BE554868A - - Google Patents

Description

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    @  
On a essayé ces dernières années de produire des matériaux de frottement par la métallurgie,des poudres. Dans cette produc- tion on a mélangé la poudre métallique avec un agent de frottement pulvérulent, puis on a comprimé et fritte le mélange. L'agent de frottement est habituellement une matière oxydée'telle que du quartz, de l'alumine, de l'amiante, etc., dont la quantité varie, suivant les emplois envisagés, entre 1 et 10 % mais peut être encore plus élevée dans certains cas. En raison de cette teneur relativement élevée en matière oxydée, les problèmes de frittage et de compres-   ./ ion   diffèrent de ceux qui se posent dans la métallurgie ordinaire des poudres et se rapprochent davantage de la production des ma- tières métal-céramiques ou "cermets". 



   Dans le stade de compression, la présence de la matière oxydée agit pour diminuer la compressibilité et pour augmenter lu- sure des outils. Il en résulte, pour assurer la compression jusqu'à un certain degré de porosité résiduelle, des frais beaucoup plus élevés que pour comprimer la poudre métallique seule. 



   Au cours du frittage, des conditions nouvelles intervien- nent à   cause' de   la présence de la phase oxydée, en particulier quand le frittage est effectué à une température assez   élevée   pour dépas- 

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 ser le point de fusion de l'un des composants métalliques. Les conditions de mouillage entre le composant fondu et les autres composants ont effectivement une grande influence en particulier quant aux changements de dimensions au-cours du frittage. 



   Dans la production d'un matériau de frottement on recherche évidemment une résistance aussi élevée que possible, que l'on peut obtenir par exemple de deux manières différentes :
1. en diminuant la porosité (augmentant la densité) ;
2. en ajoutant d'autres composants. 



   Les recherches qui sont à la base de la présente invention ont montré que l'on pouvait obtenir des avantages spéciaux en mélangeant du fer en poudre avec un agent de frottement oxydé et certaines substances phosphoreuses telles que du ferro-phosphore, du phosphore rouge ou un composé phosphorique réductible dans les conditions du frittage. Après compression, un corps ainsi composé doit être fritté à une température supérieure au point de fusion de la composition   eutoctique   présente dans le système fer-phosphore   (1050 C).   



   On fait apparaitre ci-après les avantages que lion obtient dans ces conditions: 
1. Au cours du frittage, il se produit un fort retrait qui provoque une augmentation importante de la densité. Ainsi, quand on fabrique un matériau de frottement d'une certaine densité, on peut utiliser une compression beaucoup plus faible que pour d'autres compositions, ce qui diminue les frais de la compression. 



   2. 'L'augmentation de la densité et la liaison des grains de fer par le phosphure de fer entraînent une augmentation considérable de la résistance obtenue pour une compression donnée. 



   3. Une autre conséquence de l'augmentation de densité est l'accroissement de la conductibilité thermique du matériau de frottement, ce qui assure une évacuation plus rapide de la chaleur d'éveloppée par le frottement. 



   4. Un autre avantage inattendu dû à la présence de phosphore dans le matériau de frottement est une usure moindre que celle que l'on constate avec les matériaux usuels de frottement. 



   L'inconvénient offert par le phosphore dans la métallurgie du fer, à savoir la fragilité, est peu important dans   un   matériau 

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 de frottement car il se trouve dans la pratique soumis à une pression alors que les pièces mécaniques sont le plus souvent soumises à des efforts do tension. 



   Indépendamment do la poudre de for' de l'agent de frottement et d'une substance phosphorée, on peut bien entendu utiliser dans le mélange d'autres poudres métalliques en quantités raisonnables (jusqu'à 10 %) ainsi que do faibles quantités de graphite (jusqu'à 2 % ). 



   Conformément à la présente invention le procédé d'obtention du matériau de frottement est essentiellement caractérisé par le fait que l'on mélange une poudre métallique, en principe du fer en poudre, avec un matériau de frottement, de préférence de nature oxydée et une matière pulvérulente à base de phosphore telle que du ferro-phosphore, du phosphore rouge ou un autre composé phosphoreux, réductible dans les conditions de frittage, en quantités telles que la teneur en phosphore du produit fini est comprise entre 0,1 et 2,5 %, qu'ensuite le mélange est comprimé et fritte dans des conditions réductrices à une température de 1050 à   13000C,   de préférence de 1100 à 1200 C. 



   On a préparé les mélanges de poudres suivants : 
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<tb> 
<tb> Exemple <SEP> Fer <SEP> en <SEP> poudre <SEP> Amiante <SEP> Ferrophosphore
<tb> 1 <SEP> 89,5 <SEP> parties <SEP> + <SEP> 10 <SEP> parties <SEP> + <SEP> 0,5 <SEP> parties
<tb> '2 <SEP> 89 <SEP> + <SEP> 10 <SEP> +1
<tb> 3 <SEP> 88,5 <SEP> + <SEP> 10 <SEP> @ <SEP> 1,5
<tb> 4 <SEP> 88 <SEP> + <SEP> 10 <SEP> + <SEP> 2
<tb> 5 <SEP> 87 <SEP> + <SEP> 10 <SEP> + <SEP> 3 <SEP> 
<tb> 6 <SEP> 86 <SEP> + <SEP> 10 <SEP> + <SEP> 4
<tb> 
 
On a préparé en outre le mélange suivant les méthodes courantes :   7.,   Fer en poudre 80 parties, + amiante 10 parties, + cuivre en poudre 10 parties. 



   A partir de tous ces mélanges, on a préparé par compression sous une pression de 8 tonnes par centimètre carré des éprouvettes rectangulaires que l'on a frittées sous atmosphère d'hydrogène pendant une heuro à   1150 C.   On a déterminé les propriétés suivantes : densité après compression; densité après frittage; changements de'dimensions au cours du frittage (perpendiculairement au sens de la compression); dureté Rockwell B et la résistance à la flexion. 

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    - 4 -    
 EMI4.1 
 Le tableau ci-dessous donne les 1J'.,sultats obtenus . 
 EMI4.2 
 



  1 " 'F''"" H.-- Den;i-ê---------1 Changements de r--- J"U e.te' n ,. 11 BIRSista..""lCe 0. la ? Addition Avant frittae"ADrès frittae dimensions ',* j.lexion/0 L. -----+----- ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯#### 1 f i "717p ¯ ""55 6.15 . -1,06 " 3 2f;,7 , 2 0,,5l"eP '5''- 613 - 1,,06 + 75 2[.,,7. 



  1,5 53 6,1':. 1.2L &o !. 2 5,t.:2 6.13 - 1, 52 + u7 36.3 ;5 Ii 5.C2 6,09 1,63 91 31.L. 



  ! 6 i Ii 5 o 6, oo -' 1, 5 + 92 c2l; J.O 5,96: ,,1:;2 1 -)C 9 28,6 5,96 5,o2 + 1.1 
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<tb> 
 
 EMI4.4 
 Il ressort de ce tableau que le !i1-lan2,e contenant du cuivre subit un fort :.:,on. ,(;1I1ent ou "accroissement" alors que tous les mélanges contenant du .,.erre-phosphore éprouvent un sérieux retrait. 



  Ainsi l'usage du lerro-phosphore donne-t-il des densités beaucoup plus sortes après frittage. 



  Tous les m lan. es contenant du erro-phosphore donnent une résistance identique ou supérieure à celle des 111..J.8.11, es contenant 10 de cuivre. Il semble quon obtienne une résistance maximum pour environ '2 1& de ferrophosphore prosent dans le mélange. 

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   Le forro-phosphore utilisc contient environ 20 % de phosphore et la teneur en phosphore des matériaux soumis aux essais est donc comprise entre 0,1 ot 0,8 %. 



   On a également effectue des essais d'usure sur un disque tournant en acier avec dos blocs ayant la composition suivante : 
1. 86 parties de fer en poudre + 10 parties d'amiante + 4 parties do ferro-phosphore, 
2.80 parties de fer en poudre + 10 parties d'amiante + 10 parties de ferro-phosphore. 



   3. Fonte. 



   Après deux heures d'essai d'usure,la diminution de poids de ces matières est dans le rapport do   1/4/8.   



   En remplaçant dans la composition du mélange 4 du tableau ci-dessus, 2 % du   ferro-phosphoro   par   0,4   % de phosphore rouge   + 1,6     %   de fer en poudre, on a obtenu un résultat aussi bon qu'avec le mélange comportant le ferro-phosphore. 



   On a également effectué dos essais avec des agents oxydés autres que l'amiante. Le   talc,   l'apatite, le quartz, le feldspath,   etc..'.,   ont donné des résultats   analogues   à   l'amiante.   On a toutefois constaté que le quartz causait une usure excessive de la matrice utilisée pour la compression et qu'il convient donc moins bien. 



   On a également fait varier la quantité de composé oxydé et on a obtenu de bonne propriétés de frottement avec des quantités de l'ordre de 2 à 15 %, mais il y a lieu de remarquer que, pour des quantités croissantes, la compressibilité diminue et qu'une pression plus élevée est donc nécessaire pour obtenir une certaine porosité. 



   Ce résultat montre que la fonte communément'utilisée pour constituer des freins pour chemins do fer peut être avantageusement remplacée par un matériau de frottement comprimé et fritté contenant du fer, un agent de frottement et du phosphore. 



   Les dispositifs de frottement tels que sabots, tambours ou disques de frein, conformes à   l'invention,   sont avantageusement frittes à la presse à partir d'un mélange en poudre contenant environ 2 à 15   %   et de préférence 6 à 12 % environ d'un agent de frottement et d'une matière phosphoreuse on quantités telles qu'on obtienne de 0,i à 2,5   %   et de préférence 0,3 à 0,7   '/ do   phosphore dans 

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 le produit final, le reste étant on principe du for on poudre. 



  Une teneur en agent de frottement inférieure à 2 % environ peut provoquer lors du freinage une détérioration de la surface frottante alors que des teneurs voisines do, ou plus grandes que la limite supérieure de 15 % entrainont des difficultés croissantes dans l'opération de compression et une augmentation de l'usure des matrices de compression. La matière phosphorée est par exemple du phosphore rouge, du   fcrro-phosphorc   ou dos phosphates naturels ou synthétiques.

   La poudre métallique est en principe du fer on poudre, mais elle peut contenir de faibles quantités d'autres poudres métalliques destinées à améliorer les propriétés do résistance, par exemple jusqu'à 10   %   de cuivre ainsi que des agents lubrifiants courants comme lo stéarate de zinc et le graphite on quantités allant   jusqu'à   2   % .  

Claims (1)

1. - RESUME - L'invention a pour objet : 1 ) A titre de produit industriel nouveau, un matériau de frottement comprenant un mélange comprimé et fritte do fer en poudre et d'un agent de frottement en poudre, de préférence de nature oxydée, avec des additions connues d'autres poudres métalliques et/ou d'agents lubrifiants comme du graphite, ce matériau comportant fondamentalement, à l'état fritté, de 0,1 à 2,5 % de phosphore .

   2 ) A titre de produit industriel nouveau, un moyen de freinage comportant essentiellement un corps fritté à la presse à partir d'un mélange pulvérulent contenant environ 2 à 15%et de- pré- férence 6 à 12 % d'un agent de frottement, et une quantité de matière phosphorée (par exemple phosphore rouge, ferrophosphore ou phosphates de fer, ou de métaux alcalins ou alcaliuo-terrcux) telle que le produit fini contienne de 0,1 à 2,5%et de préférence de 0,3 à 0,7 % de phosphore, le reste étant sensiblement de la poudre métallique.

   Le mélange pulvérulent peut comporter de 80 à 95 %, de préférence de 86 à 92 % de poudre de fer. L'agent de frottement est de préférence un agent oxydé.

   3 ) Un procédé de fabrication du matériau ci-dessus consistant essentiellement à mélanger du fer en poudre, un agent de <Desc/Clms Page number 7> frottement et dos additions connues dtautros poudres métalliques et/ou do graphite, avec du phosphore à l'état élémentaire ou combiné on quantité telle qu'après compression ot frittage le produit contienne 0,1 à 2,5 % avantageusement do 0,3 à 0,7 % de phosphore* puis à frittcr à une température comprise entre 1050 et 1300 C, de préférence entre 1100 et 1200 C.

   4 ) Sabots, tambours ou disques de trains et autres produits obtenus avec los matériaux ci-dessus.