Brevet FR2678533A1 — publié le 19930108

La présente invention est relative à un procédé pour fabriquer un corps fritté avec au moins une couche d'u- sure, pour lequel une poudre de fer faiblement allié consti- tuant le futur corps de base, et une poudre de métal à base de fer contenant du molybdène non-allié et donnant la future couche d'usure sont moulées à la presse en un corps de for- mage, puis frittées. On sait (par le brevet DE 2 822 902) prévoir une couche d'usure frittée possédant une proportion élevée de 20 à 30 % en poids de molybdène, afin de pouvoir satisfaire aux critères de fatigue élevée qui sont exigés, tels qu'ils se présentent sur les poussoirs de soupape de moteurs à combus- tion La poudre de métal pour cette couche d'usure, qui est formée dans un moule commun avec la poudre de fer faiblement allié pour le corps de soupape, est constituée à cet effet à partir d'un mélange exempt de carbone comportant du fer non- allié et le molybdène non-allié, pour que le poussoir de soupape puisse être fritté à des températures de frittage élevées pouvant atteindre 1350 C en raison de la vitesse élevée du frittage dans les conditions du frittage en phase sèche. Pour accroître la résistance à l'usure, la couche d'usure frittée est recarburée à posteriori, tandis que des carbures mixtes se forment Le molybdène fournit un excel- lent agent de formation de carbure et apporte l'avantage supplémentaire de restreindre à un bas niveau la tendance à ronger du matériau opposé, c'est-à-dire la came Ces excel- lentes propriétés du matériau supposent, toutefois, la mise en oeuvre de moyens de fabrication en conséquence, du fait des températures de frittage relativement élevées et de la nécessité d'une opération de recarburation à posteriori. Par conséquent, le problème reposant à la base de l'invention est de perfectionner un procédé du genre décrit au début de manière telle qu'une couche d'usure puisse être fabriquée avec de faibles moyens pour des corps de frittage devant subir des efforts élevés, en particulier pour la com- mande des soupapes de moteurs à combustion, sans avoir à en payer le prix par une dégradation de la résistance aux ef- forts du corps fritté. L'invention résout le problème posé par le fait que la poudre de métal pour la couche d'usure contient 10 à % en poids de molybdène, 1,5 à 3,0 % en poids de carbone et du phosphore, le cas échéant comme constituant d'alliage de la poudre de fer, dans des proportions de 0,3 à 0,7 % en poids, et que le corps de formage constitué à partir du corps de base et de la couche d'usure est fritté à une tem- pérature de 1070 à 1130 'C dans des conditions de frittage en phase fluide. Du fait de la teneur relativement élevée en car- bone de la poudre de métal pour la couche d'usure, il se forme dès le frittage un grand nombre de carbures mixtes dont la répartition sur l'ensemble de la couche d'usure est uniforme en raison du frittage en phase fluide, ce qui ouvre la perspective avantageuse, a comparer avec une formation de carbures par une recarburation à posteriori, d'obtenir des couches d'usure plus épaisses avec des propriétés de tenue à l'usure demeurant invariables sur toute l'épaisseur de la couche En l'occurrence, la fraction de phosphore contenue provoque, en association avec la fraction de carbone, un net abaissement de la température de frittage dans les condi- tions du frittage en phase fluide, si bien que l'importance des moyens mis en oeuvre pour le frittage peut être mainte- nue à un faible niveau De surcroît, la stabilité dimension- nelle s'en trouve améliorée En dépit de la mise en oeuvre de carbone et du frittage en une phase de fluidité pronon- cée, la tendance à la formation d'austénite demeure limitée, ce qui permet d'atteindre une résistance suffisante aux ef- forts répétés. Les propriétés établies du matériau pour la couche d'usure sont particulièrement favorables pour une teneur en molybdène de 15 à 25 % en poids Avec une teneur en molyb- dène de cet ordre, la proportion de carbures assurée est suffisante pour une tenue à l'usure avantageuse sans devoir redouter une usure accrue de la pièce de construction coopé- rant avec le corps fritté La proportion en carbone dans la poudre de métal pour la couche d'usure se situe dans un tel cas de préférence entre 1,8 et 2,8 % en poids. Exemple de réalisation En vue de fabriquer un levier d'entraînement pour la commande des soupapes d'un moteur à combustion, on met en oeuvre, pour le corps de base, une poudre à fritter du com- merce qui est alliée par diffusion avec 5 % en poids de nic- kel, 2 % en poids de cuivre, 1 % en poids de molybdène et 0,5 % en poids de carbone, le reste étant du fer La poudre de métal prévue pour la couche d'usure devant coopérer avec la came d'un arbre à cames, contient à côté de la poudre de base constituée par du fer non-allié, environ 25 % en poids de molybdène, 0,5 % en poids de phosphore sous la forme de ferro- phosphore et 2,4 % en poids de carbone sous forme de graphite naturel La grosseur maximale des grains de la pou- dre de fer est inférieure à 75,um, la majeure partie présen- tant une grosseur de grain de 10 pm La poudre à base de mo- lybdène présente pour une grosseur moyenne de grain de 8 pm et une grosseur maximale des grains de 35 pm, tandis que la poudre de graphit naturel utilisée à une grosseur de grain plus petite que 5 pum et la poudre de ferro-phosphore une grosseur de grain inférieure à 12 jum Ce mélange de poudres pour la couche d'usure est moulé à la presse en une ébauche de formage d'une densité de 6,2 g/cm 3 qui est ensuite moulée avec la poudre de frittage pour le corps de base dans un moule commun en un levier d'entraînement, avant que celui-ci ne soit préfritté sous atmosphère d'azote et d'hydrogène à une température de 800 'C Le frittage en phase fluide inter- vient à l'issue d'une opération de calibrage dans un four à tapis dans une atmosphère d'azote et d'hydrogène à une tem- pérature de frittage d'entre 1080 et 1120 'C pendant une du- rée de 60 minutes Après refroidissement, la dureté mesurée pour la couche d'usure fait 600 HV, que l'on accroît par une trempe supplémentaire à 950 HV 10. Bien entendu, l'invention ne se borne pas à l'exemple de réalisation exposé C'est ainsi que le frittage en phase fluide pourrait aussi être exécuté dans un four à vide et ce, aux mêmes tempratures de frittage En outre, le stade du procédé avec le préfrittage n'est pas nécessaire, dès lors que la consistance à cru obtenue au moulage à la presse est suffisante pour les manipulations de la pièce d'usinage Le calibrage est avant tout indiqué dans le cas o les exigences du point de vue de la stabilité dimension- nelle et de la résistance du corps de base sont élevées. Sans compter qu'il n'est aucunement nécessaire de mouler à la presse conjointement le corps de base et la couche d'usu- re, bien que ce moulage en commun à la presse apporte des avantages. 2678533 R E V E N D I C A T I O N S 1 Procédé pour fabriquer un corps fritté avec au moins une couche d'usure contenant du molybdène, pour lequel une poudre de fer faiblement allié constituant le futur corps de base, et une poudre de métal à base de fer conte- nant du molybdène non-allié et donnant la future couche d'u- sure sont moulées à la presse en un corps de formage, puis frittées, caractérisé par le fait que la poudre de métal pour la cou- che d'usure contient 10 à 30 % en poids de molybdène, 1,5 à 3,0 % en poids de carbone et du phosphore, le cas échéant comme constituant d'alliage de la poudre de fer, dans des proportions ae 0,3 à 0,7 % en poids, et que le corps de for- mage constitué à partir du corps de base et de la couche d'usure est fritté à une température de 1070 à 1130 'C dans les conditions du frittage en phase fluide. 2 Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que la proportion de molybdène dans la poudre de métal pour la couche d'usure est de 15 à 25 % en poids. 3 Procédé suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que la proportion en carbone dans la poudre de métal pour la couche d'usure est de 1,8 à 2,8 % en poids.