Brevet FR2300642A1 — publié le 19760910

La présente invention concerne un procédé pour former un article fritté en utilisant le phénomène de passage à l'état super-plastique. Jusqu'ici, pour produire un article métallique fritté, une poudre d'un métal est d'abord comprimée à la forme voulue et, dans le cas d'un article en plusieurs poudres, l'article comprimé est soumis à un frittage en phase liquide, c'est-àdire que l'article en peudres comprimées est chauffé à une température supérieure aux peints de fusien de tous les métaux constituant la poudre d'alliage afin que l'article soit fritté. Dans le cas du frittage d'un article en peudre comprimée à un soul constituant pour lequel la température de frittage est inférieure au pouint de fasien, un chanffage uniforme pendant un temps considérable est nécesseire. > 0 plis, tans le cas d'un article fritté es phase liquide il est difficile d'adapter le taux de poresité. Un article fritté produit selon la métallurgie des poudres est essentiellement poreux en raison de son mode de production, et par suiteil a été récemment preposé de l'utiliser pour l'échange de chaleur ou comme âme dans un tube thermique en utilisant la nature thermique de la peresité. Cependant, un problème qui subsiste est que le taux de perosité de l'article fritté ne peut pas être commandé avec une grande précision par la tochnique actuelle de frittage. Comme il a été indiqué ci-dessus, d'après les procédés classiques de formage par frittage, quand un article en poudre comprimée a été obtenu en plaçant la poudre du métal dans un moule métallique et en le mettant en ferme sous pression avec une presse, un article fritté est obtenu par frittage de la poudre comprimée à une température inférieure au point de fusion du métal formant la poudre, Cependant, un inconvénient de l'article ainsi obtenn est que sa résistance à l'allongement et aux chocs est mauvaise bien que sa résistance à la traction soit excellente, parce qu'il subsiste des vides dans l'article fritté. Par suite, un formage à chaud par lequel les vides sont supprimés par compression de l'article à une température élevés a dA btre effectué sur l'article après le frittage.Il ressort te ce qui précède qu'avec la tecbnigae antérieure il faut un temps important pour produire un article fritté parce que cette production a lieu en treis étapes, c'est-à-dire la compression de la poudre, le frittage et le forgeage â chaud, et d'autre part, pendant le forgeage à chaud de l'article fritté des difficultés résultent de l'apparition de vibrations et de bruits. La présente invention a pour but d'éviter les inconvénients de la technique antérieure. la présente invention a pour objet un procédé pour produire un article fritté par lequel une poudre métallique, soit en système à un seul constituant, soit en système à plusieurs constituants, peut être fritté à une température inférieure au point de fusion en un temps court, et par lequel le frittage peut avoir lieu à l'air parce qu'un four réducteur pour empêcher l'oxydation n'est pas particulièrement nécessaire, par lequel la mise en Sorte sous pression et le frittage de la poudre sont effectués simultanément, et par lèquel il est possible d'obtenir un article fritté ayant un taux commandé de porosité. Selon une caractéristique, l'invention concerte un procédé pour produire un article fritté par lequel la poudre métallique est frittée pendant quelle est soumise à un cycle de tetpéra- ture passant par son point de transfermation pendant l'établis- sement d'une force de compression. Les caractéristiques de l'invention ressortiront plis particulièrement de la description suivante, donnée à titre d'exemple, et faite en référence au dessin annexé dont la figure unique montre schématiquement la production d'une pièce frittée selon un mode de mise en oeuvre de l'invention. Suivant la figure unique, une poudre métallique 2 est placée dans un ioule 1 en carbone résistant & la chaleur, et cette poudre est comprimée au doyen d'un poinçon de presse 3, en carbone résistant à la chaleur, pour comprimer la poudre métallique à la fonde désirée. Le poinçon de presse 3 est fixé à un mécanisme hydraulique 4 dont la force est indiquée par un manomètre 5 raccordé au mécanisme hydraulique 4. De plus, nu dispositif chauffant 6 entoure le meule extérieur 1 pour le chauffer. Ce dispositif chauffant peut être un dispositif de chauffage par induction haute fréquence, un système de chauffage par résistance à passage direct du courant ou un moyen de chauffage équivalent.Un dispositif de refroidissement 7 entoure le dispositif chauffant 6. L'élément sensible d'un thermomètre 8 est placé en contact avec le fond du ioule 1 pour mesurer la température de la poudre métallique 2. Quand la poudre métallique devant 8tre frittée est caractérisée par une transformation à l'état super-plastique, elle est frittée en étant soumise à une compression tout en étant chauffée suivant nu cycle de température d'allure triangulaire contenant le peint de transfermation en tant que température médiane et ayant une température limite supérieure et ne température limite inférieure d'enviren 10000 de part et d'a- tre da point te transfernation.Par contre, ni la poutre 2 est caractérisée par ne plasticité & température constante, elle est frittée en étant $comprimée teut en maintenant la tem pérature Le chauffage A cette température constante. Bans le premier cas, le soudage sous pression est efficacement ebtenu entre les particules veisines de la poudre et n article fritté peut être produit. il est possible aussi de régler le taux de porosité de l'article fritté obtenu par la valeur de la pros sien de compression. Il doit être noté que le procédé selon l'invention pour former un article fritté peut aussi être utilisé peur produire des panneaux pour n échangeur de chaleur, des âmes pour des tubes conducteurs de chaleur, des engrenages superdurs, etc. L'invention est illustrée plus particulièrement par les exemples suivants. EXEMPLE 1 Un article fritté a été preduit en soumettant une poudre de fer pur à 99,9% disponible comnercialement à une pression de compression tout en la chauffant pendant environ une minute avec cinq cycles de chauffage, chaque cycle de température d'allure triangulaire contenant le point de transformation A3 du fer pur, c'est-à-dire enviren 900 C, comme température médiane, et avec une température limite supérieure de 1000 C et ne température limite inférieure de 800 C. Le tableau I ci-apras donne la relation entre la pression te compression pendant le frittage et le taux de porosité. TABLEAU I Pression (kg/mm2) Taux de porosité (%) 1,0 ou plus 1-2 0,8 environ 5 0,6 10 0,4 16 -18 0,2 20 Au cours d'essais consécutifs le nombre de cycles trian glaires considérés ei-dessus a été augmenté à dix et les cycles de température de chauffage et de refroidissement ont été appli qués pendant 2 minutes environ. 6es taux de contraction de la poudre de fer à la fin des cycles successifs ont été mesurés en maintenant une force de compression de 0,3 kg/mm2. Le ta bleau II ci-après donne la variation du taux de contraction en fonction des cycles successifs.Il est précisé que le taux de contraction est exprimé en % par-100 (1 + L ), expression dans laquelle Lo est 1a épaisseur de la pondre de métal placée dans le moule 1 avant le début de l'essai et L est l'épaisseur simi laire après chaque étape de l'essai. TABLEAU II Nombre de cycles Eaux de contraction (%) 1 11 2 17 3 20 5 22 7 25 10 30 La densité de la structure métallurgique augmente, contrairement ai taux de porosité, avec le pourcentage du taux de contraction et, pour nue contraction d'environ 30%, le taux de porosité est à peu près égal à 0%, et par suite le produit obtenu a une densité voisine de la densité propre au fer pur. I1 ressert de façon évidente des résultats des essais ci-dessus que le taux de porosité de l'article fritté peut être commendé avec une grande précision en modifiant la pression de compression et les cycles de température de chauffage et de refroidissement pendant le frittage. EXEMPLE 2 Des poudres mélangées formées d'une poudre de fer pur à 99,9% disponible commercialement mélangée avec de la poudre de carbone en quantités respectivement de 0,1%, 0,3%, 0,5% et 0,8% en peids ent été soumises à une pressien de compression de 1,0 kg/mm2 et ent été chauffées pendant enviren une minute sur cinq cycles triangulaires de température contenant le peint de transfermation A1 de 723 C et le point de transformation A3 de 875 C peur la peudre centenant 0,1% de carbone, de 820 C pour la poudre à 0,3% de carbene, de 770 C peur la poudre à 0,5% de carbene et de 723 C pour la poudre à 0,8% de carbene comme températare médiane et avec des limitez supérieures et inférieures des températures d'environ # 100 C par rapport à ces peints de transformatien, pour obtenir le frittage désiré. En examinant au miorescope les structures métallurgiques de ces articles frittés il a été constaté que quand la teneur en carbene augmente la quantité de perlite constituée par du Fe3@ et de la ferrite augmente, et dans le cas de l'article fritté obtenu å à partir de la poudre à 0,8% de carbone il a été censtaté une strueture eutecteïde dans laquelle il n'a été treuvé aucune différence métallurgique par rappert à l'alliage preduit par le precédé classique à fusien. lilsi qu'il ressort de. exemples 1 et 2, le taux de pore- sité d'un article fritté peut être commandé en modifiant la pressien de compression et les cycles de chauffage et de r- freidissement.La rappelant que le but du fergeage d'un article fritté suivait la technique aitérieire est d'augmenter la densité de l'article fritté, les résultats des essais considérés ci-dessus montrent qu'un article fritté, ayant la densité nominale en intrinsèque désirée, peut être obtenu sane effectuer le forgeage à chaud du fait que quand la pression exercée sur la poudre métallique est augmentée et quand le nombre de cycles de température est augmenté le taux de porosité décroît.Par le procédé selon l'invention, le même effet que celui obtena par le forgeage est possible sans qu'il apparaisse de vibrations ni de bruit, et il est possible d'obtenir facilement des articles formés jusqu'ici par frittage et forgeage, par exemple des alliages superdurs, des engrenages et autres. De plus, il est possible d'utiliser la présente invention pour produire des matières anti-vibratiles en utilisant le réglage du taux de porosité. Suivant les exemples considérôs ci-dessus, la limite supérieure et la limite inférieure de la plage des températures du cycle ont été choisies à environ + 11000C par rapport au point de transformation et la fréquence des cycles de texpEra- ture a été choisie de cinq cycles par minute. ba raison pour laquelle ces valeurs ont été choisies est la prise en considération de la variation du point de transformation d'après la variation de la vitesse de chauffage et de refroidissement et le temps nécessaire entre le début et la fin de la transfor- nation. En utilisait la présente invention, des conditions telles que la plage des températures, la fréquence et autres conditions des cycles de température passant en montant et en descendant par. le point de transformation peuvent strie choisies avec des valeurs appropriées d'après la nature et la forme de la matière de façon à provoquer le passage à l'état super- plastique. Sois ce rapport, comme le taux de peresité de l'ar- ticle fritté peut être commandé en faisant varier la pression de compression et les cycles de température, les conditions ci-dessus peuvent être choisies pour n'importe quellesvaleurs désirées selon la destination de l'article fritté. Comme il a été expliqué, l'invention est caractérisée essentiellement par le fait qu'nne poudre métallique est frittée pendant qu'elle est soumise & un cycle de chauffage et de refroidissement ainsi qu'à une pression de compression de façon qu'un état superplastique soit établi dans la poudre métalli- que. L'invention concerne ainsi un nouveau procédé pour produire un article fritté en utilisant la liaison des particules sois pression à l'état superplastique, la mise en forme par compression et le frittage de la poudre métallique pouvant être effectués simultanément et de plus en un temps court, le tauxe de porosité de l'article peuvant être facilement commandé et le procédé ne nécessitant pas le chauffage à une température élevée contrairement au cas, par exemple, du frittage avec phase liquide. bien entendu, la description qui précède n'est pas limitative, et l'invention peut être mise en oeuvre suivant d'autres variantes sans que l'on sorte de sen cadre. REVENDICATIONS lo Procédé pour produire un article fritté caractérisé par le frittage d'une poudre métallique en provoquant un état superplastique en soumettant la poudre métallique à un cycle de température passant par son point de transformation tout en le soumettant à une pression de compression. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la poudre métallique est soumise à plusieurs cycles de température pendant que elle est maintenue sous pression. 3.- Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le réglage de la porosité de l'article final en faisant varier le nombre de cycles de température et/ou la pression de compression.