Brevet FR2465790A1 — publié le 19810327

On connait des alliages de matériau dur à haute teneur en carbure contenant comme liant des alliages d'acier appropriés. La teneur en carbure, le plus souvent du carbure de titane ou des carbures mixtes dont le constituant principal est le carbure de titane, est de 50 à 80% de manière .-i assurer une grande résistance à l'usure. L'inconvénient de ces alliages connus est qu'étant donné leur haute teneur en carbure ils nécessitent pour un frittage dense une température notablement plus élevée que les alliages courants de matériau dur, pouvant être usinés et trempés, dont la teneur en matériau dur est de 15 à 35%. I1 faut donc disposer de fours à haute température pour de tels alliages à haute teneur en carbure, ce qui augmente notablement le coût du grittage et donc du produit final. Beaucoup d'autres inconvénients se sont opposés jusqu'à présent à l'adoption de ces matériaux durs à haute teneur en carbure. C'est pourquoi les alliages coulés durs et métaux durs se sont mieux implantés en tant que matériaux évitant l'usure, par exemple pour les moules, les filières et beaucoup de pièces d'usure dans la transformation de céramiques. L'invention a pour but d'élaborer, afin de résoudre le plus grand nombre possible de problèmes d'usure, une sorte particulière de matériau dur caractérisée par les combinaisons de propriétés suivantes a) une température de frittage extrêmement basse, permet tant une fabrication économique ainsi que le frittage composite avec l'acier ou des alliages de matériau dur pouvant être usiné, ce qui veut dire que la tem pérature de frittage doit être nettement inférieure à la température de fusion des aciers, 3 b) une faible masse volumique, inférieure à 6,0 g/cm3, donc inférieure à celle de l'acier et inférieure à la moitié de celle du métal dur, c) bonne aptitude à l'usinage, en particulier par abra sion, à l'état recuit, d) résistance maximale à l'usure, e) possibilité d'obtenir par un traitement thermique sim ple une dureté supérieure à 75 HRC. On a trouvé maintenant que les conditions ci-dessus sont pleinement remplies par un alliage comprenant 55 à 80% en poids de carbure de titane ou d'un carbure mixte formé de carbure de titane et d'un autre carbu re métallique, 20 à 45% d'une matrice d'acier comprenant 0,95 à 2,20% de carbone 0,50 à 2,00% de silicium 0,60 à 4,80% de manganèse 0,25 à 1,2%de molybdène, reste : fer. En outre, la matrice d'acier peut encore contenir jusqu1 à 1,8% de cuivre, jusqu'à 0,8% de vanadium, jusqu'à 0,1% de bore, jusqu'à 2,8% de nickel et jusqu'à-8,0% de chrome, isolément ou à plusieurs. Un alliage préférentiel comprend 60% en poids de carbure de titane 40% en poids de matrice d'acier comprenant 1,6% de carbone 1,0% de silicium 1,5% de manganèse 0,50% de molybdène 0,80% de cuivre 0,18% de vanadium 0,04% de bore reste : fer. Le carbone sert à durcir la masse principale lors d'un traitement thermique approprié. A cet effet, il faut une teneur d'au moins 0,95%, sa grandeur dépendant des autres élé- ments, surtout du silicium. La teneur en silicium doit être harmonisée avec celle en carbone de façon telle qu'il ne se forme pas de carbone libre sous forme de graphite dans l'alliage final. Au dessus de 2,20% de C, il est difficile d'éviter la porosité causée par le graphite libre. Le silicium assure un durcissement de-la masse principale de manière à éviter une érosion par lavage et cause une certaine résistance à la corrosion. Une teneur minimale de 0,50% est nécessaire, de plus hautes teneurs donnent le bas point de frittage désiré mais il faut les hermoniser avec la teneur en carbone pour éviter le graphite libre. Des teneurs supérieures à 2,0% ne permettent plus d'espérer aucun des avantages désirés. Le manganèse cause également un durcissement de la masse principale, un abaissement de l'intervalle ou de la température de frittage et une extension du domaine austénitique. La trempe jusqu'à une teneur résiduelle en austénite peut avoir une importance décisive dans certains problèmes d'usure, afin d'engendrer de la martensite par friction. Une teneur inférieure à 0,6% a une action trop faible, au dessus de 4,8% on risque d'obtenir de trop grandes quantités d'austénite qui se transforment mal en martensite engendrée par friction. Le molybdène en tant que formateur de carbure a pour r- le d'assurer le durcissement à coeur même dans de grandes sections. Une teneur inférieure à 0,25% est sans effet, une teneur supérieure à 1,2% ne serait pas économique dans les al- liages selon l'invention. Le vanadium, le cuivre, le nickel, le chrome et le bore peuvent procurer des avantages dans le cas de certains efforts d'usure mais leur addition n'est pas absolument nécessaire pour résoudre la plupart des problèmes d'usure. 3 La masse volumique de cet alliage est de 5,6 g/cm3. La dureté après recuit est de 68/70 HRC. Après un traitement thermique par austénitisation à 8500C et refroidissement à l'huile ou sous vide au moyen d'azote, on obtient une dureté de 79 HRC. I1 est surprenant que l'on obtienne cette grande dureté avec une teneur en carbone supérieure à 1,0% et que la teneur en carbone combiné du carbure de titane ne descende pas en dessous de 19%. La haute teneur en C, en combinaison avec le silicium, le manganèse et le bore, assure une température de frittage de 13600C qu-i correspond aux matériaux durs normaux pouvant être usinés et trempés de sorte que dans la fabrication, on peut utiliser les mêmes fours. I1 devient ainsi possible d'effectuer aussi un frittage composite avec des alliages d'acier ou des matériaux durs normaux aptes à l'usinage. La température de frittage de genre d'alliages à haute teneur en carbure était antérieurement de 1440 à 14800C, point où les aciers fondent déjà, de même que les matériaux durs usinables normaux à matrice d'acier. Des exemples d'application de l'alliage selon l'invention sont les matrices et poinçons d'outils pour le moulage de céramiques de toute sorte, d'aimants d'oxyde, de carbures et de matériaux similaires causant une forte usure, les filières, buses d'injection, bras de mélangeur, boulets de broyage, éléments de broyage, pelles culbutantes, déflecteurs, buses et plaques d'usure pour machines à tirer les noyaux, battoirs de broyeur à marteaux, roues à ailettes, bandes de percussion, patins, vis transporteuses. REVENDICATIONS 1. Alliage de matériau dur à liant d'acier de grande résistance à l'usure, caractérisé par le fait qu'il comprend: 55 à 80% en poids de carbure de titane ou d'un carbure mixte formé de carbure de titane et d'un autre carbu re métallique, 20 à 45% d'une matrice d'acier comprenant 0,95 à 2,20% de carbone 0,50 à 2,00% de silicium 0,60 à 4,80% de manganèse 0,25 à 1,2% de molybdène, reste : fer. 2. Alliage selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la matrice d'acier contient en outre 1,8% au maximum de cuivre, 0,8% au maximum de vanadium, 0,1% au maximum de bore, 2,8% au maximum de nickel et 8,0% au maximum de chrome, isolément ou à plusieurs. 3. Alliage selon la revendication 2, caractérisé par le fait qu'il comprend 60% en poids de carbure de titane 40% en poids de matrice d'acier comprenant 1,6% de carbone 1,0% de silicium 1,5% de manganèse 0,50% de molybdène 0,80% de cuivre 0,18% de vanadium 0,04% de bore reste : fer.