayant des dimensions de 0,3 à 2 mm et étant prises dans des proportions de 40 à 80 %0 en volume, le complément étant formé par la matrice agglomérante. Dans le matériau conforme à l'invention on utilise, pour préparer les particules de composition chimique indiquée, des matières premières bon marché au lieu du tungstène onéreux et difficilement disponible. Ledit matériau composite contient jusqu'à 80 % de particules de composés réfractaires qui présentent d'excellentes caractéristiques mécaniques et sont solidement retenus au sein de la matrice agglomérante, aussi dépasse-t-il par sa résistance à l'usure les matériaux composites bien connus, utilisés actuellemeht pour le rechargement. Comme matrice agglomérante on peut utiliser dans le matériau composite revendiqué résistant à l'usure des alliages légers déjà connus. Il est préférable que la matrice agglomérante contienne, en poids : 30 à 65 % de cuivre, 10 à 35 % de nickel et 10 à 35 % de manganèse. Une telle composition chimique confère une bonne mouillabilité à la surface rechargée et aux particules solides entrant dans la composition du matériau, contribue à les dissoudre légèrement et confère de la plasticité au matériau composite résistant à l'usure, tout en réduisant sa tendance à la fissuration. la matrice agglomérante peut contenir, en poids.: 12 à 25 ffi de chrome, 1,5 à 4 % de silicium, 1 à 4 ffi de bore, le complément étant. du nickel. Cette matrice agglomérante est moins onéreuse et améliore davantage la résistance à l'usure du matériau composite. Toutefois, elle n'est apte qu'au rechargement de pièces de petites dimensions, car elle tend à se fissurer. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre de plusieurs exemples non limitatifs de réalisation du matériau résistant à l'usure. EXEMPLE 1. On recharge des clapets de hauts fourneaux avec un matériau conforme à l'invention, contenant 40 ,' en volume, de particules de composés chimiques durs ayant des dimensions de 0,3 à I mm et comprenant les éléments suivants (en poids) : chrome - 7 %, titane - 53 % et bore - 40 %, le complément étant constitué par une matrice agglomérante qui contient (en poids) cuivre - 30 %, nickel - 35 % et manganèse - 35 %. La durée de service d'un clapet rechargé avec le matériau indiqué est de 8 à 10 mois dans des conditions d'usure par abrasion dans un écoulement gazeux, alors qutune surface de clapet rechargée avec du "sormite" dans ces mêmes conditions résiste à un service continu pendant trois à quatre mois au maximum. EXEMPTE 2. On recharge des clapets de hauts fourneaux avec un matériau contenant 80 , en volume, de particules de composés chimiques durs ayant des dimensions de t à 2 mm et comprenant les éléments suivants (en poids) : chrome 30 %, titane 40 %, bore 30 %, le complément étant constitué par une matrice agglomérante qui contient (en poids) : cuivre - 65 ffi , nickel - 25 %, et manganèse - 10 k, La durée de service d'un clapet rechargé avec le matériau indiqué est de 8 à 10 mois dans des conditions d'usure par abrasion dans un écoulement gazeux, alors que la surface d'un clapet rechargée avec du "sormitew dans ces mimes conditions résiste à un service continu pendant trois ou quatre mois au maximum. EXEMPLE 3. On recharge des clapet. de hauts fourneaux avec un matériau qui contient 50 %, en volume, de particules de composés chimiques durs ayant des dimensions de 0,3 à 1 mm et comprenant (en poids) chrome - tOs, titane - 60 %, bore - 30, et, en -outre, une matrice agglomérante qui contient (en poids) : cuivre - 60%, nickel - 20 , et manganèse - 20 %. La durée de service d'un clapet rechargé avec le matériau indiqué est de 18 9 20 mois, alors qu'une surface rechargée avec du "sormite" dans les mêmes conditions résiste à un service continu pendant trois à quatre mois au maximum. EXEMPLE 4. On recharge des clapets de hauts fourneaux avec un matériau contenant 50 %, en volume,'de particules de composés chimiques durs ayant des dimensions de 0,3 à 2 mm et comprenant (en poids) chrome - 30 %, titane - 40%, bore - 30 %0, la matrice agglomérante contenant (en poids) : cuivre - 65 %, nickel - 25% et manganèse - 10 %. La durée de service d'un clapet rechargé avec le matériau indiqué dans des conditions d'usure par abrasion dans un écoulement gazeux est de 9 à 10 mois,-alors qu'une surface rechargée avec du "sormite" dans les mêmes conditions résiste à un service continu ne dépassant pas trois ou quatre mois. EXEMPLE 5. On recharge un ouvrage avec un matériau contenant 5O', en volume, de particules de composés chimiques durs ayant des dimensions de 0,3 à 0,7 mm et comprenant (en poids) : chrome - 20%, titane - 40 et bore - 40, la matrice agglomérante contenant(en poids) chrome - 12%, silicium - 1,5%, bore - 1%, nickel - 85,5 %. La tenue de la surface dans des conditions d'usure par abrasion dans un écoulement gazeux est de 9 à 12 mois, alors qu'une surface rechargée avec du "sormitet' dans les mêmes conditions résiste à un service continu ne dépassant pas quatre mois. EXEMPLE 6. On recharge des clapets de hauts fourneaux avec un matériau contenant 50%, en volume, de particules de composés chimiques durs ayant des dimensions de 0,3 à 0,7 mm et comprenant les éléments suivants (en poids) : chrome - 10, titane - 50%, bore - 40%. En outre, le matériau contient une matrice agglomérante contenant (en poids) chrome - 35) silicium - 4%, bore - 4, nickel - 67fui. La tenue de la surface dans des conditions d'abrasion en présence d'un écoulement gazeux est de 12 à 14 mois, alors qu'une surface rechargée avec du "somite'1 dans les mêmes conditions résiste à un service continu pendant quatre mois au maximum. Comme le montrent les exemples ci-dessus, les essais ont prouvé que le matériau composite qui vient d'être décrit présente une haute résistance à l'usure. il ne contient pas de constituants onéreux ou difficilement disponibles, et peut, par conséquent, trouver de larges applications. En outre, ce matériau peut servir au rechargement par des procédés variés et sous les formes les plus diverses, notamment sous forme de granules, à l'état broyé, en fil de poudre ou d'électrode coulée. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tou-s les moyens constituants'des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son-esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Matériau composite résistant à l'usure, du type comprenant des particules de composés chimiques réfractaires et une matrice agglomérante, caractérisé en ce que lesdites particules contiennent (en poids) 7 à 30 eSo de chrome, 30 à 40 % de bore, le complément étant constitué par du titane, lesdites particules étant en dimensions de 0,3 à 2 mm et étant introduites à raison de 40 à 80 %, en volume, le complément étant constitué par la matrice agglomérante. 2. Matériau composite résistant à l'usure suivant la revendication 1, caractérisé en ce que sa matrice agglomérante contient (en poids) 10 à 35 de nickel, 10 à 35% de manganèse, le complément étant constitué par du cuivre. 3. Matériau composite résistant à l'usure suivant la revendication 1, caractérisé en ce que sa matrice agglomérante contient (en poids) 12 à 25 de chrome, 1,5 à 4% de silicium, t à 4 % de- bore,- le complément étant du nickel