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L'invention se rapporte à un procédé de préparation. de matériax compound fer-graphite devant s'employer en particulier comme, matériaux de glissement ou de friction.
Il est connu, de fabriquer des matériaux graphite-fer à faibles teneurs en graphite par la métallurgie des poudresà savoir par frittage de mélanges fer carbone et en particulier fer-graphite L"utilisation de teneurs en carbone ou graphite supérieures à 6% en poids offre toutefois des difficultés perce que, dans les procédés de frittage normalement employés où. l'on utilise de l'hydrogène comme gaz protecteur, en cas de teneurs élevées en carbone on obtient seulement des matériaux fortement poreux. avec des résistances beaucoup trop réduites pour des applications techniques.
Par exemple, pour 11% en poids de graphite, la composition en volume du mélange initial fer-graphite s'é
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lève déjà à environ 32% en volume de graphite, si bien qu' avec des teneurs aussi élevées en ce dernier, les points de contact entre les particules individuelles de fer sont très limités. Pour obtenir aux points de contact relativement peu nombreux entre les particules de fer un frittage maximum et par conséquent une résistance aussi élevée que possible, on conçoit donc que l'on s'efforce d'obtenir une bonne réduction des pellicules d'oxyde des particules de la poudre de fer, en utilisant de l'hydrogène comme gaz protecteur jusqu'à la fin du processus de frittage.
En dépit' de cette mesure on obtient néanmoins pour des teneurs en gra phite supérieures à 6% en poids des matériaux fer-graphite spongieux, doués de résistances basses inutilisables. Comme on l'a décrit dans la littérature, dans le cas d'une teneur en carbone de 6% en poids on a tenté par conséquent d'effectuer la fabrication à l'aide d'un frittage sous pression, procédé qui, par suite de son coût élevé, n'est pas économi- que pour la production de matériaux en série.
L'invention vise la fabrication de matériaux frittés à base de fer et de graphite, dont la teneur en graphite dépasse les niveaux connus jusqu'ici, le matériau fritté acquérant ainsi les propriétés qui le rendent particulièrement apte aux applications de friction et de glissement.
Suivant l'invention, on effectue la fabrication de matériaux utilisables, à base de fer et de graphite, avec des teneurs de 30 à 60% en volume de graphite. De manière connue en soi, les matières premières sont intimement mélan, gées, pressées ou laminées à froid. En l'occurrence il y a lieu de veiller tout spécialement à ce que les composants du mélange, différents par leur densité, ne subissent pas une démixion. Le frittage commence dans une atmosphère réductrice, par exemple de l'hydrogène ou de l'oxyde de carbone.
Mais l'on peut aussi commencer le frittage dans une atmosphère neutre, de l'azote par exemple, et tirer profit -
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de 1* atmosphère de frittage contenant du CO et du CO2 qui se forme automatiquement; dans le frittage par interaction entre le graphite et les pellicules oxydées des particules de fer,, A partir de 750 C le processus de frittage est pour suivi dans une atmosphère exempte d'hydrogène, en particu- lier dans une atmosphère neutre ou contenant du CO ou CO2 On évite ainsi que par réaction entre l'hydrogène et le graphite il y ait formation de méthane,lequel exerce une action décarburante et conduit à un matériau poreux de solidité insuffisante.
La valeur de la températurede frittage ot le temps de frittage sont à établir de manière à obtenir une solidité aussi grande que¯possible, sans que se produise une diffusion trop considérable du carbone dans l'austénite en formation.
Pour cette raison il convient de limiter la température de frittage de préférence à 1000 C Pour que lors du refroidissement,le carbone entré en solution puisse se séparer à nouveau de l'austénite, le refroidissement doit se faire lentement jusqu'à, environ 750 C En-dessous de cette limite on doit toutefois effectuer un refroidissement suffisamment rapide pour que l'on obtienne encore comme produit de transformation de l'austénite une structure ferra- tique-perlitique-graphitique, Pour des teneurs en graphite dépassant 40% en volume, il peut y avoir aussi formation de perlite à cause des nombreux points de contact entre fer et graphite.
L'incorporation de particules dures de perlite dans une masse de base ferritique-trphtique notablement plus tendre est favorable pour le comportement de friction et de glissement du matériau fritte. Par le procédé décrit on obtient des matériaux compound avec une porosité d'environ 12% Par des additions minérales peu importantes, connues en soir allant jusqu'à, un maximum d'environ 20%par exemple de plomb de composés de plomb, de soufre, de disulfure de molybdènede quartz:
, etc., on peut adapter le comportement de friction et de glissement aux exigences particulières
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Pour obtenir de la résistance au déchirement et au vitetage l'addition d'une faible teneur en phosphore, de préférence infériure ä 1, est avantageuse.
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The invention relates to a method of preparation. of iron-graphite compound material which must be used in particular as sliding or friction materials.
It is known to manufacture graphite-iron materials with low graphite contents by powder metallurgy, namely by sintering iron-carbon mixtures and in particular iron-graphite. The use of carbon or graphite contents greater than 6% by weight offers However, difficulties arise that, in the sintering processes normally employed where hydrogen is used as the protective gas, in the case of high carbon contents only highly porous materials are obtained, with strengths much too low for high levels of carbon. technical applications.
For example, for 11% by weight of graphite, the composition by volume of the initial iron-graphite mixture is
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Already rises to about 32% by volume of graphite, so that with such high contents of the latter, the points of contact between the individual iron particles are very limited. In order to obtain at the relatively few points of contact between the iron particles maximum sintering and therefore as high a strength as possible, it will therefore be understood that efforts are made to obtain a good reduction of the oxide films of the particles. iron powder, using hydrogen as a protective gas until the sintering process is complete.
In spite of 'this measure, however, for graphite contents greater than 6% by weight, spongy iron-graphite materials are obtained, endowed with unusable low resistances. As has been described in the literature, in the case of a carbon content of 6% by weight, therefore, attempts have been made to carry out the production by means of pressure sintering, a process which consequently of its high cost, is not economical for mass production of materials.
The invention is aimed at the manufacture of sintered materials based on iron and graphite, the graphite content of which exceeds the levels known hitherto, the sintered material thus acquiring the properties which make it particularly suitable for friction and sliding applications.
According to the invention, the manufacture of usable materials, based on iron and graphite, is carried out with contents of 30 to 60% by volume of graphite. In a manner known per se, the raw materials are intimately mixed, aged, pressed or cold rolled. In this case, special care must be taken to ensure that the components of the mixture, which differ in their density, do not undergo demixing. Sintering begins in a reducing atmosphere, for example hydrogen or carbon monoxide.
But you can also start sintering in a neutral atmosphere, nitrogen for example, and take advantage -
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a sintering atmosphere containing CO and CO2 which forms automatically; in the sintering by interaction between graphite and the oxidized films of the iron particles ,, From 750 C the sintering process is to follow in an atmosphere free of hydrogen, in particular in a neutral atmosphere or one containing CO or CO2 This prevents the formation of methane by reaction between hydrogen and graphite, which exerts a decarburizing action and results in a porous material of insufficient strength.
The value of the sintering temperature and the sintering time must be established so as to obtain as great a solidity as possible, without too considerable diffusion of the carbon occurring in the austenite being formed.
For this reason it is advisable to limit the sintering temperature preferably to 1000 C So that during cooling, the carbon entered in solution can separate again from the austenite, the cooling must be done slowly to approximately 750 C Below this limit, however, a sufficiently rapid cooling must be carried out so that a ferra- tic-pearlitic-graphitic structure is still obtained as a transformation product of the austenite, For graphite contents exceeding 40% by volume, there may also be formation of perlite due to the many points of contact between iron and graphite.
The incorporation of hard perlite particles into a significantly softer ferritic-trphtic base mass is favorable for the frictional and sliding behavior of the sintered material. By the process described, compound materials are obtained with a porosity of about 12% By minor mineral additions, known in the evening, going up to a maximum of about 20%, for example of lead, of lead compounds, of sulfur , quartz molybdenum disulfide:
etc., the friction and sliding behavior can be adapted to specific requirements
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To obtain tear and glazing resistance the addition of a low phosphorus content, preferably less than 1, is advantageous.