Brevet FR2483959A1 — publié le 19811211

La présente invention se rapporte au domaine de la métallurgie des poudres, et plus précisément & celui des matières agglomérées, et a notamment pour objet une matière frictionnelle agglomérée à base de fer. La matière en question peut être utilisée dans les ensembles à friction sur les véhicules automebiles, les tracteurs, les avions, les eogins de treveux publics, ainsi ïue dans divcrs disposittfs fonctionnat en rgZimo moyens d'exploitation (viteose ciroofrentele d, rotation de lélèment à friction jusqu'i 9 m/s et pressioa sp4cifique jusqu'à 25 kg/cm2) dans les conditions de lubrification liquide. Sont largement connues des matirres frictionxelles agglomérées à base de fer, prévues pour fonctionner en conditions de frottement à sec et de frottement lîquideo Les matières frictionnelles agglom6rées (poreuses) sont constituées de composants métalliques et non métal- lurgiques Les composants métalliques confèrent & la matière la résistance mécanique nécessaire, alors que les composants non métalliques permettent d'élever le 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 dont la plasticité et la viscosité sont déterminées par la nature des composants de ladite matière. Ladite couche superficielle, qui est plus plastique, à la température ambiante et surtout aux températures élevées, que la masse principale de la matière friction- nelle, assure l'apparition 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 concourt à réduire les pressions spécifiques locales, à abaisser les températures superfi- cielles et à améliorer la rodabilité de la matière. Par "rodabilité" on entend l'apittude de la matière friction- nelle à augmenter sa surface de contact effective par usure ou par déformation plastique. La couche superficielle fneqwnap %.oTjTqaso et 'eidmexe axd 'aToA) axs ep eseq eamolT2e ellTeuuo'oTja; $jeTeum a4ns sun eajooug aplos el -a: S g euZpq low ep aenlnsTq 9 anTOTITs op eanqjeo 51 ú emoq ep aenqaeo Zl 9 eaoq ep ean.Tu 0 V 5 '9 asqureuem SZ 6 eaATno : essvm us a.ueATns anbTmTqo uoTITsodzoo eT euespi.d (L0.o49 oN SSman xna; nnep eoTTqaeo ael 'aldwexe ed 'JaTo) ja; ep esseq enuuoo apapmoIe ealleuuoToTa$; eajTvut alnv eul SZ aplos el Ia; 9 mnúareq ep 5eelIns ú mnToTITs ep epkxo 6 e.Teda2 oz eJATlno : assem ue % 'eu'eATns enbTmTqo uoT% -TOdu0oo VT %.UVe '(9961 'noosoH '#eT2anTlIg.9u pp ',5eJ op oseq seJ9amol22e seaTe Op uoTOnpOjd VUI *I e *I' Aoeu2Ip eSveAno,l 'eldmwexea ed 'ToA) ae; ep esuq Sl aea9mol2u ellteuuoToTar eaqTvm sun nuuoo %se II oensn,p enbsTi el %uealep ue %ueme%4oij ep auoz el suep iuealqupd e luamea4lem un '%uemessoTI ep sassaeT. sa.neq xne '%uessTqns To-setleo ' %aoddns np neTiJ9.ez nu sepTTos se.noTIaed sep uoTsplpu esTaAnBm OQ ep seo ua '%uepuadeo 'eauto-el op eTated apueu snid VI %uelaoddns 'SUOTe. ToTTlos sep qae;e,T snos erpnin uoo e'oe;ans Pl %aoddva a-d alqvaoAeU UOSe Sp:uesodsTp 9s ue sarnp suoTsnlouT set enb qTe; np 'eansn[ seaT%.em el ap aoueqsTspa el aaale 0 anqTjuoo ealleToTaaedns eqonoo 5 ul suep sepTTos salnoTqed Sp aouaspid ev 'seuT; semnp SUoTsnlouT sep oeAw ajoddns np s1uesodwoo sep eSuelm un aeJ %4Top elle,nb aiTp-q-%se,o 'euSoa9%gq anJonalo s aun jespssod %Top seapmolISe selleuuoToTj seajs Tum op 6S6ú8Z 9 w zauppq Iow ap alnTlnsTq 0 17 al.TtqdeJ2 ú m ú.aeq ap eD,,e;lns 1Z Bs40 uTiela ç l eI ATno : esseu ue % 'elueATnns uOTTsodmoo ep (g996L oN SSlUfl lne%.nesp %O TJTIJeo et *A) e8TeBW etl se 'uoTqueAuTO, ep Oú 4e qo, l uesTej etlleo ep 'neu S p 'e u s jd p 'etood sntd et aej ap eseq ea9pamol9te elleuuoToTaJ eaqTIBW eB ÀsaesTITIn %uos setlle slenbsel suep:ueme%%4ojj ep selqwesue sep eaaTsgp q.TA9Suol el jeanss %ueAnead au %a saeuesTesTvesuT 5z eouuq.sTsg ep s99tl.TdoJd sep lueuesgad senuuoo jea ep eseq 1 segigmolTse selleuuoTlOTaz sOjefTem set 'TsUTY eouesTsa op senbTDsTa9%oeueo sep uoT%:JalTe eun #anol anel B '4uenbooid salTeJnxon.zs sUOTeoT;Tpom saepTee ÀejiTev BT ep selleToTiadns saqonoo slet suep setetnon.lus 0Z suoT.eoT;Tpom sep aouanbpsuoo inod B Tnb ao 'sdcLooeiluoo -eaJT.em. 9n2nruoo eldnoo np eoe;ans el V 'D0O66 %uUeT.S seaneapdmeq senuq ep ê '%.uame4oi; np sanoo ne 'eouussTeu uaeuuop '%ueme%%oa; Sp %uToT;eoo el zaeuem9ne q %umAies sS;seaqe 5$TTppup eP e9 a quteno .-e 'snssep-To sagigunup 51 senuuoo je; op eseq B segi9ol2ge Ste U uOTOT se8aaTem set suep seauesgid enbTaeZ ep xo,p;e ja ep aJnqaeo ep 'mnToTTs ap eanqReo op 'ejoq op ainqieo op 'e.ueTwep mnToTITs ep apXxop sepTTos selnoTIued sel aplos el ae 01 8 l Z qmold o0B z (onbTluzJ90.4oTa aun p eelToiemmoo UOTeUTmOU9P IlltIeTsu 01Ul 1 eB.eTqdeJ2 G 8 l ZteoTu ep ee; lns 5117 ejATno 'e%ueATn5 enbTmTsqoUO4OOoe ueoN%n iaueATns enbTmTqo uoTTsodwoo el 9%uesaid (LZ6ú05 oN ssEn 6 56-ú 8z "sitall" (vitrocéramique) 1 & 30 plomb 0,1 & 4 fer le solde. Le "sitallw introduit dans la composition de cette matière frictionnelle agglomérée à base de fer est, dans ces conditions, faiblement lié au matériau du support et affecte de ce fait la résistance de la totalité de la matière. Etant donné la forte teneur de la matière fric- tionnelle agglomérée à base de fer en particules abrasives, il est impossible d'obtenir un contact parfait entre la matière et le contrecorps, ce qui nuit évidemment à la rodabilité. L'invention a donc pour but d'élever la résistance à l'usure et d'améliorer la rodabilité d'une matière frictionnelle agglomérée à base de fer pendant le frotte- ment en régimes moyens d'exploitation dans les conditions de lubrification liquide, par un choix convenable des constituants de ladite matière. Ce problème est résolu grâce à une matière frictionnelle agglomérée à base de fer, du type renfermant du cuivre, de l'étain, du graphite, du "sitall", du polmb, et dans laquelle, suivant l'invention, est introduit du sulfure de zinc, les proportions des constituants étant alors lessuivantes (% en masse): cuivre 1,5 à 3 étain 1,0 à 2 sulfure de zinc 2 à 4 graphite 6 à 10 "sitall" 2 A 5 plomb 10 à 20 fer le solde. La matière frictionnelle agglomérée à base de fer de composition proposée présente une bonne résistance à l'usure et une haute rodabilité. L'amélioration de ces caractéristiques est obtenue grâce au fait qu'au cours de l'agglomération, le sulfure de zinc, qui est un additif sulfurant, se décompose entièrement avec formation de zinc et de soufre. Ce dernier, à la température d'agglomération, réagit avec le fer en formant des sulfures de celui-ci, sans formation d'oxydes de fer affectant la résistance à l'usure de la matière frictionnelle agglomérée obtenue. Contrairement & ce qui se passe dans la matière frictionnelle agglomérée A base de fer connue, o le composant formant les sulfures est le sulfate de baryum, tout le soufre libéré pendant l'agglomération est utilisé ici pour la formation de sulfures de fer. La présence de zinc à basse température de fusiong qui, en association avec le plomb, se ramollit lgresmant à la surface de frottement, et sous des prgsions atteignant kg/cm2, remplit un grand nombre de micro-apérúts, permet d'augmenter la surface de contact solide entre la matière et le contrecorps. Cette augmentation de la surface de contact solide entraîne à son tour une amelio- ration de la rodabilitê. Il est rationnel que le rapport des constituants de la matière frictionnelle aggiomérée à base de fer soit le suivant (% en masse): cuivre 3 étain 2 sulfure de zinc 3 graphite 8 "sitalln 3 plomb 20 fer 61. Avec de telles proportions de constituants, la teneur en sulfure de zinc est optimale, car tout le soufre est utilisé pour la formation de sulfures de fer. Quand la teneur en sulfure de zinc est plus élevée, on constate la présence, dans la matière frictionnelle agglomérée à base de fer, d'inclusions de soufre dont la quantité va en augmentant avec l'augmentation de la teneur en sulfure de zinc. Ces inclusions de soufre libre causent une réduction notable de la résistance à la compression et à la traction, ainsi que de la ténacité aux chocs et de la dureté, ce qui entraîne une diminution de la résistance à l'usure. Les proportions précitées des constituants permet d'obtenir une matière frictionnelle agglomérée & base de fer présentant une résistance à l'usure et une rodabilité les plus hautes possibles. 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 sulfure de zinc sont séchées à la température de 1500C. Ensuite on effectue le tamisage de toutes les poudres de départ, c'est-à-dire de cuivre, d'étain, de sulfure de zinc, de graphite, de "sitall", de plomb et de fer, et on -les dose de façon que leurs proportions dans la charge soient les suivantes (% en masse): cuivre 1,5 à 3, étain 1 à 2, sulfure de zinc 2 à 4, graphite 6 à 10, "sitall" 2 à 5, pbmb 10 & 20, fer le reste. On mélange tous les constituants dans un mélangeur en présence d'un liquide neutre, par exemple d'une huile. La charge ainsi préparée est ensuite pressée dans un moule à pression sous une pression de 3 t/cm2, et l'on procède à l'agglomération de façon à obtenir des produits sous forme de garnitures de friction dans un four à cuve, en les faisant adhérer simultanément à un support d'acier sous une pression de 20 kg/cm2 à la température de 10300C pendant 3 heures. Les matières frictionnelles agglomérées à base de fer obtenues de la sorte sont essayées sur un stand fonctionnant selon le principe de freinage de masses d'inertie tournantes pour déterminer la résistance à l'usure et la rodabilité. L'usure de la matière fractionnelle agglomérée obtenue est après 100 freinages, de 4 à 6/ rodabilité, de 90%. La résistance à l'usure de la matière fractionnelle agglomérée à base de fer préparée suivant l'invention est 2 à 3 fois supérieure A celle de la matière connue, et sa rodabilité, de 1,5 fois. Pour mieux fixer les idées., plusieurs exemples particuliers mais non limitatifs d'obtention de la matière frictionnelle agglomérée à base de fer sont décrits ci- après. Exemple 1 Les poudres de graphite et de sulfure de zinc sont séchées à la température de 150 C. Ensuite on fait passer toutes les poudres de départ à travers des tamis N 0100 et N 0160 et on les dose de façon à obtenir les propor- tions suivantes (% en masse): cuivre 1,5, étain 1,0, sulfure de zinc 4, graphite 6, "sitall' 2, plomb 20, fer 65,5, après quoi on mélange ces produits dans un mélangeur en présence d'une huile (0,5% du poids de la charge) durant 6 heures. La charge ainsi préparée est pressée dans un moule à pression sous une pression de 3 t/cm2 et agglomérée dans un four A cuve, avec adhésion simultanée à un support d'acier, sous la pression de kg/cm2 et à la température de 1030 C pendant 3 heures. La matière frictionnelle agglomérée à base de fer obtenue par la technique qui vient d'être décrite est essayée sur un banc 'fonctionnant suivant le principe de freinage de masses d'inertie tournantes. Les essais ont montré les caractéristiques suivantes: usure après 100 freinages 5, rodabilité 90%. Exemple 2 La matière frictionnelle agglomérée à base de fer obtenue par la technique décrite dans l'exemple 1, à partir de poudres prises dans les proportions suivantes (% en masse): cuivre 3, étain 2, sulfure de zinc 3, graphite 8, "sitall" 3, plomb 20, fer 61, présente les caractéristiques suivantes: usure après 100 freinages 4/t rodabilité 90%. Exemple 3 La matière frictionnelle agglomérée A base de fer obtenue par la technique décrite dans l'exemple 1 à partir de poudres prises dans les proportions suivantes (% en masse): cuivre 3, étain 2, sulfure de zinc 2, graphite 10, *sitallW 5, plomb 10, fer 68, présente les caractéristiques suivantes: usure après 100 freinages 6/f- rodabilité 90%. Exemple 4 La matière frictionnelle agglomérée à base de fer obtenue par la technique décrite dans l'exemple 1 à partir de poudres prises dans les proportions suivantes (% en masse): cuivre 1,5, étain 1, sulfure de zinc 2, graphite 6, "sitall" 2, plomb 10, fer 77,5, présente les caractéris- tiques suivantes: usure après 100 freinages 5p- rodabilité 90%. Exemple 5 La matière frictionnelle agglomérée à base de fer obtenue par la technique décrite dans l'exemple 1 à partir de poudres prises dans les proportions suivantes (% en masse): cuivre 3, étain 2, sulfure de zinc 4, graphite 10, "sitall" 5, plomb 20, fer 56, présente les caractéristiques suivantes: usure après 100 freinages 5u_- rodabilité 90%. 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. R E V E N D I C A T I 0 NS 1.- Matière frictionnelle agglomérée à base de fer, du type renfermant du cuivre, de l'étain, du graphite, du "sitall" et du plomb, caractérisée en ce qu'elle contient en outre du sulfure de zinc. 2.- Matière frictionnelle suivant la revendication caractérisée par la composition suivante (% en masse): cuivre 1,5 à 3,0 étain 1,0 à 2,0 sulfure de zinc 2, 0 & 4,0 graphite 6,0 à 10,0 "sitall" 2,0 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 en ce que les proportions des constituants sont les suivantes (% en masse): cuivre 3,0 étain 2,0 sulfure de zinc 3,0 graphite ^8,0 "sitall" 3,0 plomb 20,0 fer 61,0.