FR2524833A1 - Homogeneous cast iron powder suitable for cold pressing - made by rapid solidification, crushing and heat treating - Google Patents

Homogeneous cast iron powder suitable for cold pressing - made by rapid solidification, crushing and heat treating Download PDF

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Abstract

Homogeneous cast iron powder is produced by rapidly solidifying liq. cast iron to form a ribbon which is then crushed and subjected to heat treatment, pref. by heating at 750-1150 deq.C for 1-5 mins. and cooling at 2-10 deg.C/min. down to 650 deg.C or below, prior to compacting. Pref. the liq. cast iron contains 2-5 wt.% C, 0-1% P and 0-2.5% Si. The powder is esp. useful for prodn. of sliding parts for automobiles. The heat treatment allows the crushed particles to be easily compacted by cold pressinq.

Description

La présente invention est relative à un procede d'obtention de poudres de fonte homogène destinées à être compactees en vue de l'obtention de pièces en fonte. The present invention relates to a process for obtaining homogeneous cast iron powders intended to be compacted with a view to obtaining cast iron parts.

I1 est connu de fabriquer une poudre métallique pour la metallurgie des poudres en atomisant un métal fondu en de petites gouttes qui sont rapidement refroidies. Ces poudres peuvent alors être compactées au moyen de presses mecaniques ou de presses isostatiques dans des outillages appropries pour donner une piece formée de poudre simplement compactée. Ces pieces compactées ou "verts" sont alors frittées, c'est-à-dire passes dans un four à temperature et à atmosphère contrôlées. It is known to manufacture a metal powder for powder metallurgy by atomizing a molten metal into small drops which are rapidly cooled. These powders can then be compacted by means of mechanical presses or isostatic presses in suitable tools to give a piece formed of simply compacted powder. These compacted or "green" parts are then sintered, that is to say passed through an oven at a controlled temperature and atmosphere.

Il arrive que ces poudres soient trop dures pour pouvoir former une piece compactée suffisamment solide pour en permettre la manipulation et le transfert au four de frittage. I1 est alors nécessaire d'utiliser d'autres techniques pour réaliser des pièces avec ces poudres dures. Ces techniques sont, en particulier, le compactage isostatique à chaud, coûteux, et le filage qui ne permet d'obtenir qu'un produit semi-fini. Sometimes these powders are too hard to be able to form a compacted piece that is strong enough to allow handling and transfer to the sintering furnace. It is then necessary to use other techniques to produce parts with these hard powders. These techniques are, in particular, expensive isostatic hot compaction, and spinning which allows only a semi-finished product to be obtained.

Il est également connu d'obtenir des poudres d'acier destinées à la fabrication d'outils de coupe à partir de paillettes d'acier obtenues par une hypertrempe d'acier fondu, refroidies sur une roue tournante ou un tapis mobile. Ces paillettes sont alors broyées en une poudre dont les particules ont des angles irréguliers. La poudre ainsi obtenue est difficilement compactable à froid car la deformation des grains pour les lier entre eux est quasiment impossible. De même, un compactage avec chauffage de ces poudres est, d'une part, coûteux mais, d'autre part, ne permet d'obtenir que des pièces brutes appelées "préformes" ayant des cotes insuffisamment précises pour permettre directement leur utilisation. It is also known to obtain steel powders intended for the manufacture of cutting tools from steel flakes obtained by a hyper quenching of molten steel, cooled on a rotating wheel or a moving belt. These flakes are then ground into a powder whose particles have irregular angles. The powder thus obtained is difficult to compact when cold because the deformation of the grains to bond them is almost impossible. Likewise, compaction with heating of these powders is, on the one hand, expensive but, on the other hand, only allows to obtain raw parts called "preforms" having dimensions which are insufficiently precise enough to allow their direct use.

Il est également connu de faire de la poudre de fonte par broyage de copeaux de fonte ou de toutes pièces de fonte. Mais, au cours de ce broyage, les copeaux se cassent sur les inclusions de graphite, en les libérant. I1 en résulte alors une ségrégation importante de ce graphite, donc une hétérogénéité du produit obtenu et un mauvais contrôle de sa composition.  It is also known to make cast iron powder by grinding cast iron shavings or any pieces of cast iron. However, during this grinding, the chips break on the graphite inclusions, releasing them. I1 then results in a significant segregation of this graphite, therefore a heterogeneity of the product obtained and poor control of its composition.

La présente invention a pour but de remedier à ces inconvenients et a pour objet un procédé d'obtention de poudres de fonte homogene destinées à être compactees dans lequel la fonte en fusion est hypertrempée pour former des rubans qui sont alors broyés en poudre. The present invention aims to remedy these drawbacks and relates to a process for obtaining homogeneous cast iron powders intended to be compacted in which the molten cast iron is hyper-soaked to form ribbons which are then ground into powder.

Selon l'invention, après broyage, la poudre subit un traitement thermique puis est refroidie avant compactage.According to the invention, after grinding, the powder undergoes a heat treatment and is then cooled before compacting.

Grâce à l'invention, les rubans très fragiles obtenus par hypertrempe peuvent être facilement et finement broyés en une poudre dure de granulométrie désirée. Lors du traitement thermique, cette poudre dure est rendue plus malléable donc plus facilement compactable de sorte qu'elle peut être compactée à froid. Thanks to the invention, the very fragile ribbons obtained by hyper quenching can be easily and finely ground into a hard powder of desired particle size. During the heat treatment, this hard powder is made more malleable and therefore more easily compactable so that it can be compacted when cold.

Pour obtenir cette malléabilité de la poudre de fonte obtenue apres broyage, son traitement thermique consiste en un chauffage, entre 750"C et 1150"C, en un maintien en temperature pendant une à cinq minutes, puis en un refroidissement à une vitesse de 2 à 100C par minute. En raison de la faible dimension des particules, ce chauffage, puis ce refroidissement peuvent être rapidement réalisés donc sont peu coûteux. To obtain this malleability of the cast iron powder obtained after grinding, its heat treatment consists of heating, between 750 "C and 1150" C, in maintaining the temperature for one to five minutes, then in cooling at a speed of 2 at 100C per minute. Due to the small particle size, this heating and then this cooling can be carried out quickly, therefore they are inexpensive.

La presente invention peut s'appliquer, en particulier, à la fabrication de poudres de fonte à partir de fonte comportant, en poids, 2 à 5 % de carbone, 0 à 1 % de phosphore et O à 2,5 de silicium. Dans le cas particulier où la fonte comporte. en poids, 4 X de carbone, 0,07 X de phosphore et 1,3 % de silicium, le traitement thermique consiste en un chauffage à 95u0C, en un maintien à cette température pendant deux minutes, puis en un refroidissement de 5 à 10 C par minute. The present invention can be applied, in particular, to the manufacture of cast iron powders from cast iron comprising, by weight, 2 to 5% of carbon, 0 to 1% of phosphorus and O to 2.5 of silicon. In the particular case where the cast contains. by weight, 4 X of carbon, 0.07 X of phosphorus and 1.3% of silicon, the heat treatment consists of heating at 95 ° C., maintaining at this temperature for two minutes, then cooling from 5 to 10 C per minute.

D'autres caractéristiques et avantages du procédé selon l'invention apparaitront ci-apres. Other characteristics and advantages of the process according to the invention will appear below.

C'est ainsi qu'un exemple d'application du procédé selon l'invention consiste à réaliser une hypertrempe de la fonte à l'état liquide, provenant directement d'un haut fourneau, en la faisant tomber sur un cylindre tournant d'axe horizontal et refroidi par une circulation d'eau. A l'extérieur de ce cylindre, est alors obtenu un ruban continu ou discontinu mince, fragile, mais tres dur. La structure du matériau formant le ruban est alors amorphe ou non et présente, plus généralement, des dendrites de cémentite.  Thus an example of application of the method according to the invention consists in making a hyper quenching of the cast iron in the liquid state, coming directly from a blast furnace, by dropping it on a rotating cylinder with an axis. horizontal and cooled by water circulation. On the outside of this cylinder, a thin, fragile, but very hard continuous or discontinuous ribbon is then obtained. The structure of the material forming the ribbon is then amorphous or not and has, more generally, dendrites of cementite.

Le ruban, refroidi à l'air, est alors placé dans un broyeur, par exemple de type à boulets, à anneaux ou à barres, où il est casse en très fines particules afin d'obtenir une poudre de la granulométrie desiree. The ribbon, cooled in air, is then placed in a grinder, for example of the ball, ring or bar type, where it is broken into very fine particles in order to obtain a powder of the desired particle size.

Cette poudre est ensuite chauffée, en atmosphère non oxydante ou sous vide, dans un four à tapis ou en fluidisant la poudre dans un courant gazeux chaud, jusqu'à une température de 9500C à 1150"C à laquelle elle est maintenue pendant une à cinq minutes de maniere à réaliser une graphitisation. Cette poudre est ensuite refroidie à une
Vitesse de 2 à 10 C par minute. Ainsi est obtenue une poudre de fonte malleable à structure ferritique ou ferrito-perlitique qui peut être compactée à froid dans une presse selon les techniques connues de compactage de poudres.This powder is then heated, in a non-oxidizing atmosphere or under vacuum, in a carpet oven or by fluidizing the powder in a hot gas stream, to a temperature of 9500C at 1150 "C at which it is maintained for one to five minutes to achieve graphitization. This powder is then cooled to a
Speed from 2 to 10 C per minute. Thus is obtained a malleable cast iron powder with ferritic or ferrito-pearlitic structure which can be cold compacted in a press according to known techniques for compacting powders.

Grâce au traitement thermique selon l'invention, realisé après broyage, la poudre à compacter a une dureté plus de dix fois plus faible qu'avant traitement thermique de sorte que son compactage en est facilité et qu'il permet l'obtention directe de pièces puisque les particules peuvent être déformees lors de ce compactage. De plus, comme le traitement thermique est effectué sur la poudre et non sur des pièces déjà compactées, celui-ci est tres rapide, la montee en temperature des particules formant la poudre étant plus facilement et plus rapidement réalisée, en raison de leur faible masse. Thanks to the heat treatment according to the invention, carried out after grinding, the powder to be compacted has a hardness more than ten times lower than before heat treatment so that its compacting is facilitated and that it allows the direct production of parts. since the particles can be deformed during this compaction. In addition, as the heat treatment is carried out on the powder and not on already compacted parts, it is very rapid, the rise in temperature of the particles forming the powder being more easily and more quickly carried out, due to their low mass. .

Le procédé selon l'invention permet, d'une part, de profiter de la structure très fine obtenue par hypertrempe, de la fragilité du ruban pour assurer un bon broyage et, d'autre part, de la malleabilite de la poudre obtenue après traitement thermique pour obtenir un excellent compactage final. The method according to the invention makes it possible, on the one hand, to take advantage of the very fine structure obtained by hyper quenching, of the fragility of the ribbon to ensure good grinding and, on the other hand, of the malleability of the powder obtained after treatment. thermal to obtain an excellent final compaction.

Ainsi, ce procéde permet d'obtenir de la poudre de fonte compactable à partir de fonte provenant directement du haut fourneau. Thus, this process makes it possible to obtain compactable cast iron powder from cast iron coming directly from the blast furnace.

L'hypertrempe de la fonte peut, bien entendu, être réalisée sur tout autre dispositif qu'un cylindre tournant d'axe horizontal refroidi, tel que sur un disque horizontal tournant ou un tapis mobile.  The hyperhardening of cast iron can, of course, be carried out on any device other than a rotating cylinder with a cooled horizontal axis, such as on a rotating horizontal disc or a movable belt.

I1 n'est pas nécessaire d'effectuer un refroidissement contrôle à une vitesse de 2 à 10 C par minute jusqu'à la température ambiante. En effet, il suffit que ce refroidissement contrôlé ait lieu jusqu'à la température d'environ 650"C, un refroidissement plus rapide pouvant etre effectué ensuite. It is not necessary to carry out controlled cooling at a speed of 2 to 10 ° C. per minute up to ambient temperature. Indeed, it suffices that this controlled cooling takes place up to the temperature of about 650 ° C., faster cooling can then be carried out.

Le présent procédé peut s'appl-iquer à toute fonte contenant, en poids, de 2 à 5 % de carbone, 0 à 1 % de phosphore et 0 2,5 % de silicium. The present process can be applied to any cast iron containing, by weight, from 2 to 5% of carbon, 0 to 1% of phosphorus and 0 2.5% of silicon.

Selon un exemple particulier de l'invention, le procédé est appliqué à la fabrication de poudres à partir d'une fonte provenant directement d'un haut fourneau et ayant la composition suivante (en poids)
- 4 % de carbone,
- 0,069 % de phosphore,
- 0,012 % de soufre,
- 1,3 % de silicium,
- 0,12 % de manganèse,
- 0,012 % de chrome,
- 0,001 % d'étain, le reste étant du fer.According to a particular example of the invention, the method is applied to the manufacture of powders from a cast iron coming directly from a blast furnace and having the following composition (by weight)
- 4% carbon,
- 0.069% phosphorus,
- 0.012% sulfur,
- 1.3% silicon,
- 0.12% manganese,
- 0.012% chromium,
- 0.001% tin, the rest being iron.

Sur une roue d'un mètre de circonference, refroidie par circulation d'eau et tournant à une vitesse de 2500 tours par minute, on verse de la fonte ayant la composition ci-dessus, fondue à 1180"C, à raison de 80 kg par heure. I1 se forme alors un ruban continu de 60 microns d'épaisseur et de 3 mm de largeur, très fragile mais très dur ayant une dureté Vickers Hv supérieure à 1200 pour une charge de 25 g. Après refroidissement à l'air du ruban formé, le ruban est broyé, pour obtenir une poudre ayant une granulométrie de 40 à 250 microns.Après broyage et tamisage pour permettre un nouveau broyage des grosses particules, la poudre de fonte est soumise à un traitement thermique dans un four à tamis sous atmosphère neutre d'argon ou reductrice d'azote hydrogené, où elle est maintenue pendant deux minutes à une température de 950"C puis refroidie à raison de 5"C par minute. La poudre ainsi obtenue est devenu à structure ferritique malléable puisque sa dureté Vickers Hv est de 70 pour une charge de 25 g. En raison de cette malléabilité, le compactage de la poudre peut alors être facilement réalise pour la formation de pieces en fonte. On a wheel of one meter in circumference, cooled by circulation of water and rotating at a speed of 2500 revolutions per minute, iron is poured having the above composition, melted at 1180 "C, at a rate of 80 kg per hour, a continuous ribbon 60 microns thick and 3 mm wide is formed, very fragile but very hard, having a Vickers Hv hardness greater than 1200 for a load of 25 g. ribbon formed, the ribbon is ground, to obtain a powder having a particle size of 40 to 250 microns. After grinding and sieving to allow a new grinding of large particles, the cast iron powder is subjected to a heat treatment in a sieve oven under neutral argon or hydrogenated nitrogen reducing atmosphere, where it is maintained for two minutes at a temperature of 950 "C and then cooled at the rate of 5" C per minute. The powder thus obtained has become of malleable ferritic structure since its hardness Vickers Hv is 70 for a cha 25 g rge. Due to this malleability, the compacting of the powder can then be easily carried out for the formation of cast iron parts.

Le procédé selon l'invention permet d'obtenir de la poudre de fonte utilisable dans tous types de pièces en fonte et, en particulier, pour des pièces dites de frottement utilisées, notamment pour l'automobile.  The method according to the invention makes it possible to obtain cast iron powder which can be used in all types of cast iron parts and, in particular, for so-called friction parts used, in particular for the automobile.

Claims (7)

REVENDICATIONS 1.- Procédé d'obtention de poudre de fonte homogène destinee à être compactée dans lequel la fonte en fusion est hypertrempée pour former des rubans qui sont alors broyes, caractérise en ce que, après broyage, la poudre subit un traitement thermique puis est refroidie avant compactage. 1.- Process for obtaining homogeneous cast iron powder intended to be compacted in which the molten cast iron is hyper-soaked to form ribbons which are then ground, characterized in that, after grinding, the powder undergoes a heat treatment then is cooled before compaction. 2.- Procédé d'obtention de poudre de fonte selon la revendication 1 caracterise en ce que le traitement thermique consiste en un chauffage entre 750"C et 1150"C et en un maintien à cette temperature pendant 1 à 5 minutes. 2.- A method for obtaining cast iron powder according to claim 1 characterized in that the heat treatment consists of heating between 750 "C and 1150" C and in maintaining at this temperature for 1 to 5 minutes. 3.- Procédé d'obtention de poudre de fonte selon l'une des revendications 1 et 2 caractérisé en ce que le refroidissement est réalisé à une vitesse de 2 à 10 C par minute. 3.- A method for obtaining cast iron powder according to one of claims 1 and 2 characterized in that the cooling is carried out at a speed of 2 to 10 C per minute. 4.- Procédé d'obtention de poudre de fonte selon la revendication 3 caractérisé en ce que le refroidissement est contrôle jusqu'à une température inférieure ou égale à 650 C.  4. A process for obtaining cast iron powder according to claim 3 characterized in that the cooling is controlled up to a temperature less than or equal to 650 C. 5.- Procédé d'obtention de poudre de fonte selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que la fonte en fusion comporte, en poids, 2 à 5 % de carbone, 0 à 1 % de phosphore, 0 à 2,5 % de silicium. 5. A process for obtaining cast iron powder according to any one of claims 1 to 4 characterized in that the molten iron comprises, by weight, 2 to 5% of carbon, 0 to 1% of phosphorus, 0 to 2.5% silicon. 6.- Procéde d'obtention de poudre de fonte selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que la fonte en fusion comporte, en poids, 4 % de carbone, 0,07 % de phosphore et 1,3 X de silicium, et que le traitement thermique consiste en un chauffage à 9500C puis en un maintien à cette température pendant deux minutes. 6.- Process for obtaining cast iron powder according to any one of claims 1 to 5 characterized in that the molten iron comprises, by weight, 4% of carbon, 0.07% of phosphorus and 1.3 X silicon, and that the heat treatment consists of heating to 9500C and then maintaining at this temperature for two minutes. 7.- Poudre de fonte caractérisée en ce qu'elle est obtenue par le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6.  7. Cast iron powder, characterized in that it is obtained by the process according to any one of claims 1 to 6.
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