BE898230A

BE898230A - Revetement d'alliage pour pièces en fonte, en particulier pour les moules de l'industrie du verre.

Info

Publication number: BE898230A
Application number: BE0/211879A
Authority: BE
Inventors: E Romero; R J Dumola
Original assignee: Eutectic Corp
Priority date: 1982-11-16
Filing date: 1983-11-16
Publication date: 1984-03-16
Also published as: JPH0474423B2; MX160598A; FR2535991B1; DE3341034C2; US4471034A; GB2130242B; GB2130242A; FR2535991A1; CA1224065A; GB8329574D0; JPS59104446A; DE3341034A1; AU2026783A; AU562217B2; BR8306313A

Abstract

L'invention concerne un procédé d'application d'un revetement d'alliage à base nickel, lié par soudure à une pièce en fonte et présentant une porosité, réduite au minimum à l'interface de la soudure. L'application se fait par arc transféré avec jet de plasma, le substrat en fonte étant monté anodiquement dans le circuit électrique de formation du plasma. L'alliage est dirigé sous forme de poudre finement divisée à travers l'arc plasma sur la pièce à revetir. Au cours de l'opération, on maintient une phase liquide de l'alliage sur le substrat afin de protéger ce dernier contre toute surchauffe. L'invention concerne également le produit composite obtenue.

Description


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 déposée par la société dite : EUTECTIC CORPORATION ayant pour objet : Revêtement d'alliage pour pièces en fonte, en particulier pour les moules de l'industrie du verre Qualification proposée : BREVET D'INVENTION 

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L'invention concerne un revêtement d'alliage à base de nickel pour des pièces en fonte ainsi qu'un procédé pour le re- vêtement de pièces en fonte, en particulier des moules utilisés dans l'industrie du verre. L'invention se rapporte également à des produits composites obtenus par la méthode selon l'invention. 



   Selon la définition du"ASM Metals Handbook" (Vol.   1,   8e édition, 1961, page 7), la fonte est un alliage de fer et de car- bone dans lequel la teneur en carbone dépasse la limite de solu- bilité de cet élément dans la phase austénitique à la température eutectique.   L'expression"fonte",   utilisée dans la présente in- vention, couvre notamment les fontes grises, les fontes blanches, les fontes malléables et les fontes nodulaires. La teneur en car- bone des fontes dépasse généralement 1,5 % en poids. Les fontes grises, par exemple, peuvent contenir entre 1,7 et 4,5 % C et 1 et 3 % Si. Les fontes malléables peuvent contenir de 2 à 2,65 % C et de 0,9 à 1,65 % Si en dehors d'autres éléments. La composition   ,   de la fonte nodulaire ou ductile non alliée est similaire à celle de la fonte grise.

   Une composition connue de fonte nodulaire cor- respond à l'analyse suivante en poids : 3,2 à 4,1 % C ; 1,8 à 2,8 %
Si ; jusqu'à 0,8 % Mn ; 0,1 % max P et   0,   03 % max S. D'une façon générale, la teneur en carbone des fontes peut être comprise en- tre environ 2 et 4,5 %. 



   Il est connu qu'on peut façonner du verre en le coulant à l'état fondu et hautement visqueux dans des moules métalliques. 



   Après un refroidissement suffisant, on peut démouler les pièces en verre ainsi façonnées. Or, le verre fondu a tendance à adhérer à la surface métallique du moule. D'autre part, la surface du moule au contact du verre fondu a tendance à s'user en l'absence d'un lubrifiant. C'est pourquoi un agent de décollage est usuel- lement appliqué sur la surface interne du moule pour faciliter le démoulage des pièces en verre et pour réduire l'usure dans une certaine mesure. Le problème se pose en particulier lorsque le verre fondu a une température d'environ   18000F   à   2200 F.   A ces températures cependant, l'agent de décollage tend à s'évapo- 

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 rer et la partie du moule qui se trouve au contact du verre chaud est susceptible de s'user rapidement. 



   Les éléments de l'équipement pour le façonnage du verre tels que les coquilles, les moules de soufflage, les bagues de congé, les pistons plongeurs, les chicanes, les plaques de fond etc. sont habituellement en fonte. La fonte de moulage est sujette à usure dans les conditions évoquées plus haut. On comprend donc l'intérêt qu'il pourrait y avoir à fournir une méthode permettant de déposer au moyen d'une technique de soudure une couche métallique dure et dense, résistant à l'usure, sur des surfaces de moules à verre afin de conférer auxdites surfaces des propriétos anti-usure aux températures élevées de façonnage du verre en moule.

   Cependant les couches déposées par soudure sur la fonte présentent le désavantage, aux températures élevées nécessitées pour le soudage, que le carbone libre de la fonte réagit avec l'air avec formation de gaz, par exemple de   CO ?, de   sorte que les couches déposées par soudure deviennent poreuses et ont de ce fait des propriétés métallurgiques inférieures. 



   L'invention a pour objet une méthode pour réaliser un revêtement d'alliage à base de nickel, lié par soudure, sur une pièce de fonte. 



   Un autre objet de l'invention est de fournir une poudre d'alliage à base de nickel destinée à la réalisation par pulvérisation d'un revêtement dense avec liaison soudée sur une surface de fonte. 



   L'invention vise encore à fournir un produit composite sous la forme d'une pièce en fonte revêtue d'un alliage à base de nickel contenant du titane. 



   Un autre but de l'invention est de fournir des éléments de moule, pour l'industrie du verre, munis d'une couche d'alliage à base de nickel. 



   Ces buts et d'autres objets de l'invention apparaîtront clairement à la lumière de la description qui suit, prise conjointement avec les revendications et les dessins joints où : - fig. 1 et 2 représentent schématiquement des soudures 

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 à l'arc transféré avec jet de plasma, respectivement selon l'art antérieur et selon l'invention, appliquées à une surface en fonte ; - fig. 3 montre en section transversale longitudinale le nez d'un chalumeau à plasma et le schéma d'un circuit électrique connecté au chalumeau et au substrat à revêtir par la technique de l'arc transféré par plasma ; et - fig. 4 et 5 représentent des micrographies de la couche d'alliage à base de nickel, liée par soudure à la surface en fonte. 



   Un mode de réalisation de l'invention consiste à produire une couche d'alliage à base de nickel, liée par soudure à un élément en fonte, avec une porosité minimale à l'interface de la soudure. La méthode utilisée comprend l'application d'une poudre d'alliage composée essentiellement d'environ 0,5 à 5 % Ti, d'environ 0,5 à 5 % Si, de 0 à environ 5 % B, de 0 à environ 2 % Mn, de 0 à environ 1 % Al, de 0 à environ 5 % Fe, de 0 à environ 15 % Cr, de 0 à environ 0,5 % C, le reste étant constitué essentiellement par du nickel, en utilisant un procédé à l'arc transféré par plasma, le substrat en fonte étant monté anodiquement dans le circuit de formation de plasma, le flux de poudre étant dirigé au moyen d'un gaz porteur à travers l'arc à plasma sur la surface de l'élément en fonte.

   Le dépôt de l'alliage est réglé au cours de la projection afin de maintenir une phase liquide d'alliage entre l'arc transféré par plasma et le substrat en fonte dans le but de protéger ce dernier contre une fusion excessive sous l'effet de l'arc transféré tout en favorisant un phénomène de soudure entre la phase liquide et le substrat en fonte. La projection par plasma est poursuivie progressivement le long du substrat en fonte à revêtir et on maintient la phase liquide d'alliage entre l'arc à plasma et le substrat en fonte jusqu'à ce que le revêtement soit complètement réalisé.

   On obtient ainsi une couche dense d'alliage à base de nickel avec liaison au substrat par soudure, ladite couche présentant une microstructure caractérisée par une dispersion fine de carbure de titane secon- 

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 daire, formé par réaction du titane contenu dans l'alliage avec le carbone de la fonte. 



   Une autre variante de mise en oeuvre de l'invention concerne un produit composite, comprenant un élément en fonte muni d'une couche d'alliage à base de nickel, titrant pour l'essentiel environ 0,5 à 5 % Ti, environ 0,5 à 5 % Si, 0 à environ 5 % B,   0   à environ 2 % Mn, 0 à environ 1 % Al, 0 à environ 5 % Fe, 0 à environ 15 % Cr, 0 à environ 0,5 C, le reste étant essentiellement du nickel, liée par soudure à l'élément en fonte et caractériséepar une microstructure présentant du carbure de titane secondaire finement dispersé, formé par réaction du titane, contenu dans l'alliage, avec du carbone de la fonte. 



   Un autre mode de mise en oeuvre de l'invention concerne un élément en fonte pour le moulage du verre comportant, au moins sur la partie venant au contact du verre fondu, une couche d'un alliage à base de nickel, contenant essentiellement environ 0,5 à 5 % Ti, environ 0,5 à 5 % Si, 0 à environ 5 % B, 0 à environ 2 % Mn, 0 à environ 1 % Al, 0 à environ 5 % Fe, 0 à environ 15 % Cr, 0 à environ 0,5 % C, reste nickel, ladite couche étant liée par soudure à l'élément pour le moulage du verre, en présentant une fine dispersion d'un carbure de titane secondaire formé par réaction entre le titane de l'alliage et le carbone contenu dans l'élément de moule en fonte, destiné au façonnage du verre. 



   De préférence, le revêtement d'alliage à base de nickel contient environ 0,5 à 3 % Ti, environ 0,5 à 3 % Si, environ 0,5 à 2 % B, environ 1 % max. de Mn, environ 1 % max Al, environ 0,5 à 3 % Fe, 0 à environ 10 % Cr, environ 0,05 à   0, 3   %   C,   le reste étant pour l'essentiel du nickel. 



   L'alliage de revêtement est de préférence une poudre atomisée, caractérisée par une dimension moyenne de particule comprise entre environ 44 et 177 microns (325 à 80 mailles US Standard). 



   La microdureté de l'alliage déposé se situe entre Rockwell HRB 80 et HRC 35 environ. Par suite de la dispersion du carbure de titane secondaire à travers la masse de la couche déposée, 

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 cette couche présente une excellente résistance à l'usure. L'emploi du titane comme ingrédient d'alliage est très important du fait de la forte affinité de cet élément pour le carbone et pour l'azote.

   Afin d'assurer un dépôt dense il importe d'effectuer l'opération de revêtement dans des conditions qui évitent une fusion excessive du substrat en fonte en empêchant ainsi, à l'interface entre la fonte et la phase liquide de l'alliage déposé, une oxydation du carbone libre de la fonte par l'oxygène de l'air avec formation de C02 qui rendrait le dépôt poreux et   entraîne-   rait une diminution de la qualité métallurgique du dépôt protecteur. 



   Dans le but d'éviter une porosité du revêtement déposé, l'arc à plasma est réglé de façon à maintenir une phase liquide de l'alliage déposé entre l'arc à plasma et le substrat en fonte, empêchant ainsi une surchauffe du substrat ce qui minimise l'oxydation du carbone libre de la fonte. Voir à ce sujet fig. 1 et 2. 



   La méthode selon fig. 1 ne donne pas satisfaction, ainsi qu'il ressort de la description qui suit. La tuyère 10 du chalumeau à plasma dépose de la poudre d'alliage à travers l'arc à plasma 11 sur le métal de base 12 (fonte). Il se forme un dépôt 13 sous forme de phase liquide, l'arc à plasma 11 frappant à la fois cette phase liquide et le substrat en fonte 14. 



   D'un autre côté, fig. 2 montre qu'en réglant l'arc à plasma et la vitesse relative entre la tuyère 10A et le substrat, une phase liquide 13A de l'alliage de revêtement peut être maintenue et positionnée par rapport à la tuyère de façon telle que la phase liquide reçoit tout l'impact de l'arc à plasma en protégeant le substrat contre tout contact direct avec l'arc. 



   La relation de l'arc transféré entre le chalumeau à plasma et le substrat (fonte) est représenté dans le schéma et le circuit électrique selon fig. 3 qui montre en section transversale longitudinale un chalumeau à plasma   15,   comprenant une électrode centrale 16 en tungstène entourée d'une électrode annulaire 17, refroidie à   l'eau,   en cuivre. Du plasma d'argon 18 traverse l'espace annulaire 19 entre l'électrode de tungstène   16,   montée cathodique- 

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 ment et l'électrode en cuivre 17, qui est l'anode. Selon le schéma du circuit électrique à droite du chalumeau, l'électrode en tungstène 16 est connectée à la borne négative du générateur de haute fréquence 20, monté en parallèle avec la source de puissance 21.

   De son côté, l'anode en cuivre 17 est connectée à la borne positive du générateur de haute fréquence et de la source de puissance, la pièce à travailler étant également connectée anodiquement afin d'assurer la formation de l'arc transféré. 



   Un arc pilote 22 est formé à l'extrémité du nez du chalumeau, entre les électrodes de tungstène et de cuivre, qui ionise l'argon 18 traversant l'espace annulaire entourant l'électrode de tungstène et démarre l'arc transféré, qui est de son côté attiré vers la pièce à travailler par le potentiel supérieur de cette dernière qui est montée en anode. 



   Un gaz de protection, formé soit d'un mélange de 93 % d'argon et de 7 % d'hydrogène 23, soit d'argon, est alimenté à travers l'espace annulaire extérieur 24. Une alimentation séparée d'argon sert de gaz porteur et dirige la poudre à travers les passages 25 dans l'arc à plasma. Le gaz protecteur contribue à empêcher l'oxydation du dépôt lequel dépôt, en face du nez du chalumeau, protège à son tour le substrat en fonte contre le contact direct avec l'arc transféré à haute température. De préfé- 
 EMI7.1 
 rence, on utilise un mélange Ar/H2 2 qui améliore la mouillabilité du substrat par l'alliage fondu. Il n'est pas nécessaire de décrire en détail le système d'arc transféré.

   Le système employé de préférence est connu sous la désignation Eutronic Gap (nom commercial) qui fait usage du chalumeau à arc transféré Eutronic Gap, vendu par Eutectic Corporation de Flushing, New York. 



   A titre d'exemple de mise en oeuvre de l'invention, les alliages à base de nickel suivants ont été déposés par le système à arc transféré Eutronic Gap : 
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 1 

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 EMI8.1 
 
<tb> 
<tb> Alliage <SEP> No. <SEP> %Ti <SEP> % <SEP> Si <SEP> % <SEP> B <SEP> % <SEP> Mn <SEP> % <SEP> Al <SEP> % <SEP> Fe <SEP> % <SEP> Cr <SEP> % <SEP> C <SEP> % <SEP> Ni
<tb> 1 <SEP> 1,7 <SEP> 1,5 <SEP> 1,0 <SEP> 0,12 <SEP> 0,12 <SEP> 1,6 <SEP> 5,0 <SEP> 0,17 <SEP> reste
<tb> 2 <SEP> 2,76 <SEP> 0, <SEP> 005 <SEP> ;

   <SEP> - <SEP> 0, <SEP> 24 <SEP> 0,23 <SEP> 0, <SEP> 05-Q05 <SEP> reste
<tb> 3 <SEP> 0, <SEP> 8 <SEP> 1, <SEP> 8 <SEP> 1, <SEP> 0 <SEP> 1,5 <SEP> 0, <SEP> 8 <SEP> 1, <SEP> 1 <SEP> - <SEP> Q15 <SEP> reste
<tb> 4 <SEP> 1,1 <SEP> 0, <SEP> 9 <SEP> 0, <SEP> 8 <SEP> 0, <SEP> 8 <SEP> 0, <SEP> 8 <SEP> 1, <SEP> 1 <SEP> - <SEP> 13 <SEP> reste
<tb> 
 
Le procédé décrit en relation avec fig. 3 fut utilisé pour le revêtement d'une chicane en fonte (fonte ductile ou nodulaire) pour moule à verre. Le nez du chalumeau fut tenu à une distance de 10 mm de la pièce à travailler.

   L'alimentation de poudre correspondait à un débit d'environ 2 kg/heure dans un gaz porteur d'argon alimenté sous une pression de 1,4 kg/cm2, le gaz ionisé 
 EMI8.2 
 0 étant de l'argon fourni sous une pression de 4, 2 Comme   gaz protecteur, on a utilisé un mélange de 93 % Ar et de 7 % H2 sous une pression de 4, 2 kg/cm2. Une couche de chacun des allia-   ges ci-dessus fut déposée. 



   Après vérification on a constaté que les dépôts des alliages (1-4) constituaient des revêtements très denses, solidement liés par soudure au substrat en fonte et sensiblement exempts de soufflures de gaz et de porosité. Les microstructures, présentées par les alliages No l et 2 montrent en outre que le titane de l'alliage avait réagi avec le carbone libre de la fonte pour former une fine dispersion de carbures de titane répartis à travers la matrice de l'alliage à base de nickel (voir fig. 4 et 5). 



   La dureté des divers revêtements tombait dans la gamme comprise entre environ HRB 80 et HRC 35 Rockwell C : 
 EMI8.3 
 
<tb> 
<tb> Alliage <SEP> No <SEP> Dureté <SEP> Rockwell
<tb> l <SEP> HRC <SEP> 28
<tb> 2 <SEP> HRB <SEP> 80
<tb> 3 <SEP> HRC <SEP> 35
<tb> 4 <SEP> HRC <SEP> 20
<tb> 
 
L'invention a été décrite en relation avec ses modes de mise en oeuvre préférés. Bien entendu cette description n'est pas 

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 limitative et diverses modifications et adaptations sont à la portée de l'homme de l'art sans pour autant sortir du cadre et 
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 de l'esprit de l'invention ni de la portée des revendications e jointes.

Claims

REVENDICATIONS 1. Procédé de production, par soudage à l'arc transféré avec jet de plasma, d'un revêtement d'alliage à base de nickel sur une pièce en fonte, avec une porosité minimale à l'interface de la soudure, caractérisé en ce qu'on dépose une couche dudit alliage, composé essentiellement d'environ 0,5 à 5 % Ti ; 0,5 à 5 % Si, 0 à environ 5 % B ; 0 à environ 2 % Mn ;

0 à environ 1 % Al, 0 à environ 5 % Fe, 0 à environ 15 % Cr, 0 à environ 0,5 % C, le reste étant essentiellement du nickel, la pièce en fonte étant montée anodiquement dans le circuit électrique de formation de plasma, l'alliage étant appliqué sous la forme d'une poudre, dirigée par un gaz porteur dans ledit arc à plasma et vers la surface de la pièce en fonte, le dépôt dudit alliage étant réglé au cours du procédé de dépôt de manière à maintenir une phase liquide de l'alliage entre l'arc transféré avec jet de plasma et le substrat en fonte, afin de protéger ce dernier contre une fusion excessive sous l'effet de l'arc transféré tout en favorisant des réactions de diffusion entre la phase liquide et le substrat en fonte,

l'application du revêtement par l'arc à plasma étant poursuivie progressivement le long du substrat en fonte, avec maintien de la phase liquide d'alliage entre ledit arc à plasma et la pièce en fonte jusqu'à la réalisation complète dudit revêtement dense d'alliage à base de nickel dont la microstructure présente une fine dispersion de carbure de titane secondaire, formé par réaction entre du titane de l'alliage avec du carbone contenu dans la fonte.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'alliage déposé contient essentiellement environ 0,5 à 3 % EMI10.1 Ti à 3 % Si ; 0, à 2 % B ; environ 1 % max. Mn environ 1 % max. Al ; environ 0,5 à 3 % Fe ; 0 à environ 10 % Cr ; environ 0,05 à 0, 3 % C, le reste étant constitué essentiellement par du nickel.
3. Produit composite sous la forme d'une pièce en fonte revêtue d'une couche d'alliage à base de nickel, caractérisé en ce que l'alliage contient essentiellement environ 0,5 à 5 % Ti ; <Desc/Clms Page number 11> EMI11.1 0, 5 à 5 % Si ; 0 à environ 5 % B ; 0 à environ 2 % Mn ; 0 à en- viron 1 % Al ; 0 à environ 5 % Fe ; 0 à environ 15 % Cr ; 0 à environ 0,5 % C, le reste étant essentiellement du nickel, ladite couche étant liée par soudure à ladite pièce en fonte et présentant une microstructure contenant une fine dispersion de carbure de titane secondaire formé par réaction entre du titane de l'alliage et du carbone de la fonte.
4. Produit composite selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'alliage contient essentiellement environ 0,5 à 3 % Ti ; 0,5 à 3 % Si ;. 0,5 à 2 % B ; environ 1,0 % max. Mn ; environ 1,0 % max. Al ; environ 0, 5 à 3 % Fe ; 0 à environ 10 % Cr ; environ 0,05 à 0,3 % C, le reste étant essentiellement du nickel.
5. Produit composite, caractérisé en ce qu'il est constitué d'un élément de moule en fonte pour le verre comportant sur au moins une partie de sa surface, venant au contact du verre fondu, un revêtement d'alliage à base de nickel, lié au support de fonte par soudure, composé essentiellement d'environ 0,5 à 5 % Ti ; 0,5 à 5 % Si ; 0 à environ 5 % B ; 0 à environ 2 % Mn ; 0 à environ 1 % Al ; 0 à environ 5 % Fe ; 0 à environ 15 & Cr ; 0 à environ 0,5 % C, le reste étant essentiellement du nickel, ledit revêtement ayant une microstructure présentant une fine dispersion de carbure de titane secondaire, formé par réaction entre du titane de l'alliage et du carbone de l'élément de moule en fonte.
6. Produit composite selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'alliage contient essentiellement environ 0,5 à 3 % Ti ; 0,5 à 3 % Si ; environ 0,5 à 2 % B ; environ 1 % max. Mn ; environ 1,0 max. Al ; environ 0,5 à 3 % Fe ; 0 à environ 10 % Cr, environ 0,05 à 0,3 % C ; le reste étant essentiellement du nickel.
7. Alliage de revêtement, destiné à être appliqué sur des pièces en fonte, caractérisé en ce qu'il contient essentiellement environ 0,5 à 5 % Ti ; 0, 5 à 5 % Si ; 0 à environ 5 % B ; 0 à environ 2 % Mn, 0 à environ 1 % Al, 0 à environ 5 % Fe ; 0 à environ 15 % Cr ; 0 à environ 0,5 % C, le reste étant essentiellement du nickel. <Desc/Clms Page number 12>
8. Alliage de revêtement selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il contient essentiellement environ 0,5 à 3 % Ti ; 0,5 à 3 % Si ; 0,5 à 2 % B ; 1,0 % max. Mn ; environ 1,0 % max. Al, environ 0,5 à 3 % Fe ; 0 à environ 10 % Cr ; environ 0,05 à 0,3 % C, le reste étant essentiellement du nickel.
9. Poudre fine d'alliage à base de nickel, destinée au soudage à l'arc transféré avec jet de plasma, caractérisée en ce qu'elle contient essentiellement environ 0,5 à 5 % Si ; 0 à environ 5 % B ; 0 à environ 2 % Mn ; 0 à environ 1 % Al ; 0 à environ 5 % Fe ; 0 à environ 15 % Cr ; 0 à environ 0,5 % C, le reste étant essentiellement du nickel, les dimensions des particules étant comprises en moyenne dans la gamme allant de 44 à 177 microns.
10. Poudre fine d'alliage à base de nickel selon la revendication 9, caractérisée en ce qu'elle contient essentiellement environ 0,5 à 3 % Ti ; 0) 5 à 3 % Si ; 0,5 à 2 % B ; 1 % max Mn ; 1 % max Al ; 0,5 à 3 % Fe ; 0 à environ 10 % Cr ; environ 0,05 à 0, 3 % C, le reste étant essentiellement du nickel.