Brevet FR2469464A1 — publié le 19810522

PRODUITS ANTIFRICTION TYPE Al-Pb ET LEUR PROCEDE D'OBTENTION PAR FILAGE DES POUDRES L'invention concerne des produits antifriction type Al-Pb et leur procédé d'obtention par filage inverse de poudres précomprimées. Dans la suite du texte, on désignera par "aluminium" soit de l'aluminium commercialement pur type A4, A5 ou A7 selon la nomenclature de la norme NF.AOl-1O1, soit un alliage à base d'aluminium, et par "plomb", soit le métal lui-même, soit un alliage à base de plomb. On connaît plusieurs alliages antifriction à base de Al-Pb, par exemple les alliages Al à 12-15 % (en poids) de Pb ou Al, 8 % Pb, 4 % Si, 0,5 % Cu. Cependant, l'élaboration de ces alliages se heurte à la difficulté suivante L'obtention d'une teneur en Pb élevée est délicate - d'une part, par suite de la grande différence de densité des deux métaux (ou alliages), - d'une part, par suite de la faible solubilité mutuelle des deux métaux (ou alliages) à l'état liquide (existence d'une large lacune de miscibi lité dans le diagramme d'état Al-Pb). Pour obtenir un alliage Al-Pb relativement riche en Pb, il faut donc opérer à des températures très élevées ( u 11000C) - d'où des consommations énergétiques importantes - et refroidir rapidement pour éviter toute ségrégation. Aux températures inférieures, on doit accepter l'existence d'une démixtion, que l'on ne peut obtenir sous forme d'émulsion stable que dans certaines conditions (par exemple sous l'effet d'ultra- sons - voir N.A. BUSHE et al, Vestnik Mashinostroenia, 1977, n" 8, p. 54-56). Bien qu'il ait été possible expérimentalement d'obtenir des teneurs en Pb allant jusqu'à 30 % environ, les alliages courants n'en contiennent en général que jusqu'à 15 % environ. Les alliages préparés suivant l'art antérieur sont donc généralement obte nus sous forme de poudres "Al-Pb" préalliées, par des techniques de granulation, pulvérisation ou d'atomisation connues, et mis en forme par diverses méthodes telles que - compactage par laminage, frittage et relaminage, - compactage sur presse à vis (boudineuse) à une température inférieure à 500C environ à celle de fusion du Pb. La présente invention se propose de pallier aux inconvénients ci-dessus en éliminant la délicate étape du "préalliage" à l'état liquide du "Pb" et de "l'Ai" ; elle vise à obtenir un produit en alliage antifriction "Al-Pb" soit homogène, soit composite. Le produit homogène est constitué par une dispersion de particules de "Pb" allant jusqu a 50 % en poids dans une matrice "d'aluminium" ; le produit composite comporte au moins deux couches constituées, d'une part de l'alliage antifriction "Pb-Al" contenant jusqu'à 50 % en poids de "Pb" et, d'autre part, d'une couche d'aluminium ou alliage à base Al liées métallurgiquement l'une à l'autre par leur face de contact sans interposition d'un tiers composant et en l'absence de toute autre liaison mécanique. Le procédé suivant l'invention comporte deux variantes suivant que l'on veut obtenir un produit homogène ou un produit composite. 1ère variante. Le procédé consiste 10) à mélanger, de façon aussi homogène que possible, des poudres "d'Al" et de "Pb" de granulométrie convenable, en quantités relatives nécessaires à l'obtention de l'analyse globale visée pour l'alliage antifriction 20) à compacter à froid ce mélange de manière à obtenir des lopins (par exemple cylindriques) 30) à percer éventuellement ces lopins suivant leur axe ; 40) à filer en filage inverse les lopins ci-dessus en vue d'obtenir des barres, méplats, tubes ou profilés pleins ou creux 50) à plaquer le produit obtenu sur un support adéquat à l'aide de moyens connus. 2ème variante. te procédé consiste à utiliser les étapes 10), 20) et 30) ci-dessus, puis a) à gainer en totalité ou en partie les lopins obtenus à l'aide d'une gaîne en "Al", généralement constituée de tôles et/ou tubes minces assemblés par soudage, b) à filer en filage inverse les lopins au moins partiellement gainés, c) à fixer éventuellement le produit composite obtenu sur un support convenable (par exemple en acier) par sa face "aluminium", d) à éliminer éventuellement une partie du revêtement "Al" pour mettre à nu l'alliage antifriction dans ses surfaces "actives" de contact. Cette dernière opération peut éventuellement être effectuée directement après filage. Les poudres "d'Al" et de "Pb" utilisées dans le procédé suivant l'invention, sont des poudres obtenues par les procédés classiques tels que granulation, centrifugation ou atomisation. Le procédé offre l'avantage de pouvoir réaliser sans difficultés des compositions "Al-Pb", dont la teneur en "Pb" est non limitée et est, en tous eas, largement supérieure à celle obtenue par les procédés de fusion d'obtention de poudres préalliées. Dans le cas de produits pleins tels que barres, méplats, le gaînage "Al" se situe évidemment de l'extérieur alors que, dans le cas de tube ou de profilé creux, le gaînage peut être soit exclusivement à l'extérieur, soit exclusivement à l'intérieur ou soit sur les deux faces à la fois. Cependant, ce dernier mode de réalisation est préférable. On sait que le filage inverse permet de diminuer de 30 z environ les pressions nécessaires au filage et, surtout, que les produits filés présentent une géométrie uniforme dans le sens de leur longueur. En particulier, dans le cas du filage de produits gaminés, la constance des épaisseurs de chaque matériau et leur rapport sont respectés. Le filage de produits gaînés assure une liaison métallurgique particu lièrement bonne entre les deux constituants : coeur et gaînage. Dans certaines conditions, il peut hêtre avantageux de faire subir au produit filé, avant ou après déformation plastique complémentaire, un traitement thermique en vue de la globulisation des particules de "Pb" et/ou de la recristallisation de "l'aluminium". Les produits composites obtenus peuvent être ultérieuremest transformés à froid ou à chaud par laminage, forgeage, filage, etc... sans provoquer de décohésion interne. Cette propriété est mise à profit, Par exemple pour le placage du composite par sa face "Al" sur un support en acier par colaminage. La liaison du gaînage "Al" sur un support adéquat peint être obtenue par tout autre moyen connu tel que soudage, brasage, colla- ge, etc... Avant l'utilisation de produits composites, tout ou partie du "Al" peut être éliminé par usinage, en fonction de l'utilisation envise- gée, à une étape quelconque du procédé, ultérieure au filate. Ainsi, par exemple, on peut réaliser un coussinet à partir d'un tube filé cylindrique en "Al-Pb" gainé intérieurement et extérieurement "d'Al", en brasant la gamine extérieure sur le palier en acier, pais .en éliminant la gaine intérieure par tournage, afin de mettre a mr l'alliage antifine- tion, le diamètre de l'alésage ainsi réalisé étant adapte a celui de l'arbre qu'il doit supporter. La figure unique représente une micrographie en long de la sone de surface d'un produit obtenu selon le procédé. L'exemple suivant permet d'illustrer l'invention telle décrite ci dessus : On a mélangé dans un mélangeur mécanique 88 % en poids d'A5 sous forme de poudre obtenue par pulvérisation centrifuge (taille 500 a 1000 pm, teneur en 02 : ~ 1000 ppm) avec 12 % (en poids) de poudre de rb de granulo métrie comprise entre 40 et 50 Ina. Ce mélange a été compacté en lopins cylindriques # (17 mm de 64 daN uni- taire (- 6,5 kg) sous une pression de 294 MPa (30 kg/mm), se qui leur confère une densité de 2,93 pour 2,97 théorique. Une partie des lopins a été usinée à 111 mm et gainée par des tales d'A5 soudées de 3 mm d'épaisseur. Les lopins gainés ou non ont été filés à 270-2800C sur une presse de 800 T, conteneur 125 mm, en filage inverse, sous forme de barres 20mm à des vitesses comprises entre 2 et 40 m/mm. Les produits obtenus possèdent une répartition homogène du plomb ainsi qu'une très bonne liaison métallurgique A5 - en alliage Al-Pb (voir la figure unique). REVENOICAIlONS 10/ - Produit antifriction caractérisé en ce qu'il comprend un alliage type A1-Pb constitué d'une matrice en Al (ou alliage à base d'Al) contenant jusqu'à 50 Ó en poids d'une dispersion de particules de Pb (ou alliage à base de Pb). 20/ - Produit antifriction selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est constitué d'une seule couche homogène d'alliage type Al-Pb. 3 / - Produit antifriction selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux couches constituées, d'une part, d'un alliage à base d'Al contenant jusqu'à 50 Ó (en poids) de Pb (ou d'alliage à base de Pb) et, d'autre part, d'aluminium (ou d'alliage d'aluminium) métallurgiquement et directement liées l'une à l'autre par leur surface de contact. 40/ - Procédé d'obtention de produit antifriction homogène type Al-Pb selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que a) on mélange intimement une poudre d'Al (ou d'alliage à base d'Al) avec une poudre de Pb (ou d'alliage de Pb) en quantités convenables pour obtenir l'analyse visée, b) on comprime à froid le mélange ainsi obtenu pour former un lopin, c) on perce éventuellement le lopin dans l'axe, d) on file le lopin en filage inverse sous forme de barre, méplat, tube ou profilé plein ou creux. 50/ - Procédé d'obtention d'un produit antifriction composite type Al-Pb selon les revendications 1 ou 3, caractérisé en ce que a) on mélange intimement une poudre d'Ai (ou d'alliage à base d'Al) avec une poudre de plomb (ou d'alliage à base de Pb) en quantités convenables pour obtenir l'analyse visée, b) on comprime à froid le mélange ainsi obtenu pour former un lopin, c) on perce éventuellement le lopin dans l'axe, d) on gaine au moins partiellement le lopin par de l'aluminium (ou par un alliage à base d'Al), e) on file le lopin en filage inverse sous forme de barre, méplat, tube ou profilé plein ou creux. 60/ - Procédé suivant l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que le produit est soumis, après filage, à un traitement thermique de globulisation du Pb (ou alliage à base de Pb) et/ou de rècristallisa- tion de l'Al (ou alliage d'Ai). 60/ - Procédé selon l'une des revendications 4, 5 ou 6, caractérisé en ce que le produit filé est soumis à une déformation plastique. 80/ - Procédé selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que le produit filé subit une déformation plastique avant le traitement thermique de globulisation et/ou recristallisation. 90/ - Procédé selon l'une des revendications 5, 6, 7, ou 8, caractérisé en ce que le produit est fixé sur un support adéquat par sa face alumi nium (ou alliage à base d'Al). 100/ - Procédé selon l'une des revendications 5, 6, 7, 8 ou 9 caractérisé en ce qu'une partie du gainage d'Al (ou alliage d'Al) est éliminée à un stade quelconque après filage et avant utilisation du produit.