Brevet FR2285468A1 — publié le 19760416

L'invention se se rapporte d'une manière générique b un procédé de fabrication de pièces alliées en acier fritté, selon lequel on réalise tout d'abord un ferro-alliage b partir des élé- ments alliage de la pièce d'acier fritté ainsi qu'b partir de fer et de carbone, on concasse et on broie ce ferro-alliage en une poudre de pré-alliage, on mélange cette dernière aveo de la poudre de fer ductile, on presse le mélange et on procède à son frittage. t1 expression "ferro-alliage" désigne ici des alliages de fer et de métaux tels que le chrome, le manganèse, le molybdène, le vanadium, le niobium, contenant le plus souvent moins et notablement moins de 50% de fer. t1 invention se rapporte en outre à une poudre de pr*- alliage permettant de mettre en oeuvre un tel procédé. Le procédé du genre considéré concerne la fabrication de pièces en acier fritté à partir d'alliages qui sont connus en tant qu'aciers à outils et.aciers rapides et qui contiennent, en tant qa'éléments d'alliage, du chrome, du tungstine, du vanadium et du molybdène, du titane, du tantale ou du niobium, mais pas de manganèse. Ainsi sont aussi constituées les poudres.L'objet des mesures génériques est en effet l'utilisation de ferro-alliages complexes, réalisés par fusion et contenant 1 à 15% de carbone, 5 i 30% de chrome, 1 a 35P de tungstène, 1 i 25% de vanadium et un ou plusieurs des éléments suivants :: du molybdène (jusqu'à 30%)m du titane (jusqu'à 15%), du tantale (jusqu'à 15%), du niobium (jusqu'à 15%), du fer pour le reste avec des impuretés conditionnées par la fusion, qui sont lis sous forme de poudre par broyage ou atomisation, en tant que matière preribre pour la fabrication, dans le cadre de la métallurgie des poudres, d'aciers à outils et d'aciers rapides. tes éléments d'alliage sont présents sous la forme de carbures dans ces ferro-alliages, mais aussi dans les pièces d'acier fritté fabriquées à partir de ceux-ci. Ces carbures ne subissent aucune transformation au cours de la fsbrication des pièces par frittage. La teneur en carbone des pièces achevées en acier fritté est obtenue en ajoutant du graphite en quantité convenable au mélange pulvérisé à presser. Toutes ces dispositions ont fait leurs preuves t toute- fois, elles sont limitées à la fabrication d'aciers à outils et d'aciers rapides. Par contre, l'invention a trait à la fabrication de pièces en acier fritté qui ne présentent pas la composition des aciers à outils et des aciers rapides mentionnes, mais pluttt celle d'aciers de construction alliés usuels, contenant princi- paiement du manganèse et du chrome et/ou du vanadium et/ou du molybdène (cf. "Stahlschlüssel 1968, Vergütungsstähle und Automatenstähle"). Ces alliages sont fondus de la manière habituelle. La fabrication selon le procédé générique d'aciers à outils et d'aciers rapides à partir de ferro-alliages est relativement récente. Dans la mesure où l'on a réalisé d'autres aciers alliés par la métallurgie des poudres, on opère avec des alliages complètement alliés préparés par voie de fusion, qui sont ensuite mis sous la forme voulue de poudre par atomisation. Ces poudres d'alliage offrent la composition complète de l'acier à fritter, mais présentent l'inconvénient de contenir une importante proper- tion d'oxygène ta teneur en oxygène affecte les caractéristiques mécaniques des pièces achevées.D'autre part, le pressage néces- site des pressions très élevées, qui sont le double des pressions usuelles dans la métallurgie des poudres de fer. Si l'on opère avec des pressions plus faibles, les degrés de résistance méca- nique obtenus sont insuffisants. I1 n'est absolument pas possible de réaliser de la manière décrite des aciers qui -- contiennent, en tant qu'éléments alliage, du manganèse et du chrome et/ou du vanadium. En fait, il est très difficile d'éviter. sous l'atmos- phare de frittage utilisée en pratique, une oxydation du chrome ou du manganèse ajoutés.Une réduction d'oxydes introduits de ces éléments d'alliage ne peut être réalisée dans le four industriel de frittage. Au moins lorsquton essaye d'opérer avec des additions de manganèse et de chrome et/ou de vanadium, les degrés de rOsis- tanoe obtenus par le procédé connu sont de ce fait insuffisants. t'invention a pour but de créer un procédé de fabrica- tion de pièces d'acier fritté alliées contenant du manganèse et du chrome et/ou du vanadium, qui conduise à des produits satis- faisant à toutes les exigences en ce qui concerne la résistance mécanique et la densité et pouvant de plus être pressés d'une manière simple. t'invention a en outre pour but de définir des poudres particulièrement appropriées à la mise en oeuvre du procédé. A partir du procédé générique décrit, l'invention consiste en ceci qu'on réalise un ferro-alliage sentement les éléments d'alliage désirés dans la pièce d'acier fritté, manganèse plus chrome ou manganèse plus vanadium, sous forme de carbures métalliques complexes du manganèse plus du chrome ou du manganèse plus du vanadium, ainsi que la plus grande partie possible de la quantité totale du carbone désirée dans la pièce d'acier fritté, qu'on soumet ce ferro-alliage complexe à un concassage usuel, puis qu'on le broie, en présence d'un fluide de protection, en une poudre de pré-alliage de granulométrie inférieure à 10 microns, de préférence inférieure à 5 microns, qu'on mélange avec de la poudre de fer ductile la poudre de pré-alliage en fonction de la composition désirée pour la pièce d'acier fritté, qu'on presse le mélange sous les pressions usuelles dans la métallurgie des poudres de fer d'environ 500 MN/m2, et qu'on procède au frittage à des températures comprises entre 11500C et 1300"C. De préférence, la température de frittage atteint 128000. D'autre part, on opère selon la métallurgie des poudres dans le cadre du procédé selon l'invention comme il est usuel dans la métallurgie des poudres de fer. Selon une forme préférée de l'invention, on réalise un ferro-alliage complexe qui contient, à ctté des éléments d'alliage manganèse plus chrome ou manganèse plus vanadium dans les carbures métalliques complexes, également un ou plusieurs des éléments d'alliage molybdène, vanadium ou niobium. D'autre part, il est recommandé d'introduire, au moyen du ferro-alliage, donc au moyen de la poudre de ferro-alliage, dans la pièce d'acier fritté 60 de la teneur en carbone désirée sous forme combinée (et non pas sous forme d'addition graphitique). On entend par "carbures métalliques complexes", dans le cadre de l'invention, des carbures comprenant au moins deux des éléments indiqués et du fer, le plus souvent sous forme de cristaux mixtes. L'invention a pour origine la constatation du fai surprenant qu'un ferro-alliage qui se compose des carbures métalligues complexes indiqués n'absorbe pas oxygène, ou tout au moins pas d'une manière gênante, lors du concassage. La poudre de pré-alliage peut donc, lorsqu'on opère avec un fluide de protection pap broyage à une granulométrie inférieure à 10 microns, de préférence inférieure à 5 microns, zetre ajustée sans difficulté à une teneur en oxygène inférieure à 0,2%, moeme lorsque le broyage est exécuté d'une manière extrtmement fine. La poudre de préalliage, à transformer dans le cadre du procédé selon l'invention, possède une résistance à l'oxydation tout à fait surprenante, et cela jusqu'à des températures de 12000C et plus. I1 n'apparaît plus d'inconvénients du fait d'une teneur élevée en oxydes dans la poudre à presser sous forme de pièces d'acier fritté ni aucunes conséquences fâcheuses pour la résistance des pièces en acier fritté fabriquées. On peut admettre que les carbures métalliques complexes de manganèse plus chrome ou de manganèse plus vanadium, en particulier en combinaison avec l'ajustement indiqué de la teneur en carbone, constituent une protection supplémentaire contre l'oxydation, efficace même en cas de broyage extrêmement fin.Lors du frittage, les éléments d'alliage diffusent très facilement, de sorte qu'on obtient dans la pièce achevée en acier fritté une répartition très homogène des éléments, ce qui influence avantageusement les caractéristiques mécaniques, par exemple la résistance et la trempabilité. Les éléments d'alliage ne se présentent plus, dans la pièce achevée en acier fritté, sous la forme de carbures dans laquelle ils ont été introduits. Le procédé connu ne suggère nullement la solution au problème auquel s'attaque l'invention; selon le procédé générique, il est enseigné en effet d'opérer avec des ferro-alliages complexes qui contiennet des éléments d'alliage sous forme de car sures tandis que la pièce achevée en acier fritté doit alors comporter ces carbures. Par contre, les éléments d'alliage ne se presentent plus, dans les pièces en acier fritté fabriquées selon le procédé conforme à l'invention, ou au moins plus notablement, sous forme oes carbures; L'invention a également pour objet une poudre de préalliage permettant de réaliser des pièces d'acier alliées conformément au procédé décrit.Elle se compose d'un ferro-alliage complexe broyé qui contient deux ou plusieurs métaux, présents sous forme de carbures, du groupe comprenant le manganèse, le chromez le molybdène, le vanadium et le niobium, qui se présente avec ine granulométrie inférieure à 10 microns, de préférence in férieure à 5 microns, comporte une teneur en oxygène inférieure à 2,%, de préférence inférieure à 0,15 et possède une résis tance elevée à a l'oxydation à des températures atteignant 12000C. Ure poudre de pré-alliage bien adaptée au procédé selon l'invention se compose soit de 20 à 25% de manganèse, de 20 à 25% de chrome, de de à à 8% de carbone, de fer pour le reste et d'impure conditi onées par la fusion, soit de 30 à 35% de manganèse, 35 à 45% de chrome, de 5 à 7% de carbone, de fer pour le reste t d'impuretés conditionnées par la fusion, soit de 20 à 25% de manganèse, de 2(3 à 25 de chrome, de 20 à 25% de molybdène, de 6 à 8% de carbone, de fer pour le reste et d'impuretés conditionnées par la fusion, soit de 30 à 50% de chrome, de 40 à 20% de molybdène, de 5 à 8% de carbone, de fer pour le reste et d'impuretés conditionnées par la fusion, soit de 20 à 25% de molybdène, de 20 à 25% de vanadium et/ou de niobium, de 20 à 25% de manganèse, jusqu'd 7% de carbone, de fer pour le reste et d'impuretés conditionnées par la fusion. La description qui va suivre, en référence aux exemples indiqués à titre non limitatif, permettra de bien comprendre comment l'invention peut être mise en pratique. Exemple 1 I1 peut s'agir de fabriquer une pièce en acier fritté qui contienne, en tant qu'éléments d'alliage, du manganèse plus du chrome et en outre du molybdène. On mélange intimement une poudre de fer du commerce avec une poudre de carbures métalliques complexes selon l'invention dans la proportion de 96% à 4% et on presse, en une piece moulée, par exemple une roue dentée, sous une pression de 500 MN/m. La poudre de carbures métalliques complexes contient 21% Cr, 20,8% Mn, 23,1% Mo ainsi que 7,8 C. te broyage des carbures métalliques complexes est effectué dans un broyeur à une granulométrie de 3 microns selon FSSS. ta teneur en oxygène de la poudre est de 0,16%. On décèle dans les phases carburées (Fe, Mn, Cr)7C3 et bêta-Mo2C. On procède au frittage à 125 C dans des fours de frittage usuels, par exemple dans un four à longerons mobiles sous atmosphère d'ammoniac en dissociation. Un contre pendant l'opération de frittage montre qu'il n'y a aucune oxydation de la poudre de carbures métalliques complexes jusqu'à 12000C, dont la dissolution dans la poudre de fer s'a,,orce vers 1100 C environ pour s'achever vers 12500C. Comme les examens à la microsonde sont montré, les éléments d'alliage Mn, Cr et Mo sont présents dans l'acier fritté en répartition homogène et non pas sous forme de carbures. Les caractéristiques des pièces en acier fritté ainsi obtenues sont nettement supérieures à celles des pièces en acier fritté réalisées à partir de ferro-alliages du commerce. Exemple 2 I1 peut s'agir de fabriquer une pièce en acier fritté qui contienne, en tant qu'éléments d'alliages du manganèse plus du vanadium plus du molybdène. On mélange intimement une poudre de fer du commerce avec une poudre de carbures métalliques complexes pour alliages ferreux selon l'invention dans la proportion de 97% à 3% et on presse en une pièce moulée sous une pression de 500 MN/m. La poudre de carbures métalliques complexes contient 21% Mn, 22% Mo et 21,4 V ainsi que 7,9% C. La réalisation de la poudre est effectuée là aussi par broyage très fin dans un broyeur. La granulométrie est de 5 microns selon FSSS, avec une teneur en oxygène de 0,19%. On a décelé dans les phases carburées des cristaux mixtes de VC-Mo2C et du type M7C3, où M représente principalement du fer et du manganèse. On a procédé au frittage à 128 C sous atmosphère d'ammoniac en dissociation. Avec la poudre de carbures complexes pour alliage de fer utilisée ici, aucune oxydation ne peut non plus être décelée jusqu'à 12000C. Un contre à la microsonde a montré une répartition très homogène des éléments d'alliage Mn, Mo et V dans l'acier fritté, dont les caractéristiques mécaniques surpassent en partie -celles de l'aciér de l'exemple 1 - REVENDICATIONS 1.- Procédé de fabrication de pièces alliées en acier fritté, du genre selon lequel on réalise tout d'abord un ferroalliage à partir des éléments d'alliage de la pièce d1acier fritté ainsi qu'à partir de fer et de carbone, on concasse et on broie ce ferro-alliage en une poudre de pré-alliage, on mélange cette dernière avec de la poudre de fer ductile, on presse le mélange et on procède à son frittage, caractérisé par le fait qu'on réalise un ferro-alliage contenant les éléments d'alliage désirés dans la pièce d'acier fritté, manganèse plus chrome ou manganèse plus vanadium, sous forme de carbures métalliques complexes du manganèse plus du chrome ou du manganèse plus du vanadium, ainsi que la plus grande partie possible de la quantité totale du carbone désirée dans la pièce d'acier fritté, qu'on soumet ce ferroalliage complexe à un concassage usuel, puis qu'on le broie, en présence d'un fluide de protection, en une poudre de pré-alliage de granulométrie inférieure à 10 microns, de préférence inférieure à 5 microns, qu'on mélange avec de la poudre de fer ductile la poudre de pré-alliage en fonction de la composition désirée pour la pièce d'acier fritté, qu'on presse le mélange sous les pressions usuelles dans la métallurgie des poudres de fer et quton procède au frittage à des températures comprises entre 11500 et 1300"cl 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait quton réalise un ferro-alliage complexe qui contient, à côté des éléments d'alliage manganèse plus chrome ou manganèse plus vanadium dans les carbures métalliques complexes, également un ou plusieurs des éléments d'alliage molybdène, vanadium ou niobium. 3.- Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait qu'on réalise un ferro-alliage complexe qui contient, à l'état combiné sous forme de carbures, environ 60 de la quantité désirée de carbone dans la pièce d'acier alliée. 4.- Poudre de pré-alliage permettant de réaliser des pièces d'acier alliées conformément au procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée par le fait qu'elle se compose d'un ferro-alliage complexe broyé qui contient deux ou plusieurs métaux, présents sous forme de carbures, du groupe comprenant le manganèse, le chrome, le molybdène, le vanadium et le niobium, qui se présente avec une granulométrie inférieure à 10 microns, de préférence inférieure à 5 microns, comporte une teneur en oxygène inférieure à 0,2X, de préférence inférieure à 0,15% et possède une résistance élevée à l'oxydation à des températures atteignant 12000C. 5. - Poudre de pré-alliage selon la revendication 4, caractérisée par le fait qu'elle se compose de 20 à 25% de manganèse, de 20 à 25 de chrome, de 4 à 8% de carbone, de fer pour le reste et d'impuretés conditionnées par la fusion. 6. - Poudre de pré-alliage selon la revendication 4, caractérisée par le fait qu'elle se compose de 30 à 35% de manganèse, de 35 à 45 de chrome, de 5 à 7% de carbone, de fer pour le reste et d'impuretés conditionnées par la fusion. 7. - Poudre de pré-alliage selon la revendication 4, caractérisée par le fait qu'elle se compose de 20 à 25% de manganèse, de 20 à 25 de chrome, de 20 à 25% de molybdène, de 6 à 8% de carbone, de fer pour le reste et d'impuretés conditionnées par la fusion. 8.- Poudre de pré-alliage selon la revendication 4, caractérisée par le fait qu'elle se compose de 30 à 50% de chrome, de 40 à 20k de molybdène, de 5 à 8% de carbone, de fer pour le reste et d'impuretés conditionnées par la fusion. 9. - Poudre de pré-alliage selon la revendication 4, caractérisée par le fait qu'elle se compose de 20 à 25% de molybdène, de 20. à 25% de vanadium et/ou de niobium, de 20 à 25% de manganèse, Jusqu'à 7% de carbone, de fer pour le reste et d'impuretés conditionnées par la fusion.