CA2196331A1 - Procede de fabrication d'un materiau metallique de grande durete et utilisations - Google Patents
Procede de fabrication d'un materiau metallique de grande durete et utilisationsInfo
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Abstract
On soumet une poudre d'un alliage métallique renfermant principalement l'un au moins des éléments fer et nickel ainsi que du chrome, à une compression isostatique à haute température, la pression, la température et la durée du traitement de compression isostatique étant définies pour obtenir un matériau homogène et isotrope à grains fins sensiblement exempt de fissures et de défauts volumiques . De préférence, l'alliage métallique est sensiblement exempt de cobalt. Le procédé peut être utilisé en particulier pour réaliser un revêtement anti-usure sur une pièce métallique. Le procédé s'applique à la fabrication ou au revêtement de pièces de frottement utilisées dans une centrale nucléaire.
Description
2 1 9633~
~ ProcP~lP dP f~hricat~on d'~n r~5riau met~l liaue ~P Clran~lP duretk et u~ ons L'invention concerne un procédé de fabrication d ' un matériau métallLque de grande dureté, résistant à
l'usure et des applications de ce procédé, en particulier au revetement et à la réalisation de plèces subissant un 5 frottement en service, telles que des opercules et des sieges de robinet. Plus particulierement, l'invention est utilisée pour obtenir des L~V~t~ ts ou des pieces en alliage résistant à 1 ' usure qui sont utilisées dans la construction des centrales nucléaires et qui dolvent 10 renfermer le moins possible de cobalt.
Dans les centrales nucléaires, on utilise des pièces qui sont fortement sollicitées en frottement, telles que des opercules ou des sièges de robinet, des pièces pour des pompes de mise en circulation de fluide 15 dans la centrale nucléaire, des cliquets des mécanismes de grappes de ~ 1P ou encore des clavettes de support situées dans les équipements internes à la cuve du réac-teur nucléaire, Ces pièces peuvent etre réalisées en un matériau 20 tel que 1 ' acier inoxydable recouvert d ' un revetement résistant à 1 ' usure ou encore etre rP~l t cée~c sous forme massive en un matériau rési~tant à 1 ' usure~
Il est connu de réaliser des revetements résis-tant à l'usure 3ur des pièces de flu~- t, par fusion 25 et dépot d ' un métal de revetement par un procédé tel que le procédé de soudage TIG ( Tungsten Inert Gas ), le procédé PTA (Plasma d'Arc Transféré) ou encore en utili-sant un chalumeau~
Il est connu d ' utiliser des alliages à base de 30 cobalt, tel gue les Stellites, pour réaliser des revete-ments résistant ~ 1 ' usure par 1 ' un des procédés de dépot mentionnés ci-dessus~
Lorsqu'on réalise des revetements en alliage à
base de cobalt sur des pièces de flvl.l.~ nt utilisées 35 dans les centrales nucléaires, ces pièces revetues sont _ _ _ _ _ _ .
21 9633~
susceptibles de libérer du cobalt sous l'effet de l'usure et de la corrosion, ce cobalt pouvant etre entraîné par un fluide tel que le fluide de refroidissement du réac-teur venant en contact avec la pièce de frottement. Le cobalt entrainé par 1 ' eau de refroidissement du réacteur passe à travers le coeur du réacteur dans lequel il est activé. Le cobalt devient alors un élément radio-actif des plus importants présents dans la centrale nllr1P~ire, si bien que ce cobalt est à 1 ' origine d ' une partie importante du debit de doses auquel on est confronté lors des opérations de réparation ou d ' entretien, pendant les arrets du réacteur nllrl P~ ~ re, Il est donc très;, ~ lt, dans le but de dimi-nuer les doses reçues par le personnel de maintenance des centrales n~lrlP~;res~ de réduire, voire de supprimer les alliages à base de cobalt utilisés dans les centrales nu-cléaires .
On a donc proposé d ' utillser des alliages à base de nickel ou de fer et contenant du chrome pour remplacer les alliages de cobalt résistant à 1 ' usure.
On a proposé par exemple dans le FR-A-2 . 405 . 306, un alliage à base de nickel et ne comportant du cobalt qu ' à 1 ' état d ' élement r~siduel, qui peut présenter dans - certaines conditions une dureté comparable à celle d ' un alliage de cobalt tel que le Haynes Stellite n~ 6.
Un tel alliage de nickel peut atre utilisé sous la forme de poudre, de baguettes de soudage ou de fils enrobés ou fourrés pour la réalisation de revetement, en parti rlll; Pr par les procédés TIG ou PTA.
Il 8 ' est avére r~r~nfl~nt que les revetements ob-tenus par ces procédés en utilisant 1 ' alliage à base de nickel du FR-A-2 . 405 . 306 ne présentaient pas des caracté-ristiques de résistance à l'usure tout-;~-fait comparables à celles des alliages de cobalt.
Il en est de même des pièces mas~ives qui peuvent être obtenues par fusion de l'alliage au four à induction et moulage.
De manière générale, les alliages de nickel connus renfermant en particulier du chrome comme élément d'alliage et dont les compositions sont aJustées pour obtenir une grande dureté, lorsqu ' ils sont utilisés sous f orme de revêtements obtenus par un procédé tel que le procédé PTA, ne présentent pas des caractéristiques de résistance à l'usure tout-à-fait comparables à celles des alliages de cobalt tels que les Stellites.
Les alliages a base de fer renfermant en particu-lier du chrome comme élément d'alllage et dont les compo-sitions sont ajustees pour obtenir une forte dureté sont ~lifflr~lr.~ à mettre en oeuvre et présentent de manière générale une résistance à la corrosion insuf f isante, lorsqu ' ils sont utilisés comme matériau de base ou comme Lt!Vt:t ~nt pour réaliser des pieces Ut~ 1 i C~ c dans un envirrlnr~ t tel que le circuit primaire d ' un réacteur n~lrl~5~1re ~ eau sous pression, Il peut etre ~5g~ t souhaitable, lorsqu'il est pos~1h1r~ d'utiliser des alliages de cobalt comme matériau anti-usure, d ' augmenter la dureté et la tenue à l ' usure de ces alliages, Le but de l'invention est donc de proposer un procédé de fabrication d'un matériau métallique de grande dureté, résistant ~ l ' usure, qui présente des caractéris-tiques comparables a celles des ~ de cobalt, en ce qui concerne la résistance à l ' usure et a la corrosion, en partir~1 1r~r dans un milieu nl-r1~1re, meme s'il ne contient du cobalt qu ' à l ' état d ' élément résiduel et qui peut même présenter des caractéristiques de résistance à
l ' usure améliorées par rapport aux alliages de cobalt.
Dans ce but, on soumet une poudre d'un alliage métallique renfermant pr~nr1r;~1r t l'un au moins des _ _ _ . _ _ _ _ _ _ _ ..... . . . _ ....
~ 21q6331 éléments fer et nickel ainsi que du chrome, a une com-pression isostatique a haute température, la pression, la température et la durée du traitement de compression iso-statique étant définies pour obtenir un matériau homogène 5 et isotrope à grains fins, s~n~1hl~ ~rt exempt de fissu-res et de défauts volumiques.
Le procédé suivant l ' invention peut être utilisé
en particulier pour réaliser des revêtements résistant à
l ' usure sur des pièces telles que des pieces en acier lO inoxydable.
Afin de bien faire comprendre l ' invention, on va maintenant décrire, à titre d'~ ,1P'~ non limitatifs, en se référant aux figures ~ointes en annexe, plusieurs modes de réalisation du procédé suivant l ' invention, 15 utilisé en particulier pour réaliser des revetements résistant à l 'usure sur des pièces de frottement mises en oeuvre dans des centrales n-l~lP~res.
La f igure 1 est un diagramme donnant le taux d'usure de matériaux de compositions dlfférentes obtenus 20 par le procédé suivant l ' invention et d ' un matériau obtenu par un procédé de l~vel t suivant l'art anté-rieur .
La f igure 2A est une micrographie obtenue au microscope électronique d ' un matériau de revêtement 25 suivant l ' art antérieur.
La f igure 2B est une micrographie obtenue au microscope électronique d'un matériau dur élaboré par le procédé de l ' invention.
Pour réaliser la mise en oeuvre du procédé
30 suivant l ' invention et selon un mode de réalisation pré-férentiel, on utilise une poudre d'un alliage renfermant principalement du fer ou du nickel ainsl que du chrome.
La compositlon de l ' alliage de fer et/ou de nickel et de chrome peut etre variable en fonction des 35 caractéristiques de dureté et en particulier de dureté à
~' 21 ~6331 chaud recherchées pour le produit élaboré a partlr de la poudre de l ' alliage.
Dans tous les cas, la poudre est élaborée par pulvérlsation au jet de gaz inerte, par exemple d ' un 5 alliage élaboré à l ' état liquide dans un four .
Les propriétés de la poudre métallique sont obte-nues en réglant les paramètres relatifs à la pulvérisa-tion et par tamisage.
Le procéde conslste à soumettre la poudre métal-10 llque à une compresslon lsostatique a haute température.
Une telle compression isostatique a chaud estmise en oeuvre à l ' intérieur d ' un four où la poudre est soumise à une température élevée et à une très forte presslon au contact d ' un gaz inerte tel que l ' argon . La 15 compresslon lsostatique de la poudre est réallsée à
l ' lntérleur d ' un moule métallique déformable qui est lntroduit dans l ' encelnte de compresslon isostatique à
l ' intérieur du four.
Dans le cas de la fabrication d'une plèce masslve 20 par le procédé de l ' lnventlon, le moule est entlèrement rempll de poudre métalllque. Dans le cas de la réalisa-tion d'un L~V~L t sur une pièce, la poudre est conte-nue dans l ' espace comprls entre la pièce à revêtir et le moule Dans ce cas, il est connu de procéder, préalable-25 ment, a un traltement de sur~ace de la plèce à revêtlrpour favorlser l ' accrochage du dépôt sur la plèce.
De manlere générale, la poudre est soumlse à une pression de l ' ordre de 1000 bars à 1500 bars et à une température comprise entre 0, 8 et l fois la température 30 de solidus, pendant une durée allant de 1 heure à quel-ques heures, par exemple une durée de l à 5 heures.
La pression, la température et la durée de la compresslon isostatlque sont déterminées de manière r~ue le matérlau présente une bonne homogénéité de structure, 35 qu'il soit constitué de grains fins et qu'il soit sensi-. _ . . _ .. .. . _ ~ _ _ _ _ _ _ .
21 9633 ~
blement exempt de fissures et de défauts volumiques. Deplus, le matérLau obtenu par compression isostatique pré-sente des propriétes parfaitement isotropes.
On va maintenant donner ci-dessous, à titre non 5 limitatif, plusieurs exemples de réalisation de matériaux par le procédé suivant 1 ' invention, ces matériaux à base de fer et/ou de nickel présentant des compositions diffé-rentes .
F le 1:
On élabore une poudre métallique en un alliage appartenant à une premiere famille d ' alliages à base de nickel contenant du chrome, du bore et du silicium et ayant une teneur relativement basse en carbone.
Cette famille d'alliages à base de nickel sera elle-même subdivisée en une premiere sous-famille dési-gnée par la lettre A et une seconde sous-famille ~ nPP
par la lettre B.
La mise en oeuvre du procédé suivant 1 ' invention en utilisant un alliage de la sous-famille A sera décrlte ci-dessous sous forme de 1 ' exemple la et la mise en oeuvre du procédé suivant 1 ' invention en utilisant un alliage de la sous-famille B sera décrite sous la forme de 1 ' exemple lb.
F 1P la:
On élabore, de la manière décrite ci-dessus, une poudre d ' un alliage de nickel appartenant à la sous-fa-mille A. Les alliages de la sous-famille A sont définis par les teneurs pondérales en éléments d ' alliage données ci -dessous:
- carbone 0, 2 à 0, 6 96, - silicium 1, 25 à 3, 50 %, - bore 2 à 3 %, - chrome 7 a 14 %, - fer 1, 25 à 3, 25 %, .
le solde de 1 ' alliage étant constitué par du nickel à l ' exception d ' impuretés inévitables, parmi lesquelles le cobalt présente une teneur inférieure ou égale à 1 % en poids~
Les alliages de la premiere sous-famille A cor-respondent en particulier à des alliages connus sous les ~l~n( 1ni~tions commerciales "Colmonoy 4" "Deloro 40" et "TY 15.40" ou fl~S.~1!rn~c par le sigle RNiCr-A selon la norme AWS . 5 .13 .
La compression isostatLque à chaud de la poudre d'alliage est effectuée à une température comprise entre 900 et 980~C, pendant plusieurs heures et à une pression d ' environ 1000 bars à 1500 bars .
De pref~rence, la compression isostatique est réalisée à une température de 920~C.
La durete du matériau obtenu par la compression isostatique à chaud est supérieure à 40 HRC ( Dureté
Rockwell ), ce qui peut être comparé favorablement à la dureté de matériaux obtenus à partir d ' ;~ g~c- du même type par un procédé de I~3V~ t selon l ' art antérieur.
En effet, lorsqu'on effectue un revêtement en utilisant l ' un des alliages mentionnes ci-dessus, par un procédé suivant l ' art antérieur, par exemple par le procedé PTA, la dureté Rockwell du revêtement obtenu est comprise entre 38 et 45.
E le lb:
Les alliages aUuaL l,enant à la deuxième sous-famille B sont définis par les teneurs pondérales suivan-tes en éléments d ' alliage :
- carbone de 0,3 a 0,8 %, - siliclum de 3 à 5 %, - bore de 2 à 4 %, - chrome de 10 a 16 %, - fer de 2 a 5 %, ~ 2196331 le solde de l ' alliage étant constitué par du nickel et des impuretés inévitables parmi lesquelles le cobalt présente une teneur pondérale inférieure ou égale à l %.
La compression lsostatique à chaud est effectuée à une température comprise entre 900 et 980~C, de préfé-rence à 920~C, à une pression d'environ 1000 bars à 1500 bars, pendant plusieurs heures.
La dureté de l ' alliage obtenu est d ' au moins 50 HRC, ce qui peut être comparé favorablement aux duretés de revetements obtenus par un procédé selon l ' art anté-rieur, par exemple le procédé PTA appliqué à des alliages de la seconde sous-famille B, les duretés obtenues dans ce cas étant comprises entre 46 et 54 HRC.
Des alliages types de la famille 8 sont consti-tués par les alliages connus sous les appellations commerciales "Colmonoy 5", "Deloro 50" et "TY 12.50" ou fl~Rl !Jn~5R par le sigle RNiCr-B selon la norme AWS . 5 .13 .
le 2 On élabore un alliage à base de nickel apparte-nant à une seconde famille d'alliages ayant une forte teneur en chrome et un carbone elevé.
De tels ~ R a base de nickel appartenant la seconde famille sont par exemple décrits dans le FR-A-2.405.306 et connus sous l'appellation commerciale "PY
150" .
Les alliages de la seconde famille peuvent être déf inis par des teneurs pondérales suivantes en éléments d ' alliage :
- carbone 1, 4 à 2, 5 %, - silicium 0 à 2 %, - chrome 25 à 33 %, - molybdène 6 à 15 %, le solde de l ' alliage étant constitué par du nickel à l'exception des impuretés inévitables parmi les-~ 21 96337 quelles le cobalt doit présenter une teneur pondérale ln-férieure ou égale à l %.
De manière typique, un alliage de la seconde famille peut présenter la composition suivante:
- carbone l, 65 %, - silicium l, 1 %, - chrome 29 %, - molybdène 7, 8 %, - fer inférieur à 1 96, le solde de l ' alliage étant constitué par du nickel et des impuretés inévitables parmi lesquelles le cobalt est dans une teneur pondérale inférieure ou égale à l %.
On effectue la compression isostatique à chaud de la poudre à une température supérieure à lOOO'C, de pré-ference à 1100~C pendant plusieurs heures et à une pres-sion d ' environ 1000 bars .
La dureté de l ' alliage obtenu est d ' au moins 36 HRC, ce qui se compare favorablement à la dureté de produits obtenus par des procédés suivant l'art antérieur à partir d'alliages de la seconde famille, par exemple des ~ ~v~ ts obtenus par PTA ou des pièces massives moulées dont la dureté est comprise entre 30 et 35 HRC.
ExemPle 3 Une troisième famille d'alliages de grande dureté
est constituee par des alliages a base de fer à forte teneur en chrome et dont la teneur en carbone est relati-vement basse.
Les alliages de cette troisième famille peuvent être definis par les teneurs pondérales en éléments d ' alliage données ci-dessous - chrome 22 à 30 %, - nickel 7 à 25 %, - carbone O, 2 à O, 5 %, - manganèse environ 2 %, 2~96331 ~' - molybdène 6 à 12 %, - silicium environ 2 %, - tungstène de 1 a 4 %, - vanadium environ 1 %, le solde de 1 ' alliage étant constitué par du fer et des impuretés inévitables parmi lesquelles le cobalt présente une teneur pondérale inférieure ou égale à 1 %.
Un alliage typique de la troisième famille est 1 ' alliage connu sous 1 ' appellation ~ Lale "Cenium Z
20".
La compression isostatique à chaud est effectuée à une température supérieure à lOOO'C, de préférence à
llOO~C, pendant plusieurs heures et à une pression d ' environ 1000 bars . La dureté de 1 ' alliage obtenu est supérieure à 45 HRC.
le 4 Une guatrième famille d'alliages de grande dureté
ne renfermant pas de cobalt est constituée par des allia-ges à base de fer à forte teneur en chrome et à teneur élevée en carbone.
Les alliages de cette quatrième famille peuvent être définis par les teneurs pondérales en éléments d ' alliage suivantes - chrome 22 à 30 %, - nickel 0 a 10 %, - carbone 1 à 3 96, - rongon~oe 0,3 a 15 %, - vanadium environ 4 %, le solde de 1 ' alliage etant constitué par du fer a 1 ' exception d ' impuretés r~5s~ ol 1 es inévitables parmi lesquelles le cobalt présente une teneur ponderale inférieure ou égale à 1 %.
Un exemple de tels alliages appartenant à la quatrième famille est l'alliage connu sous l'appellation commerciale "Norem".
~ 21 9633 1 .
La compression isostatique à chaud est effectuée à une température supérieure à 1000~C, de préférence à
1100~C, pendant plusieurs heures, à une presslon d'envl-ron 1000 bars . La durete de 1 ' alllage obtenu est d ' au 5 molns 45 HRC.
Lors de la mise en oeuvre de la compression iso-statlque, les paramètres pression et durée du traitement sont liés entre eux. Il est ainsi possible, en élevant la pression, de limiter le temps de compression ou inverse-10 ment, de limiter la pression en élevant le temps de compression .
La température de maintien du four pendant la mise en oeuvre de la compresslon isostatique doit se situer dans un intervalle compris entre 0, 8 et l fois la 15 température du solidus de l'alliage, c'est-à-dire le point de fusion . ~çAnte de l ' alliage lorsqu ' on aug-mente sa température, depuis l ' état solide. De cette manière, la température, au cours de la compression isostatique à chaud, est inferieure a la température de 20 brûlure de l ' alliage.
Les conditions de la mise en oeuvre de la com-pression isostatlque sont ~l~f~n~R en particulier de manière a préserver le plus possible la structure à
grains fins de la poudre dans l'alliage après compression 25 lsostatlque~ En d'autres termes, le procédé de compres-sion isostatique ne doit pas yl~voyu~r un grosR~ q t des gralns de poudre introduits ini~ t dans le moule .
Dans le cas des alliages à base de fer, après la 30 compression isostatique, on refroidit de preférence l'alliage par exemple à une vitesse de 300 à 400~C/h en controlant le refroidissement~ On peut envisager un traitement thermique après la compression isostatlque afin d'affiner les propriétes de l'alliage.
633 i .
Ess~ d'llcl~re c ,~rée dP r-tér~ux dl-rs él~ho-rés p~r le l~rocéd~ selmn llinvent~(~n et ~e r~t~ri;~llx suiv~nt l'art ant~riellr On a effectué des essais d'usure du type pion-disque sur des matériaux élaborés par le procédé suivant l ' invention et sur des matériaux élaborés par un procédé
suivant l ' art antérieur.
Les essais d'usure sont effectués par mise en contact frottant d'un disque revatu de matériau dur avec un pion en alliage de cobalt Stellite 12.
Les essais sont effectués à 300~C, avec une pres-sion d ' appui entre le pion et le disque de l00 MPa et à
une vitesse de rLu~t t de l0 mm/s. On détermine un taux d ' usure à partir de mesures de perte de poids des échantillons revetus.
La figure l est un diagramme donnant le taux d'u8ure de revetements obtenus par le procédé de compres-sion isostatique a chaud suivant l ' invention ( procedé
CIC) avec différents alliages et, a titre comparatif, le taux d ' usure d ' un revetement en alliage de cobalt Stel-lite 6 obtenu par le procedé PTA.
Sur la figure l, les points relatifs au revête-ment obtenu par le procédé suivant l ' invention sont marqués par des carrés noirs alors que le point ~ ,~ c,-tif relatif à un L~va~ L de Stellite 6 obtenu par PTA
est représenté par un carre blanc.
Sur l'axe des ;~h~r~ s~ on a porté les ~l~n- 1n;~-tions norr~ des allia~es utilisés pour réaliser les revetements, De manière comparative, un revetement de Stellite 6 a été réalisé d ' une part par le procédé PTA et d ' autre part ear le procédé CIC suivant l ' invention.
Le taux d ' usure du revetement obtenu par le pro-cédé PTA suivant l ' art anterleur est de l alors que le .... _ _ _ _ . . , taux d ' usure du revetement obtenu par le procédé CIC
suivant l' invention est de 0, 6.
Le taux d ' usure, dans le cas de l ' alliage de cobalt Stellite 6 a donc été pratiquement dLvisé par deux en utilisant le procédé CIC suivant l ' invention.
De plus, on a représenté les résultats relatifs a des revêtements obtenus par le procédé suivant 1 ' inven-tion et mettant en oeuvre des poudres d ' alliage de la premlère famille d ' alliages de nickel appartenant à la première sous-famille A et à la seconde sous-famille B, respectivement .
L'alliage de la première sous-famille A est désign~ par l'appellation n~-rr-l ieée R Ni Cr -A et la poudre en alliage de la seconde sous-famille B par l ' appellation normalisée R Ni Cr -B.
Les désignations norr-l ~ cées R Ni Cr -A et R Ni Cr -B sont issues de la norme AWS 5 .13 de 1 ' American Welding Society relative a la définition des matériaux de soudage et de l~:v~L ts durs.
Le L~Vt:t t obtenu a partir du matériau de la première sous-famille A d'alliages de nickel a un taux d'usure voisin de 0,4 qui est encore inférieur au taux d'usure du revêtement en Stellite 6 obtenu par le procédé
CIC qui est de 0, 6.
Le l~v~t ~ t en matériau de la sous-famille B
présente un taux d'usure de 0,3 inférieur au taux d'usure du revêtement en matériau de la première sous-famille A.
En se L'dpUL Lc~nt a la figure 2A, on voit que dans le cas d ' un revêtement obtenu par PTA à partir d ' un matériau de la premiere sous-famille (R Ni Cr -A), les phases durcisssantes l figurant en noir sur la microgra-phie de la figure 2A sont réparties suivant des forma-tions entre lesquelles le matériau présente des zones 2 exemptes de préclpité durcissant ayant une grande éten-
~ ProcP~lP dP f~hricat~on d'~n r~5riau met~l liaue ~P Clran~lP duretk et u~ ons L'invention concerne un procédé de fabrication d ' un matériau métallLque de grande dureté, résistant à
l'usure et des applications de ce procédé, en particulier au revetement et à la réalisation de plèces subissant un 5 frottement en service, telles que des opercules et des sieges de robinet. Plus particulierement, l'invention est utilisée pour obtenir des L~V~t~ ts ou des pieces en alliage résistant à 1 ' usure qui sont utilisées dans la construction des centrales nucléaires et qui dolvent 10 renfermer le moins possible de cobalt.
Dans les centrales nucléaires, on utilise des pièces qui sont fortement sollicitées en frottement, telles que des opercules ou des sièges de robinet, des pièces pour des pompes de mise en circulation de fluide 15 dans la centrale nucléaire, des cliquets des mécanismes de grappes de ~ 1P ou encore des clavettes de support situées dans les équipements internes à la cuve du réac-teur nucléaire, Ces pièces peuvent etre réalisées en un matériau 20 tel que 1 ' acier inoxydable recouvert d ' un revetement résistant à 1 ' usure ou encore etre rP~l t cée~c sous forme massive en un matériau rési~tant à 1 ' usure~
Il est connu de réaliser des revetements résis-tant à l'usure 3ur des pièces de flu~- t, par fusion 25 et dépot d ' un métal de revetement par un procédé tel que le procédé de soudage TIG ( Tungsten Inert Gas ), le procédé PTA (Plasma d'Arc Transféré) ou encore en utili-sant un chalumeau~
Il est connu d ' utiliser des alliages à base de 30 cobalt, tel gue les Stellites, pour réaliser des revete-ments résistant ~ 1 ' usure par 1 ' un des procédés de dépot mentionnés ci-dessus~
Lorsqu'on réalise des revetements en alliage à
base de cobalt sur des pièces de flvl.l.~ nt utilisées 35 dans les centrales nucléaires, ces pièces revetues sont _ _ _ _ _ _ .
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susceptibles de libérer du cobalt sous l'effet de l'usure et de la corrosion, ce cobalt pouvant etre entraîné par un fluide tel que le fluide de refroidissement du réac-teur venant en contact avec la pièce de frottement. Le cobalt entrainé par 1 ' eau de refroidissement du réacteur passe à travers le coeur du réacteur dans lequel il est activé. Le cobalt devient alors un élément radio-actif des plus importants présents dans la centrale nllr1P~ire, si bien que ce cobalt est à 1 ' origine d ' une partie importante du debit de doses auquel on est confronté lors des opérations de réparation ou d ' entretien, pendant les arrets du réacteur nllrl P~ ~ re, Il est donc très;, ~ lt, dans le but de dimi-nuer les doses reçues par le personnel de maintenance des centrales n~lrlP~;res~ de réduire, voire de supprimer les alliages à base de cobalt utilisés dans les centrales nu-cléaires .
On a donc proposé d ' utillser des alliages à base de nickel ou de fer et contenant du chrome pour remplacer les alliages de cobalt résistant à 1 ' usure.
On a proposé par exemple dans le FR-A-2 . 405 . 306, un alliage à base de nickel et ne comportant du cobalt qu ' à 1 ' état d ' élement r~siduel, qui peut présenter dans - certaines conditions une dureté comparable à celle d ' un alliage de cobalt tel que le Haynes Stellite n~ 6.
Un tel alliage de nickel peut atre utilisé sous la forme de poudre, de baguettes de soudage ou de fils enrobés ou fourrés pour la réalisation de revetement, en parti rlll; Pr par les procédés TIG ou PTA.
Il 8 ' est avére r~r~nfl~nt que les revetements ob-tenus par ces procédés en utilisant 1 ' alliage à base de nickel du FR-A-2 . 405 . 306 ne présentaient pas des caracté-ristiques de résistance à l'usure tout-;~-fait comparables à celles des alliages de cobalt.
Il en est de même des pièces mas~ives qui peuvent être obtenues par fusion de l'alliage au four à induction et moulage.
De manière générale, les alliages de nickel connus renfermant en particulier du chrome comme élément d'alliage et dont les compositions sont aJustées pour obtenir une grande dureté, lorsqu ' ils sont utilisés sous f orme de revêtements obtenus par un procédé tel que le procédé PTA, ne présentent pas des caractéristiques de résistance à l'usure tout-à-fait comparables à celles des alliages de cobalt tels que les Stellites.
Les alliages a base de fer renfermant en particu-lier du chrome comme élément d'alllage et dont les compo-sitions sont ajustees pour obtenir une forte dureté sont ~lifflr~lr.~ à mettre en oeuvre et présentent de manière générale une résistance à la corrosion insuf f isante, lorsqu ' ils sont utilisés comme matériau de base ou comme Lt!Vt:t ~nt pour réaliser des pieces Ut~ 1 i C~ c dans un envirrlnr~ t tel que le circuit primaire d ' un réacteur n~lrl~5~1re ~ eau sous pression, Il peut etre ~5g~ t souhaitable, lorsqu'il est pos~1h1r~ d'utiliser des alliages de cobalt comme matériau anti-usure, d ' augmenter la dureté et la tenue à l ' usure de ces alliages, Le but de l'invention est donc de proposer un procédé de fabrication d'un matériau métallique de grande dureté, résistant ~ l ' usure, qui présente des caractéris-tiques comparables a celles des ~ de cobalt, en ce qui concerne la résistance à l ' usure et a la corrosion, en partir~1 1r~r dans un milieu nl-r1~1re, meme s'il ne contient du cobalt qu ' à l ' état d ' élément résiduel et qui peut même présenter des caractéristiques de résistance à
l ' usure améliorées par rapport aux alliages de cobalt.
Dans ce but, on soumet une poudre d'un alliage métallique renfermant pr~nr1r;~1r t l'un au moins des _ _ _ . _ _ _ _ _ _ _ ..... . . . _ ....
~ 21q6331 éléments fer et nickel ainsi que du chrome, a une com-pression isostatique a haute température, la pression, la température et la durée du traitement de compression iso-statique étant définies pour obtenir un matériau homogène 5 et isotrope à grains fins, s~n~1hl~ ~rt exempt de fissu-res et de défauts volumiques.
Le procédé suivant l ' invention peut être utilisé
en particulier pour réaliser des revêtements résistant à
l ' usure sur des pièces telles que des pieces en acier lO inoxydable.
Afin de bien faire comprendre l ' invention, on va maintenant décrire, à titre d'~ ,1P'~ non limitatifs, en se référant aux figures ~ointes en annexe, plusieurs modes de réalisation du procédé suivant l ' invention, 15 utilisé en particulier pour réaliser des revetements résistant à l 'usure sur des pièces de frottement mises en oeuvre dans des centrales n-l~lP~res.
La f igure 1 est un diagramme donnant le taux d'usure de matériaux de compositions dlfférentes obtenus 20 par le procédé suivant l ' invention et d ' un matériau obtenu par un procédé de l~vel t suivant l'art anté-rieur .
La f igure 2A est une micrographie obtenue au microscope électronique d ' un matériau de revêtement 25 suivant l ' art antérieur.
La f igure 2B est une micrographie obtenue au microscope électronique d'un matériau dur élaboré par le procédé de l ' invention.
Pour réaliser la mise en oeuvre du procédé
30 suivant l ' invention et selon un mode de réalisation pré-férentiel, on utilise une poudre d'un alliage renfermant principalement du fer ou du nickel ainsl que du chrome.
La compositlon de l ' alliage de fer et/ou de nickel et de chrome peut etre variable en fonction des 35 caractéristiques de dureté et en particulier de dureté à
~' 21 ~6331 chaud recherchées pour le produit élaboré a partlr de la poudre de l ' alliage.
Dans tous les cas, la poudre est élaborée par pulvérlsation au jet de gaz inerte, par exemple d ' un 5 alliage élaboré à l ' état liquide dans un four .
Les propriétés de la poudre métallique sont obte-nues en réglant les paramètres relatifs à la pulvérisa-tion et par tamisage.
Le procéde conslste à soumettre la poudre métal-10 llque à une compresslon lsostatique a haute température.
Une telle compression isostatique a chaud estmise en oeuvre à l ' intérieur d ' un four où la poudre est soumise à une température élevée et à une très forte presslon au contact d ' un gaz inerte tel que l ' argon . La 15 compresslon lsostatique de la poudre est réallsée à
l ' lntérleur d ' un moule métallique déformable qui est lntroduit dans l ' encelnte de compresslon isostatique à
l ' intérieur du four.
Dans le cas de la fabrication d'une plèce masslve 20 par le procédé de l ' lnventlon, le moule est entlèrement rempll de poudre métalllque. Dans le cas de la réalisa-tion d'un L~V~L t sur une pièce, la poudre est conte-nue dans l ' espace comprls entre la pièce à revêtir et le moule Dans ce cas, il est connu de procéder, préalable-25 ment, a un traltement de sur~ace de la plèce à revêtlrpour favorlser l ' accrochage du dépôt sur la plèce.
De manlere générale, la poudre est soumlse à une pression de l ' ordre de 1000 bars à 1500 bars et à une température comprise entre 0, 8 et l fois la température 30 de solidus, pendant une durée allant de 1 heure à quel-ques heures, par exemple une durée de l à 5 heures.
La pression, la température et la durée de la compresslon isostatlque sont déterminées de manière r~ue le matérlau présente une bonne homogénéité de structure, 35 qu'il soit constitué de grains fins et qu'il soit sensi-. _ . . _ .. .. . _ ~ _ _ _ _ _ _ .
21 9633 ~
blement exempt de fissures et de défauts volumiques. Deplus, le matérLau obtenu par compression isostatique pré-sente des propriétes parfaitement isotropes.
On va maintenant donner ci-dessous, à titre non 5 limitatif, plusieurs exemples de réalisation de matériaux par le procédé suivant 1 ' invention, ces matériaux à base de fer et/ou de nickel présentant des compositions diffé-rentes .
F le 1:
On élabore une poudre métallique en un alliage appartenant à une premiere famille d ' alliages à base de nickel contenant du chrome, du bore et du silicium et ayant une teneur relativement basse en carbone.
Cette famille d'alliages à base de nickel sera elle-même subdivisée en une premiere sous-famille dési-gnée par la lettre A et une seconde sous-famille ~ nPP
par la lettre B.
La mise en oeuvre du procédé suivant 1 ' invention en utilisant un alliage de la sous-famille A sera décrlte ci-dessous sous forme de 1 ' exemple la et la mise en oeuvre du procédé suivant 1 ' invention en utilisant un alliage de la sous-famille B sera décrite sous la forme de 1 ' exemple lb.
F 1P la:
On élabore, de la manière décrite ci-dessus, une poudre d ' un alliage de nickel appartenant à la sous-fa-mille A. Les alliages de la sous-famille A sont définis par les teneurs pondérales en éléments d ' alliage données ci -dessous:
- carbone 0, 2 à 0, 6 96, - silicium 1, 25 à 3, 50 %, - bore 2 à 3 %, - chrome 7 a 14 %, - fer 1, 25 à 3, 25 %, .
le solde de 1 ' alliage étant constitué par du nickel à l ' exception d ' impuretés inévitables, parmi lesquelles le cobalt présente une teneur inférieure ou égale à 1 % en poids~
Les alliages de la premiere sous-famille A cor-respondent en particulier à des alliages connus sous les ~l~n( 1ni~tions commerciales "Colmonoy 4" "Deloro 40" et "TY 15.40" ou fl~S.~1!rn~c par le sigle RNiCr-A selon la norme AWS . 5 .13 .
La compression isostatLque à chaud de la poudre d'alliage est effectuée à une température comprise entre 900 et 980~C, pendant plusieurs heures et à une pression d ' environ 1000 bars à 1500 bars .
De pref~rence, la compression isostatique est réalisée à une température de 920~C.
La durete du matériau obtenu par la compression isostatique à chaud est supérieure à 40 HRC ( Dureté
Rockwell ), ce qui peut être comparé favorablement à la dureté de matériaux obtenus à partir d ' ;~ g~c- du même type par un procédé de I~3V~ t selon l ' art antérieur.
En effet, lorsqu'on effectue un revêtement en utilisant l ' un des alliages mentionnes ci-dessus, par un procédé suivant l ' art antérieur, par exemple par le procedé PTA, la dureté Rockwell du revêtement obtenu est comprise entre 38 et 45.
E le lb:
Les alliages aUuaL l,enant à la deuxième sous-famille B sont définis par les teneurs pondérales suivan-tes en éléments d ' alliage :
- carbone de 0,3 a 0,8 %, - siliclum de 3 à 5 %, - bore de 2 à 4 %, - chrome de 10 a 16 %, - fer de 2 a 5 %, ~ 2196331 le solde de l ' alliage étant constitué par du nickel et des impuretés inévitables parmi lesquelles le cobalt présente une teneur pondérale inférieure ou égale à l %.
La compression lsostatique à chaud est effectuée à une température comprise entre 900 et 980~C, de préfé-rence à 920~C, à une pression d'environ 1000 bars à 1500 bars, pendant plusieurs heures.
La dureté de l ' alliage obtenu est d ' au moins 50 HRC, ce qui peut être comparé favorablement aux duretés de revetements obtenus par un procédé selon l ' art anté-rieur, par exemple le procédé PTA appliqué à des alliages de la seconde sous-famille B, les duretés obtenues dans ce cas étant comprises entre 46 et 54 HRC.
Des alliages types de la famille 8 sont consti-tués par les alliages connus sous les appellations commerciales "Colmonoy 5", "Deloro 50" et "TY 12.50" ou fl~Rl !Jn~5R par le sigle RNiCr-B selon la norme AWS . 5 .13 .
le 2 On élabore un alliage à base de nickel apparte-nant à une seconde famille d'alliages ayant une forte teneur en chrome et un carbone elevé.
De tels ~ R a base de nickel appartenant la seconde famille sont par exemple décrits dans le FR-A-2.405.306 et connus sous l'appellation commerciale "PY
150" .
Les alliages de la seconde famille peuvent être déf inis par des teneurs pondérales suivantes en éléments d ' alliage :
- carbone 1, 4 à 2, 5 %, - silicium 0 à 2 %, - chrome 25 à 33 %, - molybdène 6 à 15 %, le solde de l ' alliage étant constitué par du nickel à l'exception des impuretés inévitables parmi les-~ 21 96337 quelles le cobalt doit présenter une teneur pondérale ln-férieure ou égale à l %.
De manière typique, un alliage de la seconde famille peut présenter la composition suivante:
- carbone l, 65 %, - silicium l, 1 %, - chrome 29 %, - molybdène 7, 8 %, - fer inférieur à 1 96, le solde de l ' alliage étant constitué par du nickel et des impuretés inévitables parmi lesquelles le cobalt est dans une teneur pondérale inférieure ou égale à l %.
On effectue la compression isostatique à chaud de la poudre à une température supérieure à lOOO'C, de pré-ference à 1100~C pendant plusieurs heures et à une pres-sion d ' environ 1000 bars .
La dureté de l ' alliage obtenu est d ' au moins 36 HRC, ce qui se compare favorablement à la dureté de produits obtenus par des procédés suivant l'art antérieur à partir d'alliages de la seconde famille, par exemple des ~ ~v~ ts obtenus par PTA ou des pièces massives moulées dont la dureté est comprise entre 30 et 35 HRC.
ExemPle 3 Une troisième famille d'alliages de grande dureté
est constituee par des alliages a base de fer à forte teneur en chrome et dont la teneur en carbone est relati-vement basse.
Les alliages de cette troisième famille peuvent être definis par les teneurs pondérales en éléments d ' alliage données ci-dessous - chrome 22 à 30 %, - nickel 7 à 25 %, - carbone O, 2 à O, 5 %, - manganèse environ 2 %, 2~96331 ~' - molybdène 6 à 12 %, - silicium environ 2 %, - tungstène de 1 a 4 %, - vanadium environ 1 %, le solde de 1 ' alliage étant constitué par du fer et des impuretés inévitables parmi lesquelles le cobalt présente une teneur pondérale inférieure ou égale à 1 %.
Un alliage typique de la troisième famille est 1 ' alliage connu sous 1 ' appellation ~ Lale "Cenium Z
20".
La compression isostatique à chaud est effectuée à une température supérieure à lOOO'C, de préférence à
llOO~C, pendant plusieurs heures et à une pression d ' environ 1000 bars . La dureté de 1 ' alliage obtenu est supérieure à 45 HRC.
le 4 Une guatrième famille d'alliages de grande dureté
ne renfermant pas de cobalt est constituée par des allia-ges à base de fer à forte teneur en chrome et à teneur élevée en carbone.
Les alliages de cette quatrième famille peuvent être définis par les teneurs pondérales en éléments d ' alliage suivantes - chrome 22 à 30 %, - nickel 0 a 10 %, - carbone 1 à 3 96, - rongon~oe 0,3 a 15 %, - vanadium environ 4 %, le solde de 1 ' alliage etant constitué par du fer a 1 ' exception d ' impuretés r~5s~ ol 1 es inévitables parmi lesquelles le cobalt présente une teneur ponderale inférieure ou égale à 1 %.
Un exemple de tels alliages appartenant à la quatrième famille est l'alliage connu sous l'appellation commerciale "Norem".
~ 21 9633 1 .
La compression isostatique à chaud est effectuée à une température supérieure à 1000~C, de préférence à
1100~C, pendant plusieurs heures, à une presslon d'envl-ron 1000 bars . La durete de 1 ' alllage obtenu est d ' au 5 molns 45 HRC.
Lors de la mise en oeuvre de la compression iso-statlque, les paramètres pression et durée du traitement sont liés entre eux. Il est ainsi possible, en élevant la pression, de limiter le temps de compression ou inverse-10 ment, de limiter la pression en élevant le temps de compression .
La température de maintien du four pendant la mise en oeuvre de la compresslon isostatique doit se situer dans un intervalle compris entre 0, 8 et l fois la 15 température du solidus de l'alliage, c'est-à-dire le point de fusion . ~çAnte de l ' alliage lorsqu ' on aug-mente sa température, depuis l ' état solide. De cette manière, la température, au cours de la compression isostatique à chaud, est inferieure a la température de 20 brûlure de l ' alliage.
Les conditions de la mise en oeuvre de la com-pression isostatlque sont ~l~f~n~R en particulier de manière a préserver le plus possible la structure à
grains fins de la poudre dans l'alliage après compression 25 lsostatlque~ En d'autres termes, le procédé de compres-sion isostatique ne doit pas yl~voyu~r un grosR~ q t des gralns de poudre introduits ini~ t dans le moule .
Dans le cas des alliages à base de fer, après la 30 compression isostatique, on refroidit de preférence l'alliage par exemple à une vitesse de 300 à 400~C/h en controlant le refroidissement~ On peut envisager un traitement thermique après la compression isostatlque afin d'affiner les propriétes de l'alliage.
633 i .
Ess~ d'llcl~re c ,~rée dP r-tér~ux dl-rs él~ho-rés p~r le l~rocéd~ selmn llinvent~(~n et ~e r~t~ri;~llx suiv~nt l'art ant~riellr On a effectué des essais d'usure du type pion-disque sur des matériaux élaborés par le procédé suivant l ' invention et sur des matériaux élaborés par un procédé
suivant l ' art antérieur.
Les essais d'usure sont effectués par mise en contact frottant d'un disque revatu de matériau dur avec un pion en alliage de cobalt Stellite 12.
Les essais sont effectués à 300~C, avec une pres-sion d ' appui entre le pion et le disque de l00 MPa et à
une vitesse de rLu~t t de l0 mm/s. On détermine un taux d ' usure à partir de mesures de perte de poids des échantillons revetus.
La figure l est un diagramme donnant le taux d'u8ure de revetements obtenus par le procédé de compres-sion isostatique a chaud suivant l ' invention ( procedé
CIC) avec différents alliages et, a titre comparatif, le taux d ' usure d ' un revetement en alliage de cobalt Stel-lite 6 obtenu par le procedé PTA.
Sur la figure l, les points relatifs au revête-ment obtenu par le procédé suivant l ' invention sont marqués par des carrés noirs alors que le point ~ ,~ c,-tif relatif à un L~va~ L de Stellite 6 obtenu par PTA
est représenté par un carre blanc.
Sur l'axe des ;~h~r~ s~ on a porté les ~l~n- 1n;~-tions norr~ des allia~es utilisés pour réaliser les revetements, De manière comparative, un revetement de Stellite 6 a été réalisé d ' une part par le procédé PTA et d ' autre part ear le procédé CIC suivant l ' invention.
Le taux d ' usure du revetement obtenu par le pro-cédé PTA suivant l ' art anterleur est de l alors que le .... _ _ _ _ . . , taux d ' usure du revetement obtenu par le procédé CIC
suivant l' invention est de 0, 6.
Le taux d ' usure, dans le cas de l ' alliage de cobalt Stellite 6 a donc été pratiquement dLvisé par deux en utilisant le procédé CIC suivant l ' invention.
De plus, on a représenté les résultats relatifs a des revêtements obtenus par le procédé suivant 1 ' inven-tion et mettant en oeuvre des poudres d ' alliage de la premlère famille d ' alliages de nickel appartenant à la première sous-famille A et à la seconde sous-famille B, respectivement .
L'alliage de la première sous-famille A est désign~ par l'appellation n~-rr-l ieée R Ni Cr -A et la poudre en alliage de la seconde sous-famille B par l ' appellation normalisée R Ni Cr -B.
Les désignations norr-l ~ cées R Ni Cr -A et R Ni Cr -B sont issues de la norme AWS 5 .13 de 1 ' American Welding Society relative a la définition des matériaux de soudage et de l~:v~L ts durs.
Le L~Vt:t t obtenu a partir du matériau de la première sous-famille A d'alliages de nickel a un taux d'usure voisin de 0,4 qui est encore inférieur au taux d'usure du revêtement en Stellite 6 obtenu par le procédé
CIC qui est de 0, 6.
Le l~v~t ~ t en matériau de la sous-famille B
présente un taux d'usure de 0,3 inférieur au taux d'usure du revêtement en matériau de la première sous-famille A.
En se L'dpUL Lc~nt a la figure 2A, on voit que dans le cas d ' un revêtement obtenu par PTA à partir d ' un matériau de la premiere sous-famille (R Ni Cr -A), les phases durcisssantes l figurant en noir sur la microgra-phie de la figure 2A sont réparties suivant des forma-tions entre lesquelles le matériau présente des zones 2 exemptes de préclpité durcissant ayant une grande éten-
3 5 due .
2 1 q633 1 Il en résulte une durete et une résistance a l ' usure limitées du matériau de revêtement.
Sur la figure 2B, on a représenté la microstruc-ture d ' un revétement en matériau de la première sous-famille (R Ni Cr -A) obtenu par le procédé CIC.
Le grQqC~ q~ t obtenu au microscope est six fois plus important dans le cas de la figure 2B que dans le cas de la figure 2A. Il apparait clairement sur la micrographie à plus fort grossissement de la figure 2B
que les phases durcissantes 3 constituent de très fins précipités qui sont répartis de manière homogène dans l ' ensemble du matériau de revêtement .
Il en résulte une plus forte dureté et une tenue à l ' usure très fo~ ~ t améliorée dans le cas du revête-ment obtenu par le procédé suivant l'invention mettant en oeuvre la c t:s-ion isostatique~
De plus, le matériau obtenu par le procédé de l ' inventlon est exempt de déf auts internes tels que des fissures ou des défauts volumiques tels qu ' ils peuvent apparaitre avec des procédés classiques ( TIG, PTA, chalumeau). En effet, la compression isostatique à chaud permet d'éviter l'apparition de défauts internes tels que ceux qui apparaissent lors du moulage ou du soudage d ' un materiau métallique.
On a pu montrer ~ t que lorsqu ' on soumet des pièces moulées ou soudées à une opération de compres-sion isostatique à chaud, les petits défauts internes dus au moulage ou au soudage ont t~nrl~n~ à se refermer. La compression isostatique à chaud a donc un effet curatif dans le cas de matériaux obtenus par moulage ou soudage.
En outre, l ' un des avantages du procédé de compression isostatique à chaud est qu ' il permet de mettre en forme des ~ s~-c difficiles a élaborer par des procédés convent1~nn-~l q tels que le forgeage et le laminage.
2 1 ~6~3~
La compression isostatique à chaud fournit égale-ment un matériau dont la structure est parfaitement homo-gene et dont les propriétés sont isotropes.
Du fait de la structure homogène des matériaux, ceux-ci présentent une meilleure résistance à la corro-sion généralisée et à la corroslon localisée en raison de la répartition homogène du chrome~
Les produits obtenus par le procedé suivant 1 ' in-vention malgré leur dureté élevée sont peu fragiles et présentent une ductilité significative (1 % d'allongement à 20~C et 1,5 96 à 350~C). Il en résulte une résistance améliorée aux chocs thermiques des produits obtenus par le procédé suivant 1 ' invention.
L ' invention ne se limite pas aux modes de réali-sation qui ont été décrits.
C ' est ainsi que la compresslon lsostatique à
chaud peut être r~alisée dans des conditions de pression, de température et de durée différentes de celles gui ont été indiquées Les caractérlstlques de la poudre d ' alllage utl-lisée, par exemple la granulométrle de cette poudre et la f orme des gralns, peuvent être variables et adaptées à
1 ' utilisation envlsagée.
Le procédé suivant 1 ' invention peut être mis en oeuvre en utillsant des poudres d ' alllages de fer ou de nlckel ayant des composltlons dlfférentes de celles qul ont été lndlquées cl-dessus.
2 1 q633 1 Il en résulte une durete et une résistance a l ' usure limitées du matériau de revêtement.
Sur la figure 2B, on a représenté la microstruc-ture d ' un revétement en matériau de la première sous-famille (R Ni Cr -A) obtenu par le procédé CIC.
Le grQqC~ q~ t obtenu au microscope est six fois plus important dans le cas de la figure 2B que dans le cas de la figure 2A. Il apparait clairement sur la micrographie à plus fort grossissement de la figure 2B
que les phases durcissantes 3 constituent de très fins précipités qui sont répartis de manière homogène dans l ' ensemble du matériau de revêtement .
Il en résulte une plus forte dureté et une tenue à l ' usure très fo~ ~ t améliorée dans le cas du revête-ment obtenu par le procédé suivant l'invention mettant en oeuvre la c t:s-ion isostatique~
De plus, le matériau obtenu par le procédé de l ' inventlon est exempt de déf auts internes tels que des fissures ou des défauts volumiques tels qu ' ils peuvent apparaitre avec des procédés classiques ( TIG, PTA, chalumeau). En effet, la compression isostatique à chaud permet d'éviter l'apparition de défauts internes tels que ceux qui apparaissent lors du moulage ou du soudage d ' un materiau métallique.
On a pu montrer ~ t que lorsqu ' on soumet des pièces moulées ou soudées à une opération de compres-sion isostatique à chaud, les petits défauts internes dus au moulage ou au soudage ont t~nrl~n~ à se refermer. La compression isostatique à chaud a donc un effet curatif dans le cas de matériaux obtenus par moulage ou soudage.
En outre, l ' un des avantages du procédé de compression isostatique à chaud est qu ' il permet de mettre en forme des ~ s~-c difficiles a élaborer par des procédés convent1~nn-~l q tels que le forgeage et le laminage.
2 1 ~6~3~
La compression isostatique à chaud fournit égale-ment un matériau dont la structure est parfaitement homo-gene et dont les propriétés sont isotropes.
Du fait de la structure homogène des matériaux, ceux-ci présentent une meilleure résistance à la corro-sion généralisée et à la corroslon localisée en raison de la répartition homogène du chrome~
Les produits obtenus par le procedé suivant 1 ' in-vention malgré leur dureté élevée sont peu fragiles et présentent une ductilité significative (1 % d'allongement à 20~C et 1,5 96 à 350~C). Il en résulte une résistance améliorée aux chocs thermiques des produits obtenus par le procédé suivant 1 ' invention.
L ' invention ne se limite pas aux modes de réali-sation qui ont été décrits.
C ' est ainsi que la compresslon lsostatique à
chaud peut être r~alisée dans des conditions de pression, de température et de durée différentes de celles gui ont été indiquées Les caractérlstlques de la poudre d ' alllage utl-lisée, par exemple la granulométrle de cette poudre et la f orme des gralns, peuvent être variables et adaptées à
1 ' utilisation envlsagée.
Le procédé suivant 1 ' invention peut être mis en oeuvre en utillsant des poudres d ' alllages de fer ou de nlckel ayant des composltlons dlfférentes de celles qul ont été lndlquées cl-dessus.
Claims (20)
1.- Procédé de fabrication d'un matériau métallique de grande dureté, résistant à l'usure, caractérisé
par le fait qu'on soumet une poudre d'un alliage métallique renfermant principalement l'un au moins des éléments fer et nickel ainsi que du chrome, à une compression isostatique à haute température, la pression, la température et la durée du traitement de compression isostatique étant définies pour obtenir un matériau homogène et isotrope à grains fins, sensiblement exempt de fissures et de défauts volumiques.
par le fait qu'on soumet une poudre d'un alliage métallique renfermant principalement l'un au moins des éléments fer et nickel ainsi que du chrome, à une compression isostatique à haute température, la pression, la température et la durée du traitement de compression isostatique étant définies pour obtenir un matériau homogène et isotrope à grains fins, sensiblement exempt de fissures et de défauts volumiques.
2.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé
par le fait que la poudre métallique est constituée par un alliage à base de nickel et/ou de fer ne renfermant du cobalt qu'à titre d'élément résiduel.
par le fait que la poudre métallique est constituée par un alliage à base de nickel et/ou de fer ne renfermant du cobalt qu'à titre d'élément résiduel.
3,- Procédé suivant la revendication 2, caractérisé
par le fait que l'alliage métallique est à base de nickel et contient du bore, du silicium ainsi qu'une basse teneur de carbone.
par le fait que l'alliage métallique est à base de nickel et contient du bore, du silicium ainsi qu'une basse teneur de carbone.
4.- Procédé suivant la revendication 3, caractérisé
par le fait que l'alliage métallique renferme en poids, de 0,2 à 0,6 % de carbone, de 1,25 à 3,50 % de silicium, de 2 à 3 % de bore, de 7 à 14 % de chrome et de 1,25 à 3,25 % de fer, le solde de l'alliage étant constitué
par du nickel et des impuretés résiduelles inévitables parmi lesquelles du cobalt dans une teneur pondérale inférieure ou égale à 1 %.
par le fait que l'alliage métallique renferme en poids, de 0,2 à 0,6 % de carbone, de 1,25 à 3,50 % de silicium, de 2 à 3 % de bore, de 7 à 14 % de chrome et de 1,25 à 3,25 % de fer, le solde de l'alliage étant constitué
par du nickel et des impuretés résiduelles inévitables parmi lesquelles du cobalt dans une teneur pondérale inférieure ou égale à 1 %.
5.- Procédé suivant la revendication 3, caractérisé
par le fait que l'alliage métallique renferme en poids, de 0,3 à 0,8 % de carbone, de 3 à 5 % de silicium, de 2 à 4 % de bore, de 10 à 16 % de chrome et de 2 à 5 %
de fer, le solde de l'alliage étant constitué par du nickel, à l'exception d'impuretés résiduelles inévitables parmi lesquelles le cobalt est présent dans une teneur pondérale inférieure ou égale à 1 %.
par le fait que l'alliage métallique renferme en poids, de 0,3 à 0,8 % de carbone, de 3 à 5 % de silicium, de 2 à 4 % de bore, de 10 à 16 % de chrome et de 2 à 5 %
de fer, le solde de l'alliage étant constitué par du nickel, à l'exception d'impuretés résiduelles inévitables parmi lesquelles le cobalt est présent dans une teneur pondérale inférieure ou égale à 1 %.
6.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisé par le fait que la compression isostatique à chaud est effectuée à une température comprise entre 900 et 980°C et de préférence à 920°C, pendant plusieurs heures, à une pression d'environ 1000 bars à 1500 bars.
7.- Procédé suivant la revendication 2, caractérisé
par le fait que 1'alliage métallique renferme en poids de 1,4 à 2,5 % de carbone, de 0 à 2 % de silicium, de 25 à 33 % de chrome et de 6 à 15 % de molybdène, le solde de 1'alliage étant constitué par du nickel, à
l'exception des impuretés inévitables parmi lesquelles le cobalt présente une teneur pondérale inférieure ou égale à 1 %.
par le fait que 1'alliage métallique renferme en poids de 1,4 à 2,5 % de carbone, de 0 à 2 % de silicium, de 25 à 33 % de chrome et de 6 à 15 % de molybdène, le solde de 1'alliage étant constitué par du nickel, à
l'exception des impuretés inévitables parmi lesquelles le cobalt présente une teneur pondérale inférieure ou égale à 1 %.
8.- Procédé suivant la revendication 7, caractérisé
par le fait que l'alliage métallique renferme à peu près 1,65 % de carbone, 1,1 % de silicium, 29 % de chrome, 7,8 % de molybdène et moins de 1 % de fer, le solde de l'alliage étant constitué par du nickel à
l'exception d'impuretés inévitables parmi lesquelles le cobalt présente une teneur pondérale inférieure ou égale à l %.
par le fait que l'alliage métallique renferme à peu près 1,65 % de carbone, 1,1 % de silicium, 29 % de chrome, 7,8 % de molybdène et moins de 1 % de fer, le solde de l'alliage étant constitué par du nickel à
l'exception d'impuretés inévitables parmi lesquelles le cobalt présente une teneur pondérale inférieure ou égale à l %.
9 . - Procédé suivant l'une quelconque des revendication 7 et 8, caractérisé par le fait que la compression isostatique à chaud est effectuée à une température supérieure à 1000°C, de préférence à 1100°C pendant plusieurs heures à une pression d'environ 1000 bars .
10.- Procédé suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que l'alliage métallique renferme en poids, de 22 à 30 % de chrome, de 7 à 25 % de nickel, de 0,2 à 0 5 % de carbone, environ 2 % de manganèse, de 6 à
12 % de molybdène, environ 2 % de silicium, de 1 à 4 % de tungstène et environ 1 % de vanadium, le solde de l'alliage étant constitué par du fer et par des impuretés inévitables parmi lesquelles le cobalt présente une teneur pondérale inférieure ou égale à 1 %.
12 % de molybdène, environ 2 % de silicium, de 1 à 4 % de tungstène et environ 1 % de vanadium, le solde de l'alliage étant constitué par du fer et par des impuretés inévitables parmi lesquelles le cobalt présente une teneur pondérale inférieure ou égale à 1 %.
11.- Procédé suivant la revendication 10, caractérisé par le fait que la compression isostatique à chaud est effectuée à une température supérieure à 1000°C, de préférence à 1100°C, pendant plusieurs heures à une pression d'environ 1000 bars.
12.- Procédé suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que l'alliage métallique renferme en poids 22 à 30 % de chrome, de 0 à 10 % de nickel, de 1 à
3 % de carbone, de 0,3 à 15 % de manganèse et environ 4 % de vanadium, le solde de l'alliage étant constitué par du fer à l'exception d'impuretés inévitables parmi lesquelles le cobalt présente une teneur pondérale inférieure ou égale à 1 % .
3 % de carbone, de 0,3 à 15 % de manganèse et environ 4 % de vanadium, le solde de l'alliage étant constitué par du fer à l'exception d'impuretés inévitables parmi lesquelles le cobalt présente une teneur pondérale inférieure ou égale à 1 % .
13.- Procédé suivant la revendication 12, caractérisé par le fait que la compression isostatique est effectuée à une température supérieure à 1000°C, de préférence à 1100°C, pendant plusieurs heures à une pression d'environ 1000 bars.
14.- Procédé suivant la revendication 1 , , caractérisé par le fait que la compression isostatique à chaud est effectuée à une température située dans un intervalle compris entre 0,8 et 1 fois la température du solidus de l'alliage.
15.- Procédé suivant la revendication 1 , caractérisé par le fait que la compression isostatique à chaud est effectuée dans une atmosphère d'argon.
16.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 11 et 13, caractérisé par le fait que le matériau métallique est refroidi, après la compression isostatique à chaud, à une vitesse comprise entre 300 et 400° C/h.
17. - Utilisation d'un procédé suivant la revendication 1 , pour la réalisation d'un revêtement résistant à l'usure sur une pièce métallique.
18.- Utilisation d'un procédé suivant la revendication 1 , pour la réalisation d'une pièce massive en alliage métallique.
19. - Utilisation suivant l'une quelconque des revendications 17 et 18 caractérisée par le fait que la pièce métallique revêtue ou la pièce en alliage métallique est une pièce de frottement utilisée dans une centrale nucléaire, telle qu'un opercule ou un siège de robinet, une pièce pour une pompe, un cliquet d'un mécanisme de grappe de commande ou une clavette des équipements internes du réacteur de la centrale nucléaire.
20.- Utilisation selon la revendication 19, caractérisée par le fait que l'alliage métallique renferme du cobalt uniquement comme élément résiduel.
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