Brevet FR2494151A1 — publié le 19820521

La présente invention concerne un procédé de pré- paration d'un alliage fritté, du type qui comprend la sé- lection d'une poudre, la compression de celle-ci, le frit- tage de la poudre comprimée à 1200'C au moins, puis son refroidissement. On peut utiliser un tel procédé pour la fabrica- tion d'alliages frittés et de joints d'étanchéité réalisés en particulier mais non exclusivement pour la formation d'un joint entre un arbre d'un ensemble à turbine et com- presseur et un boîtier supportant le joint et entourant l'arbre, afin que les gaz qui entraînent la turbine ne puissen pas parvenir dans les paliers qui supportent l'arbre. De tels ensembles sont utilisés pour la suralimentation des moteurs à combustion interne de type alternatif. Les alliages, par exemple destinés à former les joints d'étanchéité dans les turbines, doivent posséder certaines propriétés mécaniques avantageuses. Ces proprié- tés sont par exemple la résistance à des substances corro- sives telles que les gaz d'échappement de moteurs des en- sembles à turbine et compresseur dans le cas des bagues d'étanchéité,et la résistance à l'usure de manière que, dans les joints d'étanchéité, l'arbre de l'ensemble à tur- bine et compresseur n'use pas le joint et ne fasse pas appa- rattre un espace entre l'arbre et le joint, pouvant permet- tre aux gaz de pénétrer jusqu'aux paliers. D'autres pro- priétés avantageuses supplémentaires sont la résistance à la chaleur, notamment, dans le cas des segments, à la chaleur des gaz d'échappement du moteur, et la résistance à la relaxation des contraintes à température élevée afin que, dans les bagues d'étanchéité, la relaxation des ba- gues ne puisse pas réduire l'efficacité de l'emmanchement à force entre le bottier et la bague. On n'a trouvé d'alliages à cet effet que parmi les aciers inoxydables moulés et usinés, sous forme de tubes, de tiges ou d'autres formes convenables fabriqués de façon habituelle. La fabrication de produits tels que les bagues d'étanchéité à partir de tels aciers inoxydables est co- teuse étant donné le coût de base de l'acier inoxydable et les déchets dus à la découpe età la mise en forme des tiges et des tubes lors de la réalisation des produits. Celle-ci est aussi longue car elle nécessite une découpe et une mise en forme. L'invention concerne un procédé de préparation d'un alliage fritté, caractérisé en ce que la poudre a une composition qui contient, en pourcentages pondéraux, 0,1 0,9 % de carbone, 8 à 18 % de chrome et éventuellement 0 à 1 % de manganèse, 0 à 1 % de molybdène, 0 à 1 % de sili- cium, 0 à 0,1 % de phosphore, O à 0,1 % de soufre et 0 à 2,5 % de nickel, le reste étant formé de fer, le procédé comprenant en outre le mélange de la poudre avec un lu- brifiant en poudre qui reste solide à la température de frittage du mélange, à raison de 1 à 10 % du poids de la poudre d'alliage, si bien que, après refroidissement, l'al- liage qui se forme est tel que la phase continue contient le lubrifiant solide. L'invention concerne aussi un alliage fritté qui a une phase continue dont la composition contient, en pour- centages pondéraux, 0,1 à 0,9 % de carbone, 8 à 18 % de chrome et éventuellement 0 à 1 % de manganèse, 0 à 1 % de molybdène, 0 à 1 % de silicium, 0 à 0,1 % de phosphore, O à 0,1 % de soufre et 0 à 2,5 % de nickel, le reste étant formé de fer, et un lubrifiant solide présent dans la phase continue en quantité comprise entre 1 et 10 % du poids de la phase continue. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention seront mieux compris à la lecture de la descrip- tion gui va suivre d'un exemple de procédé de fabrication de produits selon l'invention. On choisit une poudre ayant une dimension parti- culaire inférieure à 0,127 mm et l'une des quatre composi- tions suivantes. (La composition peut être obtenue par utili- sation d'une poudre d'un préalliage ou d'une poudre des métaux élémentaires, ou par mélange de poudres d'un pré- alliage et de métaux élémentaires). Tous les chiffres sont des pourcentages pondéraux. 1 2 3 4 carbone 0,15 0,12 0,15 0,6 silicium 1,0 max 1,0 max 1,0 max 1,0 max molybdène " manganèse "A phosphore 0,1 max 0,1 max 0,1 max 0,1 max soufre " " " " chrome 12,5 16 12,2 il nickel - - 2,0 - fer le reste le reste le reste le reste La poudre choisie est aussi mélangée à un lubri- fiant qui est solide à la température de frittage du mé- lange. La quantité de lubrifiant utilisée est de préférence comprise entre 2 et 4 % du poids de la poudre mais elle peut être compris entre 1 et 10 % de ce poids. Des lubri- fiants qui conviennent sont des sulfures métalliques tels que le bisulfure de molybdène et le bisulfure de cuivre. Le mélange est alors comprimé à la configuration voulue, dans une presse utilisée pour la métallurgie des poudres. Par exemple, l'élément formé peut être destiné à la fabrication de joints annulaires d'étanchéité destinés à être utilisés entre un arbre d'un ensemble à turbine et compresseur et son bottier. De tels joints d'étanchéité sont emmanchés à force dans le boîtier fixe et coopèrent avec l'arbre rotatif, en empêchant la circulation des gaz qui entraînent la turbine entre l'arbre et le boîtier, vers les paliers dans lesquels l'arbre est monté. Le mélange comprimé est alors fritté en atmos- phère réductrice. La température de frittage est au moins égale à 1200'C, car, à ces températures, les grains austé- nitiques présents dans la poudre grossissent plus que lors du frittage à des températures inférieures à 12000C. Cette croissance granulaire donne à la matière les propriétés voulues de relaxation des contraintes. Le frittage a lieu par exemple pendant 20 à 30 min et, étant donné sa compo- sition, le lubrifiant solide n'est pas perdu pendant le frittage. Après frittage, l'alliage se refroidit en atmos- phère réductrice à une vitesse telle que la phase austéni- tique continue se transforme en une phase martensitique continue, le lubrifiant étant dispersé entre les particules métalliques. Les alliages frittés préparés par mise en oeuvre de ce procédé donné à titre d'exemple, possèdent un cer- tain nombre de propriétés qui les rendent particulièrement avantageux dans certaines applications, par exemple pour la formation des joints annulaires d'étanchéité comme indi- qué précédemment. La présence de chrome leur donne une ré- sistance à la corrosion si bien que, lorsqu'ils forment des joints d'étanchéité, ils ne sont pas corrodés par les gaz d'échappement. La phase martensitique continue et le lubrifiant solide donnent une résistance à l'usure telle que les bagues d'étanchéité ne subissent pas une usure indésirable. La présence du lubrifiant solide, ayant la quanti- té indiquée avantageusement, donne aussi une augmentation de la résistance mécanique de l'alliage et facilite l'usi- nage de celui-ci. En outre, l'alliage ne -souffre pas dès effets de la relaxation des contraintes à température élevée à un point tel que les joints d'étanchéité se déchaussent dans le boîtier et tournent par rapport à celui-ci. Des objets peuvent être prépares à partir de tels alliages, par le procédé indiqué, d'une manière plus rapide et moins coûteuse et avec moins de déchets que lors de la fabrication à partir de tiges ou de tubes coulés. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux procédé et alliages qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. 2494 151 REVENDICATIONS 1.- Procédé de préparation d'un alliage fritté, du type qui comprend la sélection d'une poudre, la compression de la poudre, le frittage de la poudre comprimée à 1200'C au moins, puis le refroidissement, ledit procédé étant ca- ractérisé en ce que la poudre a une composition qui con- tient en pourcentages pondéraux 0,1 à 0,9 % de carbone, 8 à 18 % de chrome et, éventuellement, 0 à 1 % de manganèse, 0 à 1 % de molybdène, 0 à 1 % de silicium, 0 à 0,1 % de phosphore, 0 à 0,1 % de soufre et 0 à 2,5 % de nickel, le reste étant formé de fer,le procédé comprenant en outre le mélange de la poudre avec un lubrifiant en poudre qui reste solide à la température de frittage du mélange, en quantité comprise entre 1 et 10 % du poids de la poudre, si bien que, après refroidissement, l'alliage formé a une phase continue qui contient le lubrifiant solide. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'opération de frittage comprend le chauffage du mélange comprimé à une température de 1250'C. 3. Procédé selon l'une des revendications l et 2, caractérisé en ce que l'opération de compression comprend la compression du mélange sous forme d'un joint annulaire d'étanchéité destiné à former l'étanchéité entre un bottier et un arbre d'un ensemble à turbine et compresseur. 4. Alliage métallique fritté, du type qui comprend une phase continue frittée, caractérisé en ce que la phase continue a une composition qui contient, en pourcentages pondéraux 0,1 à 0,9 % de carbone, 8 à 18 % de chrome et éventuellement 0 à - % de manganèse, 0 à 1 % de molybdène, 0 à 1 % de silicium, O à 0,1 % de phosphre, 0 à 0,1 % de soufre et 0 à 2,5 % de nickel, le reste étant formé de fer, et un lubrifiant solide présent dans la phase continue en quantité comprise entre 1 et 10 % du poids de la phase continue. 5. Alliage selon la revendication 4, caractérisé en ce que la phase continue est martensitique. 6. -Alliage selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que la composition de la poudre contient, en pourcentages pondéraux, 0,15 %i de carbone, 1 % de manga- nèse au maximum, 1 % de molybdène au maximum, 1 % de sili- cium au maximum, 0,1 % de phosphore au maximum,,1 % de soufre au maximum, 11,5 à 13,5 % de chrome et le reste de fer. 7. Alliage selon la revendication 6, caractérisé en ce que la poudre contient en outre 1,25 à 2,5 % de nickel. 8, Alliage selon la revendication 4, caractérisé en ce que la composition de la poudre contient, en pourcenta- ges pondéraux, 0,12 % de carbone, i % au maximum de manga- nèse, 1 % au maximum de molybdène, 1 % au maximum de sili- cium, 0,1 % au maximum de phosphore, 0,1 % au maximum de soufre, 14 à 18 % de chrome et le reste de fer. 9. Alliage selon l'une quelconque des revendications 4 à 8, caractérisé en ce qu'il contient le lubrifiant solide en quantité comprise entre 2 et 4 % du poids de la phase continue. 10. Alliage selon l'une quelconque des revendications 4 à 9, caractérisé en ce que le lubrifiant solide est un O sulfure métallique tel que le bisulfure de molybdène ou de cuivre. 11. Alliage selon l'une quelconque des revendications 4 à 10, caractérisé en ce qu'il a la forme d'un joint annu- laire destiné à assurer l'étanchéité entre un bottier et l arbre d'un ensemble à turbine et compresseur.