Brevet FR2502998A1 — publié le 19821008

-1- L'invention concerne un procédé de fabrication d'un outil pour la déformation à chaud sans enlèvement de copeaux d'acier et d'autres métaux lourds, composé, à la façon d'un corps composite, de plusieurs pièces moulées métalliques dont l'une constitue le corps principal et l'autre un corps résistant à l'usure, assemblé au premier et fabriqué par métallurgie des poudres, par compression d'une poudre d'acier hautement allié ou d'une poudre d'alliage de nickel ou de cobalt. L'invention concerne en outre la constitution de l'outil lui-même. On connaît, sous de nombreuses exécutions, des corps composites forimés de deux ou plusieurs matériaux différents qui sont assemblés de façon ferme et insépa- rable. Rn général, on les fabrique en revOtant un corps principal ou corps porteur d'un matériau adapté à l'uti- lisation envisagée dans chaque cas, par exemple par gal- vanisation, soudage, placage ou par frittage d'une poudre métallique sur une pièce moulée métallique (voir par exemple DE-AS 17 58 162). En métallurgie des poudres, on connaît en outre un corps composite que l'on fabrique en imprégnant d'un constituant liquéfié, par exelple de cuivre, un squelette poreux de poudre. Toutefois, par le procédé connu, il n'est pas possi- ble de fabriquer des corps composites de n'importe quelle forme ou de structure complexe dont la surface soit for- mée, dans une grande région ou dans plusieurs régions, (zones), d'un autre matériau que le reste du corps. Un corps composite de ce genre est par exemple un outil pour la déformation de l'acier sans enlèviement de copeaux, dont les zones exposées à l'usure sont formées d'un maté- riau particulièrement résistant à l'abrasion. Une zone d'usure de ce genre offrirait de grands avantages en particulier dans le cas des outils de travail à chaud. Des outils de ce genre sont par exemple des guides de lingots (nrègles de guidage") pour laminoirs à cylindres obliques pour la fabrication de tubes d'acier sans soudure. -2- - Les pièces moulées fabriquées par métallurgie des poudres en partant d'une poudre d'acier hautement allié ou d'une poudre d'alliage de nickel ou de cobalt présentent une grande résistance à l'usure, en particulier lors de la déformation à chaud de l'acier. Ainsi par exemple, par la revue "Powder Netallurgy", 3. Europ. PM Symposium 1971, supplément conférences partie 1, pages 193 à 208, il est connu de fabriquer une matrice destinée au filage de l'acier à la presse et exposée à une très forte usure en partant d'un anneau de poudre chrome/nickel-acier fabriqué par métallurgie des poudres et d'un anneau de retenue forgé. On effectue l'assemblage en contractant l'anneau dans l'anneau de retenue. Pour d'autres outils de tra- vail à ohaud, de grande dimension et/ou de forme compliquée, il serait extrêmement difficile et coûteux de fabriquer tout l'outil par métallurgie des poudres en partant d'une poudre d'alliage d'acier appropriée. C'est pourquoi, pour les guides de lingot, on a essayé de fabriquer l'outil à la façon d'un corps composite en assemblant plusieure parties, à savoir le corps principal et un corps d'usure fabriqué par métallurgie des poudres. A cet effet, on travaillait mécaniquement le corps principal et le corps d'usure et on les assemblait par des vis. L'ajustement des pièces moulées nécessitent en général un grand tra- vail d'usinage. L'invention a pour but de fournir un procédé de fabrication d'un outil de travail à chaud qui permette d'éviter les difficultés techniques et économiques men- tionnées. En outre, elle a pour but de constituer avanta- geusement l'outil conformément à son utilisation prévue. Ce problème est résolu par le fait que pour la fabrication de l'outil, on introduit la pièce moulée résistant à l'usure dans un moule dans lequel on coule un bain d'acier qui, après sa solidification, forme le corps principal assemblé de façon non détachable à la pièce moulée résis- tant à l'usure. Pour fabriquer la pièce moulée résistant à l'usure, - 3 - on ajoute à la poudre d'acier hautement allié ou à la poudre d'alliage de nickel ou de cobalt, avant la compres- sion, des corps durs pulvérulents tels que le corindon et/ou le nitrure de chrome et/ou le carbure de fer ou de tungstène et/ou un borure, afin d'augmenter la résis- tance à l'usure. L'outil fabriqué par le procédé Belon l'invention offre des avantages essentiels relativement aux outils classiques, par exemple aux guides de lingot des lami- noirs à cylindres obliques ou aux po ntes de poinçon servant au laminage de tubes d'acier sans soudure. Anté- rieurement, on coulait oomplètement les outils en matériau hautement allié de haute qualité, étant donné leur forme coxplique. Au bout d'une usure représentant moine de 10 % de leur poids, les outils devaient être mis à la ferraille. Par contre, dans le procédé selon l'inven- tion, on fabrique seulement la sone d'usure, en tant que pièce moulée sp4ciale, en matériau pulvérulent de haute qualité ayant une résistance avantageuse à l'usure. On peut de façon simple insérer oette piècboe moulée dans le soule oh l'on forme, avec le bain d'aoier introduit, le corps principal ou le corps porteur relativement compliqué qui se lie de façon ferme et non détachable au corps résistant à l'usure. la général, le matériau coulé n'a pas besoin de répondre à des exigences parti- culières de résistance, mais il peut &tre avantageux que le matériau coulé présente à peu près la mame compo- sition que la poudre métallique. Relativement à l'assem- blage de pièces moulées usinées peur la formation d'un corps composite, l'avantage du procédé selon l'invention est que sur le corps résistant à l'usure fabriqué par métallurgie des poudres, des tolérances de forme relati- vement grandes scnt permises pour les surfaces entrant en contact avec le matériau coulé. Ainsi, il n'est pas nécessaire de retoucher la pièce moulée fabriquée par métallurgie des poudres. Afin que de grandes forces puissent même être - 4 - transmises par la liaison entre la pièce fabriquée par métallurgie des poudres et la pièce coulée, comme c'est par exemple le cas pour les pointes de poinçon, la liaison peut, de façon simple, être exécutée par encas- trement. cet effet, on empreint dans la future surface de liaison de la pièce formée par métallurgie des poudres, des rainures, tenons ou creux qui peuvent aussi présenter chacun des dépouilles. Dans bien des cas, il est à conseiller de fabriquer la pièce résistant à l'usure, par métallurgie des poudres, de façon telle qu'elle soit poreuse partout afin que l'on puisse utiliser pour la déformation à chaud d'un lingot d'acier un agent de refroidissement, lubrifiant ou agent de séparation dont les pores soient imprégnés. Grâce à cela, on arrive à refroidir la surface d'usure et à éviter des soudages. Pour refroidir ou lubrifier l'outil de travail à chaudt des agents (liquides ou gazeux) comme la vapeur d'eau ou des solutions aqueuses de sel, peuvent aussi, avec l'outil de travail à chaud selon l'invention, être amenée à l'outil pendant le processus de déformation par un ou plusieurs conduits tubulaires que l'on enfonce dans le corps d'usure et que l'on noie ensuite dans le matériau coulé. Comme lubrifiant, on peut aussi uti- liser un silicate fluide (verre). les pores de la pièce moulée, fabriquée par métal- lurgie des poudres, peuvent aussi être remplis totalement ou partiellement d'un corps dur (oxydes, nitrures). On arrive ainsi à augmenter notablement la résistance à l'usure des pièces moulée0, fabriquées par métallurgie des poudres, pour beaucoup de cas d'application. Les dessins annexés montrent comme exemples d'exé- cution deux outils de travail à chaud fabriqués par le procédé selon l'invention et destinés à servir dans les laminoirs à cylindres obliques pour la fabrication de tubes sans soudure. Sur les dessins: les figures 1 et 2 montrent un guide de lingot -5- ("règle de guidage") respectivement en coupe longitudinale et transversale, et les figures 3 et 4 montrent une pointe de poinçon, également en coupe respectivement longitudinale et transversale. Le guide de lingot selon les figures 1 et 2 comprend une pièce moulée résistant àl'usure 1 et un corps princi- pal 2 relié à celle-ci de façon non détachable. On fabrique la pièce moulée 1 en comprimant une poudre chrome/nickel-acier additionnée de 2 % en poids de corindon, dans une presse isostatique de longueur et de laÀrgeur inférieures à celle du corps principal 2. La surface d'usure acquiert ainsi la structure en cuvette. En outre, on forme à la presse les saillies latérales 3 qui doivent servir à l'ancrage dans le corps principal. Après la compression, on fritte la pièce moulée poreuse. On l'insère alors dans un moule non représenté que l'on remplit d'un bain d'acier non allié. Après la solidifi- cation, ce dernier forme le corps principal 2. Il se pro- duit une liaison non détachable entre la pièce moulée obtenue par métallurgie des poudres et le corps principal coulé. La pointe de poinçon selon les figures 3 et 4 est également un corps composite comprenant la pièce moulée poreuse 4 fabriquée dans une presse isostatique en par- tant d'une poudre chrome/nickel-acier et le corps principal 5, relié à la pièce 4 de façon inséparable et formé par coulée. Comme le représente la figure 4, le corps principal a une section cruciforme de manibre à pouvoir absorber un couple autour de l'axe longitudinal de la tige de poinçon non représentée. La liaison entre la tige de poinçon et la pointe de poinçon est assurée par l'évidement 7 formé lors de la coulée. L'amenée d'un agent de refroidissement ou d'un lubrifiant à la pièce poreuse résistant à l'usure 4, pendant le processus de déformation, est assurée par un conduit 6 sous forme de tronçon de tube qui débouche d'une part dans l'évide- ment 7 et d'autre part dans la pièce moulée 4. Lorsqu'on - 6 - comprime la pièce 1, on assemble ce tronçon de tube à celle-ci et ensuite, dans le moule de coulée, on le noie dans le bain d'acier. - 7- REVENDICATIONS 1.- Procédé de fabrication d'un outil pour la défor- mation à chaud sans enlèvement de copeaux d'acier et d'autres métaux lourds, composé, à la façon d'un corps composite, de plusieurs pièces moulées métalliques dont l'une constitue le corps principal et l'autre un corps résistant à l'usure, assemblé au premier et fabriqué par métallurgie des poudres, par compression d'une poudre d'acier hautement allié ou dqe poudre d'alliage de nickel ou de cobalt, procédé oaractérisé par le fait que pour la fabrication de l'outil, on introduit la pièce moulée résistant à l'usure dans un moule dans lequel en coule un bain d'acier qui, après na solidification, force le corps principal assemblé de façon non détachable à la pièce moulée résistant à l'usure. 2.- Procédé de fabrication de la pièce moulée résis- tant à l'usure destinée au procéddé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on aJoute à la poudre d'acier hautement allié ous à la poudre d'alliage de nickel ou de cobalt, avant la compression, des corps durs pulvé- rulents tels que le corindon et/ou le nitrure de cdrome et/ou le arbure de fer ou de tungstbne et/ou un borure, afin d'augmenter la résistance à l'usure. 3.- Outil obtenu par le procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que la pièce moulée résistant k l'usure (1,4) présente une porosité partout. 4.- Outil selon la revendication 3, oaraotérisé par le fait que les pores de la pièce moulée résistant à l'usure (1,4) sont imprégnés d'un agent servant de lubri- fiant ou d'agent de séparation, par exemple d'un sel fondu (carbonate, borate, etc..). 5.- Outil selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisé par le fait que la pièce moulée résistant à l'usure (1,4) présente, pour son assemblage par encas- trement au corps principal (2,5), des creux en forme de rainure, des saillies en forme de tenon etc. 250?998 6 - Outil selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que dans le corps principal (2,5) est noyé un conduit tubulaire d'amenée (6) destiné à un agent gazeux ou liquide et qui deéouche dans la pièce moulée résistant à l'usure (1,4). 7.- Outil selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que la pièce moulée résistant à l'usure se compose de plusieurs couches qui présentent chacune une grosseur de grain et/ou une composition différente de la poudre d'alliage et/ou des additifs non métalliques de composition différente.