CH643766A5 - Procede de garnissage d'un corps metallique et corps metallique obtenu par ce procede. - Google Patents

Procede de garnissage d'un corps metallique et corps metallique obtenu par ce procede. Download PDF

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CH643766A5
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James R Becker
Edward L Raymond
David W Cameron
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Cameron Iron Works Inc
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    • B22F7/08—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite workpieces or articles from parts, e.g. to form tipped tools with one or more parts not made from powder

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Description

La présente invention concerne un procédé de garnissage d'un corps métallique et le corps métallique obtenu par ce procédé. 25 On sait qu'il est nécessaire d'avoir des structures à haute résistance mécanique, comportant des surfaces métalliques intérieures résistant à la corrosion, comme c'est le cas, par exemple, pour un robinet-vanne monté sur une conduite dans laquelle circulent des fluides corrosifs sous haute pression. Une vanne de ce genre peut être en 30 acier AISI4130 et munie intérieurement (chambre de la vanne et passages) d'une garniture en acier inoxydable de la série 300.
On a tenté à plusieurs reprises de réaliser de telles structures. Les brevets des Etats-Unis d'Amérique Nos 3349789 et 2497780 ont pour objet des vannes munies de garnitures qui doivent être fixées et scel-35 lées dans les passages d'écoulement, mais pour lesquelles il n'est pas prévu de garniture de chambres de vannes.
Des produits ont été fabriqués selon un procédé sous pression isostatique à chaud, en créant un espace qui est rempli de métal en poudre et entouré d'un matériau flexible, pouvant demeurer étanche -io aux températures et aux pressions de formage. Lorsqu'il est soumis à la chaleur et à la pression, le métal en poudre se consolide à la forme voulue. Les procédés connus se rapportent au formage de structures solides ou au revêtement de l'extérieur d'une structure. D'autres exemples de la technique connue peuvent être trouvés dans 45 les brevets des Etats-Unis d'Amérique Nos 3631583, 3992202 et 4142888, mais cette technique antérieure ne décrit pas de méthode faisant appel à un processus de compression isostatique à chaud pour former des garnitures à l'intérieur des cavités d'une structure telle que, par exemple, un corps de vanne ou un corps d'arrêt de 50 l'écoulement d'un fluide.
La compression isostatique à chaud (HIP) est bien connue dans la technique et est décrite, par exemple, au chapitre 9 du «Powder Metallurgy Equipment Manual» de l'Association de l'équipement pour la métallurgie des poudres, 2e éd., 1977. Ce procédé consiste à 55 ménager un espace à l'intérieur des cavités du corps liées par les parois de la cavité et par un moule flexible, à remplir cet espace d'un métal en poudre, à établir un vide dans cet espace et à soumettre le corps à une température et à une pression de formage de façon qu'une garniture de métal en poudre consolidé soit formée avec la 60 cavité du corps.
L'invention a pour but de fournir un procédé perfectionné de fabrication d'un corps à cavités munies de garnitures.
La structure peut être en acier allié à haute résistance et le garnissage un matériau résistant à la corrosion.
65 Le procédé selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend les opérations suivantes:
on positionne un moule métallique transmettant une pression à l'intérieur du corps et à distance des parois de la cavité du corps,
3
643 766
on remplit de poudre métallique l'espace compris entre le moule et les parois de la cavité,
on établit le vide dans ledit espace rempli de poudre métallique, et on soumet le corps et le moule à une température et à une pression suffisantes pendant une durée suffisamment longue pour fixer la s poudre métallique en une garniture métallique uniformément dense de la cavité,
on laisse refroidir le corps revêtu de la garniture, et on usine les cavités revêtues aux dimensions voulues.
Le dessin annexé représente schématiquement et à titre d'exem- io pie une forme d'exécution de l'objet de l'invention.
Sur ce dessin:
la fig. 1 est une vue en coupe du corps d'une vanne, illustrant la structure utilisée pour obtenir un espace dans les cavités de cette structure; 15
la fig. 2 est une vue en coupe partielle suivant 2-2 de la fig. 1 ;
la fig. 3 est une vue en coupe de la structure terminée, montrant la finition avec la garniture métallique consolidée après usinage.
Un corps de vanne 10, représenté à la fig. 1, est constitué par une structure en acier allié, présentant des cavités, à savoir des passages 20 d'écoulement 12 et une chambre de vanne 14, sur lesquelles il est prévu d'appliquer une garniture résistant à la corrosion.
Afin de préparer l'addition de poudre métallique, une boîte 16 présentant un tube à paroi mince 18, un fond plat 20 et un manchon à paroi mince 22 traversant la partie médiane du tube 18, est insérée 25 dans la chambre 14. Le fond 20 est relié à l'extrémité du tube 18 par soudage. Un tube à paroi mince 24 est inséré, comme représenté, à travers les passages 12 et le manchon 2. Une bague 26 est soudée à l'extérieur de la boîte 16 et à l'extérieur du corps 10, comme représenté, cependant que des bagues 28 et 30 sont soudées aux extrémi- 30 tés du tube 24 et à l'extérieur du corps 10. Un tube de remplissage 32 traverse la bague 26, et un tube de remplissage 34 traverse la bague 30. La structure de la boîte 16, du tube 24 et des bagues 26, 28 et 30 assemblées à ceux-ci, fournit un espace 36 dans les parois des passages 12 et de la chambre 14. Cette structure fonctionne comme un 35 moule flexible transmettant une pression, ou une structure scellée en métal de mince épaisseur, comme décrit ci-après. Il importe que toutes les soudures dans la structure de la boîte 16, du manchon 22 et du tube 24 soient étanches à l'air et le demeurent durant la phase de consolidation, afin d'éliminer l'air de la poudre métallique chauffée. 40
L'espace 36 dans les cavités 12 et 14 du corps est alors rempli, au moyen des tubes de remplissage 32 et 34, d'une poudre métallique appropriée, telle que l'acier inoxydable 316. Il est recommandé que le corps 10 soit soumis à des vibrations durant le remplissage de l'espace 36, de façon qu'il soit complètement rempli de poudre métalli- 45 que, avant de procéder à l'opération suivante. De préférence, le matériau de la boîte 16, du tube 24 et des bagues 26, 28 et 30 sera identique au matériau utilisé pour la garniture. Il est par ailleurs avantageux que l'espace soit suffisamment grand, afin d'obtenir une garniture métallique consolidée qui soit d'une épaisseur suffisante pour 50 permettre un usinage à la forme définitive, sans creux ni trous dans la garniture terminée. Lorsqu'on utilise le même matériau pour la boîte 16 et le tube 24, une partie de la garniture à l'état fini peut être le matériau de la boîte 16 et du tube 24.
Lorsque l'espace 36 est complètement rempli, un vide est établi 55 en raccordant des moyens appropriés, tels qu'une pompe à vide (non représentée) à l'un ou à l'autre, ou aux deux tubes 32 et 34. Un vide suffisant doit être établi de façon que la quantité de gaz présent dans l'espace 36 ne nuise pas à la formation d'une garniture métallique consolidée appropriée. Lorsque le vide désiré est atteint, les tubes de remplissage 32 et 34 sont fermés et scellés. Le cas échéant, des valves appropriées (non représentées) peuvent être agencées et fixées de manière à être fermées lorsque la mise sous vide est terminée. Il est recommandé que ces valves soient étanches lorsqu'elles sont soumises aux conditions de formage.
Le corps 10 est ensuite placé dans un autoclave (non représenté) ou dans un autre dispositif approprié, où il est soumis à une température de formage (environ 1150°C) et à une pression de formage (environ 1050 kg/cm2). On maintient le corps 10 dans ces conditions de formage pendant plusieurs heures, puis on le laisse refroidir.
Lors de l'exposition aux conditions de formage dans l'autoclave, la boîte 16 et le tube 24, étant déformables, se dilatent de manière à compresser le métal en poudre contre les parois des passages 12 et de la chambre 14. Par suite de la chaleur et de la pression, le métal se trouve consolidé de manière à former une garniture solide à l'intérieur du corps, laquelle est totalement liée aux parois des passages 12 et de la chambre 14. Si la boîte 16 et le tube 24 sont en un même matériau que la garniture, ils feront corps avec la garniture et pourront former une pièce unique du produit final.
Le corps refroidi 10 est traité à chaud, de la façon requise, pour obtenir les propriétés mécaniques désirées, puis usiné à la forme représentée à la fig. 3. Il présente alors une garniture 40 uniformément lisse, résistant à la corrosion, sur les parois des passages 12 et de la chambre 14. Si la boîte 16 et le tube 24 sont en un matériau différent de la garniture, ils seront de préférence éliminés entièrement durant l'usinage.
Les parois à garnir selon le procédé de l'invention peuvent être nickelées, à titre de préparation pour le formage d'une garniture selon ledit procédé de l'invention. On considère que le nickelage empêche l'oxydation, contribue à obtenir une continuité dans la liaison et empêche le chrome présent dans la poudre métallique de migrer dans l'alliage et de former une structure martensitique indésirable.
Le procédé de l'invention peut être mis en œuvre pour fournir des garnitures de nickel, d'alliages de nickel, de tantale, d'alliages hastelloy, de cuivre, d'alliages de cuivre, d'alliages à base de cobalt, d'aciers inoxydables et d'alliages de titane et de carbures liés à un corps en aciers alliés, aciers au carbone ou aciers inoxydables de différentes nuances.
Le procédé de l'invention permet d'obtenir une garniture sur les parois de trous ou de cavités d'intersection, dans un récipient à pression à parois épaisses, en utilisant le récipient à pression comme métal de base destiné à recevoir la poudre métallique compressée iso-statiquement à chaud. La structure représentée et décrite est un corps de vanne en acier allié garni d'acier inoxydable. Le procédé peut être mis en œuvre pour garnir l'alésage et les éléments de guidage d'un corps d'arrêt de la circulation d'un fluide, en utilisant deux tubes en acier inoxydable comme moule autour de l'espace dans lequel est introduite la poudre métallique, à la place du tube et de la boîte décrits.
Les conditions de formation (température, pression, temps et importance du vide) sont bien connues et devraient être adaptées aux matériaux particuliers utilisés.
R
2 feuilles dessins

Claims (10)

  1. 643 766
    2
    REVENDICATIONS
    1. Procédé de garnissage d'un corps métallique présentant une pluralité de cavités se coupant entre elles, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations suivantes:
    on positionne un moule métallique transmettant une pression à l'intérieur du corps et à distance des parois de la cavité du corps,
    on remplit de poudre métallique l'espace compris entre le moule et les parois de la cavité,
    on établit le vide dans ledit espace rempli de poudre métallique,
    et on soumet le corps et le moule à une température et à une pression suffisantes pendant une durée suffisamment longue pour fixer la poudre métallique en une garniture métallique uniformément dense de la cavité,
    on laisse refroidir le corps revêtu de la garniture, et on usine les cavités revêtues aux dimensions voulues.
  2. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on effectue le nickelage desdites cavités du corps avant ladite opération de fixation.
  3. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite opération d'usinage élimine le moule métallique de l'intérieur des cavités revêtues.
  4. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est effectué à une température de 1150°C et à une pression de 1050 kg/cm2 pendant une durée de 2 h, de manière à obtenir une garniture uniformément dense dans les cavités, en ce qu'on laisse refroidir le corps revêtu de la garniture, et qu'on usine les cavités revêtues aux dimensions voulues.
  5. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moule est en acier allié à haute résistance, et en ce que le garnissage est en acier inoxydable.
  6. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le moule est en acier inoxydable, et en ce qu'on effectue l'usinage du moule et du garnissage, afin d'obtenir la surface voulue.
  7. 7. Corps métallique muni d'une garniture obtenu par le procédé de la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un corps présentant une pluralité de cavités et une garniture de poudre métallique consolidée, appliquée sur les parois desdites cavités.
  8. 8. Corps métallique selon la revendication 7, caractérisé en ce que les cavités dans ledit corps sont des cavités se coupant entre elles,
  9. 9. Corps métallique selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il s'agit d'un corps de vanne muni d'une garniture comprenant un corps en acier allié présentant une chambre de vanne et des passages d'écoulement et une garniture de poudre métallique consolidée, appliquée sur les parois de la chambre et des passages d'écoulement.
  10. 10. Application du procédé selon la revendication 1 pour la fabrication d'un corps de vanne muni d'une garniture, caractérisée en ce qu'elle comprend les opérations suivantes:
    on usine, au-dessus de la cote, la chambre et les passages d'écoulement dans le corps de vanne,
    on effectue le nickelage des parois usinées de la chambre et des passages d'écoulement,
    on insère une boîte en acier inoxydable dans la chambre, la boîte étant dimensionnée de façon à être à distance des parois usinées de la chambre,
    ladite boîte présentant un manchon disposé au travers et soudé à l'intérieur de celle-ci,
    on insère un tube en acier inoxydable dans les passages du corps et à travers le manchon,
    on fixe des bagues de fermeture d'extrémités autour des extrémités ouvertes de la boîte et du tube.
    on fixe les bagues de fermeture d'extrémités à l'extérieur du corps de vanne, en vue d'assurer que la boîte et le manchon sont à une distance uniforme des parois usinées du corps,
    l'une des bagues de fermeture présentant un tube de remplissage qui la traverse,
    on introduit une poudre d'acier inoxydable, par le tube de remplissage, dans l'espace ménagé dans la cavité et dans les passages entourant la boîte et le tube,
    on anime d'un mouvement de vibration le corps de la vanne, afin 5 d'assurer le remplissage complet de l'espace par la poudre métallique,
    on soutire le gaz dudit espace, afin de réduire la pression à l'intérieur,
    on ferme et on obture le tube de remplissage,
    îc on chauffe le corps, la boîte, le manchon et la poudre métallique sous la pression et la température de formage,
    on maintient la température et la pression dans l'autoclave pendant une durée suffisante pour que la poudre métallique soit consolidée de manière à former une garniture,
    15 on laisse le corps revêtu se refroidir, et on usine aux dimensions voulues la chambre et les passages revêtus.
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