Brevet FR2484458A1 — publié le 19811218

La présente invention est du domaine de la métallurgie des poudres, en particulier celui des matières frictionnelles agglomérées, et a notamment pour objet une matière frictionnelle agglomérée & base de fer. L'invention est applicable aux ensembles A friction utilisés sur les véhicules automobiles, les tracteurs, les avions et les engins de travaux publics, ainsi que dans divers autres dispositifs fonctionnant des des conditions de frottement à sec ou de frottement à lubrifiant liquide. On connalt bien des matières frictionnelles agglomérées à base de fer prévues pour fonctionner dans des conditions de frottement à sec ou à lubrifiants liquides. Les matières frictionnelles agglom6rées (poreuses) sont constituées de composants métalliques et non 2talliï ques. Les premiers confèrent à la matière la résistance mécanique nécessaire, alors que les seconds permettent d'augmenter le coefficient de frottement et d'affaiblir l'aptitude de la matière au grippage. Une particularité caractéristique des matières frictionnelles agglomérées consiste en la formation, au cours du frottement, d'une mince couche superficielle dont la plasticité et la viscosité sont fonctions de la nature des composants de la matière. Ladite couche superficielle, qui est plus plastique à la température ambiante et surtout aux températures élevées que la masse principale de la matière frictionnelle, assure la création d'un gradient positif des propriétés mécaniques suivant la profondeur de la matière et résiste bien à la redéformation. La plasticité de cette couche superficielle contribue à réduire les pressions spécifiques locales, à abaisser les températures superficielles et Aà améliorer la rodabilit6. Par rodabilité on entend l'apti- tude de la matière frictionnelle à agrandir sa surface de contact effective par usure ou par déformation plastique. La couche superficielle des matières frictionnelles agglomérées doit posséder une structure hétérogène, O9TZTeo ael 'aldmaxe ed IIJTOA)'anuuoo ze$j ep eseq aplmol22 e talltuOTiOTJ eaqTuem aelne aun aJoou: 5 *aeplos el ae; ç z aeuqpq.Lom op ain;TnsTq 9 m. EunToTITs ap ainqaBo 51k eaoq ep eanqieo Z I 9 eaoq ep eana ITu 01 l 5'9 asqu2utmem Z Q 6 ajATno : (eassw ue %) euwATns enbpTmTo uoTTsodmoo el aeuesgid (h0Q817 oN SSan znelne,p oç; oTsTaeo el 'aldwaxe aed 'tToA) a0e ap esuq Z anuuoo aagmoISSu eIIleuuoToT aZ sjTem elqne euf -apTos al jeT: 9 wruLwzq ep erqv:ns ú mfnToTlTs op epxo oz 6 e-TqtdsJe h ajATno : ( essu ue %): aeuATns enbTmTqo uoT4Tsodwoo el.ueXB '(9961 'noosoN 'ueT9nll4t u *P, 'pa'.e; op eseq q selleuuoToTa; sezTemw ap uoTIonpoid uer 'Is %.e ç N 'i AoletuS[I Sp e92unol 'aldmaxe avd 'ITo ) ae; op esvq epagmol"Su elleuuoTIoTi; aqq.Uem eun %veuuoo uo *einsnp enbusT el %ueuaemSne u@ %uamaeoi$; ep euoz el auup 4uaelupd %e ta. ue -1eeTmp un 'seAe 9.uemessT9[2 Op sesseaTA xne uessTqns 01 To-selleo 'joddns np neUTJae ne sepTlos saTnoTaed sap eauesT;;nsuT uoTsptppep seo ue '%umpuadeo *'e".xqo el ep;zed epuva2 snld el %uejoddns 'aepnn uoo eoujans el qzoddae aed %uemelqaoAu; %uesodsTçp as Tnb semnp SUOTSnTlOUT sot 'lUB.TOTTOS alt seooJ0 sap ae;;,el snos 'enb %T4e np aJnsn,5 q eTzeaTw el op eouesTsqj el aeuew2ne8p %ue.zed elleToTaedns aqonoo el suBp sepTlos sealnoTaud Sp eouespid ev 'seur; seanp sUOTSnTOUT sap oe0AB joddns np su-esodmoo sap eauevlp un ale. ToP e lleenb eTp-?-jseao 8St98t2 d'auteur URSS N 379665) présente la composition himique suivante (% en masse): cuivre I à 3 étain 0,5 à 2 sulfate de baryum 3 à 5 graphite 4 A 10 bisulfure de molybdène 2 à 6 nsitall (dénomination commerciale d'une vitrocéramique) 1 à 30 plomb 0,1 à 4 fer le solde. Les particules solides d'oxyde de silicium, de carbure de bore, de carbure de silicium, d'amiante, de carbure de fer et d'oxyde ferrique qui, dans les matières connues précitées, Jouent le rôle d'additifs abrasifs augmentant le coefficient de frottement, donnent lieu & des températures élevées (Jusqu'à 900 C) apparaissant pendant le frottement à la surface du couple conjugué "matière-contrecorps". Au cours du frottement, la température augmente avec l'élévation de la pression spécifique et de la vitesse de glissement des matériaux conJudués. Dans les conditions de frottement à sec, il s'amorce un processus d'interaction active entre, d'une part, les composants métalliques, en particulier le fer, le cuivre et le plomb constituant le support de la matière, et d'autre part, l'oxygène atmosphérique, avec formation de différents oxydes. Etant donné l'hétérogénéité et la porosité des matières frictionnelles agglomérées à base de fer, la couche d'oxydes qui se forme à la surface n'est pas continue. Ceci a pour conséquence que, pendant le frottement, les oxydes se détériorent, leurs particules solides sous forme de corps micro-abrasifs pénètrent dans la zone de frottement et provoquent une usure excessive. Les modifications structurales dues à l'oxydation à haute température conduisent à une altération des propriétés de résistance de la matière dans ses couches superficielles. La fragilité de la matière augmente et, par conséquent, dans le cas de charges élevées (jusqu'à ,88 MPa sous lesquelles les matières en question peuvent être utilisées, celles-ci fonctionnent mal à la compression compte tenu du risque d'apparition de fissures et de destruction de la matière. Ainsi, dans les conditions de frottement à sec et de frottement à lubrifiants liquides, les matières frictionnelles agglomérées à base de ferprésentent une faible résistance à l'usure et des propriétés de résistance mécanique insuffisantes, et ne peuvent, de ce fait, assurer la longévité requise des ensembles de frottement dans lesquels elles sont utilisées. La matière frictionnelle agglomérée à base de fer qui est la plus proche, de par sa nature et du point de vue de l'effet obtenu, de celle de l'invention, est la matière décrite dans le certificat d'auteur URSS N 503927, qui comprend (% en masse): cuivre 4 à 15 sulfate de nickel 2 à 8 graphite 4 à 10 nsitall" 2 à 10 plomb 2 à 8 fer le solde. Le "sitall" faisant partie de cette matière frictionnelle agglomérée à base de fer est faiblement lié au matériau du support et contribue de ce fait à diminuer la résistance mécanique de la matière dans sn ensemble. Etant donné la forte teneur en particules abrasives de la matière fractionnelle agglomérée à base de fer qui vient d'être décrite, sa résistance à l'usure et sa résistance mécanique sont insuffisantes. En outre, la présence de graphite, qui est tun lubrifiant sec, de plomb, qui se ramollit aux températures de frottement, ainsi que de sulfate de nickel participant au cours de l'agglomération à la formation de sulfure de fer qui lubrifient, eux aussi, la surface de frottement, conduit à une réduction du coefficient de frottement. Ce dernier s'avère particulièrement bas lorsque la matière frictionnelle agglomérée à base de fer fonctionne dans les conditions de frottement à sec. La présente invention a pour but deélever la résistance a l'usure, la résistance mécanique et le coefficient de frottement d'une matière frictionnelle agglomérée & base de fer lors de son fonctionnement dans les conditions de frottement à sec ou de frottement avec lubrification, par un choix judicieux des composants de ladite matière. A cet effet, l'invention a pour objet une matière frictiîonelle agglomérée à base de fesr, du ype contenant du cuivre, du sulfate de nickel9 du graphite et du sitallu, dans laquelle, suivant 1 invention, sont introdui-ts do l'amiante, du disiliciure de calcium, du silicîtu, du carbure de silicium et du disiliciure de fer, la compositîon de ladite matière étant la suivante (% en masse) cuivre 1 à 5 sulfate de nickel 3 & 6 graphite 4 à 8 "sitall" 1 à 3 disiliciure de calcium 3 à 10 silicium 0, 4 à 2 carbure de silicium 0,2 à 1 disiliciure de fer 0,2 A 2 amiante 0,5 à 5 fer le solde. La matière frictionnrmelle agglomérée à base de fer de composition décrite ci-dessus est universelle et apte à être employée dans les conditions de frottement à sec et de frottement avec lubrification. La complexité de cette composition chimique n'a pas pour effet de compliquer la technologie de fabrication de ladite matière frictionnelle agglomérée à base de fer, car le disiliciure de calcium, le disiliciure de fer, : (assem ue se2e.ueojnod) lue.Tns el Tos JOej ap eseq agpmol8 eallteuuoToTJ aeaqsTem el çç ap Suesodwoo sep loddex ael anb aelqe.Teqnos %sa II ÀJej ep asBq e aamolse aetllaeuuoT% -oTij; aJaTuem e ap senbTueogm e91%gTjdoJd seal aeoTgumep 1tuLzaed alle 'îaej ne aeTp-w-.seo '4.oddns np nseraqsem ne uoogtLrpep sepatadoad saeneq ap sgnop 'mnToleo ap Oú aanTOTITTTP op %a mTOTTs op aouasgad el %ueno - uoTI-eoT,;l-qnl oe0e %ue aloi a oe e oBs l uwelloa;: seo xnap set suep enbTuapT enbseed gagop un a seATseaJqe s9q TaJdoid saneal;uae.aTuem 'aletnql uep 9%lTtqellTnom ap 9ajap 5z seq anal ep nue. eldmoo 'Tnb aeutmup seaTnoTlaed sap eouespad et eoVig tesleAeun eaqoeio un e eaTlem et sel.no u: 'alTnl suep luemeuuoTqouoj ap Seo ua sTadmoo X uoTl.eoT3Tzqnl oeae no oaes queuelo.; ep suoTTpuoo set suup 4uaeaellol ap lueToTlaoo elt elue2ne 1Tuonpl OZ uo 'snssep-To saepJalup saTsTeqe selnoT%.ed sep 'eaqTemw at suap 'uOTonpoiuTl aoaoiS *laed ealnea a1JTl.eTa Bt ap 'ansntl eUTUe uessTlqlel; ;e ua a. solnoTJed seTpsep saTçsaeqe s99pTadoid slet ueiglT.I ua lUaealOza ep euoz eT suep uzai:qxud a quameaeeTMP un. luassTqns '"WnTOTtTS ep aenqxeoael laI, eTX T '. ttae.B aet snb salel seATseqe seaouesqns ep selnoT.iaed set l.uemealo.; aTl uepaued uddoteAue ua 'Tnb ae; ap seaanjns ap 'uoTeiuoot2eBt ap sanoo ne 'uoTe. oj et %uel. -l.ueid Te1XoTu ep e.e:Tnos ap.e 'apTTos WuBeTTçqnT un lsa O0 Tnb 'aeTqEdui2 ap aouesgid el ied apouanT.uT luamaTqeaoAel ai4no ue se ainsgn1T eaTem ut Bp eoueusTsa BwI Àenuelqo ellettuuoToTaj aaqllum et elno. ep eansnl V eoutq.sTsg el %Ioiooe 'mrToTtTs ep ainqaeo ep ea mnToleo ap aenToTtToTP ap aeioZ snos ainsn,1t seqlueqsTsfa SUOTS -ntouTp 'eanbTpuT uoT1Tsodmoo el SUBep'aeouead eB Àeapnod ap aexo; snos eTOltdmIas Tnb 'unTolTo-ooTTsT.u 9teadde eTele un %uaenqTsuoo mnToTtTs ep ainq:eo at %e mnTOTtTS at cuivre 2 sulfate de nickel 4 graphite 4 "sitall" 1 disiliciure de calcium 7 silicium 1,5 carbure de silicium 0,5 disiliciure de fer 1 amiante 3 fer 76. Une telle composition de la matière assure l'obtention des meilleures propriétés de résistance à l'usure, de résistance mécanique et de coefficient de frottement, tant en cas de fonctionnement sans lubrifiîca tion que de fonctionnement avec lubrification. Ceci est dé aux proportions optimales de siliciure de calcium, de disiliciure de fer, de silicium et de carbure de silicium, qui augmentent la résistance mécanique et à l'usure de la matière frictionnelle agglomérée à base de fer, ainsi qu'à la proportion optimale d'amiante, qui assure un haut coefficient de frottement en raison de ses propriétés abrasives. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaîtront mieux à la lumière de la description explicative, qui va suivre, de différents modes de réalisation donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs. Les poudres de graphite et de silico-calcium, lequel est composé de disiliciures de calcium et de fer, de silicium et de carbure de silicium, sont séchées à la température de 150 C. Ensuite toutes les poudres de départ sont tamisées et dosées de façon & obtenir les teneurs suivantes (pourcentages en masse): cuivre 1 à 5, sulfate de nickel 3 à 6, graphite 4 à 8, "sitall" 1 à 3, disiliciure de calcium 3 à 10, silicium 0,4 à 2, carbure de silicium 0,1 à 1, disiliciure de fer 0,2 à 2, amiante 0,5 à 5, fer, le reste. Tous les composants sont mélangés 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 une pression spécifique de 392 MPa et l'on effectue l'agglomération des produits obtenus, sous forme de garnitures de friction, en les faisant en même temps adhérer à un support d'acier sous la pression de 1,96 MPa et à la température de 1030'C pendant 3 heures. Les matières frictionnelles agglomérées à base de fer ainsi préparées sont assayées pour déterminer leurs propriétés de frottement et de résistance. Les essais de frottement sont exécutés sur un.banc fonctionnant selon le principe de freinage de masses d'inertie tournantes. Les propriétés mécaniques sont déterminées à l'aide d'un matériel standard. La matière fractionnelle agglomérée à base de fer, obtenue par la technique décrite, présente une usure, après 100 freinages, de 4 à 8 Nom avec lubrification, et de 15 à 18 & m sans lubrification, un coefficient de frottement de 0,13 à 0,14, avec lubrification et de 0,38 à 0,40 sans lubrification, une résistance limite de 12,3 à 1,274 MPa et une ténacité aux chocs de 6,865 J/cm2 Comparée à la matière fractionnelle agglomérée connue, la matïère faisant lbbjet de l'invention présente une résistance à l'usure de 1,5 à 3 fois supérieure dans les conditions de lubrifiants liquides, et de 1,4 à 1,7 fois supérieure dans les conditions de frottement à sec, alors que le coefficient de frottement est respectivement de 1,2 à 1,4 fois et de 1,2 à 1,3 fois supérieur à celui de la matière connue. En ce qui concerne la résistance limite et la ténacité aux chocs, elles s'accroissent respectivement de 1,3 et de 1,2 fois. Pour fixer les idées, plusieurs exemples de réalisation concrets mais non limitatifs sont décrits dans ce qui suit: () Exemple 1 Les poudres de graphite et de silico-çalcium, ce dernier renfermant du disiliciure de calcium, du disili- ciure de fer, du silicium et du carbure de silicium, sont séchées à la température de 150 C. Ensuite on tamise toutes les poudres de départ et on les dose de façon à assurer les teneurs suivantes (% en masse): cuivre 5, sulfate de nickel 3, graphite 8, "sitallw 3, disilîciure de calcium 3, silicium, 0,4, carbure de silicium 0,2, disiliciure de fer 0,4, amiante 5, fer 72, après quoi ces composants sont mélangés dans un mélangeur en présence d'une huile (0,5% du poids de la charge) pendant 10 heures. La charge a.insi préparée est pressée dans un moule à pression sous la pression spécifique de 392 MPa et l'on effectue l'agglomération des produits obtenus sous forme de garnitures de friction dans un four à cuve avec leur adhésion simultanée à un support d'acier sous la pression de 1,47 MPa et à la température de 1030 C pendant 3 heures. Les essais de frottement et les essais mécaniques ont montré les caractéristiques suivantes de la matière: ténacité aux chocs 6, 865 J/cm2 résistance limite 122,5 MPa coefficient de frottement à sec 0,358 coefficient de frottement avec lubrification 0,13 usure de la matière après freinages: sans lubrification 19 /"Lm avec lubrification 8 /m Exemple 2 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, sulfate de nickel 6, graphite 3, "sitall"l 1, disiliciure de calcium 10, silicium 2, carbure de silicium 1, disiliciure de fer 2, amiante 1, fer 73, présente les caractéristiques suivantes: ténacité aux chocs 6,865 J/cm2 résistance limite 120,54 MiPa coefficient de frottement à sec 0,38 coefficient de frottement avec lubrification 0,13 usure après 100 freinages: sans lubrification 17/%m avec lubrification 6 pm. 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 2, sulfate de nickel y, graphite 4, "sitall" 1, disiliciure de calcium 7, silicium 1,5, carbure de silicium 0,5, disiliciure de fer 1,0, amiante 3, fer 76, présente les caractéristiques suivantes: ténacité aux chocs 6865 J/cm2 résistance limite 127,4 MPa coefficient de frottement à sec 0,40 coefficient de frottement avec lubrification 0,14 usure après 100 freinages: sans lubrification 15 /z-m avec lubrification 4 /xm. 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, sulfate de nickel 3, graphite 4; "sitall" 1, disiliciure de calcium 3, silicium 0,4, carbure de silicium 0,2, disiliciure de fer 0,4, amiante 0,5, fer 86,5, présente les caractéristiques suivantes: ténacité aux chocs 5,884 J/cni2 résistance limite 1 17,6 IP I 17,6 MPZI coefficient de frottement à sec 0,38 coefficient de frottement avec lubrification 0,13 St usure après 103 freinages: sans lubrification 18 4 m avec lubrification 7 A'm. 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 (% en masse): cuivre 5, sulfate de nickel 6, graphite 8, "sitall" 3, disiliciure de calcium 10, silicium 2, carbure de silicium 1, disiliciure de fer 2, amiante 5, fer 58, présente les caractéristiques suivantes: ténacité aux chocs 6,865 J/cm2 résistance limite 122,5 MPa coefficient de frottement à sec 0,39 coefficient. de frottement avec lubrification 0,14 usure après 100 freinages: sans lubrification 17. m avec lubrification 8,L m m Dans la description des exemples ci-dessus de réalisatbn de la présente invention, on a utilisé, pour plus de clarté, 'ne terminologie restreinte. Il est cependant évident que l'invention nest nullement limitée aux termes adoptés et que chacun d'eux couvrent tous les équivalents possibles. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. 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. -/ 9 a aue0 aqu-eTme Oç I.aX ap oanToTITsTP G'o mnToTTls ap aenqaeo I. mnTOTITS Lt MnTOeO ep eanTOTITsTp I. uIulle u SZ 17" laeOoTu ep ealTlns eOATno : (assea ua %) %ueTuoo ellenb ao ue e9sT poeJIo 'I uoTeoTPueAea UT uoles Oz le; op -esq î exgJmogi3 ae7au oFesoTjo i eaiT% -*' eplos eTl V 5'0 eutmTw Z Bt zio je; Bp anToTITsTP I -Z'O mnToTITs Bp eanqieo 51 Z 80 mnToTITS 01u ú enToleo op anToTTITsTP ç v I ulllnFS6 8 IV17 i.TqdeJ2 9 î ú leXoTu Bp eajT-ns 01O G9 IV eGJ&Tno (assem ue %) uaTluoo eTTlla,nb ao ue e9sTJoeso uoTeoTpue.eaB sl ueaTns aeIeuuoToTJ eJqTE -.z jeB Bp aenToTITsTP np %a mnToTITs ep eanqieo np 'mnToTITs np imnTolTo Bp aJnToTITsTP np 'eauBTmBll Bp aelno ue %uaT.uoo eTIenb ao ue egsTfl.oeauo 'TTe:1lTsu np 2e e1TtI{ida np 'IeaXoTu p eaIns np ejAlno np ueueZuoo ecTd np zea op easq V aeagmoIT3S e!etIuoToTJ eaqT%)Bf -*' S N O I 1 V D-I a N a A a H Z1 8StE8