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" Perfectionnements aux coussinets en bronze et à leur fabrication ".
La présente invention concerne des coussinets en bronze et leur procédé de fabrication et plus spécialement des coussi- nets faits par le procédé des poudres moulées.
Les coussinets en bronze dits poreux ou sans huile ont jusqu'à présent été faits généralement par mélange de cuivre pulvérisé, d'étain pulvérisé, de graphite et dtun composant volatil tel que le naphtalène, par formation de coussinets à partir du mélange par moulage sous pression, et par chauffage des coussinets moulés pour fritter ensemble les particules métal- liques. Ces coussinets sont assez coûteux à fabriquer. Il a en outre été impraticable, à la connaissance de la demanderesse teurs, d'incorporer du plomb dans des coussinets ainsi fabriqués.
Le plomb est une matière de coussinet onctueuse fortement désira- ble et il est employé presque univerqellement dans les alliages
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de coussinet tels que le bronze, le métal Babbitt, etc.. Toutefois lorsqu'on essaie d'incorporer le plomb pulvérisé dans les coussi- nets fabriqués par le procédé esquissé ci-dessus, il s'exsude et coule le long des côtés du coussinet pendant l'opération de frit- tage.
Les coussinets suivant la présente invention sont faits par le procédé à la poudre, du bronze en poudre étant incorporé dans ceux-ci et relié par une matrice de cuivre et d'étain frittés.
On a trouvé que par l'emploi de particules de bronze contenant du plomb, le plomb peut être incorporé dans le coussinet sans exsu- dation. La poudre de cuivre peut d'abord être incorporée au bronze par un traitement préliminaire appelé ici le cuivrage et au cours duquel les particules de bronze sont mélangées à la poudre de cuivre et chauffées 4 une température de frittage pour fixer les particules de cuivre aux particules de bronze comme des tenta- cules. Les surfaces rendues rugueuses donnent une grande solidité aux coussinets à la fois à l'état cru ou "vert" et à l'état fritté.
Les particules de bronze cuivrées sont mélangées à de l'étain et le mélange est moulé et fritté pour former des coussinets. Au lieu de cuivrer au préalable les particules, on peut mélanger les par- ticules de bronze à du cuivre et à de l'étain pulvérisé puis les mouler et les fritter.
Après avoir ainsi exposé d'une manière générale la nature et les buts de la présente invention,' on donnera ci-dessous une des- cription détaillée de ses fermes de réalisation préférées.
Dans le procédé préféré dans lequel les partiales de bronze sont au préalable cuivrées, un bronze est amené sous la forme pulvérisée par broyage. Ce bronze est de préférence le déchet de forage et de tournage de la fabrication de coussinets en bronze coulé et contient habituellement du plomb. Une formule typique pour ce bronze da ucussinet est :80 parties de cuivre, 10 parties d'étain et 10
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parties de plomb. Les tournures et les copeaux de forage fournis sent une source peu coûteuse de poudre de bronze convenant spé- cialement pour la réalisation de la présente invention. Le bronze est de préférence broyé à une finesse telle des particules que 50% passent à travers un tamis de 325 mailles par pouce et que toutes les particules traversent un tamis de 150 mailles.
Lors du broyage du bronze par les opérations usuelles les par- ticules sont mises sous une forme arrondie ou en noeuds et qont recouvertes d'oxyde.
La poudre de bronze ainsi préparée est mélangée à une matière cuivrante, de préférence de la poudre de cuivre d'une finesse telle que 80% passent à travers un tamis de 320 mailles et que le tout passe & travers un tamis de 150 mailles. De préférence les particules de ouivre sont en moyenne beaucoup plus fines que les particules de bronze.
Les quantités des particules de bronze et de cuivre peuvent varier largement. Le bronze peut valoir de 5 à 98% du total, de préférence 30 à 70 % du total et le cuivre peut valoir de 95 à 2% du totale de préférence de 50 à 20%. Un mélange typique consiste en 50 parties de poudre de bronze et 50 parties de poudre de ouivre. Du chlorure d'ammonium en quantités de 1/2 à 1 I/2% peut être ajouté comme fondant.
Le mélange pulvérisé est alors chauffé dans une atmosphère réductrice à une température de 500 à 1800 F, de préférence dans le voisinage de 1300 F, jusqu'à ce que la masse devienne frittée en formant des boules ou des blocs des particules de bronze cuivrées. Comme on lta indiqué, la température de frit- tage peut varier très largement. Elle doit être en dessous du point de fusion du cuivre mais doit être suffisamment élevée pour provoquer un frittage assez rapide des particules de cuivre sur la surface des particules de bronze. La masse frittée
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est alors rebroyée pour former une poudre lies particules de bronze cuivrées qui sont employées comme bases pour faire des coussinets moulés comme on le décrira ci-après.
Avant le cuivrage, les particules de bronze sont de forme générale arrondies ou en noeuds. Le traitement de cuivrage oblige de petites particules de cuivre à adhérer pour être frittées sur la surface des particules de bronze de façon à former des tentacules. Après le traitement de cuivrage, les particules apparaissent au microscope comme ayant les caractéristiques rugueuses dendritiques de poudre de moulage produites par l'électrolyse, en opposition aux poudres produites par broyage ou réduction chimique. Ces particules de bronze rugueu- ses s'agglomèrent ensemble plus solidement que les particules lisses et donnent une plus grande résistance aux coussinets, aussi bien à l'état cru qu'à l'état fritté.
Il est préférable d'employer une poudre de bronze qui a été broyée dans des conditions oxydantes et dans laquelle les parti- cules ont une couche d'oxyde. Cette couche d'oxyde est réduite par l'atmosphère réductrice dans le traitement de frittage et le métal ainsi réduit à la surface des particules de bronze semble avoir une plus grande affinité pour les particules de cuivre et les faire adhérer plus fortement à la surface des particules de bronze.
Si on le désire toutefois, le bronze peut être broyé dans une atmosphère neutre ou réductrice et on peut produire des parti- cules de bronze exemptes d'oxyde qui ne nécessitent pas la réduc- tion de pellicules d'oxyde dans l'opération de frittage.
Bien que la poudre de cuivre soit la matière cuivrante préfé- rée, d'autres matières cuivreuses telles que des composés de cuivre peuvent être employées si elles peuvent être facilement réduites en cuivre métallique par l'opération de frittage. La poudre debbonze peut par exemple être mélangée à de l'oxyde de de cuivre cuivre pulvérisé, à du cyanure/, de l'oxalate de cuivre, du formiate
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de cuivre, eta, auquel oes l'atmosphère réductrice et la chaleur transforment les composés de cuivre en particules de cuivre métal- liques qui adhèrent à la surface des particules de bronze, la ouivrent et la rendent rugueuse.
La masse frittée est soumise à une opération de rebroyage pour la réduire en poudre dont les parti- cules sont un peu plus grandes que les particules de bronze ini- tiales, par suite de l'augmentation de dimension provenant de l'enduit de cuivre. Une petite quantité d'étain pulvérisé est mé- langée à la poudre de bronze cuivrée. La quantité d'étain ajoutée est de préférence telle que le mélange final contient environ 10% au total d'étain, ce qui comprend à la fois la poudre d'étain ajoutée dans cette phase et la teneur en étain du bronze pulvérisé.
Cette teneur totale en étain peut toutefois varier de zéro à en- viron 20%, de préférence d'environ 2,5% à 20%. L'étain est de préférence très finement pulvérisé de façon à passer à travers un tamis de 325 mailles avec environ 40% de particules plus petites que 15 microns.
Du graphite peut être incorporé également au mélange comme lubrifiant supplémentaire; on emploie de I à 10 parties de graphite, habituellement environ I ou 2 parties de graphite pour 100 parties de poudre de métal. Si/l'on désire un coussinet poreux, la matière volatile qui peut être expulsée pendant le frittage,telle que du naphtalène, peut être mélangée à la poudre, de préférence de I à 5 parties de naphtalène pour 100 parties du métal pulvérisé. Au lieu de naphtalène on peut employer d'autres matières volatiles telles que l'anhydride phtalique, l'hexaméthylènetétramine ou le carbonate d'ammonium. Ces composants peuvent être supprimés si l'on désire un coussinet non poreux ou un coussinet sans graphite lubrifiant réparti dans la masse.
Le mélange est moulé en coussinets dans des appareils de mou- lage sous pression appropriés, de préférence des moules ayant un rapport de compression d'environ 2 1/4 à I. Un rapport de compres- sion plus élevé peut toutefois être employé si on désire des coussi-
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nets plus denses. Dans la fabrication d'un coussinet poreux, on peut faire varier la porosité en modifiant la oompression.
A cause des surfaces rugueuses, à boutons, formées par des tentacules, des particules de bronze cuivrées, les coussinets crus sortant du moule ont amplement la résistance nécessaire pour permettre les manipulations exigées avant le frittage final. Cette résistance supplémentaire est d'une importance considérable dans la fabrication parce que les coussinets crus doivent être prix des moules et manipulés et placés dans des fours de frittage .
Bien qu'il soit préférable de mélanger une petite quantité d'étain aux particules de bronze cuivrées avant le moulage, l'étain peut être supprimé vu que les particules de bronze cui- vrées peuvent être frittées ensemble sans étain, quoique avec une résistance un peu moindre. Le bronze initial contient habituelle- ment un peu d'étain, de sorte que le coussinet final aura générale- ment une teneur en étain même si on n'ajoute pas de poudre d'étain.
D'autres poudres métalliques telles que l'aluminium pulvérisé ou du zinc pulvérisés peuvent être substituées en totalité ou en par- tie à l'étain et contribuent au frittage avec agglomération des particules de bronze cuivrées.
Les coussinets moulés sont alors frittés par chauffage à une température allant d'environ 1300 F à environ I600 F, de préfé- rence dans le voisinage de 1500 F. La température à laquelle le frittage est effectué est suffisante pour faire fondre l'étain mais pas le bronze. Les particules de bronze cuivré et d'étain sont frittées ensemble pour former une masse sensiblement homogène con- sistant en des particules de bronze réunie par une matrice de bronze formée par le frittage des particules d'étain et des revê- tements de cuivre des particules de bronze. Cette matrice entoure et immobilise le plomb à l'intérieur des particules de bronze con- tenant du plomb.
Le plomb dans le bronze ne s'allie pas au cuivre - et à l'étain mais reste séparé et de là provient la tendance du plomb à s'exsuder du bronze lors du chauffage; cette exsudation
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est entièrement supprimée dans les coussinets faits suivant la mé- thode de la présente invention.,
Si un composant volatil tel que du naphtalène a été ajouté au mélange) sa vaporisation pendant le frittage laisse dans le coussinet terminé des vides qui servent à contenir de l'huile si on désire un palier poreux sans graissage.
Le coussinet terminé est caractérisé par une résistance élevée à l'état fini et par ses bonnes qualités comme coussinets.
Ces dernières sont améliorées par l'emploi d'un bronze pulvérisé qui contient du plomb. Le traitement de cuivrage qui rend ru- gueuses les surfaces de la poudre de bronze contribue à la résistance du produit fini ainsi qu'à la résistance à l'état cru des coussinets* Le prix relativement bas des copeaux et des tournures de bronze qui sont employés comme source de matière de bronze rend possible la fabrication d'un coussinet beaucoup moins coûteux que celui fait de cuivre et d'étain pulvérisé. Le cous- sinet terminé a également un degré élevé d'uniformité dans sa composition à cause de la présence des particules de bronze. En outre il y a peu ou pas du tout de tendance à la croissance des grains, qui se rencontre fréquemment dans les coussinets faits par le procédé à la poudre à partir de cuivre et d'étain pulvé- risés.
Cette croissance de grain provoque un léger gonflement du coussinet et comme le coussinet est fréquemment fait sous la forme d'une buselure enfermée, cela crée une tendance pour le coussinet à enserrer son arbre. Cette difficulté n'est pas ren- contrée dans les coussinets suivant la présente invention parce que les cristaux formant les particules de bronze ont déjà pria la dimension permanente.
Bien qutil soit préférable de soumettre les particules de bronze au traitement de cuivrage préliminaire, en particulier à cause de la solidité accrue ainsi procurée, les particules de
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bronze peuvent être employées sans cuivrage préliminaire, au- quel cas elles sont mélangées à du cuivre pulvérisé et à de l'étain pulvérisé pour faire les coussinets. Suivant cette façon de procéder modifiée, une poudre de bronze est d'abord formée par broyage comme on l'a décrit ci-dessus. Si une oxyda- tion importante des particules se produit pendant le broyage, il est préférable de soumettre les partioules de bronze à un traitement réducteur préliminaire par chauffage de celles-ci dans une atmosphère réductrice.
Les particules de bronze peuvent toutefois être formées par broyage dans une atmosphère inerte, ce qui élimine la réduction. Le bronze pulvérisé est alors mé- langé à du cuivre pulvérisé et à de l'étain pulvérisé. Les pro- portions peuvent varier d'environ 25 à 90 parties de bronze pulvérisé, d'environ 67.5 à 9 parties de cuivre pulvérisé et d'environ 17.5 à I parties détain pulvérisé. De l'aluminium pulvérisé ou du zinc pulvérisé peuvent être substitués en to- talité ou en partie à l'étain. Du graphite peut être mélangé à la poudre comme lubrifiant et une matière volatile formant la porosité, telle que du naphtalène et une matière analogue peut être incorporée dans le mélange.
Un mélange typique com- prend 50 parties de particules de bronze, 45 parties de cuivre pulvérisé, 5 parties d'étain pulvérisé pour I 1/2 parties de graphite pulvérisé, mélange auquel on peut ajouter de I à 5 parties de naphtalène, la quantité de naphtalène variant pour faire varier la porosité. La porosité peut être réglée égale- ment par la pression de mèulage. Habituellement la porosité est réglée à la fois par la quantité de matière volatile et par la pression de moulage. Comme on l'a indiqué ci-dessus, le naphtalène peut être supprimé si un coussinet dense est nécessaire et le graphite peut être supprimé s'il n'est pas désiré comme lubrifiant.
Les coussinets sont formés par pressage à froid du mé-
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lange et par placement des coussinets moulés dans un four où ils sont frittés à une température d'environ 1300 à 1600 F, de préférence dans le voisinage de I500 F, ce qui provoque l'ag- glomération du cuivre pulvérisé, de l'étain et des particules de bronze pour former une masse sensiblement homogène dans laquelle des vides peuvent être laissés par la vaporisation de la ma- tière volatile, s'il y en a, et qui contient des particules de graphite réparties dans toute la masse, si du graphie est employé. La température est suffisante pour faire fondre l'étain mais non le cuivre et le bronze.
L'étain fondu se combine appa- remment au cuivre pour former un-liant de bronze ou une matrice pour les particules de bronze existant déjà, ce liant servant apparemment à enfermer le plomb dans les particules de bronze et empêchant l'exsudation. Après le ohauffage, les coussinets peuvent , s'ils sont poreux, être plongés dans de l'huile sous un vide.
Comme on l'a déjà mentionné, il est préférable de former des particules de bronze au moyen de bronze de coussinet ayant une teneur notable en plomb, par exemple du bronze normal de coussinet de 80 parties de cuivre, 10 parties d'étain et 10 parties de plomb. Les proportions des constituants du bronze employé pour le broyage en particules de bronze peuvent être modifiées très largement et le bronze peut être choisi en vue de produire la composition désirée dans le coussinet terminé.
Par exemple, si on emploie un bronze ayant une teneur élevée en plomb, on produit un coussinet plus gras. Au contraire un bronze ayant une.plus faible teneur en plomb produit un coussinet plus solide. Si on le désire, différents types de bronze contenant broyés du plomb peuvent être et être mélangés pour donner l'importe quelle teneur en plomb désirée. Bien qu'il soit pré- féré d'employer un bronze contenant du plomb, on peut employer des bronzes qui ne contiennent pas de plomb ou bien on peut employer des laitons dans lesquels le zinc est allié au cuivre
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à la place d'étain.Le terme "bronze" employé d'une manière générale ici sans autre limitation est destiné à contenir les laitons qui sont employés dans les coussinets.
Par l'emploi pour la formation de coussinets d'un mélange qui est en grande partie ou de façon prédominante un alliage défini de bronze,il est possible de faire varier les autres composants du mélange de moulage dans une plus grande mesure que ce n'était possible avec les méthodes antérieures.L'emploi de particules de bronze,particulièrement lorsqu'elles sont cui- vrées,procure un coussinet solide ayant de meilleures carac- téristiques d'usure et de graissage que des coussinets faits de cuivre pulvérisé et d'étain pulvérisé.Les coussinets suivant la présente invention sont exempts de ségrégation ou de formation de parties dures ou tendres nuisibles telles qu'elles sont com- munes dans les coussinets faits par les méthodes antérieures.
En outre l'emploi de petites quantités de matières pulvérisées en addition au bronze réduit la tendance à la ségrégation avant le frittage.
REVENDICATIONS.
1. Un procédé de fabrication de coussinets à partir d'une poudre métallique ou métallifère par moulage sous pression et frittage,caractérisé en ce que la poudre contient des particules de bronze et de cuivre.
2. Un procédé de fabrication de coussinets suivant la reven-- dication l,caractérisé en ce qu'une poudre contenant des parti- cules séparées de bronze et de cuivre est frittée pour provoquer la cohérence de ces particules;et la masse frittée est réduite en poudre et employée,avec ou sans addition d'étain pulvérisé, d'aluminium pulvérisé ou de zinc pulvérisé, pour le moulage des coussinets.
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