Procédé de préparation par frittage d'un produit contenant du manganèse, et produit obtenu par ce procédé. La présente invention est relative à un procédé de préparation par frittage d'un pro duit contenant du manganèse et à un produit obtenu par ce procédé.
On connaît déjà des procédés de fabrica tion d'objets manufacturés en alliage de man ganèse qui consistent à mélanger les consti tuants sous, forme plus ou moins pulvéru lente, à les comprimer dans la forme finie ou partiellement finie de l'objet désiré et à for mer un alliage par chauffage à une tempéra ture provoquant la diffusion des particules métalliques l'une dans l'autre. Cette opéra tion est appelée frittage.
Les objets ainsi formés peuvent être fa çonnés ultérieurement par pression à chaud ou à froid, usinage, etc., et peuvent, dans le cas de certains alliages, être améliorés par un traitement thermique convenable.
Cette opération de frittage est toutefois limitée aux métaux qui peuvent facilement être obtenus sous forme pulvérulente, et aussi aux mélanges de métaux qui diffusent avec suffisamment de rapidité à une température suffisamment inférieure au point de fusion pour rendre le procédé utilisable.
On a trouvé que les inconvénients qui ont accompagné les tentatives d'utiliser le man ganèse pour le frittage sont dus, en partie, à la difficulté d'obtenir de manganèse métal lique, préparé par silico-thermie ou alu- mino-thermie, à l'étant finement divisé, à cause de la dureté de ce métal. Tous les man ganèses silico-thermiques ou alumino-t.hermi- ques examinés par le titulaire comportent une pellicule d'oxydes, tels que la silice ou l'alumine, entourant les grains de métal.
La présence de ces oxydes diminue fortement, si elle ne l'empêche pas complètement, la diffu sion de ce manganèse dans les autres métaux aux températures inférieures au point de fu sion du manganèse.
Le procédé qui fait l'objet de l'invention, bien qu'étant un procédé de frittage, élimine ces inconvénients. Il est caractérisé par le fait qu'on emploie du manganèse ayant une pureté minimum de 99,9 %. Ce manganèse est, par exemple, obtenu par électrolyse; il est fria ble, facile à pulvériser, conserve à. l'air une surface brillante et ne contient pas de pelli cule d'oxyde autour des grains.
Pour de nombreux objets, le manganèse électrolytique pulvérisé .peut être utilisé sans traitement subséquent. Pour certains objets cependant, particulièrement pour ceux qui comprennent une proportion majeure de man ganèse, il est préférable de donner à la pou dre de manganèse une certaine ductilité, de façon qu'elle épouse plus exactement les for mes du moule. On obtient ce résultat en chauf fant le manganèse pulvérisé à une tempéra ture supérieure à 1000 C, avec sensiblement 4 Vo de cuivre finement pulvérisé.
Le cuivre est intimement mélangé au man ganèse, et si l'oxygène et l'azote sont chassés de la poudre pendant l'opération de chauf fage, une diffusion suffisante du cuivre dans le manganèse s'effectue en peu de temps; on obtient ainsi une poudre de manganèse duc tile, qui se prête elle-même facilement à des mélanges pour le moulage à la presse.
Si le cuivre est un constituant des alliages offrant des inconvénients même en petite quantité, on peut employer du nickel, bien que les résultats soient un peu moins satis faisants, une durée plus longue de chauffage étant, par exemple, nécessaire. La poudre de manganèse peut également être rendue duc tile par chauffage en atmosphère d'ammoniac aux environs de 450 C pendant un court laps de temps, suivi d'un chauffage en l'absence d'oxygène à une température d'à peu près 1000 C. Le chauffage en atmosphère d'azote à 1000 C confère aussi un certain degré de ductilité à la poudre de manganèse.
Le manganèse électrolytique pulvérulent à au moins 99,9 % de pureté peut être utilisé avec succès comme constituant de différents types d'alliages tels que les aciers, les aciers inoxydables, les bronzes, l'alliage de cuivre et de nickel obtenu directement à partir du mi nerai canadien de nickel et des alliages sem blables dans lesquels on emploie du manga nèse.
Le présent procédé peut être, en outre, utilisé avec un succès remarquable pour obte nir des produits en alliages décrits dans les brevets des L?. S. A. N 2286199 du 1.6 juil let 1938 et N 2263571 du 13 avril 1939.
La présente invention est particulière ment précieuse pour la fabrication de pro duits en acier inoxydable, contenant du man ganèse, qui sont constitués principalement par du fer et du chrome. L'on a aussi employé, comme constituants de ces alliages, le nickel et, dans une moindre mesure, le cuivre. La.
production de ce genre d'alliages par frit tage est restreinte par le fait que le fer, le chrome et le nickel, qui forment ensemble plus de 95 % de la plupart de ces alliages, ont des points de fusion voisins de 1:500 C. La diffusion de ces métaux les uns dans les au- tres est donc très lente à. toute température au-dessous de leur point de fusion commun, mais à cette température, l'objet façonné se rait susceptible de perdre sa forme.
L'inventeur a trouvé que si l'on utilise dans ces alliages une proportion considérable de manganèse, avec ou sans élimination de nickel ou de cuivre, la diffusion se produit à une température bien inférieure au point. de fusion du fer et du chrome, qui forment la majeure partie du mélange; en conséquence, l'on peut obtenir des objets homogènes sans fusion partielle ou déformation des pièces.
Les poudres métalliques utilisées dans le procédé conforme à l'invention ont une teneur en carbone de préférence inférieure à 0,05 %. <I>Exemple I:</I> On mélange 56 parties de poudre de fer, 18 parties de poudre de chrome et 26 parties de poudre de manganèse de pureté supérieure à 99;
9 %. Ce mélange est comprimé suivant la forme désirée et chauffé à une tempéra ture de 1200 C pendant 2 heures en atmo sphère d'hydrogène. La pièce est, alors trem pée dans l'eau. L'objet ainsi façonné est rela tivement mou et magnétique. On peut alors redresser la pièce, s'il s'est produit quelque gauchissement, et effectuer tout usinage ou opération de pressage ultérieure nécessaire pour obtenir la forme désirée. Si l'on veut encore durcir la pièce obtenue, on la chauffe à environ 725 C pendant 10 minutes et on refroidit à l'air. La pièce résultante est. dure et inoxydable.
<I>Exemple II:</I> On mélange 95 parties de poudre de man- ganèse électrolytique titrant au moins 99,9 % avec 5 parties de poudre de enivre. Ce mé lange est chauffé, sans être comprimé, en atmosphère d'hydrogène à 1000 C pendant. 2 heures. Il est alors refroidi dans l'hydro gène et mélangé à 27 parties de nickel en pou dre. Le mélange résultant se laisse facilement comprimer sous une forme précise, grâce à la, ductilité de la poudre métallique, et est chauffé en atmosphère d'hydrogène pendant 30 minutes.
La pièce résultante est solide et ductile; elle possède un coefficient de dilata tion de 25 .10-6 emlcmldegré C.
<I>Exemple III:</I> On mélange 60 parties de poudre de cui vre à 20 parties de manganèse électrolytique à au moins 99,9 % de pureté et à 20 parties de nickel en poudre. Ce mélange est com primé de façon à former les pièces désirées et chauffé dans une atmosphère non, oxydante à une température de 800 C pendant 2 heu res. L'objet est alors trempé dans l'eau et peut être soumis ensuite à des opérations d'usinage ou de faronnage additionnelles. Si l'on désire durcir la pièce, on peut le faire par chauffage à 450 C pendant 12 heures.
<I>Exemple IV:</I> On mélange 70 parties de poudre de zinc à 20 parties de poudre de manganèse électro- lytique à au moins 99,9 % de pureté et à 10 parties de poudre de cuivre.
Ce mélange est comprimé sous la forme désirée et chauffé à une température de 400 C pendant 5 heures dans un courant d'hydrogène.
La pièce résultante a une dureté d'envi ron<B>1.5</B> dans l'échelle C de Rockw ell et est tenace et solide.
Les pressions utilisées pour former les pièces dépendent de la densité et de la soli dité désirées pour les objets terminés. Habi tuellement, des pressions de 3500 kg environ par em2 conviennent bien, mais l'on peut évi demment utiliser des pressions inférieures ou supérieures, ces dernières particulièrement si l'on désire façonner des pièces très denses et très solides.
Bien que l'invention ait été décrite spécia lement pour la fabrication d'alliages de man ganèse, elle s'applique aussi à la fabrication d'objets en manganèse pur. La préparation de tels objets par coulée n'est pas possible par suite de la dilatation du manganèse quand il passe de la forme stable aux températures plus élevées à la forme stable aux tempéra tures plus basses.
L'invention permet en re vanche de fabriquer des objets de manganèse alpha, en comprimant du manganèse électro lytique pulvérisé, d'une pureté minimum de 99,9 %, sous pression élevée, et en chauffant la pièce à une température inférieure à 742 C. On préfère le chauffage sous pression, mais des résultats satisfaisants peuvent être obte nus sans pression.
Dans un autre mode d'exécution de l'invention, l'on prépare une poudre duc tile, constituée principalement par du man ganèse, en mettant préalablement du man- ganèse à 99,9 % de pureté minimum en alliage avec un ou deux des métaux nickel et cuivre dans une proportion de 4 à 5 11/o et par la méthode habituelle, c'est- à-dire en fondant les métaux ensemble.
Un tel alliage, lorsqu'il est trempé à partir d'une température supérieure à 1000 C, est ductile et peut être convenablement laminé en bandes relativement minces. Ces bandes sont alors chauffées à une température de 600 à 740 C, ce qui les rend cassantes. Cette matière deve nue cassante peut être facilement pulvérisée et, après pulvérisation, elle est chauffée dans une atmosphère non oxydante à une tempé rature supérieure à 750 C, de préférence aux environs de 1000 C, et refroidie. La poudre résultante est ductile et convient pour le fa çonnage de pièces par pression ou pour être mélangée à d'autres poudres métalliques, en vue de la compression et de la formation d'alliages par diffusion à une température re lativement élevée.
<I>Exemple</I> de ce mode d'exécution de l'in vention: On prépare un alliage contenant 4 parties de cuivre et 96 parties de manganèse électrolytique à au moins 99,9 % de pureté. Cet alliage est chauffé à 1100 C et trempé. Il est alors laminé en bandes d'environ 6,3 mm d'épaisseur. Ces bandes sont chauffées à une température de 700 C pendant 24 heu res. Elles sont alors broyées en une poudre passant au tamis de 100 mailles par pouce, soit 39 mailles par cm, par une combinaison de traitements par broyeur à marteaux et broyeur à boulets.
L'alliage pulvérisé est alors entassé sans pression dans un récipient résis tant à la chaleur, et chauffé pendant 10 mi- notes à une température de 1100 C. La pou dre peut être refroidie dans le susdit réci pient pour éviter l'oxydation. Cette poudre est alors comprimée sous une forme convena ble, sous une pression d'environ 10 500 kg/cm2. Après cette compression, elle est de nouveau chauffé à 500 C, pour diminuer les contrain tes et la mettre en condition à tous points de vue. Les objets ainsi façonnés ont un dé crément d'amortissement exceptionnellement élevé et conviennent pour de multiples usages nécessitant. l'élimination des vibrations.