Organe coulissant La présente invention a pour objet un organe coulis sant présentant une surface de glissement constituée par un métal de base.
Il arrive parfois que la lubrification des segments de piston de moteurs à combustion interne ou des seg ments de piston et des bagues d'étanchéité de compres seurs à gaz soit très déficiente. Dans de tels cas, l'emploi de segments de piston en fonte est prohibé en raison des risques d'usure trop rapide. C'est pourquoi on a parfois utilisé des éléments réalisés en cupro-alliages, tels que le bronze phosphoreux ou le bronze au plomb, au lieu de fonte.
Ces métaux de remplacement présentent des inconvénients; en effet, dans des compresseurs à gaz à très haute pression, des ruptures de segments de piston et de bagues d'étanchéité se produisirent par suite de conditions de lubrification défectueuses en cours de fonctionnement. Un nombre croissant d'applications exige donc l'emploi de segments en métaux de haute résistance susceptibles non seulement de supporter des conditions de lubrification défavorables, mais encore de résister à toutes contraintes de flexion ou de rupture.
Le but de l'invention est de pallier ces inconvénients. L'organe coulissant selon l'invention est caractérisé en ce que la surface de glissement présente des saillies et des creux, les creux étant remplis d'un métal à pro priétés autolubrifiantes.
Le dessin annexé représente, schématiquement et à titre d'exemple, quelques formes d'exécution de l'objet de l'invention.
La fig. 1 est une micrographie (agrandissement 200) d'un cupro-alliage ; la fig. 2 est une vue en plan partielle d'une forme d'exécution ; la fig. 3 est une vue en plan partielle d'une autre forme d'exécution ; la fig. 4 est une vue en plan partielle d'une troisième forme d'exécution<B>,</B> la fig. 5 est une coupe axiale partielle d'un segment de piston.
Le métal de base des organes coulissants décrits est un cupro-alliage ne contenant pas de plomb et présen tant une résistance à la traction très élevée, ainsi qu'un bon coefficient de frottement tel que du bronze phos phoreux coulé, du laiton à haute résistance, du bronze à canon ou du cupro-béryllium, la surface de glissement de ce métal de base étant usinée comme indiqué sur les fig. 2à4.
Dans la première forme d'exécution, illustrée à la fig. 2, la surface de glissement 1 présente une multitude de petits trous 2 disposés aussi régulièrement que possi ble, ces trous 2 étant remplis de plomb 4. Dans la deuxième forme d'exécution. illustrée à la fig. 3, une multitude de fines rainures parallèles 3 sont disposées perpendiculairement au sens de glissement de la surface de glissement 1, les rainures 3 étant remplies de plomb 4.
Dans la troisième forme d'exécution, illustrée à la fig. 4, de fines rainures 3' sont disposées obliquement par rapport au sens de glissement de la surafce de glisse ment 1, les rainures 3' étant remplies de plomb 4.
Grâce à une telle structure, chacune des surfaces de glissement présente, en apparence, une texture similaire à celle d'un cupro-alliage contenant du plomb et possède d'excellentes propriétés de glissement. En outre, étant donné que le métal de base ne contient pas de plomb, il ne peut pas se déformer ni se briser.
La quantité de plomb à incorporer à la surface, peut être dosée à la valeur désirée par modification du nombre de petits trous ou rainures pratiqués dans la surface. Dans le cas illustré à la fig. 2, il convient d'accorder une attention particulière à la dimension, à la section et à la répartition des petits trous. Dans les cas illustrés aux fig. 3 et 4, une attention particulière doit être accordée à la largeur de chacune des petites rainures et à l'intervalle séparant deux rainures adjacentes.
L'intervalle séparant les trous ou les rainures doit, de préférence, être aussi réduit que possible. La raison en est qu'en cas de rupture du film d'huile de lubrification adhérant aux surfaces des orga nes métalliques, le plomb est extrait par fusion des petits trous ou rainures et forme une pellicule mince qui recou vre la surface de glissement de l'organe de glissement, de manière à éviter un grippage.
Si l'intervalle séparant chaque paire de trous ou de rainures adjacents est trop grand, la pellicule de plomb ainsi formée ne pourra recouvrir la totalité de la surface de glissement, permet tant alors un contact direct entre les organes métalliques. Dans ce cas, il se produira d'abord un grippage initial local, lequel s'étendra ensuite à toute la surface de con tact. L'intervalle séparant les trous ou rainures contenant du plomb varie selon le type de machines, les conditions d'utilisation. etc., la distance optimale étant fonction de l'application particulière envisagée. En tout cas, cet inter valle doit être aussi court que possible.
De même, la gamme optimale de la teneur en plomb varie avec le type de machines et les conditions d'utilisation.
Les cupro-alliages ordinaires contenant du plomb, qui ont été utilisés jusqu'à présent, avaient une teneur en plomb comprise entre 3 et 30 0/0. Par modification de la disposition des trous et des rainures, il est naturellement possible d'assurer des teneurs en plomb comprises dans la gamme citée, mais le processus de fabrication décrit p rmet également de faire varier la masse de plomb par rapport à celle du reste de l'alliage à l'intérieur d'une plage encore plus étendue. L'élaboration de cupro-allia- ges contenant du plomb se heurte à des difficultés d'ordre technique.
Les procédés classiques ne permettent guère d'obtenir un alliage à teneur en plomb supérieure à 20 lo, à moins de consentir à un sacrifice considérable quant à la résistance mécanique.
L'une des caractéristiques les plus remarquables du processus décrit est que la quantité de plomb incorporée à la surface de glissement peut être modifiée selon les besoins, indépendamment de la résistance mécanique du métal de base.
Les trous ou les rainures dans la surface de glisse nient sont réalisés par usinage de l'organe coulissant. Les rainures peuvent être disposées en grand nombre à inter valles réguliers, perpendiculairement au sens de glisse ment ou peuvent être de forme hélico'idale. Elles peuvent, en outre, être agencées sous forme d'une multitude d'en tailles transversales obliques. La profondeur des rainures peut être librement choisie, en vue de l'utilisation parti- caslière, à l'intérieur d'une plage n'affectant pas la résis tance mécanique de l'organe de glissement.
Les procédés de remplissage de ces petits trous ou rainures compren nent la projection de plomb fondu, le revêtement par déplacement et l'immersion dans un bain de plomb fondu. En tous cas, après remplissage ou déposition du plomb, la surface de glissement subit un usinage de finissage.
Exemple Du bronze phosphoreux cômprenant. f,25 '% de Sn, 0,18 % de P, le reste étant constitué: par-dù cuivre;
fut usiné de manière à obtenir une. éprouvette . mesurant 18,0 mm de largeur, 12,0 mm de longueur et 5,0 mm de hauteur. La surface de glissement de l'éprouvette fut dotée de cinq rainures ayant chacune 0,5 mm de largeur et 0,5 mm de profondeur<B>;</B> ces rainures furent disposées pa rallèlement l'une par rapport à l'autre, à intervalles prédé terminés. Du plomb fondu fut projeté sur la surface et, après polissage, la surface de glissement fut soumise à un essai d'abrasion.
L'essai fut effectué à l'aide d'un appa reil du type à friction par glissement plan, la vitesse de friction étant de 5 mètres/seconde. La lubrification fut assurée à l'aide d'un mélange lubrifiant constitué par 50 % d'huile de lubrification paraffinique et 50% d'huile lampante purifiée. L'éprouvette fut soumise au glissement jusqu'à apparition d'un grippage, après quoi on examina le rapport entre la charge de frottement et l'usure et on procéda à un essai de grippage.
Le métal contre lequel s'opérait le glissement était de la fonte de composition : 2,9-0'% de C, 2,08'% de Si, 0,55 % de Mn, 0,22 % de P et 0,
032 % de S. Les résultats des essais révélèrent que la perte de matière d'une éprouvette n'ayant pas été garnie de plomb était de 950 mg sous une charge de frottement de 50 kg/cm2 et de 1250 mg sous une charge de frottement de 75 1,-g/cm2, alors que la surface de glissement traitée par projection de plomb présentait une perte de matière par abrasion de seule ment 45 mg sous une charge de 50 kg/cm2,
120 mg sous 75 kg/cm7- et 330 mg sous<B>100</B> kg/cm2. Lorsque la surface de glissement fut dotée de dix rainures au lieu de cinq, la perte de matière par abrasion de l'éprouvette soumise à l'essai sous les mêmes conditions fut de 14 mg sous une charge de 50 kg/cm2, 18 mg sous 75 1,-g/cm2, 30 mg sous 100 kg/cm- et 100 mg sous 125 kg/cm@. Ces résul tats indiquent qu'une surface de glissement ayant été traitée par projection de plomb présente d'excellentes propriétés de glissement.
Les essais révélèrent également qu'une augmentation du rapport des surfaces entre plomb et surface traitée réduisait la perte par abrasion.