<Desc/Clms Page number 1>
Procédé de fabrication de poudres métalliques par division et pulvérisation de copeaux métalliques.
Les procédés de travail de la métallurgie des poudres se sont développées ces dernières années à un point tel qu'il est aujourd'hui possible de fabriquer directement à partir de poudres métalliques des organes de machines et d'appareils ou des produits finis analogues, prêts pour leur montage ou à un état voisin. On comprime à cet effet les poudres dans des ou- tils compliqués pour obtenir ces organes, qui sont ensuite ren- dus plus résistants par un traitement thermique dénommé frit- tage, effectué à hautetempérature.
<Desc/Clms Page number 2>
Tandis que l'on utilisait jusqu'ici les procédés de la métallurgie des poudres uniquement pour la fabrication de matières premières spéciales présentant des propriétés particulières, on les utilise également maintenant, suivant les développements les plus récents, comme procédé de mise en forme pour l'industrie mécanique. Par suite de l'économie importante en usinage, et en main d'oeuvre qu'il est possible de réaliser à l'aide des nouveaux procédés de fabrication, l'intérêt que leur portent les entreprises industrielles est significatif, en particulier pour la fabrication de pièces ou d'organes en fer, en acier ou en alliages de fer.
Il est évident qu'à ces nouveaux champs d'appli- dation de la métallurgie des poudres correspondent également des conditions entièrement nouvelles auxquelles doivent sa- tisfaire les poudres utilisées, à la fois en ce qui concerne les points de vue qualitatif et quantitatif. Ceci est valable en particulier pour les poudres de fer et d'acier. Le fer n'a trouvé jusqu'ici dans la métallurgie des poudres qu'un champ d'application limitée pour la fabrication de paliers frittés et d'alliage spéciaux pour la technique d'application des hautes fréquences. Dans ces deux cas d'utilisation, le prix de la poudre ne joue qu'un rôle réduit, car la valeur du pro- duit fritté est nettement supérieure à celle de la matière brute. En outre, les quantités de poudre nécessaires sont relativement faibles.
Par contre, les nouveaux champs d'application de la métallurgie des poudres nécessitent l'obtention de quantités importantes de poudres à un prix de revient réduit. Lorsqu'on désire fabriquer par exemple des produits en fer de petites dimensions et de prix réduit, tels que ferrures pour le ba- timent, pinces, marteaux et autres outils à main en poudre de fer ou d'acier, il faut alors prendre les dispositions néces- saires pour concurrencer le fer forgé, la fonte grise ou la
<Desc/Clms Page number 3>
fonte recuite, et cela n'est possible que si l'on dispose comme matière première d'une poudre qui soit meilleur marché que le fer forgé.
On a effectué par suite ces dernières années un grand nombre de recherches et d'essais pour fabriquer des poudres de fer ou d'acier à bas prix par une technique mettant en jeu des quantités importantes. On a proposé, par exemple, pour obtenir une poudre fine, de pulvériser du fer brut fondu avec un courant d'eau sur un disque de découpage tournant. On a d'autre part introduit dans cette technique un procédé consistant à pulvériser, dans une tuyère, un produit de fusion constitué par du fer brut fortement enrichi en carbone, avec de l'air ou de la vapeur d'eau.
Un autre procédé consiste à réduire de l'oxyde de fer, tel que les battitures obtenues lors du laminage à chaud de fer et d'acier, ou des produits analogues, à l'aide de corps réducteurs pour obtenir du fer poreux, et à diviser ce der- nier pour obtenir de la poudre de fer.
Tous ces procédés s'adaptent il est vrai à la fa- brication de poudre de fer en grandes quantités, mais ils présentent toutefois une série d'inconvénients. Deux des plus importants résident dans le fait que, premièrement, la qualité des poudres n'est pas suffisante pour un grand nombre d'utilisations, et deuxièmement que le prix final des poudres, malgré une fabrication en grandes quantités, demeure toujours trop élevé pour permettre vraiement une fabrication en série de pièces en fer de petites dimensions à bas prix suivant les procédés de la métallurgie des poudres.
Des recherches ont permis de déterminer que l'on peut parvenir à ce but et obtenir des poudres métalliques à bas prix et de qualité satisfaisante lorsqu'on pulvérisé mécani- quement des copeaux métalliques tels qu'on en obtient dans l'usinage mécanique des pièces ou organes métalliques dans
<Desc/Clms Page number 4>
les usines et entreprises industrielles sous forme de déchets, pour ensuite préparer les poudres obtenues par réduction et traitement ultérieur.
Le prix des matières premières est relativement faible, car les copeaux ne conviennent que très mal comme charge pour les traitements métallurgiques, et ces copeaux sont en consé- quence les moins bien payés de tous les types de déchets. La pulvérisation est possible en utilisant une quantité d'énergie relativement faible lorsqu'on prend certaines mesures convena- bles lors du traitement. On obtient comme produit de cette division une poudre métallique dont la composition correspond justement à celle des alliages utilisés habituellement dans l'industrie mécanique. On décrira ci-dessous ce procédé avec plus de détails.
On rassemble par un tri et suivant leur type les copeaux métalliques recueillis lors de l'usinage,et on les sépare des impuretés qui les accompagnent, puis on les broie dans un broyeur rotatif à boulets ou galets ou dans un broyeur à vibration, à l'état sec ou humide. Un broyeur à boulets est le mieux adapté pour le traitement de copeaux de petites di- mensions, tandis que l'on broie les matériaux plus grossiers ,, comme les copeaux de fonte, avec le minimum de consommation en énergie dans un broyeur à vibration. Lors du broyage dans un broyeur à boulets, il est nécessaire d'adapter le rapport entre les quantités de produits broyés et de corps broyeurs à la résistance des copeaux introduits. Pour un matériau de résistance moyenne, un rapport en poids entre les copeaux et les corps de broyage de 1 à 2 s'est avéré judicieux.
Comme corps de broyage, des masses cylindriques en acier au manga- nèse de 30 mm de long et de 20 mm de diamètre sont convenables.
Il est recommandé d'ajouter en outre pour des copeaux de très grandes dimensions des corps de broyage légèrement plus gros,
<Desc/Clms Page number 5>
sous forme de boulets ou de cylindres. On peut broyer dans un broyeur à boulets d'une longueur de 800 mm et d'un diamètre de 600 mm 50 kg. de copeaux par heure avec 100 kg. de corps de broyage. On peut faire varier le poids et les dimensions des corps de broyage en vue du réglage de la grosseur de grains.
Les indications données ci-dessus sont valables pour un broyage à une grosseur de grains inférieure à 200 . Lorsqu'on désire obtenir une poudre d'une grosseur de grains inférieure à 100 , il est nécessaire d'ajouter une quantité plus importante, allant jusqu'à 50%, de corps de broyage plus petits. On peut effectuer le broyage dans des broyeurs fonctionnant aussi bien d'une fa- çon continue que discontinue.
Une fois le broyage effectué, on tamise le produit broyé, on le lave au besoin et on le sèche, puis on le réduit à une température inférieure à 1050 à l'aide d'hydrogène, de gaz de gazogène, de gaz d'éclairage ou de gaz de hauts fourneaux. On peut effectuer également la réduction à l'aide de carbone, de graphite ou de coke à l'état pulvérulent, que l'on mélange avec la poudre métallique en quantité convena- ble,- ou que l'on introduit avec la poudre métallique dans le four de réduction. Il se forme alors, avec l'oxygène de la poudre métallique, un gaz de protection, de sorte que l'alimentation en gaz réducteur ou neutre s'effectue automatiquement.
On obtient après la réduction un gâteau de poudre mé- tallique que l'on peut diviser aisément dans un broyeur désin- tégrateur pour retrouver la grosseur de grains primitive. Pour des pièces de qualité supérieure, on peut, en outre, soumettre la poudre à une purification ultérieure par un traitement chi- mique , une séparation par aspiration ou par un sortage magné- tique. Ce traitement est toujours à conseiller lorsqu'il est nécessaire d'éliminer l'oxyde de silicium ou les silicates.
La pulvérisation de copeaux de fer à faible teneur en carbone présente souvent des difficultés à cause de la ténacité élevée de ces produits, et abaisse le rendement du broyage d'une
<Desc/Clms Page number 6>
manière telle que le procédé ne serait pas rentable. Il s'est avéré à la suite d'un grand nombre d'essais que l'on peut remédier aisément à ces difficultés en soumettant les copeaux à un traitement thermique avec la pulvérisation.
On les chauffe jusqu'à une température de 900 à 9500 C, et on les refroidit ensuite brutalement dans l'eau. Ils de- viennent alors si durs, et cassants qu'ils peuvent être en- suite pulvérisés sans difficultés. On peut en même temps accroître légèrement par ce traitement thermique la teneur en carbone de copeaux de fer renfermant une très faible proportion de carbone, afin de les rendre plus cassants.
Un chauffage dans des bains salins renfermant du cyanure est très bien adapté à ce traitement préalable, car on évite ainsi une oxydation et on assure l'obtention d'un état très cassant par suite de la fixation d'azote qui se produit dans le bain salin.
On a aussi la possibilité d'éliminer , par réduction, le soufre de matériaux de départ renfermant du soufre, en introduisant dans le four, avec la poudre, une faible quantité d'oxyde de calcium qui fixe le soufre par formation de sul- fure de calcium.
On décrira l'invention plus en détail dans les cinq exemples d'application ci-dessous.
Exemple 1.
On divise grossièrement des tournures obtenues lors de l'usinage de vis dans un acier ayant une résistance de 55 kg par mm2 et renfermant 0,35%' de carbone, on les chauffe à 950 C dans un bain salin renfermant du cyanure, et on les trempe dans l'eau. On broie ensuite les copeaux à l'état humide dans un broyeur à boulets pour obtenir une grosseur de grains inférieure à 200 . On sèche la poudre brute,on la tamise et on la porte au rouge pendant deux heures dans l'hy-
<Desc/Clms Page number 7>
drogène, à 950 C. On divise ensuite le gâteau de poudre ainsi formé et on le purifie par une séparation magnétique. La pou- dre métallique obtenue présente une teneur en carbone de 0,12% et on peut fabriquer sans autre traitement à partir de cette poudre des ferrures pour le bâtiment par pression et frittage.
Exemple 2. -
On broie à une grosseur de grains inférieurs à 100 , dans un broyeur à vibration du commerce de construction ha- bituelle, des copeaux de fonte grise formant les déchets lors de l'usinage de pièces de machines à coudre. On tamise la poudre, et on la réduit à 100 C avec de la poudre de char- bon de bois. On chauffe dans un four, outre le caisses ren- fermant la poudre métallique, quelques caisses renfermant de l'oxyde de calcium, afin de fixer le soufre libéré lors de la réduction. On pulvérise le produit de la réduction , et on le tamise. Il présente une teneur en carbone de 1,8% et on l'utilise comme agent de carburation pour la fabrication d'acier fritté.
EXEMPLE 3. -
On obtient lors de la fabrication de pignons pour un dispositif d'entrainement pour motocy&lette des copeaux en acier au chrome - nickel ayant la composition suivante : C = 0,15%, Ni * 4,5% ; Cr = 1,2%. On trempe les copeaux en les maintenant pendant 30 minutes à 9500 C dans un bain sa- lin renfermant du cyanure, puis en les refroidissant bruta- lement dans l'eau, et on les broie à l'état humide dans un broy yeur à billes, dans une solution à 5% de fluorure de sodium, pour avoir une finesse de grains inférieure à 200; on les lave soigneusement, on les tamise à l'état humide par cen- trifugation , on les sèche, et on les réduit en les maintenant pendant deux heures dans l'hydrogène à 1000 C.
On pulvérise et on tamise le produit de la réduction. La composition de-
<Desc/Clms Page number 8>
meure inchangée, sauf pour le carbone, dont la teneur tombe à 0,08%. On peut utiliser sans autre traitement cette poudre pour la fabridation de pignons de résistance moyenne.
EXEMPLE 4.-
On recueille soigneusement les copeaux formés lors du fraisage d'outils en acier rapide, et on les broie dans un broyeur à billes pour obtenir une grosseur de grains in- férieure à 50 . Le produit broyé présente une fois ta- misé la composition suivante : C = 0,82% ;Chrome :3,56%, Molybdène : 9,22%'; tungstène : 1,85% ;vanadium : 1,20%', le reste étant constitué par du fer on le mélange avec 0,3% de poudre de graphite extrêmement fine, et on le chauffe au rouge pendant deux heures, à 1000 C, dans un mélange gazeux protecteur d'azote et d'oxyde de carbone.
Après traitement du produit de la réduction, la teneur en carbone de la poudre est tombée à 0,79%. Cette poudre est transformée par moulage sous pression à chaud en ci- seaux de tour.
EXEMPLE 5.-
Il se forme lors de la fabrication de vis en lai- ton sur les machines-outils une quantité importante de co- peaux formant les déchets. On recueille soigneusement ces copeaux, et on les traite par centrifugation simplement pour l'élimination de l'huile qui les accompagne, puis on les lave au tétrachlorure de carbone. On les broie ensuite à l'état sec dans un broyeur à galets et on les tamise. On élimine par séparation magnétique les particules de fer ré- cupérées lors du broyage, et on réduit ensuite la p&udre à 7500 C dans l'hydrogène. On peut usiner directement la pou - dre pulvérisée et réduite pour la fabrication de poignées de fenêtres en laiton.
Les exemples d'application pratique indiqués ci-
EMI8.1
dessus ne limitent en aucun cas le champ d'application de//
<Desc/Clms Page number 9>
l'invention, Ils montrent simplement quelques cas caracté- ristiques, dans lesquels cette invention peut être utilisée avec succès pour la fabrication d'une poudre métallique de bas prix de revient et répondant à toutes les nécessités du point de vue qualité.