EP0077703A1 - Revêtement à base de chrome pour acier résistant à l'usure et procédé de préparation - Google Patents

Revêtement à base de chrome pour acier résistant à l'usure et procédé de préparation Download PDF

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EP0077703A1
EP0077703A1 EP82401775A EP82401775A EP0077703A1 EP 0077703 A1 EP0077703 A1 EP 0077703A1 EP 82401775 A EP82401775 A EP 82401775A EP 82401775 A EP82401775 A EP 82401775A EP 0077703 A1 EP0077703 A1 EP 0077703A1
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EP
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steel
chromium
iron
coating
phase
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Guy Nicolas
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Nicolas Guy
Original Assignee
Nicolas Guy
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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C12/00—Solid state diffusion of at least one non-metal element other than silicon and at least one metal element or silicon into metallic material surfaces

Definitions

  • the technical sector of the present invention is that of chromium-based coatings for steel with high resistance to friction wear and of processes using chromium-plating in the vapor phase.
  • French patents 2,018,609 and 2,450,286 describe boriding processes according to which a metal part is subjected to a borating activator at a temperature between 850 ° C. and 1100 ° C. for a sufficient time. An iron boride layer is thus obtained, which improves the wear resistance of the treated steel.
  • chromium to the surface of the material to be treated is done by means of halides which are the only chromium compounds found in the vapor state at diffusion temperatures.
  • the layer formed by chromization consists of carbides of chrome. These carbides are, in the part the most superficial, the carbide M 23 C 6 and, in the underlying layers, the carbide M 7 C 3 M here designates a metal which, apart from chromium (Cr), can be iron (Fe), molybdenum (Mo), vanadium (V) etc ... We know that the respective hardnesses of M 23 C 6 and M 7 C 3 are of the order of 1200 HV 0.01 and 2 100 HV 0.01 .
  • French patent 2,439,824 proposes a process according to which an ionic nitriding of a steel containing at least 0.2% carbon is first carried out, then a conventional chromization by gas route at a temperature between 850 ° C. and 1100 ° C.
  • Nitriding requires ion bombardment of the sample at a temperature between 450 and 570 ° C at a pressure of 2.5 to 8 millibar. It is specified that such a treatment makes it possible to almost completely eliminate the carbide M 7 C 3 at the origin of the formation of cracks or flaking of the steel. This would form a single surface layer of carbide M 23 C 6 greater than 30 microns.
  • the said layers may also contain 7 Cr 2 N nitrides when the halogen introduced into the cement is ammonium chloride NH 4 Cl. These coatings have resistance to l 'quite significant wear but the morphology and internal stresses of M 7 C 3 carbide limit their capacity.
  • the nitriding mode ionic or gaseous
  • carbonitrides had no major influence on the nature of the constituent phases of the layers obtained.
  • the predominant criterion turns out to be in fact the initial thickness of the nitride layer.
  • the coatings obtained are divided into two main sub-layers. One, on the surface, consists of the majority phase Cr 2 (C, N) and the carbide M 23 C 6 .
  • the other, underlying, consists, for approximately half of the thickness of the coating, of carbide M 7 C 3 . But this carbide again retains a columnar structure harmful to good wear resistance.
  • the layers obtained by chromizing or nitriding treatment followed by chromizing comprise a sublayer of chromium carbide M 7 C 3 . In its crystallized state, this carbide reduces the wear resistance of the chromized layers.
  • the object of the present invention is to provide a person skilled in the art with a new coating and a process for obtaining it in which the formation of the carbide M 7 C 3 with its basaltic crystallization is avoided.
  • the subject of the invention is therefore a coating for steel with high resistance to friction wear, characterized in that it comprises at least two surface layers, the first of which on the surface consists essentially of the phase (Cr, Fe) 2 B and the other internal mainly constituted by the phase (Fe, Cr) 2 B, Cr, Fe, B, denoting respectively chromium, iron, boron.
  • the (Cr, Fe) 2 B phase may contain another phase of the M 23 C 6 type in which M mainly represents the chromium optionally substituted by iron, vanadium, molybdenum, nickel, manganese.
  • the thickness of the first layer can be at least 12 ⁇ m and the thickness of the second at least 18 ⁇ m.
  • This coating is preferably applied to a steel whose carbon content is at least 0.15%, by mass.
  • the invention also relates to a process for obtaining a coating on a steel, characterized in that in a first stage, a boronization of the steel in the austenitic state is carried out at a temperature lower than or substantially equal to 950 ° C. for a time greater than or substantially equal to 4 hours and in that in a second step, chromization is carried out at a temperature less than or substantially equal to 980 ° C. for a time greater than or substantially equal to 10 hours, steps possibly followed by a heat treatment of quenching and tempering.
  • Boronization can be carried out in the presence of a borating agent of the B 4 C + Na 2 B 4 07 type in a vinyl binder in order to produce a layer of iron borides FeB and Fe 2 B at least 30 ⁇ m thick.
  • the . layer of iron borides has a thickness close to 40 ⁇ m.
  • the chromization can be carried out in the vapor phase in the presence of a cement comprising an iron-chromium powder 60-40, an anti-sintering agent (Al 2 O 3 ) a transporter (NH 4 Cl) and a hydrogen flow rate of approximately 300 liters per hour.
  • a cement comprising an iron-chromium powder 60-40, an anti-sintering agent (Al 2 O 3 ) a transporter (NH 4 Cl) and a hydrogen flow rate of approximately 300 liters per hour.
  • the boriding is carried out at 950 ° C for 4 hours and the chromization at 950 ° C for 15 hours.
  • the method according to the invention is applied to a low alloy steel of the 35 C D4 type.
  • the main advantage of the invention is to avoid for the first time the formation of the carbide M 7 C 3 both in the surface layer and in the deeper layers.
  • Another advantage lies in the fact that the invention makes it possible to provide coatings containing on the surface a phase notably containing chromium boride, which has never been obtained before.
  • those skilled in the art have for the first time a coating containing chromium boride, the tribological properties of which are also known, without significantly modifying the chromization treatment.
  • the method according to the invention can be applied to all types of steel regardless of their carbon content.
  • a boriding treatment is first carried out. This treatment, regardless of the technique used (powder carburizing, salt baths, EKABOR, slury coating, ionic, etc.), must result in a compact layer of iron boride of at least 15 ⁇ m.
  • the barrier layer which, during chromization, will make it possible to build up sublayers based on chromium boride Cr 2 B and iron boride enriched in chromium (Fc, Cr) 2 B. its thickness, the initial iron boride layer more or less limits the carbon flux which can, after having migrated through it, combine with the chromium deposited during chromization. Together with the boride Cr 2 B, only the carbide M 23 C 6 can then be formed; but this provided that the initial layer of iron boride has a sufficient thickness.
  • thermochemical treatments heat treatments necessary for acquiring the internal characteristics of the substrate can be carried out.
  • heat treatments necessary for acquiring the internal characteristics of the substrate can be carried out.
  • the treatment process is carried out conventionally, but under the aforementioned conditions, by "slury-coating" in the presence of B 4 C + Ta 2 B 4 O 7 in a vinyl binder.
  • the three samples include a compact layer of FeB and Fe 2 B iron borides with respective thicknesses of 4, 15 and 40 ⁇ m.
  • cements is not the subject of the invention since The nature of the cements is not the subject of the invention since these cements come under known techniques. But the order of the treatments and the temperatures reached condition the results.
  • the steel substrates are austenitized at 850 ° C, quenched in oil and returned to 250 ° C for 2 h.
  • the layer of iron boride was consumed and gave rise to the formation of a chromium carbide coating M 23 C 6 and M 7 C 3 without particularly appreciable improvement in the state of crystallization of the latter carbide.
  • the carbide layer M 7 C 3 has almost disappeared. Its thickness is less than 1 ⁇ m.
  • the M 23 C 6 carbide in the form of an independent sublayer remains. But it appears here the chromium boride Cr 2 B with enrichment in chromium of the iron boride Fe 2 B.
  • the coating system is completely different.
  • the initial thickness of iron boride no longer lets the carbon reach the surface with a sufficient content compared to the transport kinetics of chromium. And because of this, the formation of the carbide layer M 7 C 3 is retracted, the diffusion path in the system Fe, Cr, .B, C at the isotherm T of chromization being then modified.
  • the layer over a thickness of approximately 16 ⁇ m, consists of the Cr 2 B and Cr 23 C 6 phases in which iron is substituted (Fe ⁇ 18%). Underlying this layer is the iron boride enriched in chromium by diffusion (Fe, Cr) 2 B.
  • the layer configuration for which the Cr 2 B phase was formed (sample 3) gives particularly advantageous wear resistance results compared to those obtained after direct chromization.
  • test results presented here are penalizing, because in fact the wear in this case was limited to the layer M 7 C 3 , the layer Cr 2 B could not be reached.
  • the coating according to the invention can therefore be applied to any metal part whose wear must be negligible compared to another part whose wear is significant. This is for example the case of a barrel tube and the belt of a shell.
  • the morphology of the layers is typically that of the M 23 C 6 phase.
  • crystals of chromium carbonitride Cr 2 (C, N) are very rare in the case of borochromization.
  • the coating of sample 1 consists of two sub-layers M 23 C 6 and M 7 C 3 with the same appearance as the chromized layers.
  • the coating of sample 2 consists of three sublayers M 23 C 6 , M 7 C 3 and (Cr, Fe) 2 B before. find the general morphology of the layer of iron boride which was not completely consumed during the exchanges.

Abstract

L'invention concerne un revêtement pour acier à haute résistance à l'usure par frottement et un procédé permettant d'obtenir un tel revêtement. Le revêtement comprend deux couches superficielles dont la première en surface est constituée de la phase (Cr,Fe)2B et éventuellement de la phase M23C6, l'autre interne constituée par la phase (Fe,Cr)2B. Pour obtenir ce revêtement on réalise sur des aciers une boruration à une température inférieure ou égale à 950°C pendant un temps supérieur ou égal à 4 heures puis une chromisation à une température inférieure ou égale à 950°C pendant un temps supérieur ou égal à 10 heures. Application à tous les aciers pour augmenter leur résistance à l'usure.

Description

  • Le secteur technique de la présente invention est celui des revêtements à base de chrome pour acier à haute résistance à l'usure par frottement et des procédés mettant en oeuvre une chromisation en phase vapeur.
  • Divers traitements de surface ont été proposés pour accroître la dureté, la résistance à l'usure par frottement, la résistance à la corrosion etc... de pièces en métal ferreux ou en acier et plus généralement pour améliorer les propriétés mécaniques des couches superficielles. Ces principaux traitements sont notamment la nitruration, la boruration, la chromisation.
  • Les brevets français 2 018 609 et 2 450 286 décrivent des procédés de boruration selon lesquels on soumet une pièce métallique à un activateur borurant à une température comprise entre 850°C et 1100°C pendant un temps suffisant. On obtient ainsi une couche de borures de fer, ce qui améliore la résistance à l'usure de l'acier traité.
  • La chromisation des aciers par voie gazeuse est bien connue de l'homme de l'art. Ainsi, le brevet français 1 012 401 et ses additions 60 539 et 60 686 décrivent des traitements qui conduisent à la formation d'alliages de diffusion à base de chrome sur la surface des aciers.
  • Le transport de chrome jusqu'à la surface du matériau à traiter se fait au moyen d'halogènures qui sont les seuls composés au chrome se trouvant à l'état de vapeur aux températures de diffusion.
  • Le dépôt de chrome sur l'alliage à traiter se fait selon deux réactions principales :
    • soit par échange entre l'halogènure de chrome et le fer suivant une réaction qui, dans le cas du chlorure, s'écrit :
    • Figure imgb0001
      soit par réduction de l'halogènure de chrome en milieu hydrogène suivant une réaction qui, dans le cas des chlorures, s'écrit :
      Figure imgb0002
  • L'application de ces procédés de traitement à la surface d'aciers .doux conduit à l'obtention de couches superficielles à forte teneur en chrome qui ont l'avantage d'être inoxydables mais ne présentent pas de duretés élevées.
  • Dans le cas d'aciers dont la teneur en carbone est supérieure à 0,15% et sous réserve d'effectuer le traitement à une température pour laquelle l'acier est à l'état austénitique, la couche formée par chromisation se compose de carbures de chrome. Ces carbures sont, dans la partie la plus superficielle, le carbure M23C6 et, dans les couches sous-jacentes, le carbure M7C3 M designe ici un métal qui, à part le chrome (Cr), peut être du fer (Fe), du molybdène (Mo), du vanadium (V) etc... On sait que les duretés respectives de M23C6 et M7C3 sont de l'ordre de 1200 HV0,01 et 2 100 HV0,01.
  • Plus récemment, on a proposé des variantes de traitement pour augmenter la résistance à l'usure des aciers.
  • Ainsi, le brevet français 2 439 824 propose un procédé selon lequel on réalise d'abord une nitruration ionique d'un acier contenant au moins 0,2% de carbone puis une chromisation classique par voie gazeuse à une température comprise entre 850°C et 1100°C. La nitruration nécessite un bombardement ionique de l'échantillon à une température comprise entre 450 et 570°C à une pression de 2,5 à 8 millibar. Il est précisé qu'un tel traitement permet d'éliminer presque totalement le carbure M7C3 à l'origine de la formation des fissures ou écaillages de l'acier. On formerait ainsi une couche unique superficielle du carbure M23C6 supérieure à 30 µm.
  • Le traitement de nitruration objet du brevet français 2 454 471 donne lieu. à des enrichissements limités en azote-(1 à 2 %). Après chromisation, ce traitement préalable doit permettre, selon le brevet, d'obtenir des couches de carbures d'au moins 20 pm, tout en conservant une taille de grain austénitique assez fine avec absence de décarburation profonde.
  • Selon le brevet français 2 460 340, un traitement de nitruration suivi de chromisation ne peut être appliqué qu'à des aciers ayant au moins 0,8 % de carbone (0,8 à 2 %). Ce double traitement conduirait à la formation de "couches mixtes probablement constituées de chromonitrures". Ces couches permettraient d'éviter l'usure par abrasion tout en supprimant la fragilité des arêtes vives des pièces ainsi traitées. De plus, ces pièces offriraient une bonne résistance à la corrosion sèche et humide.
  • Des études plus poussées tant métallurgiques que tribologiques ont été effectuées sur ees différents revêtements et elles ont permis de préciser dans le cas de la chromisation, la morphologie, la composition et la capacité de résistance à l'usure des couches obtenues. Constituées des phases M23C6 et M7C3, les dites couches peuvent également contenir des 7 nitrures Cr2 N lorsque l'halogène introduit dans le cément est le chlorure d'anmonium NH4Cl. Ces revêtements ont une résistance à l'usure assez importante mais la morphologie et les contraintes internes du carbure M7C3 en limitent leur capacité.
  • Dans le cas des traitcments séquences de nitruration suivie de chromisation, il a été montré que le mode de nitruration (ionique ou gazeux) voire la présence de carbonitrures, n'avaient pas d'influence majeure sur la nature des phases constitutives des couches obtenues. Le critère prédominant s'avère être en fait l'épaisseur initiale de la couche de nitrure. D'une façon générale, les revêtements obtenus se répartissent en deux sous-couches principales. L'une, en surface, se compose de la phase majoritaire Cr2 (C,N) et du carbure M23C6. L'autre, sous-jacente, se compose, pour la moitié de l'épaisseur du revêtement environ, du carbure M7C3. Mais ce carbure conserve là encore une structure colonnaire néfaste à une bonne résistance à l'usure.
  • En résumé dont, les couches obtenues par traitement de chromisation ou de nitruration suivie de chromisation, selon l'art de la technique décrite dans les brevets ici référencés, comprennent une sous-couche de carbure de chrome M7C3. Dans son état de cristallisation, ce carbure réduit la résistance à l'usure des couches chromisées.
  • Le but de la présente invention est de mettre à la disposition de l'homme de l'art un nouveau revêtement et un procédé d'obtention de celui- ci où on évite la formation du carbure M7C3 avec sa cristallisation basaltique.
  • L'invention a donc pour objet un revêtement pour acier à haute résistance à l'usure par frottement, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux couches superficielles dont la première en surface est constituée essentiellement de la phase (Cr, Fe)2B et l'autre interne constituée principalement par la phase (Fe,Cr)2B, Cr, Fe, B, désignant respectivement le chrome, le fer, le bore.
  • Dans la formule (Cr, Fe) B, il faut comprendre que le fer substitue partiellement le chrome dans son réseau et inversement dans la formule (Fe,Cr)2B. Dans les deux cas, la substitution se fait selon un pourcentage inférieur à 18%, en masse.
  • La phase (Cr,Fe)2B peut contenir une autre phase du type M23C6 dans laquelle M représente principalement le chrome éventuellement substitué par le fer, le vanadium, le molybdène, le nickel, le manganèse.
  • Avantageusement l'épaisseur de la première couche peut être au moins de 12 µm et l'épaisseur de la seconde au moins de 18 pm.
  • Ce revêtement est préférentiellement appliqué à un acier dont la teneur en carbone est au moins de 0,15%, en masse.
  • L'inventioin concerne également un procédé pour obtenir un revêtement sur un acier, caractérisé en ce que dans une première étape on réalise une boruration de l'acier à l'état austénitique à une température inférieure ou sensiblement égale à 950°C pendant un temps supérieur ou sensiblement égal à 4 heures et en ce que dans une seconde étape on réalise une chromisation à une température inférieure ou sensiblement égale à 980°C pendant un temps supérieur ou sensiblement égal à 10 heures, étapes suivies éventuellement d'un traitement thermique de trempe et de revenu.
  • La boruration peut être réalisée en présence d'un agent borurant du type B4C + Na2B407 dans un liant vinylique pour réaliser une couche de borures de fer FeB et Fe2B d'au moins 30 µm d'épaisseur.
  • La . couche de borures de fer a une épaisseur voisine de 40 µm.
  • La chromisation peut être réalisée en phase vapeur en présence d'un cément comprenant une poudre fer-chrome 60-40, un antifrittant (Al2O3) un transporteur (NH4Cl) et d'un débit d'hydrogène d'environ 300 litres par heure.
  • Plus particulièrement, la boruration est réalisée à 950°C pendant 4 heures et la chromisation à 950°C pendant 15 heures.
  • Le procédé selon l'invention est appliqué à un acier faiblement allié du type 35 C D4.
  • Comme indiqué précédemment, l'avantage principal de l'invention est d'éviter pour la première fois la formation du carbure M7C3 à la fois dans la couche superficielle et dans les couches plus profondes. Un autre avantage réside dans le fait que l'invention permet de fournir des revêtements contenant en surface une phase renfermant notablement du borure de chrome, ce qui n'a jamais pu être obtenu antérieurement. Ainsi donc l'homme de l'art dispose pour la première fois d'un revêtement contenant du borure de chrome dont les propriétés tribologiques sont par ailleurs connues, sans pour autant modifier sensiblement le traitement de chromisation. Le procédé selon l'invention peut être appliqué à tous les types d'acier quel que soit leur teneur eh carbone.
  • Pour réaliser le revêtement objet de la présente invention on s'y prend comme suit ou de manière équivalente.
  • Avec des aciers, alliés pu non alliés, dont la teneur en carbone peut être inférieure à 0,10% si nécessaire, on effectue tout d'abord un traitement de boruration. Ce traitement, indépendamment de la technique de mise en oeuvre employée (cémentation poudre, bains de sel, EKABOR, slury coating, ionique...), doit conduire à une couche compacte de borure de fer d'au moins 15 µm.
  • Après boruration préalable d'une pièce en acier, on cree en effet à la surface de celle-ci une couche de composes à base des phases Fe2B et/ou Fc B.
  • Ainsi est constituée la couche barrière qui, au cours de la chromisation, va permettre d'édifier des sous-couches à base du borure de chrome Cr2B et borure de Fer enrichi en chrome (Fc,Cr)2B. En fonction de son épaisseur, la couche de borure de fer initiale limite plus ou moins le flux de carbone qui peut, après avoir migré à travers.elle, se combiner avec le chrome déposé en cours de chromisation. Conjointement au borure Cr2 B, seul le carbure M23C6 peut alors être formé; mais cela à condition que la couche de borure de fer initiale ait une épaisseur suffisante.
  • Après traitements thermochimiques, peuvent être effectués des traitements thermiques nécessaires à l'acquisition des caractéristiques internes du substrat. A cet égard, il est préférable de procéder à une nouvelle austénitisation après chromisation, en évitant si possible la trempe à l'eau.
  • Afin de bien faire comprendre l'invention, on va donner à titre indicatif un exemple de réalisation pour montrer l'importance prépondérante de l'épaisseur de la couche initiale de borure de fer compacte. L'acier retenu est faiblement allié du type 35 C D4 largement utilisé dans les fabrications industrielles. Pour cela, on réalise une boruration de trois échantillons, la première à 890°C pendant 1h30, la seconde à 890°C pendant 4 heures et la troisième à 950°C pendant 4 heures.
  • Le procédé de traitement est conduit de façon classique, mais dans les conditions précitées, par "slury-coating" en présence de B4C + Ta2B4O7 dans un liant vinylique. Après traitement, les trois échantillons comportent une couche compacte de borures de fer FeB et Fe2B avec des épaisseurs respectives de 4, 15 et 40 µm.
  • On soumet ensuite ces trois échantillons à une chromisation classique mais dans les conditions suivantes :
    Figure imgb0003
    des céments ne fait pas l'objet de l'invention puisque La nature des céments ne fait pas l'objet de l'invention puisque ces céments relèvent de techniques connues. Hais l'ordre des traitements et les températures atteintes conditionnent les résultats.
  • Après traitement de chromisation, les substrats en acier sont aus- ténitisés à 850°C, trempés à l'huile et revenus à 250°C pendant 2 h.
  • Les phases ayant été déterminées par analyses diffractométriques X. et analyse à la microsonde électronique de Castaing en corrélation avec les diagrammes d'équilibre, on voit que :
    • Echantillon 1 - couche initiale de borures de fer de 4 pm
  • La couche de borure de fer a été consommée et a donné lieu à la formation d'un revêtement à carbures de chrome M23C6 et M7C3 sans amélioration particulièrement sensible de l'état de cristallisation de ce dernier carbure.
    • Echantillon 2 - couche initiale de borures de fer de 15 µm
  • Dans ce cas, la couche de carbure M7C3 a quasiment disparu. Son épaisseur est inférieure à 1 µm. Le carbure M23C6 sous forme d'une sous couche indépendante demeure. Mais il apparaît ici le borure de chrome Cr2B avec enrichissement en chrome du borure de fer Fe2B.
    • Echantillon 3 - couche initiale de borures de fer de 40 µm.
  • Le système de revêtement est totalement différent. L'épaisseur de borure de fer initiale ne laisse plus le carbone atteindre la surface avec une teneur suffisante par rapport à la cinétique de transport du chrome. Et de ce fait, la formation de la couche de carbure M7C3 est escamotée, le parcours de diffusion dans le système Fe, Cr,.B, C à l'isotherme T de chromisation étant alors modifié.
  • La couche, sur une épaisseur de 16 µm environ, se compose des phases Cr2 B et Cr23 C6 dans lesquelles est substitué du fer (Fe ≤ 18%). Sous- jacent à cette couche, se trouve le borure de fer enrichi en chrome par diffusion (Fe, Cr)2B.
  • Les caractéristiques en dureté de ces différentes phases sont les suivantes :
    Figure imgb0004
  • Ces trois échantillons ont subi un essai standard d'usure sur tribomètre en configuration pion-disque, selon les paramètres d'essai suivants:
    • - échantillons 1, 2 et 3 sous forme de disques plans en acier 35 CD 4,
    • -pion cylindrique à bout plat de diamètre 1,5 mm en acier 35 CD 4, traité thermiquement pour une dureté de 310 HV0,5 -,
    • - effort normal 1N, soit une contraintes statique normale apparente de 0,56 MPa,
    • - vitesse circonférentielle: 500 tr mn
    • - vitesse linéaire de contact : 41 m mn
    • - température laboratoire : 20°C,
    • - frottement sec,
    • - distance de sollicitation : 50 km.
  • Les résultats obtenus sont consignés au tableau suivant, ainsi que ceux obtenus avec un échantillon de référence traité par chromisation classique. Il faut noter que les pions n'ayant pas de traitement spécifique, subissent une usure importante. C'est donc essentiellement l'usure des disques qu'il importe d'observer.
    Figure imgb0005
  • On peut remarquer que la configuration de couche pour laquelle la phase Cr2B a été constituée, (échantillon 3) donne des résultats de résistance à l'usure particulièrement intéressants comparativement à ceux obtenus après chromisation directe.
  • Dans le cas de la couche avec boruration initiale 15 µm, (échantillon 2) les résultats d'essais présentés ici sont pénalisants, car en fait l'usure dans ce cas était limitée à la couche M7C3, la couche Cr2B n'ayant pu être atteinte.
  • Donc pour l'échantillon 3, des résultats se passent de commentaires; l'usure du disque est pratiquement négligeable. Le revêtement selon l'invention peut donc être appliqué à toute pièce métallique dont l'usure doit être négligeable par rapport à une autre pièce dont l'usure est importante. C'est par exemple le cas d'un tube de canon et de la ceinture d'un obus.
  • Quant à la morphologie des couches on peut préciser les points suivants : en surface la morphologie des couchés est typiquement celle de la phase M23C6. Mais à la différence des couches obtenues par chromisation directe, les cristaux de carbonitrure de chrome Cr2(C,N) sont dans le cas de la borochromisation très rares.
  • En coupe, le revêtement de l'échantillon 1 se compose de deux sous-couches M23C6 et M7C3 de même aspect que les couches chromisées. Par contre, le revêtement de l'échantillon 2 se compose de trois sous-couches M23C6, M7C3 et (Cr,Fe)2B avant de. retrouver la morphologie générale de la couche de borure de fer qui n'a pas été totalement consommée au cours des échanges.
  • Quant à l'échantillon 3, on n'observe plus de sous-couches en tant que telles et le revêtement se présente sous la forme d'un bandeau polyphasé de (Cr,Fe)2B et M23C6 en dessous duquel se situe la couché de borure de fer initiale non consommée au cours des échanges.

Claims (10)

1- Revêtement pour acier à haute résistance à l'usure par frottement, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux couches superficielles dont la première en surface est constituée essentiellement de la phase (Cr, Fe 2B et l'autre interne constituée principalement par la phase (Fe, Cr )2B, Cr, Fe, B désignant respectivement le chrome, le fer, le bore.
2- Revêtement selon la revendication 1, caractérisé en ce que la phase (Cr, Fe )2B contient une autre phase du type M23 C6 dans laquelle M représente principalement le chrome éventuellement substitué par le fer, le vanadium, le molybdène, le nickel, le manganèse.
3 - Revêtement selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'épaisseur de la première couche est au moins de 12 pm et l'épaisseur de la seconde au moins de 18 µm.
4 - Revêtement selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il est appliqué à un acier dont la teneur en carbone est au moins de 0,15%.
5 - Procédé pour obtenir un revêtement sur un acier selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que dans une première étape on réalise une boruration de l'acier à l'état austénitique à une température inférieure ou sensiblement égale à 950°C pendant un temps supérieur ou sensiblement égal à 4 heures et en ce que dans une seconde étape on réalise une chromisation à une température inférieure ou sensiblement égale à 980°C pendant un temps supérieur ou sensiblement égal à 10 heures, étapes suivies éventuellement d'un traitement thermique de trempe et de revenu.
6 - Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la boruration est réalisée en présence d'un agent borurant du type B4C + Na2B4O7 dans un liant vinylique pour réaliser une couche de borures de fer FeB et Fe2B d'au moins 30 µm d'épaisseur.
7 - Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la couche de borures de fer a une épaisseur de 40 µm.
8 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que la chromisation est réalisée en phase vapeur en présence d'un cément comprenant une poudre fer-chrome 60-40, un antifrittant (A1203), un transporteur (KH4Cl) et d'un débit d'hydrogène d'environ 300 litres par heure.
9 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérise en ce que la boruration est réalisée à 950°C pendant 4 lieures et la chromisation à 950°C pendant 15 heures.
10 - Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il est appliqué à un acier faiblement allié du type 35 C D4.
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