Brevet FR2434003A1 — publié le 19800321

L'invention concerne un fil fourré pour le soudage et le rechargement avec dépôt d'un alliage a' base de cobalt contenant du chrome. Les fils fourrés destinés au soudage et au rechargement avec dépôt d'un alliage à base de cobalt, par procédés automatiques ou semi-automatiques comportent une gaine tubulaire remplie de poudre métallique ou d'un mélange de poudre métallique et de poudre de carbure. L'enveloppe tubulaire est généralement formée à partir d'un feuillard en alliage comportant une forte proportion de cobalt, supérieure à 90 % et la plupart du temps de l'ordre de 93 %. Les éléments ajoutés au cobalt pour l'élaboration de cet alliage sont le plus souvent le fer, le nickel ou le titane qui permettent une stabilisation delta phase cubique à faces centrées du cobalt à température ambiante au détriment de la phase hexagonale. La présence de la phase cubique à faces centrées dont la stabilité à température ambiante est améliorée par les additions des éléments précités, permet en effet d'améliorer l'aptitude au formage à froid de l'alliage pour l'obtention du feuillard, le formage de la gaine tubulaire et sontréfilage éventuel après remplissage de la gaine par la poudre métallique. Les poudres métalliques sont donc choisies de façon à apporter dans le métal constituant le dépôt, au moment de la fusion du fil fourré, les éléments nécessaires pour ajuster la composition-du dépôt à la nuance souhaitée. En fonction du rapport en poids entre la poudre et l'enveloppe tubulaire dans le fil fourré, on introduit donc dans la gaine un mélange soigneusement dosé de poudre métallique élémentaire ou de poudre de carbure de façon à amener les éléments complémentaires du métal d'apport en quantité souhaitable par rapport au cobalt apporté par l'enveloppe tubulaire. Les alliages à base de cobalt et contenant du chrome qutpn désire déposer contiennent le plus souvent à titre d'élément complémentaire du tungstène, du molybdène, du nickel, du carbone et du silicium. Ces éléments sont incorporésau fil fourré, soit chacun sous forme d'une poudre métallique comportant un élément unique, soit sous forme de composés tels que des carbures. L'intégralité du cobalt est apportée par la gaine tubulaire qui, lors de sa fusion et de son-mélange à l'état liquide avec la poudre fondue, apporte en faible quantité les éléments qui lui ont été ajoutés pour favoriser la formabilité de l'alliage constituant 1 tenveloppe. Les poudres métalliques élémentaires telles que poudre de chrome, de tungstène, de molybdène sont préparées par broyage et de ce fait contiennent une certaine dose d'impureté, par exemple de fer qui s'incorpore aux poudres au moment du broyage. Ces poudres peuvent également contenir une proportion non négligeable de gaz à l'état adsorbé qui constitue une source supplémentaire d'impureté dans le métal d'apport D'autre part, ltutilisation de mélanges de poudres obtenues par broyage est une source de ségrégation dans le fil fourré et donc d'hétérogénéité dans le métal déposé, cette tendance à la ségrégation étant d'autant plus forte que les divers constituants du mélange de poudre sont de densité plus éloignée. On a quelquefois préconisé l'utilisation de poudres pré-alliées; à la place de mélange de poudres élémentaires ou de mélange de poudres élémentaires et de carbure, mais la composition de ces pré-alliages ne permet pas la production de poudres pré-alliées ayant des qualités mécaniques suffisantes pour constituer l'âme d'un fil fourré, en particulier d'un fil fourré de petit diamètre. En effet, les pré-alliages envisagés doivent contenir l'intégralité du chrome, du tungstène et du molybdène contenu dans le métal qu'on veut déposer par fusion du fil fourré ainsi que le carbone et ces éléments, à l'exclusion d'autres éléments de liaison, ne peuvent constituer entre eux un alliage susceptible d'être fabriqué par les moyens d'élaboration conventionnels. D'autre part, il est avantageux d'obtenir des fils fourrés ayant une gaine mince car ces fils fourrés ont une aptitude à la fusionanéliorée. De ce fait, à intensité égale on obtient un taux de dépôt amélioré par rapport à un fil à gaine épaisse et si l'on réduit l'intensité pour conserver le m8me taux de dépôt, on obtient un échauffement moindre et un taux de dilution plus faible par le métal de base. Les éléments d'alliage étant apportés par la poudre, pour l'obtention d'un métal déposé correspondant à une nuance donnée, le rapport en poids entre la poudre et la gaine tubulaire est déterminé. Compte tenu du compactage de la poudre, le rapport volumique entre ltenveloppe tubulaire et la poudre est également déterminé, ce qui fixe l'épaisseur de la gaine tubulaire. La proportion des éléments apportés par la poudre dans les nuances à élaborer est telle, pour les nuances habituellement utilisées, que la proportion en poids de la gaine représente la plupart du temps aux alentours de 65 % du poids total du fil fourré. Dans ces conditions il n'est pas possible d'obtenir un fil fourré ayant une gaine mince, ce qui nuit aux conditions de soudage ou de rechargement. Le but de l'invention est donc de proposer un fil fourré pour le soudage et le rechargement avec dépôt d'un alliage à base de cobalt contenant du chrome, constitué d'une part d'une gaine en un alliage ductile ayant une teneur en cobalt supérieure à 90 % et d'autre part une poudre métallique remplissant la gaine tubulaire, le fil fourré possèdant une bonne homogénéité de composition, une grande pureté et pouvant être obtenu avec une gaine tubulaire mince. Dans ce but, la poudre métallique est formée essentiellement de grains de composition homogène en un alliage contenant 43 à 65 % de chrome et au moins 20 % de cobalt avec O à 3,5 % de carbone, O à 3 % de silicium, O à 20 % de tungstène, O à 14 % de molybdène et O à 8 % de nickel et représente 45 à 55 % en poids du fil fourré. On va maintenant donner à titre exemple non limitatif, des compositions d'un fil fourré et plus particulièrement de la poudre constituant l'âme de ce fil, dans le cas où Ion désire déposer des alliages de cobalt correspondant à une nuance habituellement utilisée dans le cas de rechargement de surfaces métalliques. Exemple T : dans un premier exemple de réalisation, on a élaboré un fil fourré suivant l'invention pour le dépit d'un alliage de cobalt comportant sensiblement 65 % de cobalt, 4 % de tungstène et 30 7. de chrome. Cette nuance qui correspond sensiblement à l'alliage commercialisé sous la marque STELLITE 6 peut comporter de 1 à 1,25 % de carbone, de 1,1 à 1,30 % de silicium indépendamment du chrome dont la teneur peut être comprise entre 27 et 30 %, du tungstène entre 3,5 et 5,5 % et du cobalt constituant le reste de l'alliage à part quelques impuretés inévitables. On a constitué un fil fourré en utilisant une gaine tubulaire en un alliage cobalt-fer contenant approximativement 93 % de cobalt, 6 %de fer, une quantité de manganèse inférieure à i % et de très faibles quantités de carbone, silicium, soufre et phosphore, dans laquelle on introduit, en cours de formage, une poudre pré-alliée contenant 57 % de chrome, 9 % de tungstène, 2,5 X de silicium, et 2,5 % de carbone, le solde, à 11 exception des impuretés inévitables, étant du cobalt. La poudre a été introduite dans la gaine tubulaire de façon quelle représente 50 % du poids total du fil fourré. La poudre a été élaborée par pulvérisation à ltazote d'un alliage liquide ayant la composition mentionnée ci-dessus et contenant donc approximativement 29 % de cobalt. La poudre résultante possède toutes les qualités nécessaires pour être introduite dans la gaine tubulaire et pour subir éventuellement par la suite avec cette gaine tubulaire un tréfilage jusqu'à l'obtention d'un fil fourré de faible diamètre, par exemple inférieur à 1 mm. D'autre part les grains possèdaient une forme sphéroidale après pulvérisation à l'azote et refroidissement sous de l'azote. On a réalisé des dépôts à l'arc sous gaz inerte et sous flux en utilisant le fil fourré et on a effectué des essais sur ces dépits, par exemple des essais de dureté. Les valeurs obtenues sont comprises entre 32 et 33 HRC en rechargement à une passe ; 35 et 39 HRC à rechargement à 2 passes ; 40 et 42 HRC en rechargement à 3 passes. Ces essais ont montré que les produits obtenus étaient d'une très grande qualité. D'autre part des analyses chimiques ont montré que le fil possède une composition globale extrêmement précise et présente une grande homogénéité. On voit sur cet exemple que l'une des caractéristiques nouvelles du fil fourré suivant l'invention est qu'il comporte une poudre pré-alliée constituant son âme, cette poudre apportant une partie du cobalt dans l'alliage déposé et permettant l'élaboration d'un alliage liquide qui peut être par la suite pulvérisé sous forme de particules suffisamment résistantes pour remplir une gaine tubulaire et subir avec cette gaine des passes de tréfilage. D'autre part pour l'obtention d'une nuance classique à base de cobalt avec une forte teneur en chrome et une teneur moyenne en tungstène, on a pu augmenter la proportion de poudre par rapport au poids total du fil fourré jusqu'à 50 %. Dans les fils fourrés de l'art antérieur, où tout le cobalt était apporté par la gainetubulaire, pour le dépot de la même nuance, il n'était pas possible d'obtenir des fils fourrés dont le poids de- poudre représentait plus de 36 % environ du poidstotal du fil. On voit qu#mnsi,pour undiametre de fil donné1l'épaisseur de la gaine tubulaire pourra être réduite avec le fil suivant l'invention. En pratique, pour le dépit d'un alliage de cobalt du type STELLITE 6, étant donné les fourchettes possibles entre les différents éléments mentionnés ci-dessus, il est possible pratiquement d'admettre une poudre ayant de 1,8 à 2,7 % de carbone 1,8 à 2,3 % de silicium 50 à 65 % de chrome, 6 à 10 % de tungstène, le reste étant du cobalt, si l'on admet un coefficientde remplissage, c'est à dire un rapport en poids entre la poudre et la gaine tubulaire, compris entre 45 et 55 %. Exemple 2 : On a fabriqué un fil fourré pour le dépôt d'un alliage de cobalt du type STELLITE 12 c'est à dire d'un alliage comportant de 1,3 à 1,8 de carbone, de 1,1 à 1,40 de silicium, de 28 à 32 % de chrome, de 6 à 9 % de tungstène, le reste étant du cobalt. Ce fil comportait une enveloppe tubulaire préparée à partir d'un feuillard en alliage à 93 % de cobalt et 6 % de fer comme précédemment. Cette enveloppe tubulaire a été remplie en cours de formage d'une poudre métallique contenant 58 % de chrome, 16 % de tungstène, 2,5 % de carbone et 2,5 % de silicium, le reste étant du cobalt dans une proportion de l'ordre de 21 %. La poudre a été obtenue comme précédemment par pulvérisation à l'azote d'un alliage liquide comportant la composition mentionnée et refroidissement sous l'azote des particules obtenues. Les contrles d'essais sur le fil fourré et sur des dépôts réalisés à partir de ce fil, sur des échantillons de différents diamètres obtenus par tréfilage de l'ébauche tubulaire remplie de poudre, ont montré que le matériau était entièrement satisfaisant. Dans le cas de la STELLITE 12, étant donné les fourchettes admissibles pour cet alliage, les poudres pourront contenir de 2,5 à 3,5 % de carbone, de 1,80 à 2,70 % de silicium, de 50 à 65 % de- chrome et de il à 16,5 % de tungstène indé pendamment du cobalt qui constitue le solde de l'alliage. Exemple 3 : On a élaboré un fil fourré pour le dép8t d'un alliage du type STELLITE 21 comportant de 0,2 à 0,3 % de carbone, de 1,5 à 3,5 % de nickel, de 24 à 28 % de chrome, de 4,5 à 6,5 % de molybdène de l'ordre de 0,7 % de silicium, le solde étant du cobalt. Ce fil fourré comportait une enveloppe tubulaire en alliage à 93 % de cobalt et 6 % de fer comme précédemment et une âme en poudre métallique de composition suivante : chrome 52 %, molybdène Il %, nickel 6 %, silicium 1,5 % et carbone 0,5 %. Cette poudre a été élaborée comme précédemment par pulvérisation à l'azote d'un alliage liquide ayant la composition mentionnée ci-dessus et refroidissement sous azote des particules obtenues : ces particules ont également une forme quasi sphérique. On a réalisé des essais et analyses sur les fils fourrés eux-mêmes qui ont une très bonne homogénéité et une composition précise et sur des dép8ts réalisés à partir de fils de différents diamètres obtenus par tréfilage d'ébauches comportant une gaine tubulaire et de la poudre suivant la composition précédente. On voit que la teneur en cobalt de cette poudre est de l'ordre de 29 %, ce qui permet l'obtention d'une poudre ayant les propriétés mécaniques suffisantes et un remplissage de la gaine tubulaire avec un poids de poudre égal au poids de la gaine tubulaire, autrement dit un coefficient de remplissage de 50 %. Etant donné les fourchettes de compositions possibles de l'alliage STELLITE 21, il est possible dtutiliser des poudres comportant la composition suivante carbone L 0,7 % silicium de i à 2 %, chrome de 43 à 62 %, tungstène de 8 à 13 %, nickel de 2 à 7 %, le solde étant constitué par le cobalt. Il est à remarquer que les dépôts obtenus contiennent dans tous les cas quelques pour cent de fer venant de ltenveloppe tubulaire qui comporte au maximum 7 % de fer. Dans tous les cas la teneur obtenue dans les dépôts ne s'est pas montrée gênante et est restée bien inférieure à ce qutelle est en utilisant les fils fourrés de la technique connue. L'invention ne se limite pas aux modes de réalisation qui viennent d'être décrits, elle en comporte au contraire toutes les variantes. C'est ainsi que l'on peut élaborer des fils fourrés suivant l'invention pour le dépôt d'alliages de cobalt correspondant à des nuances différentes des trois nuances qui ont été envisagées, ces alliages devant en comporter cependant une teneur en chrome de 20 à 36 % environ. Dans les exemples de réalisation qui ont été décrits, les poudres ont été préparées par pulvérisation à l'azote et refroidissement sous azote d'un pré-alliage liquide, cependant d'autres modes de pulvérisation peuvent être envisagés. On peut également imaginer d'autres modes de production de poudre ayant les compo- sitions voulues à partir du moment où ces poudres sont homogènes quant à la composition des différents grains les constituant. REVENDICAPIONS 1.- Fil fourré pour le soudage et le rechargement avec dépôt d'un alliage à base cobalt et contenant du chrome constitué d'une part d'une gaine en un alliage ductile à teneur en cobalt supérieure à 90 % et d'autre part d'une poudre métallique remplissant la gaine tubulaire, caractérisé par le fait que la poudre métallique formée essentiellement de grains de composition homogène es un alliage contenant 43 à 65 % de chrome et au moins 20 % de cobalt avec O à 3,5 % de carbone, O à 3 % de silicium, O à 20 % de tungstène, O à 14 % de molybdène et O à 8 % de nickel, représente de 45 à 55 % en poids du fil fourré. 2.- Fil fourré suivant la revendication 1 pour le dépôt d'un alliage cobalt-chrome-tungstène, caractérisé par le fait que la poudre métallique contient de 1,8 à 2,7 % de carbone, de 1,8 à 2,3 % de silicium, de 50 à 65 % de chrome, de 6 à 10 % de tungstène, le solde à l'exception des impuretés éventuelles étant du cobalt. 3.- Fil fourré suivant la revendication I pour le dépôt d'un alliage cobalt-chrome-tungstène-carbone > caractérisé par le fait que la poudre métallique contient 2,5 à 3,5 % de carbone, 1,8 à 2,7 % de silicium, 50 à 65 % de chrome, 11 à 16,5 % de tungstène, le solde à l'exception des impuretés inévitables étant du cobalt. 4.- Fil fourré suivant la revendication 1 pour le dépôt d'un alliage cobalt-chrome-molybdène-nickel > caractérisé par le fait que la poudre métallique contient moins de 0,7 % de carbone de 1 à 2 % de silicium, de 43 à 62 % de chrome, de 8 à 13 % de tungstène, de 2 à 7 % de nickel, le solde étant du cobalt à l'exception des impuretés éventuelles.