Brevet FR2524833A1 — publié le 19831014

La présente invention est relative à un procede d'obtention de poudres de fonte homogène destinées à être compactees en vue de l'obtention de pièces en fonte. I1 est connu de fabriquer une poudre métallique pour la metallurgie des poudres en atomisant un métal fondu en de petites gouttes qui sont rapidement refroidies. Ces poudres peuvent alors être compactées au moyen de presses mecaniques ou de presses isostatiques dans des outillages appropries pour donner une piece formée de poudre simplement compactée. Ces pieces compactées ou "verts" sont alors frittées, c'est-à-dire passes dans un four à temperature et à atmosphère contrôlées. Il arrive que ces poudres soient trop dures pour pouvoir former une piece compactée suffisamment solide pour en permettre la manipulation et le transfert au four de frittage. I1 est alors nécessaire d'utiliser d'autres techniques pour réaliser des pièces avec ces poudres dures. Ces techniques sont, en particulier, le compactage isostatique à chaud, coûteux, et le filage qui ne permet d'obtenir qu'un produit semi-fini. Il est également connu d'obtenir des poudres d'acier destinées à la fabrication d'outils de coupe à partir de paillettes d'acier obtenues par une hypertrempe d'acier fondu, refroidies sur une roue tournante ou un tapis mobile. Ces paillettes sont alors broyées en une poudre dont les particules ont des angles irréguliers. La poudre ainsi obtenue est difficilement compactable à froid car la deformation des grains pour les lier entre eux est quasiment impossible. De même, un compactage avec chauffage de ces poudres est, d'une part, coûteux mais, d'autre part, ne permet d'obtenir que des pièces brutes appelées "préformes" ayant des cotes insuffisamment précises pour permettre directement leur utilisation. Il est également connu de faire de la poudre de fonte par broyage de copeaux de fonte ou de toutes pièces de fonte. Mais, au cours de ce broyage, les copeaux se cassent sur les inclusions de graphite, en les libérant. I1 en résulte alors une ségrégation importante de ce graphite, donc une hétérogénéité du produit obtenu et un mauvais contrôle de sa composition. La présente invention a pour but de remedier à ces inconvenients et a pour objet un procédé d'obtention de poudres de fonte homogene destinées à être compactees dans lequel la fonte en fusion est hypertrempée pour former des rubans qui sont alors broyés en poudre. Selon l'invention, après broyage, la poudre subit un traitement thermique puis est refroidie avant compactage. Grâce à l'invention, les rubans très fragiles obtenus par hypertrempe peuvent être facilement et finement broyés en une poudre dure de granulométrie désirée. Lors du traitement thermique, cette poudre dure est rendue plus malléable donc plus facilement compactable de sorte qu'elle peut être compactée à froid. Pour obtenir cette malléabilité de la poudre de fonte obtenue apres broyage, son traitement thermique consiste en un chauffage, entre 750"C et 1150"C, en un maintien en temperature pendant une à cinq minutes, puis en un refroidissement à une vitesse de 2 à 100C par minute. En raison de la faible dimension des particules, ce chauffage, puis ce refroidissement peuvent être rapidement réalisés donc sont peu coûteux. La presente invention peut s'appliquer, en particulier, à la fabrication de poudres de fonte à partir de fonte comportant, en poids, 2 à 5 % de carbone, 0 à 1 % de phosphore et O à 2,5 de silicium. Dans le cas particulier où la fonte comporte. en poids, 4 X de carbone, 0,07 X de phosphore et 1,3 % de silicium, le traitement thermique consiste en un chauffage à 95u0C, en un maintien à cette température pendant deux minutes, puis en un refroidissement de 5 à 10 C par minute. D'autres caractéristiques et avantages du procédé selon l'invention apparaitront ci-apres. C'est ainsi qu'un exemple d'application du procédé selon l'invention consiste à réaliser une hypertrempe de la fonte à l'état liquide, provenant directement d'un haut fourneau, en la faisant tomber sur un cylindre tournant d'axe horizontal et refroidi par une circulation d'eau. A l'extérieur de ce cylindre, est alors obtenu un ruban continu ou discontinu mince, fragile, mais tres dur. La structure du matériau formant le ruban est alors amorphe ou non et présente, plus généralement, des dendrites de cémentite. Le ruban, refroidi à l'air, est alors placé dans un broyeur, par exemple de type à boulets, à anneaux ou à barres, où il est casse en très fines particules afin d'obtenir une poudre de la granulométrie desiree. Cette poudre est ensuite chauffée, en atmosphère non oxydante ou sous vide, dans un four à tapis ou en fluidisant la poudre dans un courant gazeux chaud, jusqu'à une température de 9500C à 1150"C à laquelle elle est maintenue pendant une à cinq minutes de maniere à réaliser une graphitisation. Cette poudre est ensuite refroidie à une Vitesse de 2 à 10 C par minute. Ainsi est obtenue une poudre de fonte malleable à structure ferritique ou ferrito-perlitique qui peut être compactée à froid dans une presse selon les techniques connues de compactage de poudres. Grâce au traitement thermique selon l'invention, realisé après broyage, la poudre à compacter a une dureté plus de dix fois plus faible qu'avant traitement thermique de sorte que son compactage en est facilité et qu'il permet l'obtention directe de pièces puisque les particules peuvent être déformees lors de ce compactage. De plus, comme le traitement thermique est effectué sur la poudre et non sur des pièces déjà compactées, celui-ci est tres rapide, la montee en temperature des particules formant la poudre étant plus facilement et plus rapidement réalisée, en raison de leur faible masse. Le procédé selon l'invention permet, d'une part, de profiter de la structure très fine obtenue par hypertrempe, de la fragilité du ruban pour assurer un bon broyage et, d'autre part, de la malleabilite de la poudre obtenue après traitement thermique pour obtenir un excellent compactage final. Ainsi, ce procéde permet d'obtenir de la poudre de fonte compactable à partir de fonte provenant directement du haut fourneau. L'hypertrempe de la fonte peut, bien entendu, être réalisée sur tout autre dispositif qu'un cylindre tournant d'axe horizontal refroidi, tel que sur un disque horizontal tournant ou un tapis mobile. I1 n'est pas nécessaire d'effectuer un refroidissement contrôle à une vitesse de 2 à 10 C par minute jusqu'à la température ambiante. En effet, il suffit que ce refroidissement contrôlé ait lieu jusqu'à la température d'environ 650"C, un refroidissement plus rapide pouvant etre effectué ensuite. Le présent procédé peut s'appl-iquer à toute fonte contenant, en poids, de 2 à 5 % de carbone, 0 à 1 % de phosphore et 0 2,5 % de silicium. Selon un exemple particulier de l'invention, le procédé est appliqué à la fabrication de poudres à partir d'une fonte provenant directement d'un haut fourneau et ayant la composition suivante (en poids) - 4 % de carbone, - 0,069 % de phosphore, - 0,012 % de soufre, - 1,3 % de silicium, - 0,12 % de manganèse, - 0,012 % de chrome, - 0,001 % d'étain, le reste étant du fer. Sur une roue d'un mètre de circonference, refroidie par circulation d'eau et tournant à une vitesse de 2500 tours par minute, on verse de la fonte ayant la composition ci-dessus, fondue à 1180"C, à raison de 80 kg par heure. I1 se forme alors un ruban continu de 60 microns d'épaisseur et de 3 mm de largeur, très fragile mais très dur ayant une dureté Vickers Hv supérieure à 1200 pour une charge de 25 g. Après refroidissement à l'air du ruban formé, le ruban est broyé, pour obtenir une poudre ayant une granulométrie de 40 à 250 microns.Après broyage et tamisage pour permettre un nouveau broyage des grosses particules, la poudre de fonte est soumise à un traitement thermique dans un four à tamis sous atmosphère neutre d'argon ou reductrice d'azote hydrogené, où elle est maintenue pendant deux minutes à une température de 950"C puis refroidie à raison de 5"C par minute. La poudre ainsi obtenue est devenu à structure ferritique malléable puisque sa dureté Vickers Hv est de 70 pour une charge de 25 g. En raison de cette malléabilité, le compactage de la poudre peut alors être facilement réalise pour la formation de pieces en fonte. Le procédé selon l'invention permet d'obtenir de la poudre de fonte utilisable dans tous types de pièces en fonte et, en particulier, pour des pièces dites de frottement utilisées, notamment pour l'automobile. REVENDICATIONS 1.- Procédé d'obtention de poudre de fonte homogène destinee à être compactée dans lequel la fonte en fusion est hypertrempée pour former des rubans qui sont alors broyes, caractérise en ce que, après broyage, la poudre subit un traitement thermique puis est refroidie avant compactage. 2.- Procédé d'obtention de poudre de fonte selon la revendication 1 caracterise en ce que le traitement thermique consiste en un chauffage entre 750"C et 1150"C et en un maintien à cette temperature pendant 1 à 5 minutes. 3.- Procédé d'obtention de poudre de fonte selon l'une des revendications 1 et 2 caractérisé en ce que le refroidissement est réalisé à une vitesse de 2 à 10 C par minute. 4.- Procédé d'obtention de poudre de fonte selon la revendication 3 caractérisé en ce que le refroidissement est contrôle jusqu'à une température inférieure ou égale à 650 C. 5.- Procédé d'obtention de poudre de fonte selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que la fonte en fusion comporte, en poids, 2 à 5 % de carbone, 0 à 1 % de phosphore, 0 à 2,5 % de silicium. 6.- Procéde d'obtention de poudre de fonte selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que la fonte en fusion comporte, en poids, 4 % de carbone, 0,07 % de phosphore et 1,3 X de silicium, et que le traitement thermique consiste en un chauffage à 9500C puis en un maintien à cette température pendant deux minutes. 7.- Poudre de fonte caractérisée en ce qu'elle est obtenue par le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6.