Brevet FR2405307A1 — publié le 19790504

La présente invention concerne les alliages pour revétements durs (ou alliages d'apport) devant recouvrir des alliages à base de nickel ; elle concerne également les procédés d'aprlication de ces alliages d'apport Les alliages à base de nickel sont largement utilisés pour la fabrication de pièces de machines soumises à forte érosion, donc à forte usure .Mais ces alliages ont une faible résistance à l'usure par érosion et sont donc enduites d'une mince couche de.ma- tière d'apport dure dont les caractéristiques de résistance à l'usure sont mieux en rapport avec leurs conditions de travail Deux de ces matières d'apport dures sont des alliages à base de cobalt, distribuées sous les Marques Déposées "STELLITE 12 SF" et "STELLITE 12" Les pièces de machines en alliages de nickel, recouvertes de couches de "STELLITE 12" ou de "STELLITE 12 SF" ont effectivement révélé une résistance à l'usure supérieure à celle de l'alliage de base et leur longévité en a été prolongée . Mais les caractéristiques inhérentes des alliages d'apport durs connus ont empt- ohé de bénéficier d'au moins un pourcentage substantiel de leur potentiel possible de résistance à l'usure La présente invention a pour objet de réaliser un alliage d'apport dur à base de cobalt permettant de bénéficier d'une fraction de leur résistance possible à l'usure plus importante qu'il n'avait été possible jusqu'à ce jour .L'invention a en outre pour objet de réaliser un procédé d'application de ce nouvel alliage à un alliage apparenté, à base de nickel, afin d'obtenir ce potentiel plus élevé de résistance à l'usure au cours du fonctionnement d'une pièce de machine faite dudit alliage apparenté La présente invention réalise un alliage d'apport dur, exempt de nickel, composé des éléments ci-après, dans les proportions indiquées en pourcentage du poids total Co 50 à 60 % C O à 2,5 % Cr 5 à 35 r# Si O à 10 ffi (avec traces de B quand Si=O) W O à 10% ffi B O à 3,5 ffi % (avec traces de Si quand B=O) le complément étant représenté par des impuretés De préférence, les proportions, en % en poids, seront les suivan tes Co 52 k C 1,4 % Cr 31 % Si 4,5 % W 8 % B 2,9 k le complément étant représenté par des impuretés L'alliage en question pourra entre réalise sous forme pulvérulente, De préférence, la grandeur de mailles de cette poudre sera comprise entre 45 et 105 microns La présente invention réalise en outre un prccédé d'application du nouvel alliage d'apport dur à une pièce en alliage à base de nickel, consistant, successivement, à réaliser un ruban souple en suspendant l'alliage d'apport dur pulvérulent dans un liant polymère et en séchant ce dernier par évaporation du liant qu'il contient, à appliquer le ruban obtenu à la surface d'une pièce en alliage à base de nickel, et à chauffer le tout sous vide, pendant 15 minutes, à une température supérieure de 10 à 252 C au liquidus de l'alliage d'apport dur De préférence, la pièce munie de son ruban sera préalablement chauffée à environ 500 C pendant 30 minutes pour éviter la volatilisation violente du liant Les exemples qui suivent décrivent, de façon non limitative, la fabrication d'un ruban fait d'un alliage conforme à la présente invention et la façon dont il est traité pour former une couche superficielle dure sur une pièce de machine en alliage à base de nickel NOTE :Dans tous les Tableaux qui suivent, les alliages d'apport durs appartenant au domaine de 11 invention sont désignés par les lettres "C" , "A/C" et "C/D" , les alliages désignés par les lettres "A" , B et "D" étant des produIts industriels courante On réalise d'abord quatre substances fordamentales pulvérulentes par mélange des constituants mentionnés dans le Tableau 1 ci-après et dans les proportions indiquées TABLEAU 1 Composition nominale des poudres d'apport grandeur Alliage de Co Cr W C Ni Mo Si B particules A 59 29 9 I ,B - - - - -250 +300 B 52 19 9 1,0 13 - 2,5 1,5 -250 +300 C 52 31 8 1,4 - - 4,5 2,9 -140 +325 D 62 8 - - - 28 2,0 - -325 Le valeurs de solidus et de liquidus de chacun des alliages sont détenminées et indiquées dans le Tableau 2 ci-après TABLEAU 2 Alliage Solidus Liquidus A 1280 C 1315QC B 1065 C 1145gC C 1065 C 10902C D 1230 C 1590QC Le tableau 2 indique clairement que les alliages C et "B" possèdent les valeurs de solidus et de liquidus les plus faibles de tous les alliages .Ceci doit être directement attribué à la pré- sence de Si et de B On a également réalisé des alliages de A + C et des alliages de C + D, pour vérifier Si certaines des caractéristiques de l'alliage C pouvaient être conférées à ces alliages mixtes On a réalisé des rubans souples en incorporant chaque poudre e une solution respective contenant un liant acrylique approprié du type polyméthyl-méthacrylate, choisi parcs qu'il confère une souplesse suffisante et ne laisse pas de résidu lorsqu'il est pyrolysé en atmosphère inerte ; puis la solution a été séchée, par évaporation de son solvant, pour donner les rubans On a découpé, dans chaque ruban, des morceaux qu'on a fixés sur des pièces en alliage de nickel au moyen d'un adhésif de pression. Puis chaque pièce, avec son ruban, a été chauffée, d'abord pendant une demi-heure à 500ex pour éviter une volatilisation trop violente du liant, puis pendant 15 minutes à des températures comprises entre 11000C et 1190OC, corme le montre le Tableau 3 ci-après, pour réaliser la soudure de la couche superficielle à la pièce apparentée TABLEAU 3 Alliage Temp.de Résultat Epaiss. Epaiss. ffi de Dureté soudure nomin.du du perte (sur. en C ruban dépôt d'épais. 383VPN) 1075 non soudé - - - 1100 non soudé - - - 1125 non soudé - - - B 1150 soudé 0,82 0,61 25 513 1175 - - - 1190 soudé 0,71 0,69 4 446 TABLEAU 3 (Suite) Alliage Temp.de Résultat épaisseur Epaiss. de Dureté soudure nomin. du du perte (sur en C ruban dépôt d'ép. 383VPN) 1075 non soudé - - - 1100 soudé 0,74 0,43 42 746 1125 soudé 658 1150 soudé 0,74 0,38 51 552 1175 soudé 0,79 0,46 42 547 1190 soudé 0,77 0,25 46 509 1075 non soudé - - - 1100 non soudé - - - A/C 1125 non soudé - - - 1150 soudé 0,86 0,56 35 647 1175 soudé 0,86 0,50 42 639 1190 soudé 0,86 0,43 50 621 1075 non soudé - - - 1100 non soudé - - - - 1125 non soudé - - - C/D 1150 non soudé - - - 1175 soudé 0,71 0,41 42 596 1190 soudé 0,69 0,43 39 563 L'étude du Tableau 3 laisse apparattre, entre autres, que a) l'alliage C se soude sur une gamme de températures beaucoup plus étendue que les autres alliages b) le % de perte d'épaisseur de l'alliage Cest à peine supérieur à celui des alliagas A/C et C/D c) tous les alliages révèlent des duretés plus élevées à leurs températures respectives de soudure les plus basses d) l'alliage C révèle une nette amélioration de sa dureté, même rar comparaison avec son concurrent le plus proche, l'alliage A/C ;; e) l'alliage C, soudé à un alliage apparenté à base de nickel à une température de 1100 C pendant 15 minutes, donne une surface dont la dureté est essentiellement 95% plus dure que celle de l'alliage apparenté Les Tableaux 4 et 5 ci-après montrent la composition des alliages d'apport durs B et C, respectivement, après chauffage soudant, et comparent ces compositions avec la composition nominale . Ces tableaux répètent également les duretés après soudure aux températures données TABLEAU 4 Temp.de Composition en ffi Dureté Alliage soudure VPN en C Co Cr W Si Ni C B 1190 41,6 17,8 9,0 2,5 21,7 - - 446 1150 45,9 20,3 8,9 2,6 12,7 - - 513 Nominal 52,0 19,0 9,0 2,5 13,0 1 ,0 1,5 Durée du chaumage à la température indiquée : 15 minutes Carbone et Bore indétectables par procédé usuel.. TABLEAU 5 Temp.de Composition en % Dureté Alliage soudure VPN en C Co Cr W Si Ni C B 1190 23,3 8,0 9,6 2,4 28,0 - - 509 C 1150 35,2 33,0 10,1 3,0 10,8 - - 552 1100 42,3 30,7 10,6 4,6 2,8 - - 746 Nominal 52,0 31,0 8,0 4,5 0 1,4 3,0 Durée du chauffage à la température indiquée : 15 minutes Carbone et Bore indécelables par procédé usuel L'étude du tableau 4 montre nettement que l'augmentation de la température de soudure entrain une diffusion du nickel de la pièce apparentée dans la couche d'apport dure en alliage B Dans l'exemple choisi, il y a une augmentation d'environ 90 % de la teneur en nickel lorsque la soudure est effectuée à 1190 C . Il y a également une diminution de dureté de 13 fi . Le Tableau 5 montre également clairement qu'en chauffant l'alliage C, qui ne contenait pas de nickel au départ, à la température de soudure la plus élevée, il se produit un transfert à cet alliage d'une quantité de nickel égale à 28 % en poids de la composition totale de l'alliage C .En outre, l'augmentation considérable de la teneur en nickel est accompagnée d'une chute non moins considérable de la dureté, donc d'une diminution de la résistance à l'usure Les alliages d'apport durs A/C et C/D suivent la tendance indiquée par l'alliage C en ce qu'étant des alliages sans nickel, ils révèlent une augmentation de dureté d'environ 20 % sur l'alliage B lorsqu'ils sont soudés à la pièce apparentée à des températures assez élevées pour produire la soudure mais assez basses pour interdire pratiquement le transfert du nickel de la pièce apparentée à eux-m8mes L'invention enseigne donc a) à utiliser un alliage d'apport dur à base de cobalt, exempt de nickel, et b) à chauffer la pièce apparentée et l'alliage à une température supérieure au, mai voisine du, liquidus de l'alliage (Tableau 3) pour empêcher au moins substanziel#ement le transfert de nickel de la pièce apparentée à l'alliage, de façon c) à réaliser, sur la pièce apparentée, une couche d'apport dure dont la dureté est supérieure, jusqu'à e sentiellement 95 %, à celle de la pièce apparentée, et supérieure, jusqu'à essen tiellement 50 , à celles réalisables jusqu' ce jour avec les alliages d'apport durs à base de cobalt connus . Ces accroisseentes de dureté procurent une amélioration significative de la résistance à l'usure des alliages d'apport durs REVENDICATIONS 1. Alliage d'apport pour revêtement dur, ne contenant pas de nickel, caractérisé en ce qu'il se compose des éléments ci après, dans les proportions indiquées en pourcentage du poids de l'alliage : cobalt 50 à 60 % ; chrome 5 à 35 ffi ; tungstène 0 à 10 % ; carbone O à 25 X ; silicium 0 à 10 45 (avec traces de bore quand Si = O) ; bore 0 à 3,5 ss (avec traces de sili cium. quand B = O) ; le complément étant constitué par des im puretés 2.Alliage d'apport pour rev8tement dur, ne contenant pas de nickel, selon la Revendication 1, caractérisé en ce que les proportions en poids des constituante sont les suivantes cobalt 52 % ; chrome 31 ffi ; tungstène 8 % ; carbone 1,4 % silicium 4,5 % ; bore 2,9 % ; le complément étant constitué par des impuretés 3. Alliage d'apport pour revêtement dur, ne contenant pas de nickel, selon la Revendication 1, caractérisé en ce que l'al liage est réduit à l'état pulvérulent 4. Alliage d'apport pour revêtement dur, ne contenant pas de nickel, selon la Revendication 3, caractérisé en ce que la grandeur de mailles de la poudre d'alliage est de 45 microns au moins et de 105 microns au plus 5.Alliage d'apport pour revêtement dur, ne contenant pas de nickel, selon la Revendication 3, caractérisé en ce qu'il se présente sous forme d'un ruban souple dans laquelle il est maintenu par un liant polymère dont le solvant aura été éliminé par évaporation 6 Alliage d'apport pour revêtement dur, ne contenant pas de nickel, caractérisé en ce qu'il est fixé à la surface d'une pièce en alliage à base de nickel par apposition dudit ruban sur ladite surface suivie de chauffage de l'ensemble sous vide pendant 15 minutes, à une temp-rature supérieure de 10 C à 259C au liquidus de l'alliage d'apport 7. Alliage d'apport pour revêtement dur, ne contenant pas de nickel, caractérisé en ce que la pièce et le ruban qui y est fixé sont chauffés à essentiellement 5002C pendant trente minutes avant que leur température ne soit portée à une tem pérature supérieure de 109C à 259C au liquidus de l'alliage d'apport