Brevet FR2357653A1 — publié le 19780203

L'invention concerne un matériau composite résistait à l'usure, constitué de matériaux durs et/ou de métaux durs ainsi que d'une matrice métallique, de préférence en fer fritté, en acier fritté, en fonte de moulage, ou en acier fondu au creuset. Les matériaux durs utilisés sont des carbures, des nitrures, des borures, des siliciures ou des oxydes de grande dureté, ainsi que des diamants. Les métaux durs utilisés se composent dtun ou de plusieurs carbures durs de métaux, et d'un ou de plusieurs liants métalliques, tels le fer, le cobalt et le nickel. Parmi les matériaux composites cités, on classe les alliages d'apport, utilisés pour le soudage, dont les matériaux durs ou les métaux durs sont in corporés dans la matrice métallique, constituée par l'enrobage de l'électrode de soudage. L'application, par rechargement, d'alliages d'apport sur un métal de base, particulièrement exposé à l'usure, et notamment aux sollicitations par chocs ou aux charges par à-coups, permet de réduire cette usure. Or, cet apport d'alliage est limité, par le fait que seules des couches rechargées, très fines, adhèrent dans de bonnes conditions sur le métal de base, et que ces couches fines s'usent relativement vite. I1 incombe à l'invention de créer des matériaux composites, résistant a l'usure, qui soient constitués de matériaux durs et/ou de métaux durs ainsi que d'une matrice métallique qui, comparés aux matériaux composites connus, notamment aux alliages d'apport connus, présentent une plus grande résistance aux sollicitations par chocs et aux charges par à-coups, et qui, meme appliqués en couches épaisses, adhèrent étroitement au support métallique. Ce problème, base de l'invention, est résolu par le fait que le coëfficient de dilatation thermique de la matrice métallique est supérieur à celui des matériaux durs, voire des métaux durs, et que le rapport entre le poids des matériaux durs et/ou des métaux durs, d'une part, et le poids de la matrice métal lique, d'autre part, évolue entre 1/1 et 1/0,1. Dans une autre forme de réalisation de l'invention, il est prévu de lier étroitement le matériau composite à une couche métallique qui, au lieu de comporter un métal dur ou un matériau dur, comporte essentiellement du fer fritté, de l'acier fritté, de la fonte de moulage ou de l'acier fondu au creuset. I1 est particulièrement avantageux que le matériau composite défini par l'invention se compose, d'une part d'un métal dur dont la composition révèle - 94 % en poids de WC, et, - 6 % en poids de CO, et, d'autre part, d'une matrice en acier fritté comportant - 0,06 % en poids de Si -0,1 % en poids de Mn - 3,25 7o en poids de Cr - 0 , 33 % en poids de Mo - 0,32 % en poids de V - 0,50 % en poids de C - et un complément sous forme de Fe, le rapport entre le poids du métal dur et le poids de gracier fritté étant de 1/0, 5 Dans une structure différente du matériau composite défini par l'invention, celui-ci se compose de W2C en tant que métal dur, ainsi que d'une matrice en acier fritté composée de - 2,05 Olo % poids de Ni - 0 , 53 % en poids de Mo - 0 , 55 % en poids de C - et d'un complément sous forme de Fe, le rapport entre le poids du métal dur et le poids de l'acier fritte étant de 1/0,66. Dans une structure encore différente du matériau composite défini par l'invention, celui-ci se compose de W2C en tant que métal dur, ainsi que d'une matrice en acier fondu au creuset, composée de - 0,57 à 0,64 % en poids de C - 0,10 7o en poids de Si - 0,40 % enpoids de Mn - - C 0,03 % en poids de S - et d'un complément sous forme de Fe, le rapport entre le poids du métal dur et le poids de l'acier fondu au creuset étant de 1/0,5. Le matériau composite défini par l'invention est obtenu par un procédé traditionnel, qui consiste à presser, puis à fritter des particules de matériau dur et/ou de métal dur, ainsi que le métal pulvérulent de la matrice, de pré férence de l'acier fritté ou du fer fritté. Ce matériau composite défini par l'invention peut égalemert etre obtenu en coulant le métal liquide de la matrice, de préférence de la fonte de moulage ou de l'acier fondu au creuset, sur des particules de matériau dur et/ou de métal dur. Ce m me matériau composite défini par l'invention peut être appliqué sur un support métallique ne contenant ni matériaux durs, ni métaux durs. Un tel matériau stratifié est obtenu soit par frittage, soit par coulage. Pour la fabrication des matériaux composites destinés au blindage d' éléments soumis à une forte usure, tels les broyeurs ou les bennes des pelles mécaniques, on utilise des métaux ou des matériaux durs sous forme de particules sphériques ou cylindriques, dont les parois lisses ne provoquent qu'un frottement léger. Par contre, pour la fabrication des matériaux composites destinés aux fleurets de roche > aux couronnes des fleurets ou aux garnitures des couronnes, on utilise, de préférence, des métaux durs et des matériaux durs sous forme de particules irrégulières et à arêtes vives. Etant donné que, sous l'effet de la contraction thermique relativement élevée de la matrice métallique, les matériaux et les métaux durs sont soumis à d'importantes tensions de compression, le matériau composite défini par l'invention oppose une haute résistance aux chocs et aux sollicitations par àcoups. Il est, par ailleurs, avantageux d'appliquer ce matériau composite sur une base métallique ne contenant ni matériau dur, ni métal dur, étant donné qu'un tel support métallique se prete facilement à l'usinage par enlèvement de métal, et peut être soudé sur d'autres métaux sans engendrer des tensions gênantes. L'objet de l'invention est commenté plus amplement en référence aux trois exemples de réalisation ci-après. Exemple 1 Des billes en métal dur d'un diamètre de 10 mm, composées de - 94 % en poids de WC, et - 6 % en poids de Co sont mélangées, dans un rapport en poids de 1/0,5, à de l'acier fritté pulvérulent, d'une grosseur de grain ~ 200 p m, composé de - 0,06 % en poids de Si - 0,10 % en poids de Mn - 3,25 % en poids de Cr - 0 , 33 % en poids de Mo - 0 , 32 (% en poids de V - 0, 50 (10 en poids de C - et d'un complément sous forme de Fe. A la température ambiante, ce mélange est ensuite façonne dans un moule, sous l!effet d'une pression isostatique variant entre 800 et 4000 bars. La pièce ainsi pressée est alors frittée , sous une atmosphère de gaz inerte à la température de 1000 à 140 C. Cet élément composite conforme à l'invention peut être utilisé avantageusement pour protéger les pelles mécaniques contre une usure prématurée. Exemple 2 Le métal dur, en l'occurrence le WzC concassé, présentant des arêtes vives et révélant une grosseur du grain variant entre 4 et 6 mm, est mélangé, dans un rapport en poids de 1/0,66, à des'acier fritté pulvérulent d'une grosseur de grain c 150p m, composé de: - 2,05 (% en poids de Ni - 0,53 (% en poids de Mo - 0, 55 (10 en poids de C - et d'un complément sous forme de Fe. Ce mélange est alors versé dans un moule dans lequel il constitue une couche épaisse de 2 cm. Cette première couche est recouverte d'une deuxième, également épaisse de 2 cm, mais constituée exclusivement d'acier fritté pulvérulent de la meme qualité que celui utilisé dans la première couche. Le moule ainsi rempli est soumis, à la température ambiante, à une pression de 6 bars. Cette pièce à deux couches, pressée, est alors frittée, sous atmosphère d'hydrogène, à la température de 125000. L'élément ainsi composé du matériau composite défini par l'invention, d'une part, et d'une couche en acier, d'autre part, peut, sur la face en acier, être doté de perforations, ou soudé sur d'autres pièces métalliques. De tels éléments peuvent être utilisés avantageusement pour la fabrication des outils de perçage ou de forage. Exemple 3 Le W2 C fondu en bloc concassé, présentant des aretes vives et réve- lant une grosseur du grain variant entre 2 et 6 mm, est versé dans un moule, dans lequel il constitue une couche épaisse de 10 cm. Puis, ce moule est rempli par de l'acier fondu au creuset, composé de - 0,57 à 0,64(10 enpoids de C - 0,10 % en poids de Si - 0,40 % en poids de Mn - 0,03(10 en poids de P - 0,03(10 en poids de S - et d'un complément sous forme de Fe. L'élément ainsi réalisé comporte une couche de matériau composite défini par l'invention, et une couche en acier. Cette couche en acier peut être dotée de perforations qui facilitent la combinaison avec d'autres métaux, alors que la couche constituée par le matériau composite défini par l'invention sert de couche protectrice contre l'usure. De tels éléments peuvent cintre utilisés,par exemple, comme denture sur les pelles mécaniques. REVENDICATIONS 1 - Matériau composite résistant à l'usure, constitué de matériaux durs et/ou de métaux durs ainsi que d'une matrice métallique, de préférence en fer fritté, en acier fritté, en fonte de moulage ou en acier fondu au creuset, carac terisé en ce que le coëfficient de dilatation thermique de la matrice métallique est supérieur à celui des matériaux durs, voire des métaux durs, et que le rapport entre le poids des matériaux durs et/ou des métaux durs, d'une part, et le poids de la matrice métallique, d'autre part, se situe entre 1/1 et 1/0,1. 2 - Matériau composite selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est lié étroitement à une couche métallique qui, au lieu de comporter un métal dur ou un matériau dur, comporte essentiellement du fer fritté, de l'acier fritté, de la fonte de moulage ou de l'acier fondu au creuset. 3 - Matériau composite selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il se compose, d'une part d'un métal dur dont la composition révèle - 94 (10 en poids de WC, et - 6 % en poids de Co, et, d'autre part, d'une matrice en acier fritté comportant - 0,06 % en poids de Si - 0,10 (10 en poids de Mn - 3,25 % en poids de Cr - 0 , 33 (10 en poids de Mo - 0,32 % en poids de V - 0,50 % en poids de C - et un complément sous forme de Fe, le rapport entre le poids du métal dur et le poids de l'acier fritté étant de 1/0,50. 4 - Matériau composite selon l'une des revendications 1 et 2, caractérise en ce qu'il se compose de W2 C en tant que métal dur, ainsi que d'une matrice en acier fritté comportant - 2,05 % en poids de Ni - 0,53 qlo en poids de Mo -o,ss-(10 en poids de C et un complément sous forme de Fe, le rapport entre le poids du métal et le poids de l'acier fritté étant de 1/0,66. 5 - Matériau composite selon l'une des revendications I et 2, caractérisé en ce qu'il se compose de W2 C en tant que métal dur, ainsi que d'une matrice en acier fondu au creuset comportant - 0,57 à 0,64 % en poids de C - 0,10 % poids de Si 0,40 % en poids de Mn - - 0,03(10 en poids de S et un complément sous forme de Fe le rapport entre le poids du métal dur et le poids de l'acier fondu au creuset étant de 1/0,5,