Brevet FR2477926A1 — publié le 19810918

PROCEDE DE FABRICATION DE PIECES A PARTIR DE POUDRES METALLIOUES La présente invention se situe dans le domaine de la fabrication de pièces frittées de grande précision à partir de poudres métalliques et, plus particulièrement, de coussinets autolubrifiants. On sait que la méthode classique de fabrication de pièces frittées précises (coussinets par exemple), comporte en général les opérations sui vantes - mélange de poudres initiales, - compression à froid, - frittage à chaud sous gaz protecteur (ou sous vide), - calibrage par compression à froid, - éventuellement, imprégnation sous vide par un lubrifiant liquide. Cette méthode présente l'inconvénient d'opérations multiples dont -l'une, le frittage, s'effectue à une température relativement élevée ; par exemple, pour les pièces à base de fer, le frittage s'effectue genéra- lement dans une gamme de températures allant de 9 à à 12000C, sous gaz réducteur (hydrogène, ammoniac craqué, gaz exothermique ou endothermique); pour les pièces à base de bronze, le frittage s'effectue entre 750 et 8200C sous les mêmes gaz réducteurs. Il en résulte une grande consommation d'énergie et, de plus, les pièces sont déformées lors de cette opération thermique, ce qui imposte le calibrage à froid, en général à la presse, pour obtenir les tolérances requises. Dans le domaine des coussinets auto-lubrifiants, les caractéristiques de fonctionnement sont données par le produit P.V. (produit de la Pression P qui s exerce sur le coussinet par la vitesse circonférentielle de l'arbre). Les coussinets frittés classiques ont des P.V. généralement limités à 20 quand P est exprimé en daN/cm2 et V en mètres/seconde. -Nous rappelons que P = F/diamètre de l'alésage x longueur du coussinet, F étant la force radiale appliquée en daN, le diamètre de l'alésage et la longueur du coussinet étant exprimés en cm, et V est égal à V= ais 60 où est le diamètre de l'arbre (en mètres) o le nombre de tours/min. de l'arbre. La demanderesse a trouvé qu'il était possible de conserver ltétat de surface et la précision dimensionnelle des pièces telles qu'elles résultent de la compression à froid initiale en introduisant dans le mélange de poudres à fritter, jusqu'à 10 t en poids d'un métal ou alliage fusible, type brasure tendre, dont la température de fusion Of soit comprise entre 800C et 400 C environ. Dans ce cas, l'opération de frittage est effectuée au voisinage immédiat de la température de fusion (ouf) de cette addition et, de préférence, légèrement au-dessus, dans l'air ou sous gaz réducteur ou inerte. La durée de frittage peut varier de 5 minutes à 3 heures suivant la nature de l'addition. Les pièces conservent alors leur géométrie initiale et la légère oxydation superficielle,qui a lieu dans l'air, n1 est en général pas nuisible à l'em- ploi ultérieur des pièces obtenues. Dans le cas des coussinets, cette oxydation superficielle est mne favorable car elle en abaisse le coefficient de frottement. Les métaux ou alliages fusibles peuvent être choisis entre autres parmi le groupe des métaux tels que Sn, Ga, Bi, Pb, In, Zn, Cd, Sb, etc... ou leurs alliages ayant un point de fusion inférieur à 400 C. Cette méthode permet également l'introduction dans le mélange initial de poudres de lubrifiants solides (graphite, plomb et sels de Pb, fluorure de graphite, etc...). Par ailleurs, la température de frittage relativement basse permet d'ajouter des lubrifiants solides tels que le bisulfure ou le biséléniure de Mb, le bisulfure ou le biséléniure de W, le polyté trafluolreylène ou ses dérivés qui seraient modifiés (par exemple oxydés) ou décomposés à la température "normale" de frittage suivant le procédé classique. La méthode selon l'invention consiste donc à - mélanger les poudres initiales contenant au moins un mé tal ou alliage fusible (80 C en poids, - comprimer à froid, - fritter à une température voisine ou légèrement supérieu re à e f. Cette méthode apporte donc, par rapport à la méthode classique, des économies d'énergie et de gaz réducteur, une simplification de la gamme opératoire par suppression du calibrage à froid, une diminution des investissements nécessaires à la fabrication, la possibilité d'introduire des lubrifiants solides dans la structure des pièces, et permet d'obtenir des produits plus performants. Les P.V.maximaobtenus sur les coussinets selon l'invention sont, en effet, de l'ordre de 40, alors que les P.V.ma- xùna sont de l'ordre de 20 pour les coussinets classiques. Les exemples ci-après, non limitatifs du domaine protégé, illustrent les propriétés obtenues sur un coussinet fabriqué selon la méthode décrite ci-dessus EXEhlPLE I On a mélangé au mélangeur mécanique de la poudre de fer ayant une taille moyenne de 100 pin (30 à 150 un environ) avec 1 % en poids de poudre d'étain de granulométrie Ce mélange a été comprimé à froid à une masse spécifique de 6,1 g/cm3, sous forme d'un coussinet cylindrique de dimensions suivantes int. = 20 mm ext. = 25 mm longueur = 25 mm Celui-ci a été fritté à l'air, à 300 C, pendant 1 heure et imprégné dthui- le Shell Tellus S 100 sous vide Pendant. 1 heure. Les tolérances dimensionnelles obtenues après frittage répondent aux exigences de la classe 6 selon la norme dimensionnelle internationale ISO ce qui correspond à 13 inn pour les cotes diamétrales, dans le cas du coussinet cité plus haut. Ce coussinet auto-lubrifié a été essayé dans un palier soumis à une charge radiale de 32 daN à une vitesse de rotation de l'arbre de 6000 t/min., soit dans des conditions correspondant à un P.V. = 40 (daN/cm2 x m/sec.) avec des cycles successifs de fonctionnement et arrêt (45 sec. + 15 sec. respectivement). Le coussinet selon l'invention a duré plus de 500 h. sans défaillance alorsqu'un coussinet en fer auto-lubrifié, fabriqué selon la méthode classique, grippe rapidement (durée de vie ~ SO h. environ) dans les mê- mes conditions de P.V. EX PLUE 2 On a mélangé au mélangeur mécanique de la poudre de fer (de taille de grain : îoe pm moyen) avec 0,7 % de poudre d'étain (grain moyen : 30 Vm) et 0,3 t de poudre de plomb (grain moyen # 20 m) et 1 t d'un lubrifiant classique de compression (ACRAWAX) Ce mélange a été comprimé à froid à une masse spécifique voisine de 5,3 g/ cm3, sous la forme d'un coussinet cylindrique dont les dimensions sont les suivantes PI int. = 20 mm # ext. = 25 min longueur = 25 mm Ce coussinet a été fritté à l'air à 290 C pendant 1/2 heure et imprégné d'huile Shell Tellus S 100 sous vide pendant environ 1 h. Il a été essayé dans un palier soumis à une charge radiale de 32 daN à une vitesse de rotation de l'arbre de 3000 t/min., soit dans des condi- tions correspondant à un P.V. = 20 (daN/cm2 x m/sec.) avec des cycles successifs de fonctionnement et arrêt (45 sec. + 15 sec respectivement). Le coussinet selon l'invention a duré plus de 500 h. s; défaillance, la température du palier en fonctionnement n'étant que de 2 550C alors qu'avec un coussinet classique, la température du palier, dans les mêmes conditions, est de tordre de 800C. Cette différence de température de palier, en régime, est l'indice d'un meilleur coefficient de frottement du coussinet selon l'invention par rapport au coussinet classique. Le même coussinet essayé dans des conditions de fonctionnement du palier correspondant à un P.V. = 30 (daN/cm2 x m/sec.) avec une charge de 48 daN et une vitesse de rotation de l'arbre de 3000 t/min., et toujours en cycles marche-arrêt, a conduit à une température de régime du palier de l'ordre de 600C. Pour un coussinet classique, la température de régime du palier, dans les mêmes conditions, aurait été de 90 à 100 C, ce qui constitue une température limite pour la résistance à l'oxydation de la plupart des huiles utilisées dans les coussinets actuels et, de ce fait, en interdit l'usage dans des conditions acceptables de sécurité de fonctionnement. Le facteur de rupture K du coussinet selon l'invention, facteur défini par K = Charge de rupture x (0 extérieur-épaisseur) (en daN/mm2) longueur x (épaisseur)Z varie de 5 à 14 daN/mm2 selon la masse spécifique du coussinet et le métal ou alliage fusible utilisé. Il est, par exemple, égal à 10 daN/mm2 pour un coussinet Fer/Sn à 1 % de Sn dont la masse spécifique est de 6,1 g/cm3 après frittage ; cette masse spécifique correspond à une porosité ouverte de 22 t. RER53MDICATIONS 1/ - Procédé de fabrication de pièces métalliques, et plus particulièrement de coussinets auto-lubrifiants, à partir de poudres, caractérisé en ce que a) on mélange les poudres initiales, ce mélange contenant jusqu'à 10 % en poids d'au moins un métal ou alliage fusible dont la température de fusion (Of) est comprise entre 80 et 4oe0C, b) on comprime à froid ces poudres, sous forme de pièce, c) on fritte cette pièce à une température voisine de Of et, de préférence, supérieure à cette température, d) on imprègne éventuellement la pièce frittée d'un lubrifiant liquide. 2/ - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une poudre lubrifiante solide est incorporée au mélange initial. 3/ - Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le frittage est effectué à l'air. 4/ - Procédé suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le frittage est effectué sous gaz reducteur ou sous gaz inerte. 5/ - Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le frittage est effectué entre 5 minutes et 3 heures. 6/ - Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la poudre lubrifiante est constituée de bisulfure ou biséléniure de molybdène. 7/ - Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la poudre lubrifiante est constituée de bisulfure ou biséléniure de tungstène. 8/ - Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la poudre lubrifiante est du polytétrafluoroéthylène (PTFE) ou l'un de ses dérivés. 9/ - Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la poudre lubrifiante est du plomb ou un sel de plomb. 10/ - Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la poudre lubrifiante est du graphite ou du fluorure de graphite.