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" Alliages frittés trempables "
La fabrication d'articles métalliques par les procédés de la métallurgie des poudres a récemment pris de plus en plus d'importance. Antérieurement, les dits procédés étaient unique- ruent appliqués à la production de métaux ou d'alliages qui ne pouvaient être obtenus que difficilement, ou même ne pouvaient pas être obtenus, en la qualité désirée, par les procédés mé-
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tallurgiques par fusion.
La raison de ce développement des procédés de la mé- tallurgie des poudres est qu'à l'aide de ces procédés, il est possible d'obtenir directement, à partir des poudres métalli- ques, par moulage sous pression et frittage, des articles con- formes à des tolérances prédéterminées. On peut ainsi éviter une part considérable d'usinage tel que tournage,, coupe et per-
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çage, et les procédés de la métallurgie des poudres permettent, par suite, des économies substantielles. Dans la fabrication de petits articles en fer, ces économies peuvent atteindre 70 % du prix de revient initia.l. Il est donc naturel que l'industrie mécanique ait attaché une grande importance à cette nouvelle technique de moulage et soit vivement intéressée à son dévelop- pement.
Toutefois, il a été constaté que la valeur relative- ment réduite de l'allongement jusqu'à présent obtenu pour les articles frittés en fer ou en acier constitue un très sérieux inconvénient pour l'utilisation des dits articles dans l'indus- trie mécanique et réduit considérablement le domaine de leur application, car ces articles ne peuvent être appliqués aux cas où des qualités élevées de résistance sont une des conditions du bon fonctionnement de la pièce envisagée.
Les remarques ci-dessus ressortent de la comparaison entre le fer et l'acier fondus et laminés (ci-après respective- ment désignés sous les simples noms de fer et d'acier) et le fer et l'acier frittés (ainsi désignés dans la suite de la. pré- sente description).
C'est ainsi que, par exemple, le fer pur a une résis- tance à la traction de .25 à 30 kilogrammes par mm2 et un allon- gement de 30 à 40%, le fer fritté présentant une résistance à la traction de 24 kilogrammes par mm2 et un allongement at- teignant au plus 14 à 16%. Ainsi l'allongement du fer fritté est inférieur d'au moins 50% à celui du fer. La comparaison devient encore moins avantageuse si elle porte sur des fers con- tenant du carbone (aciers).
Un acier au carbone, non allié, après laminage, ayant une résistance à la traction de 35 kg/mm2 peut être considéré comme ayant un allongement de 28%, alors qu'un acier fritté de même résistance à la traction n'a. qu'un allongement atteignant au plus 7%, c'es--à-dire, au maximum égal au quart de l'allongement de l'acier. Un acier ayant une résistance à la traction de 50 kg/mm2 présente un allongement
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de 22%= alors que celui d'un acier fritté de même résistance à la traction n'est pas supérieur à 4%.
Pour la détermination de la qualité de l'acier, de l'acier moulé, etc.., il a été récemment introduit un coeffi- cient, dit de qualité, déterminé par la formule suivante :
Qk = R x A
100 dans laquelle R est la résistance à la traction, exprimée en kg./mm2 et A 1'allongement (L = 5 d). Pour le fer et l'acier, on obtient ainsi indépendamment de leur composition, une va- leur comprise entre 9 et 11, pourvu qu'il s'agisse de quali- tés normales. Ainsi, par exemple, pour l'acier ci-dessus men- tionné, présentant une résistance à la traction de 50 kg/mm2 et un allongement de 22%, le coefficient de qualité devient :
Qk = 50 x 22/100 = 11
100
Pour l'acier moulé, la valeur correspondante est com- prise entre 6,5 'et 8.
Le calcul des coefficients de qualité des fers et aciers frittés connus donne les valeurs suivantes :
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<tb> Désignation <SEP> du <SEP> métal <SEP> Qk
<tb>
<tb>
<tb> Fer <SEP> frit <SEP> té <SEP> 3,8
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Acier <SEP> " <SEP> à <SEP> 35 <SEP> kg/mm2 <SEP> 2,4
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> " <SEP> " <SEP> à <SEP> 50 <SEP> " <SEP> 2,0
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> " <SEP> " <SEP> à <SEP> 70 <SEP> " <SEP> 1,4
<tb>
Les coefficients de qualité des fers et aciers frittés sont donc très inférieurs à ceux des fers et aciers ordinaires.
Il est, par suite, impossible d'utiliser les procédés de la métallurgie des poudres pour l'obtention de pièces qui doivent être soumises à des efforts importants.
Une autre particularité notable apparaît en outre, Pour l'acier, le coefficient de qualité, jusqu'au point de
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transformation en perlite, semble être à peu près indépendant de l'augmentation de la teneur en carbone, mais, pour l'acier fritté, le coefficient de qualité diminue considérablement quand la teneur en carbone augmente. Cet effet se manifeste de la façon la plus notable dans les valeurs d'allongement obtenues et il indique que la fragilité de l'acier, dont la cause initiale interne est la teneur en carbone de celui-ci, est considérablement augmentée lorsqu'il s'agit d'acier fritte, ce qui concorde également avec les faibles valeurs de résistan- ce au choc trouvées pour le dit acier.
Le carbone a également une autre propriété qui le rend plus défavorable comme composant d'alliage dans l'acier fritte.
Au cours du processus de frittage, en vertu de lois d'équilibre très compliquées, le carbone réagit avec l'atmosphère du four.
Par suite, il se produit fréquentent, au cours du dit processus de frittage, une carburation ou une décarburation et, finalement, il est difficile, ou même impossible, de maintenir dans des li- mites étroites prédéterminées la teneur en carbone de l'acier fritté.
Dans le but d'éliminer les effets désavantageux du carbone dans la production des alliages frittés contenant, coin- me élément essentiel, du fer, il a été maintes fois essayé de remplacer le carbone, comme véhicule des propriétés de résis- tance et de trempabilité, par d'autres éléments plus appropriés.
En ce qui concerne le cuivre, ces essais ont donné des résultats nouveaux et surprenants. Il est exact qu'ilest depuis long- temps connu que les systèmes métallurgiques fer-carbone et fer- cuivre sont analogues à certains points de vue. Il est égale- ment connu que le cuivre augmente la dureté de l'acier et qu'il peut être utilisé pour la mise en oeuvre de traitements thermi- ques analogues à ceux utilisés pour la trempe ma.rtensitique de l'acier au carbone. Il est également connu que l'accroissement
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de résistance qui se produit pour le fer, quand sa teneur en cuivre augmente, et la diminution de la valeur de l'allonge- ment associée à la dite augmentation, ont la même allure que pour les composés fer-carbone correspondants.
Or, on a découvert ce fait surprenant que, dans l'a- cier fritté, le cuivre se comporte de toute autre manière que le carbone. Le carbone, quand sa teneur augmente, détermine une amélioration des propriétés de résistance, mais, en même temps, une diminution du coefficient de qualité. Or, les al- liages fer-cuivre se comportent de manière toute différente.
Les alliages fer-cuivre à faible teneur en cuivre présentent, dès l'origine, un coefficient de qualité deux fois plus élevé que celui de l'acier au carbone fritté de même résistance à la traction. En outre, quand la teneur en cuivre augmente, on observe une augmentation notable du coefficient de qualité.
Le tableau suivant indique les valeursmoyennes ob- tenues au cours d'une série prolongée d'essais :
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<tb> Teneur <SEP> en <SEP> Cu <SEP> (%) <SEP> R <SEP> kg/mm2 <SEP> A <SEP> % <SEP> Qk
<tb>
<tb>
<tb> 1,5 <SEP> 34,5 <SEP> 15 <SEP> 5,18
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 3,0 <SEP> 42,5 <SEP> 12,5 <SEP> 5,31
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 4,5 <SEP> 54,0 <SEP> 10 <SEP> 5,4
<tb>
Si l'on compare numériquement les nouveaux alliages frittés et l'acier au carbone fritté de même résistance à la traction, la supériorité des premiers devient tout a fait évidente :
EMI5.2
<tb> Désignation <SEP> Alliages <SEP> au <SEP> carbone <SEP> Alliages <SEP> au <SEP> cuivre.-
<tb>
EMI5.3
Rkg/mm A% Q Rkg/mrn2 Pdo Qk
EMI5.4
<tb> Fer <SEP> fritté <SEP> 24 <SEP> 16 <SEP> 3,84 <SEP> 24 <SEP> 16 <SEP> 3,84
<tb>
<tb> Acier <SEP> " <SEP> 35 <SEP> kg/mm2 <SEP> 35 <SEP> 7 <SEP> 2,45 <SEP> 34, <SEP> 5 <SEP> 15 <SEP> 5,18
<tb>
<tb> " <SEP> " <SEP> 42 <SEP> " <SEP> 42, <SEP> 5 <SEP> 12,5 <SEP> 5, <SEP> 31 <SEP>
<tb>
<tb> " <SEP> 50 <SEP> " <SEP> 50 <SEP> 4 <SEP> 2 <SEP> 54 <SEP> 10 <SEP> 5,40
<tb>
<tb> " <SEP> " <SEP> 70 <SEP> " <SEP> 70 <SEP> 2 <SEP> 1,4
<tb>
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Il apparaît ainsi que les nouveaux alliages frittes ont un coefficient de qualité au moins double de celui des aciers au carbone jusqu'à présent connus.
Cette révélation ouvre un domaine de mise en oeuvre nouveau et important aux procédés de fabrication de la métallurgie des poudres. La. différence d'effet du carbone et du cuivre semble résulter de ce que, dans la production de l'acier par frittage de poudre l'état métallique du cuivre favorise moins le dévelop- pement de la fragilité interne que le carbone, qui présente un
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caractère semi-métallique.
Les données ci-dessus, relatives aux propriétés de résistance des nouveaux alliages frittés, se rapportent à l'état obtenu par recuit et refroidissement lent. Les procédés ordinaires de traitement thermique, tels que le refroidissement à partir de la région gamma et la trempe par immersion du cui- vre, plus soluble dans la partie supérieure de la région alpha que dans la partie inférieure de celle-ci, peuvent, bien entendu, être utilisés pour l'obtention de variations multiples des pro- priétés de résistance du matériau considéré.
Il n'a été essentiellement question, dans ce qui précè- de, que des systèmes fer-cuivre. Toutefois, l'invention n'est pas limitée aux dits systèmes, mais s'étend au contraire, aux alliages frittés d'ordre ternaire et plus élevés, le cuivre rem- plaçant le carbone comme véhicule des propriétés de résistance et de trempabilité. Il est ainsi possible de préparer avanta- geusernent des alliages ternaires frittés des systèmes fer-nickel- cuivre, fer"manganèse-cuivre et fer-chrome-cuivre, dans le but d'obtenir une résistance à la traction supérieure à 50 kg/mm à l'état recuit.
Avec un alliage contenant 4,5 % de Ni et 3 % de Cu, le reste étant constitué par du fer, il a été obtenu, à l'état recuit, une résistance à la traction de 72 kg/mm2 et un allongement de 7,5%.
On conçoit aisément que d'autres métaux d'alliages u-
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suels, du genre utilisé dans la fabrication de l'acier, peuvent être utilisés conformément à l'invention, pour faire varier les propriétés des nouveaux alliages concrétionnés et de plus amples explications à ce sujet paraissent superflues.
La présente invention est donc caractérisée notamment en ce que'elle envisage tous alliages concrétionnés, dans les- quels le cuivre remplace le charbon comme véhicule des proprié- tés de résistance et d'aptitude à la trempe.