FR2504426A1 - CAST PIECE COMPRISING COMPACT, WEAR-RESISTANT PARTS AND METHOD FOR MANUFACTURING SUCH A PIECE - Google Patents
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Abstract
CORPS TENACE RESISTANT A L'USURE, CARACTERISE PAR LE FAIT QU'IL COMPORTE UN COMPOSANT RESISTANT A LA PENETRATION CONTENANT DES PARTICULES DE CARBURES D'UNE DIMENSION SUPERIEURE A 38 MICRONS, UNE PREMIERE MATRICE METALLIQUE, LES PARTICULES ETANT LIEES A LA PREMIERE MATRICE ET ETANT DISPOSEES PRATIQUEMENT A L'INTERIEUR DE CELLE-CI, ET UNE DEUXIEME MATRICE METALLIQUE, CETTE DEUXIEME MATRICE ETANT LIEE AU COMPOSANT RESISTANT A LA PENETRATION.WEAR RESISTANT TO WEAR, CHARACTERIZED IN THAT IT INCLUDES A PENETRATION RESISTANT COMPONENT CONTAINING CARBIDE PARTICLES OF A SIZE OVER 38 MICRONS, A FIRST METAL MATRIX, THE PARTICLES BEING BOUND TO THE FIRST MATRIX AND BEING PROVIDED PRACTICALLY INSIDE THE SAME, AND A SECOND METAL MATRIX, THIS SECOND MATRIX IS LINKED TO THE PENETRATION RESISTANT COMPONENT.
Description
La présente invention concerne le domaine des pièces coulées résistantes àThe present invention relates to the field of castings resistant to
l'usure et leur fabrication Dewear and their manufacture
façon spécifique, la présente invention concerne le domai- Specifically, the present invention relates to the field of
ne des pièces coulées pour travaux de terrassement, ré- do castings for earthworks, repair
sistantes à l'usure et des dispositifs de sécurité résis- resistant to wear and resistant safety devices
tants à la pénétration.so much for penetration.
Dans le domaine des équipements de terrassement, la durée de vie utile des dents en contact avec le terrain In the field of earthmoving equipment, the useful life of the teeth in contact with the ground
travaillé est un facteur important de l'économie du tra- worked is an important factor in the labor economy
vail effectué.vail performed.
La durée de vie de ces dents est affectée par l'envi- The lifespan of these teeth is affected by the envi-
ronnement dans lequel elles opèrent, cet environnement reason in which they operate, this environment
pouvant créer des conditions d'usure par abrasion, d'ef- can create conditions of wear by abrasion, eff-
forts aux impacts, de variations de température, de vibra- strong at impacts, temperature variations, vibrations
tions et de corrosion sur la surface des dents, tous ces facteurs tendant à réduire la durée de vie utile de la dent ou de l'outil Les temps d'arrêt pour remplacer les outils usés ou brisés et le coût de ces outils ont conduit à un large développement de toute une variété d'outils corrosion and corrosion on the surface of the teeth, all these factors tending to reduce the useful life of the tooth or tool The downtime to replace worn or broken tools and the cost of these tools have led to a broad development of a variety of tools
conçus pour avoir des durées de vie plus longues. designed to have longer lifespans.
Dans certains cas, ces outils améliorés comportent des carbures noyés dans la surface de travail de l'outil par des procédés de coulée (voir par exemple les brevets In some cases, these improved tools include carbides embedded in the working surface of the tool by casting processes (see for example the patents
US no 4 024 902 et 4 14 o 170).US 4,040,902 and 4 14 or 170).
Ces techniques de coulée soulèvent des problèmes lors- These casting techniques raise problems when
qu'on désire obtenir des pièces coulées ayant des sections we want to obtain castings with sections
transversales relativement minces ou lorsqu'on désire pla- relatively thin or when you want to
cer des particules de carbure sur la surface d'un accessoi- cer carbide particles on the surface of an accessory
re vertical, aussi bien que sur une portion horizontale, re vertical, as well as on a horizontal portion,
d'une pièce coulée.of a casting.
Afin de réduire la dissolution des particules de car- In order to reduce the dissolution of particles of car-
bure lors de la coulée, et la phase êta fragile résultante (carbures M 6 C ou M 12 C contenant du tungstène et du fer) produite aux interfaces carbure-acier, les particules de carbure cémentés utilisées doivent avoir une dimension bure during casting, and the resulting eta fragile phase (M 6 C or M 12 C carbides containing tungsten and iron) produced at the carbide-steel interfaces, the cemented carbide particles used must have a dimension
supérieure à 3 mm L'augmentation de la dimension des par- greater than 3 mm The increase in the size of the
ticules réduit la surface de l'interface carbure-acier. ticules reduces the surface of the carbide-steel interface.
Toutefois, dans les sections minces d'une pièce coulée ayant une épaisseur seulement légèrement supérieure à la dimension des particules de carbure, les carbures peuvent agir en liaison avec le moule pour refroidir rapidement et de façon excessive le métal liquide circulant entre les carbures et provoquer ainsi un remplissage incomplet However, in the thin sections of a casting having a thickness only slightly greater than the size of the carbide particles, the carbides can act in connection with the mold to rapidly and excessively cool the liquid metal circulating between the carbides and cause thus an incomplete filling
dans ces sections minces.in these thin sections.
Il est également délicat de maintenir les grosses par- It is also difficult to maintain large areas.
ticules cémentées uniformément réparties dans une section verticale d'une pièce coulée sans remplir cette section de carbure depuis le bas vers le haut de façon à maintenir case-hardened tiles uniformly distributed in a vertical section of a casting without filling this section with carbide from the bottom to the top so as to maintain
les carbures en position lors de la coulée Ceci peut en- carbides in position during casting This can
tratner les vides précités et/ou un remplissage incomplet draw the aforementioned voids and / or an incomplete filling
dû au refroidissement excessif du métal liquide. due to excessive cooling of the liquid metal.
Dans le brevet australien ne AU-BI-31 362/77, on In Australian patent no AU-BI-31 362/77, we
cherche à éviter les problèmes de coulée précités en bro- seeks to avoid the aforementioned casting problems in bro-
yant une poudre d'un acier faiblement allié et traitable à chaud avec une poudre de carbure de tungstène ou une poudre de carbure d'une solution solide de tungstène et de molybdène, et en comprimant ensuite le mélange et en le frittant pratiquement au maximum de la densité théorique there is a powder of a low alloy steel and heat treatable with a powder of tungsten carbide or a powder of carbide of a solid solution of tungsten and molybdenum, and then compressing the mixture and by sintering it practically to the maximum theoretical density
pour obtenir une pièce compacte(appelée ci-après simple- to obtain a compact part (hereinafter called simple-
ment "compact")du mélange résultant On coule alors de l'acier faiblement allié autour de ce compact fritté "compact") of the resulting mixture We then pour low alloy steel around this sintered compact
d'acier et de carbure pour obtenir un produit fini Tou- of steel and carbide to obtain a Tou-
tefois, dans ce brevet australien, les poudres d'acier utilisées sont limitées à des aciers à faible teneur en chrome. However, in this Australian patent, the steel powders used are limited to steels with low chromium content.
La présente invention propose un corps tenace résis- The present invention provides a tough tenacious body
tant à l'usure dans lequel des particules de carbure ayant both to wear in which carbide particles having
une dimension supérieure à 38 microns sont noyées prati- a dimension larger than 38 microns are drowned practically
quement dans une première matrice métallique Le composite only in a first metallic matrix The composite
ci-dessus de particules de carbure et de la première ma- above carbide particles and the first ma-
trice métallique est lié à une deuxième matrice métallique. metallic trice is linked to a second metallic matrix.
De préférence, les particules de carbure sont des particu- Preferably, the carbide particles are particles
les de carbure cémentées, de préférence contenant du car- cemented carbide, preferably containing carbon
bure de tungstène De préférence également, les particules de carbure constituent 30 à 80 % en poids du composite et tungsten bure Preferably also, the carbide particles constitute 30 to 80% by weight of the composite and
ont une dimension supérieure à 425 microns. have a dimension greater than 425 microns.
De préférence également, la deuxième matrice métal- Also preferably, the second metal matrix
lique entoure pratiquement le composite de particules de carbure et de la première matrice métallique. La première matrice métallique est, de préférence, en acier, de préférence en acier inoxydable, et notamment en lique practically surrounds the composite with carbide particles and the first metallic matrix. The first metallic matrix is preferably made of steel, preferably made of stainless steel, and in particular made of
un acier inoxydable austénitique.an austenitic stainless steel.
La deuxième matrice métallique est en acier, de pré- The second metal matrix is steel, pre-
férence en un acier faiblement allié ou un acier austéni- reference in low alloy steel or austenitic steel
tique, et notamment en un acier inoxydable austénitique. tick, and in particular an austenitic stainless steel.
On préfère également que les particules de carbure cémentées utilisées contiennent principalement du carbure de tungstène et un liant choisi parmi le cobalt, le nickel, leurs alliages entre eux ou leurs alliages avec d'autres métaux. It is also preferred that the cemented carbide particles used mainly contain tungsten carbide and a binder chosen from cobalt, nickel, their alloys with one another or their alloys with other metals.
On a également constaté que, lorsque la première ma- It was also found that when the first ma-
trice métallique était de l'acier inoxydable austénitique, la densité de la première matrice devait être inférieure à 90 %, et même descendre jusqu'à 75 à 85 % de la densité metal trice was austenitic stainless steel, the density of the first matrix had to be lower than 90%, and even go down to 75 to 85% of the density
maximale théorique.theoretical maximum.
La présente invention propose également un procédé dans lequel les particules de carbure sont mélangées avec la poudre constituant la première matrice métallique, et dans lequel le mélange est ensuite tassé isostatiquement et fritté Une deuxième matrice métallique ou du métal liquide est alors lié à ce"compact" Le métal liquide peut être coulé pratiquement autour du compact ou, en fonction de l'application, par exemple pour procurer une surface The present invention also provides a process in which the carbide particles are mixed with the powder constituting the first metal matrix, and in which the mixture is then compacted isostatically and sintered. A second metal matrix or liquid metal is then bonded to this "compact "The liquid metal can be poured practically around the compact or, depending on the application, for example to provide a surface
d'usure, le métal liquide peut ne pas entourer complète- wear, liquid metal may not surround completely
ment le corps composite.the composite body.
C'est en conséquence un but de la présente invention de réduire les phases fragiles produites lorsqu'on coule It is therefore an object of the present invention to reduce the fragile phases produced when sinking
du métal liquide autour de carbures. liquid metal around carbides.
C'est également un but de la présente invention de procurer un produit ayant d'excellentes caractéristiques de résistance à l'usure, à la corrosion et au perçage, It is also an object of the present invention to provide a product having excellent characteristics of resistance to wear, to corrosion and to drilling,
ainsi qu'une bonne tenacité.as well as good tenacity.
Un autre but de l'invention est de procurer un pro- Another object of the invention is to provide a pro-
cédé de fabrication d'un outil de terrassement ou d'un assigned to manufacture an earthmoving tool or a
dispositif de sécurité résistant à la pénétration. security device resistant to penetration.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la The invention will be better understood on reading the
description détaillée donnée ci-après à titre d'exemple detailed description given below as an example
seulement, en liaison avec le dessin annexé sur lequel La fig l est une vue isométrique d'un bottier de only, in conjunction with the appended drawing in which FIG. 1 is an isometric view of a shoemaker of
verrouillage coulé selon la présente invention. cast lock according to the present invention.
La fig 2 est une coupe transversale de la réalisa- Fig 2 is a cross section of the realization
tion de la fig 1, selon les flèches II-Il. tion of fig 1, according to arrows II-II.
La fig 3 est une vue en coupe transversale d'une cavité de moule utilisé pour produire la réalisation de la fig 1 de la présente invention; et La fig 4 est une vue en coupe transversale d'une Fig 3 is a cross-sectional view of a mold cavity used to produce the embodiment of Fig 1 of the present invention; and Fig 4 is a cross-sectional view of a
réalisation d'une dent d'engin excavateur selon la présen- production of an excavator tooth according to the present
te invention.the invention.
Selon la présente invention, on mélange 30 à 80 % en poids de particules de carbure avec 70 à 20 % en poids de According to the present invention, 30 to 80% by weight of carbide particles are mixed with 70 to 20% by weight of
poudre d'acier pour obtenir un mélange pratiquement unifor- steel powder to obtain a practically uniform mixture
me de carbure et d'acier Les particules de carbure utili- carbide and steel particles The carbide particles used
sées sont de préférence des particules de carbure de tungs- are preferably particles of tungs carbide-
tène cémentées ayant une dimension de 38 microns ou de préférence supérieure à 425 microns En particulier, ces particules de carbure cémentées doivent avoir une dimension cemented tene having a dimension of 38 microns or preferably greater than 425 microns In particular, these cemented carbide particles must have a dimension
comprise entre 3,35 et 1,70 mm.between 3.35 and 1.70 mm.
On a constaté que des matériaux composites frittés contenant des particules de carbure cémentées dont les dimensions sont comprises dans la plage citée en dernier It has been found that sintered composite materials containing cemented carbide particles whose dimensions are included in the range cited last
résistent fort bien à la pénétration au perçage. resist penetration by drilling very well.
On peut obtenir d'autres améliorations de la résis- Other improvements in resistance can be obtained.
tance à l'usure et de la résistance à la pénétration au perçage en utilisant des particules de carbure ayant une wear resistance and penetration resistance to drilling using carbide particles having a
granulométrie bimodale Dans cette réalisation, la dimen- bimodal particle size In this embodiment, the dimension
sion des particules de carbure les plus petites est choisie size of the smallest carbide particles is chosen
pour leur permettre de se loger dans les interstices for- to allow them to find accommodation in the interstices
més éntre les particules de carbure plus grosses, augmentant 2 el) 4 4 ? 6 between the larger carbide particles, increasing 2 el) 4 4? 6
ainsi la résistance à l'usure.thus resistance to wear.
Les carbures cémentés peuvent comporter un liant Cemented carbides may have a binder
métallique choisi parmi le cobalt, le nickel ou des al- metallic chosen from cobalt, nickel or al-
liages cobalt-nickel Outre le carbure de tungstène, le carbure cémenté peut contenir de plus petites quantités d'autres carbures, tels que le carbure de tantale, le carbure de niobium, le carbure de hafnium, le carbure de cobalt-nickel bondings In addition to tungsten carbide, cemented carbide may contain smaller amounts of other carbides, such as tantalum carbide, niobium carbide, hafnium carbide, carbide of
zirconium et le carbure de vanadium. zirconium and vanadium carbide.
On a trouvé qu'on pouvait utiliser dans ce procédé We found that we could use in this process
des déchets de carbure cémentés, broyés et tamisés. cemented carbide waste, ground and sieved.
Bien que l'on puisse remplacer la totalité ou une Although you can replace all or a
partie des particules de carbure cémentés dans le maté- part of the cemented carbide particles in the material
riau composite par des particules de carbure de tungstène supérieures à 38 microns, ceci n'est pas souhaitable du fait que la poudre de carbure de tungstène se lie moins aisément à l'acier, tend à se fracturer aisément et que la résistance à l'usure et aux chocs obtenue est généralement moindre que dans le cas des carbures de tungstène cémentés composite ria by tungsten carbide particles larger than 38 microns, this is undesirable since tungsten carbide powder binds less readily to steel, tends to fracture easily and resistance to wear and shock obtained is generally less than in the case of cemented tungsten carbides
de la même dimension de particules. of the same particle size.
La poudre d'acier utilisée dans cette invention peut être un acier allié, mais ctest de préférence un acier The steel powder used in this invention may be an alloy steel, but it is preferably a steel
inoxydable du fait de sa plus grande résistance à la cor- stainless due to its greater resistance to corrosion
rosion Cependant, les aciers inoxydables préférés dans cette invention sont les aciers inoxydables austénitiques du fait de leur grande résistance à l'usure et aux chocs depuis la température ambiante jusqu'aux températures cryogéniques Parmi ces aciers inoxydables austénitiques, on préfère les qualités AISI type 301, 302, 3 o 4 et 304 L, However, the preferred stainless steels in this invention are austenitic stainless steels because of their high resistance to wear and impact from ambient temperature to cryogenic temperatures. Among these austenitic stainless steels, the AISI type 301 qualities are preferred. , 302, 3 o 4 and 304 L,
du fait de leur vitesse de durcissement élevée. due to their high curing speed.
Outre les poudres de carbure et d'acier dans la charge, on ajoute également des liants organiques pour empêcher toute ségrégation et obtenir une répartition uniforme des In addition to the carbide and steel powders in the feed, organic binders are also added to prevent any segregation and obtain a uniform distribution of the
carbures lors du mélangeage et pour conserver cette uni- carbides during mixing and to maintain this uni-
formité après celui-ci.formity after this one.
Ensuite, le mélange de poudre est tassé par compres- Then, the powder mixture is compacted by compress-
sion uniaxiale dans un moule ou par pression hydrostatique dans un moule de préforme, de préférence à environ uniaxial sion in a mold or by hydrostatic pressure in a preform mold, preferably about
2,5 10 pascals, la prebsion ne devant pas être infé- 2.5 10 pascals, the prebsion should not be inferior
rieure à 0,7 10 2 pascals.less than 0.7 10 2 pascals.
Après tassement, le corps obtenu est fritté à une température de préférence inférieure au point de fusion de l'acier et notamment dans la plage de 1 o 4 o à 12300 C pendant 20 à 90 minutes, évitant ainsi la formation des phases êta à l'interface carbure cémenté-acier, tout en After compaction, the body obtained is sintered at a temperature preferably below the melting point of the steel and in particular in the range from 1 o 4 o to 12300 C for 20 to 90 minutes, thus avoiding the formation of the eta phases at l cemented carbide-steel interface, while
procurant une liaison métallurgique solide entre le car- providing a solid metallurgical bond between the car-
bure cémenté et l'acier.cemented bure and steel.
Dans la plupart des cas, la liaison entre l'acier et le carbure cémenté prend la forme d'une couche alliée à In most cases, the bond between steel and cemented carbide takes the form of a layer alloyed with
l'interface carbure cémenté-acier Cette couche est compo- the cemented carbide-steel interface This layer is composed
sée principalement de cobalt et de fer et son épaisseur mainly of cobalt and iron and its thickness
est, de façon caractéristique, inférieure à 40 microns. is typically less than 40 microns.
Cette liaison est importante pour retenir de façon cer- This bond is important for retaining
taine les particules de carbures cémenté grossières à keeps coarse cemented carbide particles at
l'intérieur de la matrice d'acier.inside the steel matrix.
On a constaté que les compacts frittés utilisant de la poudre d'acier inoxydable austénitique présentent une microporosité à pores communicants et ont une densité de liant d'acier inférieure à 90 % de la valeur théorique et de façon plus caractéristique, comprise entre 75 et % de la valeur théorique Pour accroître la densité des It has been found that the sintered compacts using austenitic stainless steel powder have a microporosity with communicating pores and have a density of steel binder less than 90% of the theoretical value and more typically between 75 and% of theoretical value To increase the density of
corps compacts, on peut employer une compression isosta- compact bodies, isosta- compression can be used
tique à chaud, des infiltrations ou augmenter les pressions de tassement Ces procédés améliorent également la retenue hot tick, infiltration or increase the packing pressures These processes also improve the retention
des carbures dans le corps composite Les agents dtinfil- carbides in the composite body
tration utilisés peuvent être choisis parmi l'un quelcon- tration used can be chosen from any one
que des matériaux de brasage à base de cuivre ou à base d'argent qui mouillent à la fois l'acier inoxydable et les carbures. Le corps compact fritté est alors placé à l'intérieur d'un moule et on verse du métal fondu autour de lui pour obtenir une pièce coulée Le processus de coulée utilisé peut être l'un quelconque de ceux bien connus dans la technique Cependant, on préfère le processus de coulée décrit dans le brevet US 4 024 902 On peut préchauffer 29 c O 4426 le matériau compact avant de verser le métal fondu dans than copper-based or silver-based brazing materials that wet both stainless steel and carbides. The compact sintered body is then placed inside a mold and molten metal is poured around it to obtain a casting. The casting process used can be any of those well known in the art. prefer the casting process described in US Pat. No. 4,024,902 The compact material can be preheated 29 c O 4426 before pouring the molten metal into
le moule.the mold.
Ce métal fondu peut être un alliage ferreux ou non ferreux, et est de préférence de l'acier Le type d'acier utilisé n'est pas nécessairement identique à celui contenu dans le matériau compact Lorsque les caractéristiques de résistance mécanique et de résistance aux chocs et à la corrosion sont importantes, l'acier coulé est de préférence This molten metal can be a ferrous or non-ferrous alloy, and is preferably steel The type of steel used is not necessarily identical to that contained in the compact material When the characteristics of mechanical strength and impact resistance and corrosion are important, the cast steel is preferably
un acier inoxydable austénitique On peut également utili- an austenitic stainless steel.
ser des aciers au manganèse faiblement alliés et austéni- be low alloyed and austenitic manganese steels
tiques. L'acier coulé forme une liaison métallurgique avec le liant d'acier dans le compact avec une réaction minimale avec les carbures cémentés La formation de la phase êta est ainsi réduite du fait que la surface spécifique des carbures venant en contact avec l'acier liquide a été réduite. L'utilisation de compacts en carbures cémentés et en acier permet également de lier les carbures en une variété de concentrations, de positions et d'orientations, à la fois sur la surface et en dessous de la surface des corps coulés. ticks. The cast steel forms a metallurgical bond with the steel binder in the compact with minimal reaction with the cemented carbides. The formation of the eta phase is thus reduced because the specific surface of the carbides coming into contact with the liquid steel. has been reduced. The use of compacts in cemented carbides and in steel also makes it possible to bind carbides in a variety of concentrations, positions and orientations, both on the surface and below the surface of the cast bodies.
Le procédé et les produits selon la présente inven- The process and the products according to the present invention
tion apparaîtront mieux dans les exemples détaillés sui- tion will appear better in the detailed examples below.
vants:before:
Exemple 1Example 1
On fabrique un certain nombre de dents 1 d'engin d'excavation résistant à l'usure et aux chocs (voir fig 4) comportant des parties compactes 3 On prépare un mélange A number of teeth 1 of the wear-resistant and impact-resistant excavation machine are produced (see FIG. 4) comprising compact parts 3 A mixture is prepared
uniforme constitué par 60 % en poids de granulés de car- uniform consisting of 60% by weight of granules of
bure de tungstène cémenté, au cobalt, de granulométrie cemented tungsten bure, with cobalt, of grain size
comprise entre 3,18 et 4,76 mm et de 40 % en poids de pou- between 3.18 and 4.76 mm and 40% by weight of
dre d'acier inoxydable austénitique 304 L atomisée à moins de 150 microns (fabriqué par Hoeganaes Corporation of New Jersey), en mélangeant à sec avec 1,25 % en poids de paraffine et 0,75 % en poids d'éthylcellulose Le mélange dre of austenitic stainless steel 304 L atomized to less than 150 microns (manufactured by Hoeganaes Corporation of New Jersey), by dry mixing with 1.25% by weight of paraffin and 0.75% by weight of ethylcellulose The mixture
est manuellement tassé dans une cavité de moule en poly- is manually packed in a poly mold cavity
uréthane élastomère ayant la forme du compact désiré elastomeric urethane in the form of the desired compact
( 50,8 mm de longueur, 19,1 mm de largeur, 6,35 mm d'épais- (50.8 mm long, 19.1 mm wide, 6.35 mm thick-
seur) dimensionné pour permettre un tassement isostatique à froid de la poudre, en tenant compte d'un retrait au frittage de 1 % Après le tassement isostatique à froid à 2,5 10 2 pascals, la préforme tassée est retirée du moule et frittée sous vide à 11500 C pendant 60 minutes Les corps frittés sont alors placés dans un moule de sable qui présente 8 cavités formées à la forme des dents de l'engin d'excavation recherchée Les composants nécessaires à la préparation d'un acier faiblement allié AISI 4340 sont fondus dans un four à induction, les parties compactes sont préchauffées et l'acier coulé dans le moule a une température comprise entre 1680 et 17300 C, pour former la dent d'excavateur représentée sur la fig 4, dans laquelle l'acier 4340 (repère 5) est lié à deux faces se raccordant sized) to allow cold isostatic packing of the powder, taking into account a sintering shrinkage of 1% After the cold isostatic packing at 2.5 10 2 pascals, the packed preform is removed from the mold and sintered under vacuum at 11500 C for 60 minutes The sintered bodies are then placed in a sand mold which has 8 cavities formed in the shape of the teeth of the desired excavation machine The components necessary for the preparation of a low alloy steel AISI 4340 are melted in an induction furnace, the compact parts are preheated and the steel cast in the mold at a temperature between 1680 and 17300 C, to form the excavator tooth shown in fig 4, in which the steel 4340 (item 5) is linked to two connecting faces
selon un angle de la partie compacte 3. at an angle of the compact part 3.
Un examen métallographique montre que la matrice d'acier inoxydable présente une structure austénitique Metallographic examination shows that the stainless steel matrix has an austenitic structure
avec quelques carbures de chrome intergranulaires, dési- with some intergranular chromium carbides, desi-
gnée sous le nom de sensibilisation, ce qui est typique des aciers inoxydables austénitiques refroidis lentement après frittage La sensibilisation peut être éliminée par Known as sensitization, which is typical of austenitic stainless steels cooled slowly after sintering. Sensitization can be eliminated by
un traitement thermique ultérieur en solution Les inter- subsequent heat treatment in solution Inter-
faces de la matrice en acier inoxydable et des carbures cémentés présentent une zone de liaison continue d'environ sides of the stainless steel matrix and cemented carbides have a continuous bonding area of approximately
microns d'épaisseur d'un alliage constitué principale- microns thick of a main alloy
ment de fer et de cobalt Les particules de carbure cémen- iron and cobalt particles carbide particles
té dispersées apparaissent dépourvues de criques thermi- scattered tee appear devoid of thermal cracks
ques avec une quantité minimale de dissolution, de fusion ou de dégradation de la phase carbure dispersée aux limites interfaciales ou à leur voisinage On constate un certain degré de fusion ou de mélange de l'acier inoxydable et une certaine dégradation des carbures lorsque le métal liquide vient en contact avec les carbures à la surface de la partie compacte Cependant, en dessous de cette surface, les limites interfaciales des carbures sont généralement with a minimum amount of dissolution, fusion or degradation of the dispersed carbide phase at the interface limits or in their vicinity There is a certain degree of fusion or mixing of the stainless steel and a certain degradation of the carbides when the liquid metal comes into contact with the carbides on the surface of the compact part However, below this surface, the interfacial limits of the carbides are generally
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bien tranchées, sauf en ce qui concerne la zone de dif- well-defined except for the area of diff
fusion précitée de l'alliage fer-cobalt On n'observe aucune concentration potentiellement nuisible des phases êta. Des éprouvettes furent frappées plusieurs fois ( 5 et 6 fois) avec un marteau à panne sphérique à la température ambiante et à la température de l'azote liquide (-1950 c) et on constate que ces éprouvettes ont une bonne résistance Above-mentioned melting of the iron-cobalt alloy No potentially harmful concentration of the eta phases is observed. Test pieces were struck several times (5 and 6 times) with a spherical hammer at room temperature and at the temperature of liquid nitrogen (-1950 c) and we find that these test pieces have good resistance
aux chocs et sont peu sujettes à des fractures de fragili- impact and are not subject to fragile fractures
té On doit toutefois noter que, lorsque le pourcentage en poids des carbures cémentés dans le matériau composite However, it should be noted that when the percentage by weight of cemented carbides in the composite material
augmente, la résistance aux chocs peut être légèrement ré- increases, impact resistance may be slightly reduced
duite, mais la résistance à l'usure et à la pénétration par pick, but resistance to wear and penetration by
perçage augmente dans ce cas.piercing increases in this case.
Des mesures de microdureté d'une section de la dent de coulée montrent des duretés moyennes (indentations) d'environ 75 R"C", 29 R"C" et 38 R"C" à l'intérieur d'une coupe au travers du carbure cémenté, de l'acier inoxydable Microhardness measurements of a section of the casting tooth show average hardnesses (indentations) of approximately 75 R "C", 29 R "C" and 38 R "C" inside a section through cemented carbide, stainless steel
304 L et de l'acier 4340 respectivement (-3,18 mm des inter- 304 L and 4340 steel respectively (-3.18 mm from the inter-
faces de l'acier inoxydable).stainless steel faces).
Exemple 2Example 2
La fig 1 représente un boitier de verrouillage résis- Fig 1 shows a resilient locking box
tant au perçage 10 produit en coulant un acier faiblement allié du type 4340 autour de plaques de carbure et d'acier inoxydable 304 L fritté ( 101,6 mm de longueur, 63,5 mm de largeur, 3,18 à 4,76 mm d'épaisseur) et de plaques ( 82,6 mm both in drilling 10 produced by casting a low alloy steel of type 4340 around plates of carbide and sintered 304 L stainless steel (101.6 mm in length, 63.5 mm in width, 3.18 to 4.76 mm thick) and plates (82.6 mm
de longueur, 63,5 mm de largeur, 3,18 à 4,76 mm d'épais- long, 63.5 mm wide, 3.18 to 4.76 mm thick
seur) La position d'une des plaques frittées 12 est repré- The position of one of the sintered plates 12 is shown
sentée en tirets sur la figure Les plaques sont préparées en mélangeant uniformément un mélange de 50 O en poids de copeaux de carbure de tungstène cémenté, au cobalt, d'une granulométrie comprise entre 2,30 et 1,70 mm, 50 % en poids d'une poudre d'acier inoxydable AISI 304 L inférieure à 150 microns et 10 en poids de liants (chlorothène Nu et felt in dashes in the figure The plates are prepared by uniformly mixing a mixture of 50 O by weight of shavings of cemented tungsten carbide, with cobalt, of a particle size comprised between 2.30 and 1.70 mm, 50% by weight an AISI 304 L stainless steel powder less than 150 microns and 10 by weight of binders (chlorothene Nu and
0,75 d'éthylcellulose) La poudre d'acier inoxydable for- 0.75 ethylcellulose) Stainless steel powder forms
mant la matrice contenant la phase carbure cémenté dispersée est tassée dans un moule en polyuréthane formé aux mant the matrix containing the dispersed cemented carbide phase is packed in a polyurethane mold formed at
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dimensions des plaques Le moule est alors fermé, placé dans un sac en caoutchouc dans lequel on fait le vide et dimensions of the plates The mold is then closed, placed in a rubber bag in which a vacuum is created and
qu'on ferme hermétiquement et ensuite comprimé isostati- which is closed hermetically and then compressed isostati-
quement à 2,5 10 pascals Après avoir retiré du sac en caoutchouc et du moule la plaque compacte, celle-ci est only at 2.5 10 pascals After removing the compact plate from the rubber bag and the mold, it is
frittée dans un four sous vide à 11500 C pendant 60 minutes. sintered in a vacuum oven at 11500 C for 60 minutes.
Ces plaques résistant au perçage sont alors disposées These drilling resistant plates are then placed
sur l'avant, l'arrière et les côtés d'une cavité de bot- on the front, back and sides of a bot cavity
tier de verrouillage dans un moule La fig 3 est une vue en coupe d'un moule en sable 30 ayant une cavité formée entre un chapeau 32 et une section inférieure 34 On voit les plaques frittées 12 maintenues en position dans les cavités de parois latérales par des clous 36 et 40 qui locking tier in a mold FIG. 3 is a section view of a sand mold 30 having a cavity formed between a cap 32 and a lower section 34 The sintered plates 12 are seen held in position in the cavities of the side walls by nails 36 and 40 which
sont incorporés dans la section inférieure 34 du moule 30. are incorporated in the lower section 34 of the mold 30.
Des particules de carbure cémenté 42 ont été déposées sur le fond de la cavité Avant de placer le chapeau 32 sur Particles of cemented carbide 42 were deposited on the bottom of the cavity Before placing the cap 32 on
la section inférieure 34, les particules de carbure cémen- the lower section 34, the carbide particles
tées 42 et les plaques 12 sont préchauffées Le chapeau 32 est alors placé sur la section inférieure 34 et on verne de l'acier fondu faiblement allié 4340 dans la cavité du moule. tees 42 and the plates 12 are preheated The cap 32 is then placed on the lower section 34 and low-alloy molten steel 4340 is seen in the mold cavity.
L'objectif de la présente invention dans cette appli- The objective of the present invention in this application
cation de sécurité est de procurer un bottier de verrouil- safety cation is to provide a lock boot
lage à plaques de carbure cémenté et d'acier inoxydable frittées épaisses de 3,2 mm enveloppées par de l'acier pour 3.2 mm thick sintered carbide and stainless steel plates coated with steel for
opposer une protection à la pénétration par perçage. provide protection against penetration by drilling.
C'est un autre but de cette invention que, lors de la It is another object of this invention that when
fabrication de ce bottier de verrouillage, la, ou les pla- manufacture of this locking boot, the or the plates
ques conservent leur forme et que les particules de carbure restent uniformément dispersées dans les plaques lorsqu'on maintain their shape and the carbide particles remain uniformly dispersed in the plates when
coule de l'acier fondu autour d'elles pour remplir la cavi- molten steel flows around them to fill the cavity
té restante des parois du bottier Après destruction de deux forets à maçonnerie de 3,2 mm de diamètre, la section avant 14 du bottier 10 représentée sur la fig 1 n'était remaining tee of the walls of the shoemaker After destruction of two 3.2 mm diameter masonry drills, the front section 14 of the shoemaker 10 shown in fig 1 was not
pas attaquée.not attacked.
Une vue en coupe du bottier contenant la plaque de A sectional view of the shoemaker containing the plate
carbure et d'acier inoxydable est représentée sur la fig 2. carbide and stainless steel is shown in fig 2.
il Il y a légère fusion de l'acier inoxydable lorsque l'acier allié fondu est coulé autour de la plaque frittée de carbure et d'acier inoxydable et les carbures restent uniformément répartis dans la plaque 12 La dégradation des carbures est très faible et on ne constate pas de phase fragile aux interfaces carbures-acier 4340 Une There is slight melting of the stainless steel when the molten alloy steel is poured around the sintered plate of carbide and stainless steel and the carbides remain uniformly distributed in the plate 12 The degradation of the carbides is very weak and does not observe any fragile phase at the carbide-steel interfaces 4340 Une
liaison métallurgique se produit entre la structure aus- metallurgical bond occurs between the structure also
ténitique de l'acier inoxydable et la structure de l'acier coulé 4340 Les particules de carbure 42 dans la paroi inférieure 20 du bottier peuvent être-remplacées par des plaques identiques ou similaires à celles représentées tenitic of stainless steel and the structure of cast steel 4340 The carbide particles 42 in the bottom wall 20 of the case can be replaced by plates identical or similar to those shown
dans les parois latérales 22.in the side walls 22.
Exemple 3Example 3
On fabrique des plaques de 4 mm d'épaisseur résis- We make 4 mm thick plates
tant au perçage et aux chocs On prépare ainsi 15 plaques constituées par un mélange uniforme de 60 % en poids de copeaux de carbure de tungstène cémenté, au cobalt, d'une granulométrie comprise entre 2,30 et 3,2 mm, 40 % en poids de poudre d'acier inoxydable 304 L inférieure à 150 microns, 2 % en poids de chlorothène Nu, 1 % en poids dtéthylcellulose et 1/4 % en poids de cire d'armide ("Armido") On prépare un deuxième groupe de 15 plaques avec 70 56 en poids de copeaux de carbure cémenté de 2,4 à 1,7 mm, et 30 % en poids de poudre d'acier inoxydable both for drilling and impacting 15 plates are thus prepared consisting of a uniform mixture of 60% by weight of shavings of cemented tungsten carbide, with cobalt, of a particle size between 2.30 and 3.2 mm, 40% in weight of 304 L stainless steel powder less than 150 microns, 2% by weight of chlorothene Nu, 1% by weight of ethylcellulose and 1/4% by weight of armide wax ("Armido") A second group of 15 plates with 70 56 by weight of cemented carbide chips from 2.4 to 1.7 mm, and 30% by weight of stainless steel powder
304 L inférieure à 150 microns, mélangés de la même façon. 304 L less than 150 microns, mixed in the same way.
On ajoute la cire "Armido" et l'éthylcellulose au mélange pulvérulent, lors du mélange, pour servir de lubrifiant de compression et empêcher la ségrégation des particules Wax "Armido" and ethylcellulose are added to the powder mixture, during mixing, to serve as a compression lubricant and prevent the segregation of particles.
de carbure lors du mélange et du remplissage du moule. carbide when mixing and filling the mold.
Ensuite, on tasse la poudre de la matrice contenant la phase carbure cémenté dispersée dans un moule de préforme Then, the matrix powder containing the cemented carbide phase dispersed in a preform mold is packed
en polyuréthane Le moule est ensuite fermé par un cou- made of polyurethane The mold is then closed with a cover
vercle approprié et placé dans un sac en caoutchouc ou un ballon en caoutchouc dans lequel on fait le vide qu'on ferme hermétiquement et qui est ensuite comprimé isostatiquement à environ 2,5 10 2 pascals Les plaques sont alors frittées dans un four sous vide à 11500 C suitable ring and placed in a rubber bag or a rubber balloon in which a vacuum is made which is hermetically closed and which is then compressed isostatically to approximately 2.5 10 2 pascals The plates are then sintered in a vacuum oven 11500 C
pendant 60 minutes.for 60 minutes.
On peut alors incorporer ces plaques dans une pièce We can then incorporate these plates in a room
moulée en utilisant les techniques de coulée précédem- molded using previous casting techniques
ment décrites ou l'une quelconque des méthodes de coulée described or any of the casting methods
connues dans la technique.known in the art.
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