FR2541151A1 - PROCESS FOR CONSOLIDATING A METAL OR CERAMIC MASS - Google Patents
PROCESS FOR CONSOLIDATING A METAL OR CERAMIC MASS Download PDFInfo
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- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/12—Both compacting and sintering
- B22F3/14—Both compacting and sintering simultaneously
- B22F3/15—Hot isostatic pressing
Abstract
L'INVENTION CONCERNE UN PROCEDE POUR CONSOLIDER UNE MASSE METALLIQUE OU CERAMIQUE, CARACTERISE EN CE QU'IL COMPREND LES PHASES SUCCESSIVES CONSISTANT A: A.FORMER UN ARTICLE MANUFACTURE A PARTIR D'UN METAL OU D'UNE CERAMIQUE EN POUDRE; B.FRITTER L'ARTICLE MANUFACTURE DE MANIERE A AUGMENTER SA RESISTANCE MECANIQUE; C.PREVOIR UN LIT DE PARTICULES CERAMIQUES SENSIBLEMENT SPHEROIDALES CHAUFFEES 22; ET D.COMPACTER L'ARTICLE MANUFACTURE DANS LE LIT CHAUFFE DE PARTICULES CERAMIQUES SENSIBLEMENT SPHEROIDALES SOUS HAUTE PRESSION POUR AINSI CONSOLIDER L'ARTICLE MANUFACTURE ET LUI DONNER UNE FORME DENSE SOUHAITEE.THE INVENTION CONCERNS A PROCESS FOR CONSOLIDATION OF A METAL OR CERAMIC MASS, CHARACTERIZED IN THAT IT INCLUDES THE SUCCESSIVE PHASES CONSISTING OF: A. FORMING A MANUFACTURED ARTICLE FROM A METAL OR A POWDERED CERAMIC; B. FRITTING THE MANUFACTURED ARTICLE SO AS TO INCREASE ITS MECHANICAL STRENGTH; C. PROVIDE A BED OF SENSITIVELY SPHEROIDAL CERAMIC PARTICLES HEATED 22; AND D. COMPACT THE MANUFACTURED ARTICLE IN THE HEATED BED OF SENSITIVELY SPHEROIDAL CERAMIC PARTICLES UNDER HIGH PRESSURE TO THUS CONSOLIDATE THE MANUFACTURED ARTICLE AND GIVE IT A DENSE DESIRED SHAPE.
Description
"Procédé pour consolider une masse métallique ou céramique" La présente"Process for consolidating a metallic or ceramic mass"
invention concerne la consolidation des invention relates to the consolidation of
masses ou corps et plus particulièrement un procédé perfec- masses or bodies and more particularly a perfected process
tionné permettant de réaliser des masses métalliques ou cé- designed to produce metallic masses or
ramiques avec une distorsion minimale. ramic with minimal distortion.
La méthodologie associée à la production d'objets mé- talliques à haute densité par consolidation est connue dans la technique Des exemples-de documents de l'art antérieur qui envisagent une telle méthodologie sont les brevets US The methodology associated with the production of high density metal objects by consolidation is known in the art. Examples of prior art documents which envisage such a methodology are US patents.
n O 3 356 496 et 3 689 259 Avant de discuter de ces docu- Nos. 3,356,496 and 3,689,259 Before discussing these documents
ments on présente ci-dessous une brève discussion qui illus- The following is a brief discussion illustrating
tre les deux méthodologies actuellement utilisées pour den- the two methodologies currently used to denounce
sifier soit une poudre libre, soit un comprimé de poudre mé- sify either a loose powder or a tablet of powder
tallique pré-matricé Ces deux techniques sont généralement these two techniques are usually
appelées matriçage isostatique à chaud et forgeage de pou- called hot isostatic forging and forging of
dre Le processus de matriçage isostatique à chaud consiste The isostatic hot stamping process consists of
à placer de la poudre métallique libre ou un comprimé pré- to place free metal powder or a pre-compressed tablet
matricé dans une boîte ou moule, à évacuer ensuite l'atmos- molded into a box or mold, then to evacuate the atmosphere.
phère de la boîte, à sceller la boîte pour empêcher toute box, to seal the box to prevent any
entrée de gaz ultérieure, et à placer la boîte dans un auto- subsequent gas inlet, and to place the box in a
clave approprié L'autoclave comporte des éléments de chauf- appropriate clave The autoclave has heating elements
fage internes destinés à élever la température du matériau internal fages to raise the temperature of the material
en poudre jusqu'à une température de consolidation appro- powder to an appropriate consolidation temperature
priée Des températures internes de 1000 à 21000 C sont ty- The internal temperatures of 1000 to 21000 C are typically
piquement utilisées, selon le matériau traité Simultanément 25.à l'augmentation de la température interne de l'autoclave de used, depending on the material being treated Simultaneously with the increase in the internal temperature of the autoclave
matriçage isostatique à chaud, la pression interne est lente- isostatic hot stamping, the internal pressure is slow-
ment augmentée et maintenue à une valeur comprise entre increased and maintained at a value between
2 22 2
1000 kg/cm et environ 2000 kg/cm, ici encore selon le ma- 1000 kg / cm and about 2000 kg / cm, again depending on the
tériau traité Sous les effets combinés de la température et de la pression isostatique, la poudre est densifiée jusqu'à treated material Under the combined effects of temperature and isostatic pressure, the powder is densified up to
la densité de masse théoriqut du matériau. the theoretical mass density of the material.
Un autoclave à matriçage isostatique à chaud peut re- A hot isostatic die-back autoclave may be
cevoir plus d'une boîte pendant un cycle donné, et il est donc possible de densifier plusieurs articles métalliques en poudre par cycle En outre, en utilisant la pression isostatique, la densification est plus ou moins uniforme au If more than one canister is used during a given cycle, it is possible to densify several powdered metal articles per cycle. In addition, using isostatic pressure, the densification is more or less uniform at the same time.
sein de l'article soumis au matriçage isostatique à chaud. within the article subjected to hot isostatic stamping.
En utilisant des formes de boîtes appropriées, il est pos- Using appropriate box shapes, it is possible to
sible de former dans l'article densifié des dégagements pour des trous ou fentes transversaux Cependant, la durée du cycle de charge est longue et s'élève souvent-à 8 heures ou davantage pour un cycle De plus, à la fin du cycle, les boîtes entourant l'article métallique en poudre doivent être However, the duration of the charging cycle is long and often amounts to 8 hours or more for one cycle. Moreover, at the end of the cycle, the boxes surrounding the powdered metal article must be
retirées soit par usinage, soit chimiquement. removed either by machining or chemically.
Le second procédé classique pour densifier un métal en The second conventional method for densifying a metal in
poudre est une technique appelée forgeage de poudre Le pro- powder is a technique called powder forging.
cessus de forgeage de poudre comprend les étapes consistant à: (a) compacter à froid une poudre métallique lâche à powder forging process comprises the steps of: (a) cold compacting a loose metal powder to
température ambiante dans une matrice fermée sous des pres- ambient temperature in a matrix closed under pres-
sions comprises entre 1400 et 7000 kg/cm 2 pour lui donner une géométrie appropriée (souvent appelée préforme), pour un -forgeage subséquent; à ce stade la préforme est friable et between 1400 and 7000 kg / cm 2 to give it an appropriate geometry (often called a preform), for subsequent shaping; at this point the preform is friable and
peut présenter une porosité de 20 à 30 %, sa résistance pro- can have a porosity of 20 to 30%, its resistance
venant de l'accrochage mécanique des particules en poudre; coming from mechanical attachment of powder particles;
(b) fritter la préforme <c'est-à-dire soumettre la pré- (b) sinter the preform <that is, submit the pre-
forme à une température élevée à la pression atmosphérique) sous une atmosphère protectrice; le frittage provoque le "soudage" en un bloc des particules de poudre mécaniquement accrochées entre elles; (c) réchauffer la préforme jusqu'à une température de forgeage appropriée (fonction de l'alliage); en variante, cette étape de réchauffage peut être incorporée à l'étape de frittage; (d) forger la préforme dans une matrice close pour lui forms at a high temperature at atmospheric pressure) under a protective atmosphere; sintering causes the "welding" into a block of powder particles mechanically hooked together; (c) reheating the preform to a suitable forging temperature (alloy function); alternatively, this reheating step may be incorporated in the sintering step; (d) forging the preform into a closed matrix for him
donner sa forme définitive La matrice est typiquement main- give its definitive form The matrix is typically
tenue à une température comprise entre 150 et 320 'C. held at a temperature of between 150 and 320 ° C.
L'étape de forgeage élimine la porosité inhérente au préformage et donne à la pièce soumise au forgeage de poudre The forging step eliminates the inherent porosity of the preform and gives the piece subjected to the forging of powder
sa forme définitive.its final form.
Des avantages du forgeage de poudre comprennent: la Advantages of powder forging include:
vitesse du traitement (jusqu'à 1000 pièce par heure), la ca- processing speed (up to 1000 pieces per hour),
pacité à obtenir une forme nette, des propriétés mécaniques sensiblement équivalentes à celles des produits forgés de façon classique et un rendement en matière accru Cependant, il existe un certain nombre d'inconvénients comprenant la non-uniformité de la densité du fait du refroidissement de It is possible to obtain a clean shape, mechanical properties substantially equivalent to those of conventionally forged products and an increased material yield. However, there are a number of disadvantages including the non-uniformity of the density due to the cooling of the product.
la préforme lorsqu'elle entre en contact avec la matrice re- the preform when it comes into contact with the matrix
lativement froide, et l'impossibilité de former les dégage- latively cold, and the impossibility of forming
ments qui peuvent être réalisés dans le matriçage isostatique that can be achieved in the isostatic matrix
à chaud.hot.
Se référant maintenant à nouveau aux brevets mentionnés plus haut, ces documents enseignent ce qui apparaît être une combinaison de conditions isothermes et isostatiques qui rendent possibles dans le matriçage isostatique à chaud et dans le forgeage de poudre la formation de dégagements, avec la vitesse élevée et la productioneen continu à faible coût Referring now again to the above-mentioned patents, these documents teach what appears to be a combination of isothermal and isostatic conditions that make it possible in hot isostatic die-casting and powder forging to form clearances, with high velocity and continuous production at low cost
normalement associées au forgeage des poudres Dans le bre- normally associated with the forging of powders In the
vet US N O 3 356 496, l'utilisation d'un récipient extérieur No. 3,356,496, the use of an outer container
en céramique moulée est considérée comme la première barriè- molded ceramic is considered the first barrier
re de chaleur De plus, lorsqu'il est déformé, ce récipient In addition, when it is deformed, this container
extérieur en céramique moulée provoque une répartition sen- molded ceramic outer surface causes a
siblement uniforme de la pression sur le matériau en poudre. uniformly uniform pressure on the powder material.
Le brevet US no 3 689 259 enseigne l'utilisation de ma- U.S. Patent No. 3,689,259 teaches the use of
tières réfractaires granulaires Ce document est considéré comme un perfectionnement du brevet US précédent N O 3 356 496, This document is considered to be a refinement of the previous US Pat. No. 3,356,496.
du fait d'un chauffage plus rapide des grains et d'un chauf- due to a faster heating of the grains and a heat
fage plus rapide de la partie pré-matricée. fage faster of the pre-stamped part.
Bien que les brevets US N O 3 356 496 et 3 689 259 puis- Although US Pat. Nos. 3,356,496 and 3,689,259 may
sent représenter des progrès dans la technique, des problè- represent progress in the field of technology, problems
mes importants demeurent en ce qui concerne l'utilisation d'un litde céramique dans lequel une préforme est placée avant la consolidation Plus précisément, il s'est avéré que l'utilisation de céramiques ou de carbures concassés et broyés a pour conséquence une répartition de la pression sensiblement non uniforme du sommet de la charge (la surface située contre l'organe de matriçage mobile) vers le bas de la charge (la surface située contre la table de matrice important is the use of a ceramic bed in which a preform is placed before consolidation. More precisely, it has been found that the use of crushed and ground ceramics or carbides results in a distribution of the substantially non-uniform pressure of the top of the load (the surface against the moving die member) towards the bottom of the load (the surface against the die table)
fixe) Cette non uniformité de la répartition de la pression. fixed) This nonuniformity of the distribution of pressure.
est facilement démontrée lors de la consolidation d'un cy- is easily demonstrated when consolidating a cy-
lindre circulaire droit pré-matricé d'un matériau en poudre. pre-stamped circular straight liner of a powder material.
Après la consolidation dans un lit de matière céramique con- After consolidation in a bed of ceramic material con-
cassée et broyée ou fondue jusqu'à une densité de masse de broken and crushed or melted down to a mass density of
pratiquement 100 %, on a déterminé que la surface du cylin- almost 100%, it was determined that the surface of the cylinder
dre pré-matricé la plus proche de la matrice mobile avait un diamètre inférieur à celui de la surface la plus proche de la table fixe Le sectionnement du cylindre consolidé le The closest pre-coined die to the moving die was smaller in diameter than the nearest surface of the fixed table.
long d'un diamètre indiquait qu'il avait la forme d'un tra- along a diameter indicated that it was in the form of a
pèze Le phénomène ci-dessus a été observé sur tous les ar- The above phenomenon has been observed in all
ticles consolidés lorsque le milieu de consolidation utilisé était une matrice céramique granulaire concassée et broyée consolidated sheets when the consolidation medium used was a crushed and crushed granular ceramic matrix
ou fondue.or melted.
La solution aux problèmes associés à une telle distor- The solution to the problems associated with such distortion
sion et à de tels défauts en matière de stabilité dimension- sion and such defects in dimensional stability
nelle de la forme s'est avérée évasive, notamment lorsque cette solution doit également s'appliquer à la production en série La présente invention propose une solution qui soit This form of solution has proved elusive, especially when this solution must also be applied to mass production. The present invention proposes a solution which is
adaptable à la production en série. adaptable to mass production.
A cet effet, la présente invention concerne un procédé For this purpose, the present invention relates to a method for
pour consolider des masses métalliques ou céramiques, carac- to consolidate metallic or ceramic masses,
térisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à: characterized in that it comprises the steps of:
(a) former un article manufacturé à partir d'une 'céra- (a) to form a manufactured article from a ceramics
mique ou d'un métal en poudre; de préférence cette étape de formage est effectuée par compactage, comme bien connu dans la technique; or metal powder; preferably this forming step is carried out by compacting, as is well known in the art;
(b) fritter l'article manufacturé de manière à augmen- (b) sinter the manufactured article so as to increase
ter sa résistance mécanique;ter its mechanical strength;
(c) dans l'étape suivante, encastrage de l'article ma- (c) in the next step, embedding the article
nufacturé dans un lit chaud de particules céramiques sensi- manufactured in a hot bed of ceramic particles sensi-
blement sphéroldales, dans lequel on a ajouté du graphite spheroids, in which graphite has been added
ou un lubrifiant analogue; ce lit, de préférence en une ma- or a similar lubricant; this bed, preferably in one
tière réfractaire telle que l'alumine (A 1203), éventuelle- refractory material such as alumina (A 1203), possibly
ment complétée d'un lubrifiant, est obtenu en chauffant ini- tialement les particules d'alumine (et du composé lubrifiant s'il est présent) en un lit fluidifié, ou par tout autre moyen équivalent; de plus, du fait qu'il apparaît parfois que l'article manufacturé fritté est refroidi, l'article peut être subséquemment réchauffé et placé dans le lit chaud; des particules céramiques sphéroïdales supplémentaires (et éventuellement le composé lubrifiant) sont alors ajoutées supplemented with a lubricant, is obtained by initially heating the alumina particles (and the lubricating compound if present) in a fluidized bed, or by any other equivalent means; in addition, because it sometimes appears that the sintered manufactured article is cooled, the article may be subsequently warmed up and placed in the hot bed; additional spheroidal ceramic particles (and optionally the lubricating compound) are then added
pour recouvrir l'article; on pourra prévoir des couches al- to cover the article; layers can be provided
ternées de particules chaudes et d'articles manufacturés chauds sans sortir du cadre de l'invention; et (d) compacter l'article manufacturé dans le lit chaud sous haute pression pour ainsi consolider l'article et lui coated with hot particles and hot manufactured articles without departing from the scope of the invention; and (d) compacting the manufactured article in the hot bed under high pressure to thereby consolidate the article and
donner un caractère dense dans la configuration souhaitée. give a dense character in the desired configuration.
Grâce au procédé de la présente invention, on peut ob- Thanks to the process of the present invention, it is possible
tenir des articles manufacturés de structure sensiblement to keep manufactured articles of structure substantially
améliorée, présentant une distorsion minime. improved, with minimal distortion.
Les nouvelles particularités qui semblent caractéristi- The new features that seem to
ques de la présente invention, à la fois en ce qui concerne son organisation et sa mise en oeuvre, ainsi que d'autres objets et avantages de celle-ci, seront mieux compris à la of the present invention, both as regards its organization and implementation, as well as other objects and advantages thereof, will be better understood in the
lecture de la description suivante d'un mode de réalisation reading the following description of an embodiment
préféré de l'invention, donnée à titre d'exemple non limita- preferred embodiment of the invention, given by way of nonlimiting
tif et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 est un schéma de principe des étapes du procédé de la présente invention; FIG. 1 is a block diagram of the process steps of the present invention;
la figure 2 est une vue en plan arrachée illustrant l'é- FIG. 2 is a broken plan view illustrating the
tape de consolidation de la présente invention; consolidation step of the present invention;
la figure 3 est une vue en plan d'un article manufactu- FIG. 3 is a plan view of a manufactured article.
ré consolidé qui a été consolidé dans un lit de particules d'alumine de forme non sphéroïdale; consolidated rein which has been consolidated in a bed of non-spheroidal alumina particles;
la figure 4 est une vue en plan d'un article manufac- FIG. 4 is a plan view of an article manufac-
turé consolidé qui a été consolidé dans un lit de particules d'alumine sphéroïdales; et consolidated solid which has been consolidated in a bed of spheroidal alumina particles; and
la figure 5 est une vue en plan d'un article manufactu- FIG. 5 is a plan view of a manufactured article.
ré consolidé qui a été consolidé dans un lit de particules d'alumine sphéroldales revêtues de graphite. Tout d'abord en référence à la figure 1 est représenté un schéma de principe illustrant les étapes du procédé de la présente invention Comme indiqué par le nombre de référence , un article manufacturé ou préforme métallique est tout Consolidated re consolidated in a bed of spheroidal alumina particles coated with graphite. Firstly with reference to Figure 1 is shown a block diagram illustrating the steps of the method of the present invention. As indicated by the reference number, a manufactured article or metal preform is all
d'abord réalisé, qui présente la forme d'une clef (outil). first realized, which has the shape of a key (tool).
Bien que le présent mode de réalisation fasse appel à une Although the present embodiment uses a
préforme métallique constituée de particules d'acier en pou- metal preform consisting of steel particles in
dre, d'autres matériaux métalliques et céramiques, tels que l'alumine, la silice et analogues, entrent dans le cadre de other metallic and ceramic materials, such as alumina, silica and the like, are within the scope of
l'invention La densité théorique d'une préforme est d'envi- The theoretical density of a preform is approximately
ron 85 % Après que la poudre ait été amenée en une configu- 85% After the powder has been brought into a
ration préformée,-elle est par la suite frittée pour augmen- preformed ration, it is then sintered to increase
ter sa résistance mécanique Dans le mode de réalisation pré- its mechanical strength In the pre-
féré, le frittage de la préforme métallique (en acier) exige the sintering of the metal (steel) preform
des températures comprises entre environ 1100 et 12500 C pen- temperatures between about 1100 and 12500 C
dant une durée d'environ 2 à 30 minutes sous atmosphère pro- lasting about 2 to 30 minutes under a
tectrice Dans le présent mode de réalisation préféré, une telle atmosphère protectrice, non oxydante et inerte, est à base d'azote Subséquemment au frittage, indiqué en 12, les préformes frittées peuvent être stockées pour être traitées ultérieurement Si tel est le cas,-comme indiqué en 14, la préforme est subséquemment réchauffée jusqu'à environ 1050 'C In the present preferred embodiment, such a protective, non-oxidizing and inert atmosphere is nitrogen-based. Subsequently to sintering, indicated at 12, the sintered preforms can be stored for further processing. If so, as indicated at 14, the preform is subsequently reheated to about 1050 ° C
sous atmosphère protectrice.under protective atmosphere.
Le processus de consolidation, indiqué en 16, a lieu après que la préforme chaude et revêtue ait été placée dans un lit de particules céramiques, comme décrit ci-dessous plus The consolidation process, indicated at 16, takes place after the hot and coated preform has been placed in a bed of ceramic particles, as described below.
en détail Afin d'obtenir les hauts débits de production sou- in detail In order to obtain the high production rates
haités, des couches alternées de particules céramiques chau- alternated layers of hot ceramic particles
des et de préformes chaudes et revêtues peuvent être utili- hot and coated preforms and preforms can be used
sées De plus, afin d'accélérer la fabrication, la consoli- In addition, in order to speed up manufacturing, the consolidation
dation peut avoir lieu subséquemment au frittage tant qu'on n'a pas laissé refroidir la préforme La consolidation a lieu en soumettant la préforme revêtue et encastrée à une The sintering can take place as long as the preform has not been allowed to cool. The consolidation takes place by subjecting the coated and embedded preform to
température et à une pression élevées Pour les objets mé- high temperature and pressure For metal objects
talliques (en acier), des températures de l'ordre de 11000 C et des pressions uniaxes d'environ 5500 kg/cm sont utili- sées Un compactage sous des pressions de 1400 à 8400 kg/ cm 2, selon le matériau, entre également dans le cadre de la (steel), temperatures of the order of 11000 C and uniaxial pressures of about 5500 kg / cm are used Compaction at pressures of 1400 to 8400 kg / cm 2, depending on the material, also as part of the
présente invention La préforme revêtue a alors été densi- The coated preform was then densified
fiée et peut être séparée, comme indiqué en 18, les particu- and may be separated, as indicated in 18,
les céramiques se séparant-facilement de la préforme et pou- ceramics separating easily from the preform and
vant être recyclées Si nécessaire, toute particule adhérant sur la préforme peut être retirée, et le produit fini peut If necessary, any particles adhering to the preform may be removed, and the finished product may
encore être usiné.still be machined.
Comme mentionné plus haut, un des problèmes associés à l'utilisation d'un lit céramique classique était le fait que As mentioned above, one of the problems associated with using a conventional ceramic bed was the fact that
le produit fini présentait des distorsions Un examen mi- the finished product was distorted A mid-term review
croscopique de telles matières céramiques granulaires con- croscopically such granular ceramic materials con-
cassées et broyées ou fondues indique une forme tout à fait irrégulière, de nombreuses particules individuelles ayant un broken and crushed or melted indicates a quite irregular shape, many individual particles having a
aspect en coupe transversale soit rectangulaire, soit trian- cross-sectional aspect either rectangular or triangular
gulaire Cependant, en utilisant les particules céramiques However, using ceramic particles
sensiblement sphériques de la présente invention, en parti- substantially spherical components of the present invention, particularly
culier lorsqu'elles sont combinées à un lubrifiant, on ob- when combined with a lubricant, one obtains
tient une distorsion sensiblement inférieure. holds a substantially lower distortion.
Plus particulièrement, on a déterminé qu'en utilisant un lit de particules céramiques sphéroldales, de préférence d'alumine, sans lubrifiant, une certaine distorsion minime demeurait Bien que l'utilisation d'un-tel lit permettait More particularly, it has been determined that by using a bed of spheroidal ceramic particles, preferably alumina, without lubricant, some minimal distortion remains although the use of such a bed allowed
d'obtenir des articles d'une stabilité dimensionnelle supé- to obtain articles of superior dimensional stability
rieure par rapport à l'art antérieur, la nécessité d'amélio- compared to the prior art, the need to improve
rer une telle stabilité dimensionnelle est restée La pré- Such dimensional stability has remained
sente invention résoud ce problème en incorporant un lubri- This invention solves this problem by incorporating a lubricant
fiant spécifique, en une quantité d'environ 1 à 2 %, en poids, par rapport aux particules céramiques sphéroldales, Specifically, in an amount of about 1 to 2%, by weight, based on the spheroidal ceramic particles,
dans le lit de céramique sphéroldale Dans la forme de réa- in the spheroidal ceramic bed In the form of
lisation préférée, du carbone sous forme de graphite ayant une taille de particules inférieure à un tamis de 0,044 mm preferred embodiment, carbon in the form of graphite having a particle size of less than 0.044 mm sieve
est mélangé avec les particules céramiques et adhère à cel- is mixed with the ceramic particles and adheres to
les-ci tout à fait à la manière d'un revêtement L'addition de graphite tient lieu de lubrifiant entre les particules céramiques et favorise la consolidation D'autres lubri- these are quite like a coating The addition of graphite acts as a lubricant between the ceramic particles and promotes the consolidation of other lubricants.
fiants analogues, thermiquement stables et sensiblement non- analogous, thermally stable and substantially
réactifs, tels que le bisulfure de molybdène, le mica et reagents, such as molybdenum disulfide, mica and
analogues, entrent également dans le cadre de l'invention. analogous, are also within the scope of the invention.
Dans le présent mode de réalisation préfére, le lubri- In the present preferred embodiment, the lubricant is
fiant est mélangé aux particules d'alumine avant de former le lit chaud Le mélange peut être réalisé dans un mélangeur en V ou à double cône, ou dans un autre système classique, de manière à assurer un mélange intime du lubrifiant et des The mixture can be blended with the alumina particles before forming the hot bed. The blending can be carried out in a V-shaped or double cone mixer, or in another conventional system, so as to ensure an intimate mixing of the lubricant and the lubricants.
particules céramiques.ceramic particles.
Le choix de la matière céramique du lit est également The choice of the ceramic material of the bed is also
important pour une autre raison dans le processus de conso- important for another reason in the process of conso-
lidation Si l'on choisit des particules qui présentent une tendance à se fritter à la température de consolidation, la pression appliquée sera absorbée à la fois pour réaliser la lidation If particles with a tendency to sinter at the consolidation temperature are selected, the pressure applied will be absorbed both to achieve the
densification du métal en poudre pré-matricé et pour réali- densification of the pre-filled powdered metal and to achieve
ser la densification du milieu Par exemple, si l'on utilise de la silice avec une température de consolidation d'environ For example, if one uses silica with a temperature of consolidation of about
1100 WC, une pression supérieure sera nécessaire pour réali- 1100 WC, a higher pressure will be needed to achieve
ser la densification en comparaison avec l'utilisation d'a- densification in comparison with the use of
lumine à la même température L'utilisation d'oxyde de zir- at the same temperature The use of zinc oxide
conium, de silice ou de mullite à-des températures supérieu- conium, silica or mullite at temperatures higher than
res à 900 'C impose également des pressions de densification at 900 ° C also imposes densification pressures
supérieures, du fait que ces céramiques elles-mêmes commen- because these ceramics themselves start
cent à se fritter à des températures dépassant 900 WC. hundred to sinter at temperatures exceeding 900 WC.
Afin d'éviter le frittage et la nécessité de pressions To avoid sintering and the need for pressure
supérieures qui en découle pour certaines matières cérami- resulting from certain ceramics
ques, 1 'alumiine est le milieu de consolidation préféré pour alumina is the preferred
des températures jusqu'à 1200 WC De plus l'alumine sphéroi- temperatures up to 1200 WC In addition the spheroidal alumina
dale possède de bonnes caractéristiques de coulée, de trans- dale has good casting, trans-
fert de chaleur et présente un degré minime d'auto-adhésion pendant la consolidation Un avantage supplémentaire de la forme sphéroldale est une auto-adhésion des particules tout à fait réduite après la consolidation De préférence, les particules sphéroidales de la présente invention ont une The additional advantage of the spheroidal form is that the particle adhesion is quite reduced after consolidation. Preferably, the spheroidal particles of the present invention have a high degree of self-adhesion during consolidation.
taille comprise entre les tamis de 0,149 mm et 0,105 mm. size between sieves of 0.149 mm and 0.105 mm.
L'étape de consolidation est plus complètement illus- trée sur la figure 2 Dans le mode de réalisation préféré, la préforme 20 a été complètement ensevelie dans un lit de particules d'alumine sensiblement sphéroldales 22 qui ont The consolidation step is more fully illustrated in FIG. 2. In the preferred embodiment, the preform 20 has been completely buried in a bed of substantially spheroidal alumina particles 22 which have
été revêtues d'un lubrifiant au graphite, et qui ont elles- have been coated with a graphite lubricant, and who have
mêmes été placées dans une matrice de consolidation 24 La table 26 de la matrice constitue le fond, tandis qu'un vérin hydraulique de matriçage 28 définit le sommet et est utilisé The table 26 of the matrix constitutes the bottom, while a hydraulic stamping cylinder 28 defines the top and is used.
pour exercer une pression sur les particules 22 et la pré- to exert pressure on the particles 22 and the pre-
forme 20 La préforme 20 de poudre métallique revêtue est rapidement comprimée sous une haute pression uniaxe par l'action du vérin 28 dans la matrice 24 La matrice 24 n'a pas de forme définie (telle que la forme d'une clef-outil, et il apparaît un fluage latéral négligeable de la préforme The coated metal powder preform 20 is rapidly compressed under a high uniaxial pressure by the action of the jack 28 in the die 24. The die 24 has no defined shape (such as the shape of a tool-key, and there appears a negligible lateral creep of the preform
En conséquence, la consolidation a lieu presque exclusi- As a result, consolidation takes place almost exclusively.
vement dans la direction du déplacement du vérin 28. in the direction of movement of the cylinder 28.
Comme mentionné plus haut, l'utilisation de particules non sphéroldales engendre une répartition non uniforme -de la pression, de sorte qu'après consolidation, une vue en plan d'un cylindre 30 a coupé transversalement aurait la forme d'un trapèze, comme illustré sur la figure 3, et sa densité As mentioned above, the use of non-spheroidal particles results in a nonuniform distribution of pressure, so that after consolidation, a plan view of a transversely cut cylinder would have the shape of a trapezoid, as illustrated in Figure 3, and its density
approcherait 100 % de la densité maximale. would approach 100% of the maximum density.
En référence à la figure 4, on peut observer que le même cylindre circulaire droit pré-matricé 30, lorsqu'il est With reference to FIG. 4, it can be observed that the same right circular cylinder pre-stamped 30, when it is
consolidé dans une matrice de particules d'alumine sphéroi- consolidated in a matrix of spheroidal alumina particles
dales non revêtues, a des diamètres identiques au sommet et uncoated dales, with identical diameters at the top and
en bas, son diamètre étant légèrement plus grand à mi-hauteur. at the bottom, its diameter being slightly larger at half height.
On ignore pourquoi le diamètre à mi-hauteur était supérieur; It is not known why the diameter at half height was higher;
cependant les différences de diamètres étaient si substan- however, the differences in diameter were so great
tiellement réduites qu'il s'agit là d'un perfectionnement substantiel par rapport à l'art antérieur Pour compenser cette légère distorsion, des changements mineurs peuvent This is a substantial improvement over the prior art. To compensate for this slight distortion, minor changes can be made.
être apportés à la forme de la préforme avant la consolida- be brought to the shape of the preform before the consolidation
tion, ou bien on peut usiner l'article En outre, l'utili- tion, or the article can be machined. In addition, the use of
sation de particules sphéroïdales réduit également notable- of spheroidal particles also reduces significantly
ment l'auto-adhésion des particules sur la préforme pendant la consolidation. Ainsi les particules céramiques sphéroldales 22 ont the self-adhesion of particles on the preform during consolidation. Thus the spheroidal ceramic particles 22 have
trois fonctions principales: ( 1) elles transfèrent la pres- three main functions: (1) they transfer the pres-
sion de consolidation à la préforme 20; ( 2) elles servent de moule semifluide pour que la préforme conserve sa forme pendant la consolidation; et ( 3) elles retardent les pertes de chaleur dans la préforme 20 pendant le transfert et la consolidation Pour compenser encore cette distorsion de l'article associé à l'utilisation d'alumine sphéroïdale, et consolidation of the preform 20; (2) they serve as semifluid mold so that the preform retains its shape during consolidation; and (3) they retard the heat losses in the preform during transfer and consolidation To further compensate for this distortion of the article associated with the use of spheroidal alumina, and
pour éviter la majeure'partie, voire la totalité de l'usi- to avoid most, if not all, of the
nage et/ou de la remise en forme de la préforme tels que swimming and / or fitness of the preform such as
mentionnés plus haut, on peut utiliser un lubrifiant. mentioned above, a lubricant can be used.
En référence à la figure 5 est illustré encore un autre cylindre droit 30 b Dans ce mode de réalisation, du graphite Referring to Figure 5 is illustrated yet another right cylinder 30b In this embodiment, graphite
a été déposé sur l'aluminèe sphéroldale Comme on peut l'ob- has been deposited on the spheroidal aluminé As can be ob-
server, le cylindre 30 b a conservé sa forme d'origine,c'est- server, the cylinder 30b has retained its original form, that is,
à-dire que son diamètre est resté sensiblement uniforme de haut en bas Ainsi, grâce à l'utilisation d'un lubrifiant, on élimine sensiblement toute autre étape d'usinage et/ou de that is to say that its diameter has remained substantially uniform from top to bottom Thus, thanks to the use of a lubricant, substantially any other machining step and / or
remise en forme de la préforme.fitness of the preform.
On notera que si des modes de réalisation préférés de l'invention ont été décrits, d'autres modes de réalisation sont à la portée de l'homme de l'art sans sortir du cadre de la présente invention Par exemple, la préforme 20 peut être une clef-outil ou autre objet analogue En outre, on peut utiliser pour le lit d'autres particules sensiblements sphéroldales telles que la silice, l'oxyde de zirconium'et des oxydes céramiques similaires L'invention ne doit donc pas être considérée comme limitée aux modes de réalisation décrits. 1 l Note that if preferred embodiments of the invention have been described, other embodiments are within the reach of those skilled in the art without departing from the scope of the present invention. For example, the preform 20 may In addition, it is possible to use other substantially spheroidal particles such as silica, zirconium oxide and similar ceramic oxides for the bed. The invention is therefore not to be considered as limited to the described embodiments. 1 l
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