Brevet FR2492275A1 — publié le 19820423

M A R T E A U X DE B R O Y A G E POUR BROYEURS A ORDURES MENAGERES L'invention est relative aux marteaux de percussion, mobiles, montés dans des broyeurs en vue du traitement de matières telles que les ordures ménagères. Dans les circonstances courantes connues, le coefficient d'utilisation des marteaux est relativement faible, les marteaux doivent être souvent remplacés, ce qui occasionne un coût de rechange important auquel s'ajoutent les arrêts lors du changement des marteaux usés, et éventuel I ement, changement de l'axe. Les marteaux actuellement employés sont de simples parallélépipèdes taillés dans de la tôll en acier, de composition chimique variable, plus ou moins résistante à l'usure et aux chocs, rarement aux deux à la fois. La présente invention a pour objet un marteau de forme étudiée pour lu i permettre un meilleur rendement dans le broyage et une meilleure évacuation des produits broyés, mis en forme par moulage dans une nuance d'acier moulé possédant les caractéristiques mécaniques pour résister aux chocs et aux phénomènes d'usure auxquels il est soumis, et supportant une couche extérieure résistant à l'abrasion, déposée localement par fusion. La mise en oeuvre du marteau selon l'invention, relève de procédés technologiques classiques, n'entraînant pas de surcout non compensé au niveau du bilan d'exploitation pour l'uti- lisateur. Le marteau selon l'invention, possède dans la partie travaillante la plus active, une surfac de contact élargie par rapport à celle qui se trouve sur l'axe de rotation, de sorte que, à mas égale par rapport à un marteau parallélépipédique, on augmente la surface de contact avec les matières à broyer, ce qui contribue à l'amélioration du rendement du broyeur. La présente invention porte simultanément sur trois points repris dans les revendications A/ Une forme particulière mise au point après étude et expérimentation. B/ Une nuance métallurgiquement adaptée au broyage d'ordures ménagères, mise en forme par moulage. C/ Une couche extérieure, résistant à l'abrasion et aux chocs, déposée localement par fusion. Le schéma planche I précise les formes et dimensions du marteau. FIGURE I Géométrie du marteau. L supérieur à I R supérieur à L - - Profil arc de cercle constant. Point de centre constant. il - Partie active renforcée avec forces d'inertie supérieures à celles des marteaux communs, de forme parallélépipédique. 111 I - Partie non active allégée. Les dimensions R, L, d,h, I, e, varient suivant la marque et le modèle du broyeur. FIGURE 2 IV - Trace du dépôt V - Zône de premier contact avec la matière à broyer renforcée par plusieurs dépôts. FIGURE 3 L'épaisseur du dépôt est fonction des dimensions générales du marteau. L'extrémité possède une forme convexe pour permettre d'attaquer rapidement et sans à-coups la matière à broyer, ce qui augmente les qualités de fonctionnement de l'ensemble des parties en mouvement. La > nuance d'acier moulé selon l'invention, est remarquable par le fait qu'elle contient un certain nombre d'éléments de composition chimique lui permettant d'acquéri r après traitement thermique, d'une part une dureté suffisamment élevée lui assurant une usure très limitée sur l'arbre, évitant I'ovalisation, et une résistance à l'abrasion des parties latérales non recouvertes de la couche extérieure rapportée par fusion, et d'autre part, une ténacité lui permettant de résister aux chocs et à la rupture. L'invention a pour objet un acier moulé caractérisé par une teneur en Carbone de 0,20 à 0,30 70 en poids, en Silicium de 0,30 à 1,20% en poids, en Manganèse de 0,6 à 1% en poids, en Nickel de 0,1 à 0,8% en poids, en Molybdène de 0,1- à 0,5% en poids, en Chrome de 0,3 à 1,2Woen poids, en Aluminium de0,02à 0,08% en poids. La présente invention resterait valable si l'on remplaçait un ou plusieurs éléments de la composition chimique indiquée ci-dessus, par un ou plusieurs éléments ayant le mêm e effet sur la trempabilité et la structure de l'acier, comme par exemple, le Bore et ie Tungstène. L'invention a également pour objet la fabrication de marteaux comprenant une élaboration au four à arc électrique ou à induction, une mise en forme par moulage, des cycles de traiten thermique , des opérations de dépôts par fusion de matières dures résistant à l'abrasion. L'élaboration consiste en une fusion d'un mélange de fer et des éléments de constitution indiqués précédemment, pour amener l'alliage à une température de 1.600 à 1.690 OC, complu par un traitement métallurgique en poche d'affinement de grain par addition d'une quantité d'Aluminium suffisante selon les valeurs indiquées plus haut. L'acier est coulé dans des moules en sable, aux formes et dimensions de la pièce finale, permettant de supprimer toutes les opérations d'usinage sur les pièces possédant le trou de fixation venu de fonderie. Dans certains cas, ce trou peut être percé en fonction d'une adaptation à des diamètres d'axes différents. Les cycles de traitement comprennent d'abord un recuit d'adoucissement à haute températu entre 900 et 1.0000, suivi , éventuellement, de l'opération de perçagè du trou de fixation. Les pièces percées sont ensuite portées en quelques heures, à la température de trempe e 900 et 1.0000, maintenues à 4 heures à cette température, puis refroidies à l'eau par immersion. Le revenu est effectué à une température comprise entre 450 et 6500. Les pièces sont portées à la température indiquée en quelques heures, maintenues en température de 2 à 4 Heu et refroidies à l'air calme. Après traitement thermique, les caractéristiques mécaniques de l'acier à la température ambiante, selon la présente invention, ont une dureté Brinell de 280 à 390, une énergie de rupture mesurée sur éprouvette Charpy V à 10 J, ces mesures étant effectuées sur les pièces elles-mêmes ou sur des échantillons extraits des pièces. Chaque pièce, traitée thermiquement, fait l'objet selon l'invention, d'un dépôt d'alliage dur dans une zône définie sur le plan correspondant aux angles d'attaque de la matière à broyer et à leur prolongement selon la Figure 2, c'est-à-dire sur la zône élargie arrondie, et sur une partie des faces trapézoîdales formant la tranche du marteau. Selon les différentes épaisseurs des marteaux, I'apport de métal dur s'effectue par élec trode manuelle, ou dans le cas d'épaisseurs plus importantes, par un procédé semi-automatique par fils. Le produit d'apport choisi est un alliage riche en éléments carburigènes et durcissants, comme le Chrome, le Molybdène, le Tungstène, le Vanadium. II est déposé par fusion en plusieurs passes, selon la figure 3. Ce dépôt est caractérisé par une teneur en Carbone de 0,4 à 2,8% en poids, en Silicium de 0,55 à 2% en poids, en Manganèse de 1 à 16E en poids, en Nickel de 0,1 à 0,5% en poids, en Chrome de 1 à 20% en poids, en Molybdène de 0,04 à 3% en poids. La présente invention resterait valable si l'on remplaçait un ou plusieurs éléments de la composition chimique par un ou plusieurs éléments ayant le même effet sur la durée de vie d'utilisation desdits marteaux de percussion, mobiles, comme par exemple le Titane, le Vanadium, ie Tungstène. Exemple On a élaboré au four électrique à induction, une nuance selon l'invention, et porté le métal jusqu'à une température de 1.6800. Le métal a été coulé dans les moules à une température de 1.6000 pour obtenir des marteaux d'un type conforme au dessin de la Figure 1. On a obtenu la composition chimique suivante C = 0,27% Si = O;45 MO Mn = 0,8% Ni Ni = 0,76% Cr = 0,561 Mo = 0,359o Ai = 0,06% Les cycles thermiques ont été conformes à ceux de l'invention - recuit : 3H à 95CO - chauffage: 4H à 9500 - refroidissement à l'eau - revenu : 2H à 5500 - refroidissement à l'air On a obtenu les caractéristiques mécaniques suivantes - dureté Brinell : 286-362 - énergie de choc mesurée sur éprouvette Charpy V en Joules : 18,52 - 20,08 - 22,08 - 20,28 L'application du produit résistant à l'abrasion et aux chocs s'est effectuée par fil fourré sous gaz, dont la composition chimique correspond à une teneur en Carbone de 0,40% en poids, en Silicium de 0,8% en poids, en Manganèse de 1,55 en poids, en Chrome de 5,2% en poids, en Molybdène de 0,7% en poids. On a utilisé une intensité de 400 Ampères sous 26 Volts. On effectue le nombre de passes suffisant selon ia Figure 3 pour obtenir une. dureté HRC supérieure à 48. Les marteaux réalisés selon i'invention, ont eu une durée de vie de deux fois et demi supérieure à celle d'un marteau courant, pour un coût de fabrication ne dépassant pas cette valeur relative; R E V E N D I C A T I- O N S 1. - Marteaux de percussion destinés à être montés autour de leur axe dans des broyeurs d'or dures ménagères. I is sont caractérisés par une forme trapézoidale, élargie et arrondie dans la partie tra vaillante. Ils sont réalisés en acier moulé et revêtus dans leur partie travaillante d'une garniture en alliage dur. De tels broyeurs permettent d'améliorer le rendement et les performances du broyeur, ainsi que les couts de gestion de l'utilisateur. 2. - Marteaux suivant revendication I, caractérisés en ce qu ils présentent une teneur en: - - Carbone de 0,21 à 0,30% en poids -Silicium de0,30à 1,20% en poids Manganèse de0,6à 1%en poids - Nickel de 0,2 à 0,8% en poids -Molybdène de 0,1 à 0,5%en poids - - Chrome de 0,3 à 1,2% en poids - Aluminium de 0,02 à 0,08% en poids 3 L Marteaux, suivant revendication 2, caractérisés en ce qu ils présentent la composition chimique suivante en pourcentage de poids - Carbone : 0,27 -Silicium : 0,45 - Manganèse : 0,8 -Nickel : 0,76 - Chrome :O, 56 Molybdène : 0,35 - Aluminium : 0,06 4. - Marteaux, suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, réalisés en acier moulé par fusion du mélange de fer et des constituants d'alliages de couiée de ce mélange en moule en sable et de traitements thermiques caractérisés par un recuit entre 900 et 1.0000, une trempe à l'eau après chauffage entre 850 et 9500, et un revenu à une température com prise entre 450 et 6500. 5.- Marteaux, selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisés en ce qu'ils sont garnis dans la partie la plus sollicitée à l'abrasion et aux chocs, d'un alliage dur composé d'éléments carburigènes et durcissants, comme le Chrome, le Molybdène, ie Tungstène, le Vanadium, déposé par fusion en plusieurs passes, sur ia zône élargie arrondie ainsi sur une partie des faces trapézoîdales, pour présenter une dureté HRC rrinimale de 48. 6. - Marteaux, selon 'I'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la partie élargie est arrondie suivant un arc de cercle.