Brevet FR2484460A1 — publié le 19811218

La présente invention concerne le domaine de la métallurgie des poudres et a notamment pour objet une matière fric-tionnelle agglomérée, plus précisément une matière frictionnelle agglomérée a case de fer L'invention trouve des application notamment dans les ensembles à friction des véhicules automobiles, tracteurs, avions, engins de manutention et de travaux publics, machines agricoles, machines-outils et appareils d'usage domestique, ainsi que dans d'autres dispositifs fonctionnant dans des conditions de frottement avec lubrification à des régîmes d'exploitation moyens (vitesse de rotation de l'organe de friction jusqu'à 9 m/s, pression spécifique jusqu'à 2,45 MPa Sont largement connues des matières fonctionnelles agglomérées à barde fer prev-ues pour etre utilisées dans les conditions de frottement à sec et de frottement avec lubrification Les matières frictionnelles agGlomérées (poreuses) se composent de constituants métaliques et non métalliques. Les constituants métalliques confèrent à la matière la solidité nécessaire, alors que les constituants non métalliques permettent d'élever 16 coefficient de frottement et de réduire l'aptitude au grippage.Les matières frictionnelles agglomérées se caractérisent par la formation, au cours du frottement, d'une mince couche superficielle donc la plasticité et la viscosité sont déterminées par les constituants de la matière La couche superficielle, qui est olus plastique, à la -'cemperature ambiante, mais surtout aux témperatures élevées, QJ.C la masse principale de la matière frictionnelle, assure l'obtention d'un gradient positif des propriétés mécaniques suivant la profondeur de la matière et résiste bien à la rédéformation. La plasticité de ladite couche superficielle contribue à réduire les pressions spécifiques locales, à abaisser les -tempéra-tures superficielles et à améliorer les propriétés de rodabilité Par "rodabil:ité' on entend ici l'aptitude, de la matière frïctiorielle à agrandir sa surface effective de contact par usure ou wB déformation plastique. La couche superficielle de matières frictionnelles agglomées doit posséder une structure hétérogène, c'està dire qu'elle doit être un mélange des constituants du support avec des inclusions dures fines. La présence de particules'solides dans la couche superficielle permet d'augmenter la résistance de la matière frictionnelle à l'usure, puisque, sous l'action des forces qui les sollicite, les inclusions dures, en se disposant de façon favorable par rapport à la surface conjuguée, supportent la partie essentielle de la charge. Cependant, en cas de mauvaise adhésion des particules. solides au matériau du support, celles-ci subissent, aux hautes vitesses de glissement, un émiettement et pénètrent dans la zone de frottement en risquant d'élever l'usure. On connait une matière frictionnelle agglomérée à base de fer (voir, par exemple, l'étude d'Ignatov L.N. et al. " Production de matières frictionnelles à base de fer ", éd. " Métallurgie ", Moscou, 1968), qui présente la composition chimique suivante (% en masse) cuivre 15 graphite 9 oxyde de silicium 3 sulfate de baryum 6 amiante 3 fer le solde Une autre matière frictionnelle agglomérée connue à base de fer ( voir par exemple, le certificat d'auteur URSS nO 358401) présente la composition chimique suivante (% en masse) cuivre 9 à 25 manganèse 6,5 à 10 nitrure de bore 6 à 12 carbure de bore 8 à 15 carbure de silicium 1 à 6 bisulfure de molybdène 2 à 5 fer le solde. Encore une autre matière frictionnelle agglomérée à base de fer (voir le certificat d'auteur URSS nO 503927) présente la composition chimique, suivante (% en massé) cuivre 4,0 à 15,0 sulfate de nickel 2,0 à 8,0 graphite 4,0 à 10,0 "sitall'(matériaux vitrocéramique) 2,0 à 10,0 plomb 2,0 à 8,0 fer le solde. Les particules solides d'oxyde de silicium, de carbure de bore, de carbure de silicium, d'aminate, de carbure de fer et d'oxyde ferrique, présentes dans les matières frictionnelles agglomérées à base de fer connues et servant d'additifs augmentant leur coefficient de frottement, donnent naissance à des températures élevées (jusqu'à 900 C) apparaissant à la surface du couple conjugué " matière-contrecorps " au cours du frottement. Les modifications structurales dues à l'oxydation à haute température conduisent à une altération des propriétés résistantes dans les couches superficielles. La fragilité de la matière frictionnelle agglomérée croit, par suite de quoi elle fonctionne mal à la compression, étant donné le risque d'apparition de fissures et de destruction de la matière en question. De cette façon, les matières frictionnelles agglomérées à base de fer connues présentent, dans des conditions de frottement avec lubrification, une faible résistance à l'usure et des propriétés mécaniques insatisfaisantes, ce qui empêche l'obtention de la longévité nécessaire des ensembles de frottement dans lesquels ces matières doivent être employées. La matière frictionnelle agglomérée à base de fer, qui est la plus proche, quant à sa nature chimique et à l'effet obtenu, de celle de l'invention, est la matière décrite dans le certificat d'auteur URSS nO 379665, qui a la composition chimique suivante (5' en masse): cuivre 1,0 à 3,0 graphite 4,0 à 10,0 sulfate de baryum 3,0 à 5,0 " sitaîl " 1,0 à 30,0 plomb 0,1 à 4,0 bisulfure de molybdène 2,0 à 6,0 étain 0,5 à 2,0 fer le solde. L'un des constituants de cette matière frictionnelle agglomérée à base de fer est le "sitall",qui, n'étant pas lié chimiquement au matériau du support, ctest-à-dire au fer, affaiblit toute la matière, d'où la réduction de sa résistance à l'usure. La présente invention vise donc à élever la résistance à l'usure de la matière frictionnelle agglomérée à base de fer dans les conditions de frottement avec lubrification à des régimes moyens d'exploitation, et ce , par un choix judicieux des constituants de ladite matière. Ce problème est résolu grâce à une matière frictionnelle agglomérée à base de fer, contenant du cuivre, de l'étain, du sulfate de baryum, du graphite, du "sitall", du plomb, caractériséesuivant l'invention, en ce qu'elle contient en outre du nitrure de bore, les proportions des constituants de la matière étant les suivantes cuivre 1,5 à 3,0 étain 1,0 à 2,0 sulfate de baryum 4,0 à 8,0 graphite 1,0 à 8,0 nitrure de bore 0,5 à 4,0 matériau vitrocéramique tel que le "sitall " 1,0 à 5,0 plomb 10,0 à 20,0 fer le solde. Le nitrure de bore entrant dans la composition de la matière frictionnelle agglomérée proposée est un lubrifiant solide qui ne brûle pas et ne se décompose pas à la température d7agglomération, ce qui est le cas, par exemple, du bisulfure de molybdène contenu dans la matière frictionnelle agglomérée à base de Ser mentionnée précédemment. Le nitrure de bore conserve ses propriétés lubrifiantes à la température d'agglomeration et concourt à la formation, dans la zone de frottement, d'un film séparant la matière du contrecorps, film qui empêche Zapéné-tration dans la zone de frottement, de particules abrasives favorisant l'abrasion de la matière. Ainsi, la présence du nitrure de bore dans la composition de la matière frictionnelle agglomérée proposée permet d'élever la résistance à ltusure de cette dernière. il est souhaitable que les proportions des constituants dans la matière frictionnelle agglomérée à base de fer, soient les suivantes (% en masse ) cuivre 3,0 étain 2,0 sulfate de baryum 6,0 graphite 2,0 nitrure de bore 2,0 "sitaîl" 3,0 plomb 15,0 fer 67,0 La teneur d'une telle matière frictionnelle agglomérée à base de fer en nitrure de bore est optimale en ce sens que, si elle est choisie plus élevée, le film formé par ledit nitrure de bore à la surface de frottement empêche le liquide de pénétrer dans la zone de frottement; par contre, si la teneur de la matière frictionnelle agglomérée à base de fer en nitrure de bore était inférieure à la valeur indiquée, le liquide pourrait passer dans la zone de frottement de façon plus aisée en entrainant avec lui les particules solides qui nuisent à la résistance à l'usure. On voit que la teneur optimale en nitrure de bore permet d'obtenir une matière frictionnelle agglomérée à base de fer, qui présente la résistance à l'usure la plus haute possible. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaitront mieux à la lumière de la description, qui va suivre, de différents modes de réalisation donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs. La poudre de graphite est séchée à la température de 1500C. Ensuite toutes les poudres de départ, à savoir le cuivre, étain, le sulfate de baryum, de graphite, le nitrure de bore, le sitall, le plomb, et le fer, sont tamisées et dosées de façon que leurs proportions dans la charges soient les suivantes (% en masse) cuivre 1,5 à 3,0 , étain 1,0 à 2,0 , surfate de baryum 4,0,à 8,0, graphite 1,0 à 8,0 , nitrure de bore 0,5 à 4,0 , "sitaîl" 1,0 à 5,0 , plomb 10,0 à 20,0 ,ferle reste.Tous ces constituants sontmélangés dans un mélangeur en présence d'un liquide neutre, par exemple d'une huile, La charge ainsi préparée est pressée dans un moule à pression sous la pression spécifique de 392 MPx après quoi on effectue l'agglomération des produits moulés, obtenus, se présentant sous la forme de garnitures de friction, dans un four à cuve en les faisant adhérer simultanément à un support d'acier sousla pression de .1,96 MPa à 10300C pendant 3 heures, Les matière frictionnelles agglomérées obtenues de la sorte sont essayées pour en déterminer la résistance à l'usure sur un banc d'essais de frottement fonctionnant suivant le principe du freinage de masses d'inertie tournantes.Après 100 freinages, elle présentent une usure. de 2 à 42E pour un coefÎicielît de frottement de 0,10 à 0, 12. La résistance à l'usure de la matière frictionnelle agglomérée obtenue est de 3,2 à 6,5 fois supérieure à celle de la matière frictionnelle agglomérée connue mentionnée plus haut. Ltiflvention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante de plusieurs exemples particuliers mais non limitatifs d'obtention de compositions de matières frictionnelles agglomées à base de fer conformes à l'invention. Exemple 1. La poudre de graphite est séchée à la température de 1500C. Ensuite toutes les poudres de départ sont tamisées au moyen de tamis n 0100 et 0160 et dosées de façon à en obtenir les proportions suivantes (% en masse) cuivre 1,5 " , étain 1,0 , sulfate de baryum 8,0, graphite 1,0nitrure de bore 4,0 , "sitall" 1,0 ,plomb 20, fer 63,5, après quoi on les mélange dans un mélangeur en présence d'-huile (0,5 du poids de la charge ) durant 6 heures. La charge ainsi préparée est pressée dans un moule sous une pression de 294 MPa, puis agglomérée dans un four à cuve, avec adhésion simultanée à un support d'acier, sous la pression de 1,96 MPa à 10300C pendant 3 heures. La matière frictionnelle agglomérée à base de fer ainsi obtenue est essayée sur un banc d'essais de frottement qui fonctionne selon le principe du freinage de masses d'inertie tournantes. Elle présente les caractéristiques suivantes usure après 100 freinages 4 p m coefficient de frottement dans l'huile 0,12. Exemple 2. La matière fric-tionnelle agglomérée à base de fer obtenue suivant la technique décrite dans l'exemple 1 à partir de poudres prises dans les proportions suivan-tes % en masse) : cuivre 3,0, étain 2, sulfate de baryum 6, graphite 2, nitrure de bore 2, "sitall" 3, plomb 15, fer 67, présente les caractéristiques suivantes usure après 100 freinages 2 coefIi.cient de frottement dans L'huile 0,11. Exemple 3. La matière frictionnelle agglomérée à base de fer obtenue suivant la technique décrite dans l'exemple 1, à partir de poudres prises dans les proportions suivantes (% en masse) : cuivre 3,0, étain 2,0, sulfate de baryum 4,0, graphite 8,0, nitrure de bore 0,5, "sitaîl" 5,0, plomb 10, fer 67,5, présente les caractéristiques suivantes :usure après 100 freinages 3km coefficient de frottement dans l'huile 0,12. Exemple 4. La matière frictionnelle agglomérée à base de fer obtenue suivant la technique décrite dans l'exemple 1, à partir de poudres prises dans les proportions suivantes (% en masse) : cuivre 1,5, étain 1,0, sulfate de baryum 4,0, graphite 1,0, nitrure de bore 0,5, "sitall" 1,0, pltmb 10, fer 81, présente les caractéristique suivantes usure après 100 freinages 4 p m coefficient de frottement dans l'huile 0,12. Exemple 5. La matière frictionnelle agglomérée à base de fer obtenue suivant la technique décrite dans l'exemple 1 à partir de poudres prises dans les proportions suivantes (% masse) : cuivre 3,0, étain 2,0, sulfate de baryum 8,0, graphite 8,0, nitrure de bore 4,0 "sitall" 5,0, plomb 20, fer 50, présentetes caractéristiques suivantes usure après 100 freinages 3 p m coefficient de frottement dans l'huile 0,10. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemples. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits, ainsi que leurs combinaisons si-celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre de la protection comme revendiquée. REVENDICATIONS 1. Matière frictionnelle agglomérée à base de fer du type contenant du cuivre, de l'étain, du sulfate de baryum, du graphite, du "sitall", du plomb, caractérisée en ce quelle contient en outre du nitrure de bore. 2. Matière frictionnelleagglomérée suivant la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle~contient (% en masse) cuivre 1,5 à 3,0 étain 1,0 à 2,0 sulfate de baryum 4,0 à 8,0 graphite 1,0 à 8,0 nitrure de bore 0,5 à 4,0 matériau céramique tel que le "sitaîl" 1,0 à 5,0 plomb 10,0 à 20,0 fer le solde. 3. Matière frictionnelle agglomérée à base de fer suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisée par la composition suivante (5' en masse) cuivre- 3,0 étain 2,0 sulfate de baryum 6,0 graphite 2,0 nitrure de bore 2,0 matériau céramique "sitall" 3,0 plomb 15,0 fer 67,0