FR2560090A1 - CAST IRON ARTICLE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME - Google Patents
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Abstract
L'INVENTION CONCERNE UN ARTICLE EN FONTE COMPORTANT DANS UNE PARTIE DETERMINEE 11A DE SA COUCHE SUPERFICIELLE UNE COUCHE TRAITEE PAR REFONTE FORMEE PAR TRAITEMENT DE TREMPE PARTIEL COMPORTANT UNE OPERATION DE DISSOLUTION A L'ARC DE PLASMA 12 D'UNE OU PLUS D'UNE ESPECE DE METAL A GRANDE DURETE CHOISI PARMI LE GROUPE COMPRENANT LE CR, MO, NI, W, V ET NB EN VUE DE SON INCORPORATION AU SUBSTRAT DE L'ARTICLE 11 ET UNE OPERATION DE REFROIDISSEMENT AUX FINS DE SOLIDIFICATION ULTERIEURE. SELON LE PROCEDE DE FABRICATION DE L'ARTICLE EN FONTE, ON FAIT PROJETER L'ARC DE PLASMA 12 PAR LE CHALUMEAU A PLASMA 1 SUR LA PARTIE DETERMINEE 11A DE LA COUCHE SUPERFICIELLE POUR FORMER DANS CELLE-CI UNE FLAQUE 13 DE METAL FONDU, TOUT EN FAISANT ARRIVER LE METAL A GRANDE DURETE REDUIT EN POUDRE DANS L'ARC DE PLASMA 12.THE INVENTION RELATES TO A CAST IRON ARTICLE INCLUDING IN A DETERMINED PART 11A OF ITS SURFACE LAYER A LAYER TREATED BY RESUMPING FORMED BY PARTIAL SOAKING TREATMENT INCLUDING AN ARC DISSOLUTION OPERATION OF PLASMA 12 OF ONE OR MORE THAN ONE SPECIES HIGH-HARD METAL CHOSEN FROM THE GROUP INCLUDING CR, MO, NI, W, V AND NB FOR INCORPORATION INTO THE SUBSTRATE OF ARTICLE 11 AND A COOLING OPERATION FOR SUBSEQUENT SOLIDIFICATION. DEPENDING ON THE PROCESS FOR MANUFACTURING THE CAST IRON ARTICLE, THE PLASMA ARC 12 IS PROJECTED BY THE PLASMA TORCH 1 ON THE DETERMINED PART 11A OF THE SURFACE LAYER TO FORM IN IT A POOL 13 OF MELTED METAL, ALL BY DELIVERING THE POWDERED HIGH HARDNESS METAL INTO THE PLASMA ARC 12.
Description
-- 1 --- 1 -
ARTICLE EN FONTE ET SON PROCEDE DE FABRICATION. CAST IRON ARTICLE AND MANUFACTURING METHOD THEREFOR.
La présente invention a trait d'une manière générale à un article en fonte et à son procédé de fabrication. Plus particulièrement, elle concerne un article en fonte trempé pour arbre à cames et doigt de culbuteur, pour moteur à combustion interne, devant The present invention generally relates to a cast article and its method of manufacture. More particularly, it relates to a quenched cast iron article for camshaft and rocker arm, for an internal combustion engine, in front of
résister à l'abrasion, ainsi que son procédé de fabri- to resist abrasion, as well as its manufacturing process
cation.cation.
Dans un moteur à combustion interne, la rota- In an internal combustion engine, rotation
tion de l'arbre à cames et le mouvement d'ouverture- the camshaft and the opening movement-
fermeture des soupapes sont liés l'un à l'autre au moyen d'une combinaison d'arbre à cames et de doigts de culbuteur de façon que les soupapes s'ouvrent et se ferment aux moments voulus pour assurer l'admission d'un mélange carburant-air et l'échappement des gaz brûlés, respectivement. L'arbre à cames et le poussoir de culbuteur d'un moteur du type à arbre à cames en tête entrent directement en contact glissant l'un avec L'autre par certaines de leurs parties. Dans un valves are connected to each other by means of a combination of camshaft and rocker fingers so that the valves open and close at appropriate times to ensure the admission of a valve. fuel-air mixture and the exhaust of the burned gases, respectively. The camshaft and rocker pusher of an overhead cam type engine directly engage sliding contact with each other by some of their parts. In one
moteur du type à soupapes en tête, une tige de culbu- overhead valve type engine, a cul-
teur entre en contact glissant par sa partie poussoir avec l'arbre à cames et par une autre de ses parties avec une partie du doigt de culbuteur et il faut par conséquent que tant l'arbre à cames que le doigt de the slider part makes sliding contact with the camshaft and other parts thereof with a part of the rocker arm finger and therefore both the camshaft and
culbuteur possèdent dans une partie d'une couche su- tumbler have in one part of a layer
perficielle qu'ils Drésentent une plus forte résistance perfective that they show a stronger resistance
à l'abrasion que dans leurs autres parties. abrasion only in their other parts.
Suivant une méthode classique, dans la fabrica- Following a classical method, in the manufacture
tion d'un article en fonte tel qu'un arbre à cames devant présenter dans une de ses parties une résistance supérieure à l'abrasion, on ajoute au métal en fusion, lors du moulage de l'article, un métal de grande dureté tion of a cast article such as a camshaft to have in one of its parts a superior resistance to abrasion, is added to the molten metal, during the molding of the article, a metal of great hardness
tel que le chrome ou le molybdène et l'on pose un re- such as chromium or molybdenum, and a
froidisseur sur une partie du moule métallique pour réaliser en même temps que le moulage une couche trempée à excellente résistance à l'abrasion dans la oartie en - 2 - cooler on a portion of the metal mold to achieve at the same time as the molding a hardened layer with excellent abrasion resistance in the - 2 -
contact avec le refroidisseur.contact with the cooler.
Pour conférer à la couche trempée une plus grande dureté afin d'en relever encore la résistance à l'abrasion, on augmente simplement la quantité de métal à grande dureté ajoutée au métal en fusion. Toutefois, cette augmentation de la quantité ajoutée accroit aussi, de par l'addition du métal à grande dureté, la dureté de la partie de l'article, telle que To provide the hardened layer with greater hardness to further increase its abrasion resistance, the amount of high hardness metal added to the molten metal is simply increased. However, this increase in the added amount also increases, by the addition of the hard-hard metal, the hardness of the part of the article, such as
tourillon, autre que celle en contact avec le refroidis- trunnion, other than that in contact with the cooling
seur, ce qui rend difficile le travail de coupe à opérer après le moulage. Dans certains cas, une structure trempée peut apparaître aussi dans la partie non en This makes the cutting work difficult to perform after molding. In some cases, a hardened structure may also appear in the non
contact avec le refroidisseur, ce qui rend très diffi- contact with the cooler, which makes it very difficult
cile la coupe ultérieure.the subsequent cup.
Pour cette raison, compte tenu du travail de coupe ultérieur, on fixe à l'addition de métal à grande dureté une limite haute de 1,0 % en poids lorsqu'on ajoute une seule espèce de métal à grande dureté ou de 1,4 % en poids en cas d'addition de métaux de plusieurs espèces, limites au-delà desquelles l'addition de métal à grande dureté rend le travail de coupe malaisé. Par conséquent, un article en fonte courant présente dans une de ses parties une couche résistant à l'abrasion For this reason, in view of the subsequent cutting work, a high limit of 1.0% by weight is added to the addition of high hardness metal when a single hardness metal species of 1.4 is added. % by weight in case of addition of metals of several species, limits beyond which the addition of metal with high hardness makes the work of cutting difficult. Therefore, a current cast article has in one of its parts an abrasion-resistant layer
insuffisamment formée.insufficiently trained.
Pour surmonter cet inconvénient, on a déjà To overcome this disadvantage, we have already
proposé un procédé selon lequel, au cours d'une opéra- proposed a method according to which, during an operation
tion de moulage, on réalise un article moulé de manière ordinaire, sans ajouter de métal à grande dureté au molding, a molded article is produced in an ordinary manner, without adding metal with a high degree of hardness.
point de rendre difficile le travail de coupe de l'arti- make the work of cutting the article difficult
cle et sans poser de refroidisseur sur une partie du moule métallique et, après l'opération de moulage, on soumet seulement à un traitement de trempe la partie devant résister à l'abrasion; un tel procédé est décrit par exemple dans la demande de brevet JA n SHO 53-115203 and without placing a cooler on a portion of the metal mold and, after the molding operation, only the part to resist abrasion is subjected to quenching treatment; such a process is described for example in the patent application JA n SHO 53-115203
déposée le 21 septembre 1978 sous le bénéfice de la Drio- deposited on 21 September 1978 under the benefit of the
-3-3
rité de la demande de brevet DE n P 27 42597.4 (dépo- of the patent application DE No. 27 42597.4 (filed
sée le 22 septembre 1974) et publiée en tant que brevet September 22, 1974) and published as a patent
JA n SHO 54-57010 le 8 mai 1979.JA No. SHO 54-57010 May 8, 1979.
Selon ce procédé antérieur, on irradie au fais- According to this prior method, the
ceau électronique la partie devant résister à l'abrasion electronic element the part to resist abrasion
pour la refondre avant de la laisser refroidir d'elle- to remelt it before allowing it to cool
même pour qu'il se forme en son sein une couche trempée. even so that it forms within it a soaked layer.
Toutefois, selon ce procédé de refusion-trempe, However, according to this reflow-quenching process,
la couche trempée finalement formée a la même constitu- the quenched layer finally formed has the same constitution
tion que le corps de l'article moulé et, par conséquent, on n'obtient pas ainsi une couche trempée dotée d'une than the body of the molded article and, therefore, a soaked layer with a
dureté ni d'une résistance à l'abrasion très satisfai- hardness or a very satisfactory abrasion resistance
santes par rapport à celles d'une couche trempée formée compared to those of a hardened layer formed
au moyen d'un refroidisseur.by means of a cooler.
La présente invention a été conçue pour résoudre ces problèmes traditionnels posés par un article en fonte The present invention has been designed to solve these traditional problems posed by a cast article
et par son procédé de fabrication. and by its manufacturing process.
Selon la présente invention, il est prévu un article en fonte comportant au moins une espèce de métal à grande dureté, choisi parmi le groupe comprenant le According to the present invention, there is provided a cast iron article comprising at least one metal species of high hardness, selected from the group consisting of
chrome, le molybdène, le nickel, le tungstène, le vana- chromium, molybdenum, nickel, tungsten, vanadium
dium et le niobium, dispersé ou présent en solution so- dium and niobium, dispersed or present in solution
lide sous forme de corps simple, d'alliage ou de composé, lide as a single body, alloy or compound,
caractérisé en ce qu'il présente, dans une partie déter- characterized in that it has, in a particular part,
minée de sa couche superficielle, une couche traitée par of its superficial layer, a layer treated with
refonte et par un traitement de trempe partiel compor- overhaul and by a partial quenching treatment
tant une opération de dissolution destinée à incorporer au moyen d'un arc de plasma le métal à grande dureté a dissolving operation intended to incorporate the metal of high hardness by means of a plasma arc
au subjective de L'article, et une opération de refroi- to the subjective of the article, and a cooling operation
dissement aux fins de solidification ultérieure. drainage for later solidification.
Il est encore prévu, selon l'invention, un procédé de fabrication d'un article en fonte comportant au moins une espèce de métal à grande dureté, choisi parmi le chrome, le molybdène, le nickel, le tungstène, According to the invention, there is also provided a method of manufacturing a cast iron article comprising at least one metal species of high hardness, selected from chromium, molybdenum, nickel, tungsten,
le vanadium et le niobium, dispersé ou présent en solu- vanadium and niobium, dispersed or present in
-4- tion solide sous forme de corps simple, d'alliage ou de composé, comprenant une première opération consistant Solid form in the form of a single body, alloy or compound, comprising a first operation comprising
à placer une partie déterminée de la couche superficiel- to place a determined part of the surface layer-
le de L'article en face d'un chalumeau à plasma, une seconde opération consistant à relier respectivement une électrode du chalumeau à plasma et l'article à la borne négative d'une source d'alimentation à courant continu et à la borne positive de cette source, une troisième opération consistant à faire projeter par le chalumeau à plasma un arc de plasma sur la partie déterminée de la couche superficielle pour former dans celle-ci une flaque de métal fondu, tout en faisant arriver le métal à grande dureté à l'état de poudre dans l'arc de plasma, The article in front of a plasma torch, a second operation of respectively connecting an electrode of the plasma torch and the article to the negative terminal of a DC power source and the positive terminal. from this source, a third operation consisting in causing the plasma torch to project a plasma arc on the determined part of the surface layer in order to form a puddle of molten metal therein while causing the metal to reach a high hardness. the state of powder in the plasma arc,
une quatrième opération consistant à déplacer le chalu- a fourth operation to move the trawl
meau à plasma entre certaines limites sur la partie déterminée de la couche superficielle, tout en continuant à projeter l'arc de plasma et à faire arriver le métal à grande dureté pulvérulent dans l'arc de plasma, une cinquième opération consistant à arrêter la projection de l'arc de plasma ainsi que l'envoi du métal à grande dureté pulvérulent dans l'arc de plasma, une sixième opération consistant à refroidir la flaque fondue et Plasma water between certain limits on the determined part of the superficial layer, while continuing to project the arc of plasma and to make arrive the metal with great hardness powder in the arc of plasma, a fifth operation consisting of stopping the projection of the plasma arc as well as sending the powdery high-hardness metal into the plasma arc, a sixth operation of cooling the molten pool and
une septième opération consistant à retirer l'article. a seventh operation of removing the article.
Par conséquent, un but de la présente invention est de réaliser un article en fonte présentant dans une partie déterminée une couche traitée par refonte dotée d'une résistance à l'abrasion remarquable par rapport Accordingly, it is an object of the present invention to provide a cast iron article having a remelt-treated layer having a remarkable abrasion resistance in a particular portion.
à celle d'une couche trempée obtenue à l'aide d'un re- to that of a hardened layer obtained by means of a
froidisseur, ainsi qu'un procédé de fabrication d'un cooler, as well as a method of manufacturing a
tel article en fonte.such article in cast iron.
On comprendra mieux l'invention d'après la The invention will be better understood from the
description détaillée dotée ci-dessous, à titre d'exem- detailed description given below, as an example
ple, d'un de ses modes de réalisation préférés en se référant aux dessins annexés, sur lesquels: ple, of one of its preferred embodiments with reference to the accompanying drawings, in which:
- la figure 1 est une vue latérale, partielle- FIG. 1 is a side view, partially
-5- ment en coupe, d'une partie essentielle d'un chalumeau à plasma appliqué à la fabrication d'un article en fonte selon l'invention; et les figures 2A, 2B et 2C sont des diagrammes d'analyse au micro-analyseur à sonde électronique mon- trant la distribution des éléments essentiels dans une 5, in section, of an essential part of a plasma torch applied to the manufacture of a cast iron article according to the invention; and FIGS. 2A, 2B and 2C are electron probe microanalyzer diagrams showing the distribution of essential elements in a
couche traitée par refonte de l'article en fonte. layer treated by recasting the cast article.
On se réfère d'abord à la figure 1 qui est une We first refer to Figure 1 which is a
vue partiellement en coupe montrant la structure inté- partial sectional view showing the structure
rieure d'un chalumeau à plasma 1 adapté en vue de la fabrication d'un article en fonte 11 selon la présente of a plasma torch 1 adapted for the manufacture of a cast article 11 according to the present invention.
invention; le chalumeau à plasma 1 comporte, à l'inté- invention; the plasma torch 1 comprises, at the
rieur d'un chapeau protecteur creux 2, une buse unique 3 en cuivre, définissant avec le chapeau 2 un trajet axial 4 d'admission d'un gaz protecteur tel qu'un gaz 2 of a hollow protective cap 2, a single copper nozzle 3 defining with the cap 2 an axial path 4 for the admission of a protective gas such as a gas
inerte. Au centre de la buse 3 est défini un autre tra- inert. In the center of the nozzle 3 is defined another work.
jet axial 5 d'admission d'un gaz actif tel qué l'argon à mettre à l'état de plasma et ce trajet 5 est entouré Dar un trajet 6 fermé à l'extrémité, de circulation d'agent de refroidissement. Une électrode en tungstène 7 est disposée axialement sur le trajet 5 du gaz actif, trajet qui se rétrécit à son extrémité inférieure pour an axial jet 5 for the admission of an active gas such as argon to be placed in the plasma state and this path 5 is surrounded by a path 6 closed at the end of the cooling agent circulation. A tungsten electrode 7 is disposed axially on the path 5 of the active gas, which path narrows at its lower end to
définir un orifice d'éjection de plasma 8 pour la pro- define a plasma ejection port 8 for the
jection du gaz à l'état de plasma. jection of the gas to the state of plasma.
De plus, le chapeau protecteur 2 présente une In addition, the protective cap 2 has a
série de guides tubulaires 9 qui le traversent oblique- series of tubular guides 9 which cross oblique-
ment pour venir entourer la buse 3 à égale distance les to surround the nozzle 3 at an equal distance
uns des autres, chaque guide 9 supportant l'un de plu- each other, each guide 9 supporting one of several
sieurs tubes d'amenée de métaL pulvérulent 10, insérés dans la buse de façon que l'axe de chaque tube 10 passe 10 powder metaL feed tubes 10 inserted into the nozzle so that the axis of each tube 10 passes.
par l'axe de l'orifice 8.by the axis of the orifice 8.
On va décrire ci-dessous un procédé de fabrica- We will describe below a process of manufacturing
tion de l'article en fonte 11 selon La présente invention of the cast article 11 according to the present invention.
à l'aide du chalumeau à plasma 1 décrit ci-dessus. using the plasma torch 1 described above.
On supposera que l'article en fonte 11 a été -6- moulé de manière courante, sans addition de métal à grande dureté dans une mesure risquant de rendre la coupe difficile et sans utilisation d'un refroidisseur, It will be assumed that the cast iron article 11 has been routinely molded without the addition of high hardness metal to a degree which may make cutting difficult and without the use of a cooler.
et qu'il a subi l'opération de coupe. and that he has undergone the cutting operation.
D'abord, comme représenté sur la figure 1, on First, as shown in FIG.
place le chalumeau à plasma 1 en face d'une partie dé- place the plasma torch 1 in front of a
terminée 11a, devant résister à la fois à l'abrasion et à l'apparition de criques, d'une couche superficielle completed 11a, having to resist both abrasion and the appearance of cracks, a superficial layer
de l'article en fonte 11 à l'état fini après la coupe. of the cast article 11 in the finished state after cutting.
On relie ensuite l'électrode en tungstène 7 à la borne négative (non représentée) d'une source d'alimentation à courant continu (non représentée) et The tungsten electrode 7 is then connected to the negative terminal (not shown) of a DC power source (not shown) and
l'article en fonte 11, à la borne positive (non repré- article 11, at the positive terminal (not shown
sentée) de la source d'alimentation. On fait arriver le gaz protecteur suivant le trajet axial 4 et le gaz felt) from the power source. The protective gas is fed along the axial path 4 and the gas
actif, par exemple l'argon, suivant le trajet axial 5. active, eg argon, along the axial path 5.
De ce fait, une décharge se produit à partir de l'éLec- As a result, a discharge occurs from the elec-
trode 7, mettant le gaz actif présent sur le trajet à l'état de plasma pour engendrer le plasma, qui ne dispose que d'une section de passage réduite au niveau de l'orifice 8 et se précipite hors de celui-ci sous La forme d'un arc de plasma 12, c'est-à-dire un jet de plasma à haute température et à grande vitesse, pour être projeté par la buse 3. L'arc de plasma projeté 12 est dirigé vers la partie déterminée lla de la couche superficielle de l'article 11, qui est à un potentiel positif par rapport à l'électrode en tungstène 7, et la chaleur de l'arc fait apparaître dans la partie trode 7, putting the active gas present on the path to the plasma state to generate the plasma, which has only a reduced passage section at the orifice 8 and rushes out of it under in the form of a plasma arc 12, that is to say a plasma jet at high temperature and at high speed, to be projected by the nozzle 3. The projected plasma arc 12 is directed towards the determined part lla of the surface layer of the article 11, which is at a positive potential with respect to the tungsten electrode 7, and the heat of the arc appears in the part
11a une flaque fondue 13.11a molten pool 13.
Ce faisant, on fait arriver dans l'arc de In doing so, we make arrive in the arc of
plasma 12, à travers les tubes d'amenée de poudre métal- plasma 12, through the metal powder feed tubes
lique 10, une poudre 14 composée d'une ou de plusieurs espèces de métal à grande dureté. Le métal à grande dureté peut être choisi parmi le groupe comprenant le 10, a powder 14 composed of one or more species of metal with high hardness. The high hardness metal may be selected from the group consisting of
chrome, le molybdène, le nickel, le tungstène, le vana- chromium, molybdenum, nickel, tungsten, vanadium
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dium, Le niobium et analogues et peut être un corps. dium, niobium and the like and can be a body.
simple choisi parmi ces métaux, un alliage de deux ou plusieurs de ces métaux ou de l'un ou plusieurs d'entre eux avec un autre métal ou d'autres métaux et/ou un composé d'un ou plusieurs de ces métaux avec du carbone et/ou analogues. La quantité de poudre 14 à faire arriver dans l'arc de plasma 12, exprimé en pourcentage en poids de métal à grande dureté rapporté à la flaque 14, est de préférence comprise entre 1,0 et 15,0 %, quand le nombre d'espèces de métal à grande dureté à faire arriver est égal à 1 ou entre 0,7 et ,0 % par espèce et entre 1,4 et 16,0 % au total, quand ce nombre est supérieur à 1. En effet, quand la quantité a single one of these metals, an alloy of two or more of these metals or one or more of them with another metal or other metals and / or a compound of one or more of these metals with carbon and / or the like. The amount of powder 14 to be delivered in the plasma arc 12, expressed as a percentage by weight of metal with a high hardness relative to the puddle 14, is preferably between 1.0 and 15.0%, when the number of high-hardness metal species to arrive is equal to 1 or between 0.7 and 0% per species and between 1.4 and 16.0% in total, when this number is greater than 1. Indeed, when the amount
de poudre 14 est inférieure à la limite basse de l'in- 14 is below the lower limit of
tervalle correspondant de pourcentages en poids sus-in- corresponding percentage of percentages by weight
diqués, la résistance à l'abrasion de la partie 11a de l'article en fonte 11 traité par refonte aux- fins de trempe partielle ne peut guère différer de celle qu'on obt4endrait autrement par la méthode au refroidisseur classique, la dureté s'avérant donc insuffisante. En revanche, en cas de dépassement de la limite haute, la For example, the abrasion resistance of the portion 11a of the remelted cast iron article 11 for partial quenching purposes can hardly differ from that which would otherwise be achieved by the conventional cooler method, the hardness being the same. thus proving insufficient. On the other hand, if the upper limit is exceeded, the
dureté peut devenir trop grande pour éviter une fragi- hardness may become too great to avoid
lité indésirable, ce qui abaisse la résistance à l'ap- undesirable quality, which lowers resistance to
parition de criques et des criques sont susceptibles d'apparaître lors du refroidissement après refonte au cracks and creeks are likely to appear during cooling after recasting at
plasma ainsi que lors du meulage.plasma as well as during grinding.
Dans le traitement de refonte décrit ci-dessus, la poudre métallique 14 arrivant dans l'arc de plasma 12 est confinée à force dans cet arc, de sorte qu'elle est accélérée et chauffée, puis projetée à grande vitesse et à haute température sur la surface de la flaque 13, pour se mélanger à celle-ci, tandis que la surface de la flaque 13 est creusée par la pression de l'arc de plasma 12 s'exerçant sur elle, le creux ainsi ménagé étant amené à se déplacer selon les mouvements du chalumeau à plasma 1, ce qui assure efficacement l'agitation de la flaque 13. Par conséquent, La poudre 14 de métal à grande dureté incorporée à La fLaque 13 In the remelting process described above, the metal powder 14 arriving in the plasma arc 12 is forcibly confined in this arc, so that it is accelerated and heated, then projected at high speed and at high temperature over the surface of the puddle 13, to mix with it, while the surface of the puddle 13 is hollowed by the pressure of the plasma arc 12 exerted on it, the hollow thus formed being made to move according to the movements of the plasma torch 1, which effectively ensures the agitation of the puddle 13. Therefore, the powder 14 of high hardness metal incorporated in the sheet 13
s'y trouve régulièrement répartie par l'effet d'agita- it is regularly distributed by the effect of
tion. De ce fait, quand La poudre métallique 14 a un point de fusion suffisamment bas ou est soluble dans La fLaque 13, elle se mélange régulièrement au substrat de la flaque 13, formant avec lui un alliage et/ou un composé. Quand la poudre 14 n'est pas soluble dans la flaque 13, elLe s'y disperse uniformément, sans changer tion. Therefore, when the metal powder 14 has a sufficiently low melting point or is soluble in the slab 13, it regularly mixes with the substrate of the puddle 13, forming with it an alloy and / or a compound. When the powder 14 is not soluble in the puddle 13, it disperses uniformly, without changing
de composition chimique.of chemical composition.
Par refroidissement de la flaque 13, on fait By cooling the puddle 13, we make
apparaître dans la partie superficielle 11a de l'arti- appear in the superficial part 11a of the article
cle en fonte 11 une couche traitée par refonte contenant un alLiage homogénéisé avec dispersion régulière d'un ou plusieurs métaux à grande dureté et/ou de particules résistant à L'abrasion régulièrement dispersée, laquelle l couche traitée par refonte possède ainsi une excellente The cast iron core 11 comprises a recoat-treated layer containing a homogenized ally with regular dispersion of one or more metals of high hardness and / or regularly dispersed abrasion-resistant particles, which layer has thus been treated with excellent
résistance tant à l'abrasion-qu'à l'apparition de criques. resistance to both abrasion and cracking.
On va décrire ci-dessus un certain nombre de conditions opératoires essentielles pour l'obtention suivant l'invention d'une couche traitée par refonte ayant une haute résistance à l'abrasion et à l'apparition A number of essential operating conditions will be described above for obtaining, according to the invention, a remelt-treated layer having a high resistance to abrasion and to the appearance
de criques.of creeks.
Pour entraîner la poudre métallique 14,on a recours à un gaz porteur auquel on fait traverser les tubes d'alimentation en poudre métallique 10, la vitesse d'écoulement de ce gaz étant de préférence fixée à 0,5 m/s ou plus pour mieux confiner la poudre 14 dans l'arc de plasma 12. Pour ce qui est du gaz actif à faire arriver par le trajet axial 5, on en maintient de préférence le To entrain the metal powder 14, a carrier gas is used, through which the metal powder feed tubes 10 are passed, the flow velocity of this gas being preferably set at 0.5 m / s or more for better to confine the powder 14 in the plasma arc 12. As for the active gas to be made to arrive by the axial path 5, it is preferably maintained
débit entre 0,3 et 3 L/mn, soit un intervalle très infé- flow rate between 0.3 and 3 L / min, a very low
rieur à celui de fusion au plasma ordinaire, qui est de à 60 L/mn, afin d'éviter que la poudre 14 ne se trouve dispersée hors de la flaque 13. De plus, pour réduire le 9- débit de gaz actif, on peut avantageusement limiter la granulométrie de la poudre 14 à l'intervalle allant de than that of ordinary plasma melting, which is 60 L / min, in order to prevent the powder 14 from being dispersed out of the puddle 13. Moreover, to reduce the 9-flow of active gas, can advantageously limit the particle size of the powder 14 to the interval from
1 à 200 micromètres ou, de préférence, de 1 à 100 mi- 1 to 200 microns or, preferably, from 1 to 100 microns
cromètres. De plus, le courant d'arc, qu'il faut fixer convenablement en fonction de la matière, des dimensions cromètres. In addition, the arc current, which must be properly set according to the material, dimensions
et de la configuration de l'article en fonte 11 consti- and the configuration of the article made of cast iron
tuant le substrat à refondre ainsi que de la superficie et de la profondeur à soumettre à la refonte ainsi que de la quantité de poudre métallique 14 et de la vitesse de déplacement du chalumeau à plasma 1, peut être de préférence réglé dans un intervalle de 30 à 200 ampères, the sludge to be recasted and the area and depth to be remelt and the amount of metal powder 14 and the speed of movement of the plasma torch 1 can preferably be set within a range of 30. at 200 amps,
par application d'une tension de 20 à 30 volts. by applying a voltage of 20 to 30 volts.
Dans la réalisation ci-dessus de l'invention, la poudre 14 peut comprendre une ou plusieurs espèces de métal à grande dureté et du soufre à l'état de corps simple ou de sulfure d'un métal à grande dureté, de sorte que le métal à grande dureté est à disperser ou à dissoudre régulièrement sous la forme d'un sulfure dans In the above embodiment of the invention, the powder 14 may comprise one or more species of metal of high hardness and sulfur in the state of simple body or of sulfide of a metal with great hardness, so that the metal with high hardness is to be dispersed or dissolved regularly in the form of a sulphide in
la couche traitée par refonte, ce qui augmente le pou- layer that has been reprocessed, which increases the
voir lubrifiant et améliore encore par là la résistance à l'abrasion. La quantité de soufre à ajouter, exprimée en pourcentage en poids de soufre rapporté à la couche see lubricant and further improves the resistance to abrasion. The amount of sulfur to be added, expressed as a percentage by weight of sulfur relative to the layer
traitée par refonte, est limitée et de préférence com- treated by recasting, is limited and preferably
prise entre 0,2 et 1,5 %. Quand le pourcentage en poids est inférieur à 0, 2 %, le pouvoir lubrifiant n'est pas très grand et, en revanche, lorsqu'il dépasse 1,5 %, la taken between 0.2 and 1.5%. When the percentage by weight is less than 0, 2%, the lubricating power is not very great and, on the other hand, when it exceeds 1.5%, the
couche traitée par refonte devient fragile, ce qui di- layer that has been reprocessed becomes fragile, which
minue la résistance à l'apparition de criques. minue the resistance to the appearance of cracks.
On notera en passant qu'on peut faire arriver une ou plusieurs espèces de métal à grande dureté dans It should be noted in passing that one or more species of metal with great hardness can be
la flaque 13 sous forme d'alliage ferreux ou de carbure. the puddle 13 as a ferrous alloy or carbide.
Les figures 2A, 2B et 2C sont des diagrammes Figures 2A, 2B and 2C are diagrams
d'analyse indiquant les résultats de l'analyse au micro- analyzing the results of the micro-analysis.
analyseur à sonde électronique d'une couche traitée par one-layer electronic probe analyzer processed by
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refusion formée en faisant arriver comme métaux à grande dureté du chrome et du molybdène et en leur ajoutant du soufre. Chaque diagramme donné couvre une profondeur de 1,0 à 1,1 mm à partir de la surface de la couche traitée par refonte. Comme on le voit d'après les diagrammes d'analyse, la couche traitée par refonte a des teneurs remelting formed by bringing chromium and molybdenum to the metals of high hardness and adding sulfur to them. Each given chart covers a depth of 1.0 to 1.1 mm from the surface of the remelt-treated layer. As can be seen from the analysis diagrams, the recast layer has
sensiblement homogènes en S, Cr et Mo. substantially homogeneous in S, Cr and Mo.
On va décrire ci-dessous les résultats d'un certain nombre d'essais comparés dans chacun desquels on a établi entre un article en fonte selon l'invention et un article en fonte courant une comparaison portant The results of a number of comparative tests are described below, in each of which a comparison between a cast iron article according to the invention and a cast iron article has been compared.
sur la résistance à l'abrasion.on the resistance to abrasion.
Essai 1: On a soumis un arbre à cames pour automobile sous forme de moulage en fonte FC 30 (fonte grise, de nuance 5) selon la normeihdustrielle japonaise (NI.I.J), ayant subi un dégrossissage, à un traitement de refonte en Test 1: An automobile camshaft was subjected to a cast iron cast iron (gray cast iron, grade 5) according to the Japanese industrial standard (NI.I.J), having undergone a roughing treatment,
refondant à l'arc de plasma la surface d'une de ses par- refounding with the plasma arc the surface of one of its parts
ties formant levée de came, en ajoutant de la poudre métallique de chrome, dans les conditions suivantes Conditions de traitement de refonte: Courant d'arc de plasma 85 ampères Débit de gaz actif 0,3 l/mn Débit d'addition de poudre de Cr 1,4 g/mn camming forces, by adding chromium metal powder, under the following conditions Reworking treatment conditions: Plasma arc current 85 amps Active gas flow 0.3 l / min Flow rate of powder Cr 1.4 g / min
Vitesse de déplacement du chalu-Movement speed of the trawl
meau à plasma 1 m/mn.plasma water 1 m / min.
La levée de la came présentant une couche ainsi traitée par refonte et refroidie aux fins de trempe qui avait 1,6 mm de profondeur et une dureté HRC (Rockwell The lifting of the cam having a thus reductively treated and cooled layer for quenching which was 1.6 mm deep and HRC hardness (Rockwell
échelle C, N. I. J.) de 63 et avait une teneur sensible- scale C, N. I. J.) of 63 and had a significant
ment homogène en Cr d'environ 13 % en poids. On a ensuite opéré La finition de l'arbre à cames par meulage de sa a uniform Cr content of about 13% by weight. The finishing of the camshaft was then performed by grinding its
partie de came et on l'a étiqueté "éprouvette A". cam part and labeled "test-tube A".
D'autre part, on a moulé un autre arbre à cames contenant 0,9 % en poids de Cr dans son substrat et on On the other hand, another camshaft containing 0.9% by weight Cr was molded into its substrate and
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a refroidi seulement la partie de Levée de came en ap- cooled only the cam lift part
pLiquant sur celle-ci un refroidisseur. On a aussi soumis cet arbre à cames à une finition par meulage de laying on it a cooler. This camshaft was also subjected to a finishing by grinding of
sa partie de came et on l'a étiqueté "éprouvette B". its cam part and it was labeled "test-tube B".
On a essayé les deux éprouvettes A et B sur un vrai moteur tournant à une vitesse de 1 000 tr/mn et à une température d'huile de 65 C pendant un laps de temps de 200 heures. Les résultats d'essai ont indiqué une profondeur d'abrasion maximale de 15 micromètres par la partie came de l'éprouvette A et de 105 micromètres pour celle de l'éprouvette B, de sorte que l'éprouvette A s'est avérée très supérieure quant à la résistance d'abrasion. Essai 2: On a soumis un arbre à cames pour motocyclette sous forme de moulage en fonte FCD 55 (fonte à graphite Both test pieces A and B were tested on a real motor running at 1000 rpm and an oil temperature of 65 C for a period of 200 hours. The test results indicated a maximum depth of abrasion of 15 microns by the cam portion of the specimen A and 105 micrometers for that of the specimen B, so that the specimen A was found to be very superior as for the abrasion resistance. Test 2: A motorcycle camshaft was submitted as cast iron FCD 55 (graphite cast iron)
sphéroidal, classe 3) selon la N. I. J. à un dégrossissa- spheroidal, class 3) according to the N. I. J. to a skewed
ge, on l'a traité par refonte en refondant La surface d'une de ses Levées de came à l'arc de plasma, tout en ajoutant une poudre de carbure de molybdène à grosseurs de particules allant de 10 à 50 micromètres, dans les conditions suivantes: Conditions de traitement de refonte: Courant d'arc de plasma 80 ampères Débit de gaz actif 0,5 L/mn Débit d'addition de poudre de Mo2C 0,3 g/mn Vitesse de déplacement du ge, it was reprocessed by refounding the surface of one of its cam lobes to the plasma arc, while adding a molybdenum carbide powder with particle sizes ranging from 10 to 50 micrometers, in the following conditions: Redesign treatment conditions: Plasma arc current 80 amps Active gas flow rate 0.5 L / min Mo2C powder addition rate 0.3 g / min
chalumeau à plasma 1,2 m/mn.plasma torch 1.2 m / min.
On a refroidi La couche traitée par refonte The reconditioned layer was cooled
ainsi obtenue pour La tremper, couche qui avait une pro- thus obtained to soak it, a layer which had a
fondeur de 1,8 mm et une dureté HRC de 57 et contenait 1,5 % en poids de molybdène. On a ensuite fini L'arbre à cames en meulant la partie came, et on l'a étiqueté foundry of 1.8 mm and HRC hardness of 57 and contained 1.5% by weight of molybdenum. We then finished the camshaft by grinding the cam part, and we labeled it
"éprouvette C"."specimen C".
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D'autre part, on a moulé un arbre à cames pour obtenir un moulage FCD 55 selon la N. I. J. et on l'a refroidi pour le tremper. On a aussi fini cet arbre à cames en meulant sa partie came et on l'a étiqueté "éprouvette D". On a essayé les deux éprouvettes C et D sur un vrai moteur dans les mêmes conditions que dans l'essai I. Les résultats ont révélé une profondeur d'abrasion maximale de 80 micromètres pour la partie came de l'éprouvette C et de 120 micromètres pour celle de l'éprouvette D, de sorte que l'éprouvette C s'est avérée supérieure à l'éprouvette D quant à la On the other hand, a camshaft was molded to FCD 55 molding according to N.I. J. and cooled for quenching. This camshaft was also finished by grinding its cam portion and labeled "Test D". Both test pieces C and D were tested on a real engine under the same conditions as in test I. The results revealed a maximum depth of abrasion of 80 micrometers for the cam portion of test-tube C and 120 micrometers for that of the specimen D, so that the specimen C proved superior to the specimen D as to the
résistance à l'abrasion.abrasion resistance.
Essai 3: On a soumis un arbre à cames pour automobile moulé en fonte FC 30, ayant subi un dégrossissage, à un traitement de refonte en refondant la surface d'une de Test 3: A roughed FC 30 cast iron cast camshaft was subjected to a remelting treatment by rebonding the surface of one of
ses levées de came à l'arc de plasma, tout en lui in- his cam lift to the plasma arc, while
corporant, en mélange dans un rapoort en poids de 50/50, de la poudre de carbure de chrome et de la poudre de molybdène à grosseurs de particules allant de 2 à 60 micromètres, dans les conditions suivantes: Conditions de traitement de refonte: Courant d'arc de plasma 80 ampères Débit de gaz actif 0,5 l/mn Débit d'addition de Cr3C2 + Mo 0,3 g/mn 50/50 weight ratio, chromium carbide powder and molybdenum powder having particle sizes ranging from 2 to 60 microns, under the following conditions: Reducting treatment conditions: Current plasma arc 80 amps Active gas flow rate 0.5 l / min Addition rate of Cr3C2 + Mo 0.3 g / min
Vitesse de déplacement du cha-Speed of movement of the chain
lumeau à plasma 1 m/mn.plasma light 1 m / min.
On a refroidi pour la tremper la couche traitée The treated layer was cooled to soak
par refonte ainsi obtenue sur la levée de la came, cou- recasting thus obtained on the lifting of the cam,
che qui avait une profondeur de 1,7 mm et une dureté HRC de 58 et contenait approximativement 0,9 % en poids de which had a depth of 1.7 mm and an HRC hardness of 58 and contained approximately 0.9% by weight of
molybdène et approximativement 0,8 % en poids de chrome. molybdenum and approximately 0.8% by weight chromium.
On a ensuite fini l'arbre à cames par meulage de sa The camshaft was then finished by grinding its
partie de came et on l'a étiqueté "éprouvette E". cam part and labeled "test-piece E".
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D'autre part, on a moulé un autre arbre à cames en fonte FC 30 contenant 0,3 % en poids de molybdène et 0,6 % en poids de chrome et on l'a refroidi pour le tremper. On a aussi fini cet arbre à cames en meulant sa partie came et on l'a étiqueté "éprouvette F". On a essayé les deux éprouvettes E et F sur un On the other hand, another FC cast iron camshaft containing 0.3% by weight molybdenum and 0.6% by weight chromium was molded and cooled for quenching. This camshaft was also finished by grinding its cam portion and labeled "specimen F". Both test pieces E and F were tested on a
vrai moteur dans les mêmes conditions que dans l'essai 1. true engine under the same conditions as in test 1.
Les résultats d'essai ont révélé une profondeur d'abra- The test results revealed a depth of abra-
sion maximale de 63 micromètres par la partie came de l'éprouvette E et de 110 micromètres pour celle de l'éprouvette F, de sorte que l'éprouvette E s'est avérée 63 micrometers by the cam portion of the test piece E and 110 micrometers for that of the specimen F, so that the test piece E was found to be
extrêmement supérieure quant à la résistance à l'abrasion. extremely superior in abrasion resistance.
Essai 4: On a soumis un arbre à cames pour automobiles moulé en fonte FC 30, ayant subi un dégrossissage, à un traitement de refusion en refondant la-surface d'une de Test 4: A roughed FC 30 cast iron automotive camshaft was subjected to a remelting treatment by re-melting the surface of one of the
ses levées de came à l'arc de plasma, tout en lui ajou- his cam lift to the plasma arc, while adding
tant en mélange dans un rapport en poids de 65/35 dans l'ordre, une poudre de carbure de chrome et une poudre de molybdène à grosseurs de particules allant de 2 à micromètres, dans Les conditions suivantes: Conditions de traitement de refonte: Courant d'arc de plasma 80 ampères Débit de gaz actif 0,5 l/mn Débit d'addition de Cr3C2 + Mo 1 6 g/mn as a mixture in a weight ratio of 65/35 in order, a chromium carbide powder and a particle-size molybdenum powder ranging from 2 to micrometers, under the following conditions: Reducting treatment conditions: Current plasma arc 80 amps Active gas flow rate 0.5 l / min Addition rate of Cr3C2 + Mo 1 6 g / min
Vitesse de déplacement du cha-Speed of movement of the chain
lumeau à plasma 0,5 m/mn.plasma light 0.5 m / min.
On a refroidi pour la durcir la couche traitée par refonte ainsi obtenue sur la levée de came, couche qui avait une profondeur de 1,5 mm et une dureté HRC de 64 et contenait approximativement 5,6 % en poids de molybdène et 9,4 % en poids de chrome. On a ensuite fini The resurfacing layer thus obtained was cooled to harden on the cam lift, which layer had a depth of 1.5 mm and an HRC hardness of 64 and contained approximately 5.6% by weight of molybdenum and 9.4 % by weight of chromium. We then finished
l'arbre à cames en meulant sa partie came et on l'a éti- the camshaft by grinding its cam part and it was
queté "éprouvette G".quit "specimen G".
D'autre part, on a moulé un autre arbre à cames On the other hand, we molded another camshaft
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en fonte FC 30 à 0,3 % en poids de Mo et 0,6 % en poids de Cr et on l'a refroidi pour le tremper. On a aussi fini cet arbre à cames en meulant sa partie came et on FC cast iron at 0.3 wt.% Mo and 0.6 wt.% Cr and cooled for quenching. We also finished this camshaft by grinding its cam part and we
l'a étiqueté "éprouvette H".labeled it "test tube H".
On a essayé les deux éprouvettes G et H sur un Both test tubes G and H were tested on a
vrai moteur dans les mêmes conditions que dans L'essai 1. true engine under the same conditions as in Test 1.
Les résultats d'essai ont révélé une profondeur d'abra- The test results revealed a depth of abra-
sion maximale de 38 micromètres par la partie came de l'éprouvette D et de 110 micromètres pour celle de l'éprouvette H, de sorte que l'éprouvette G s'est avérée maximum of 38 micrometers by the cam portion of the specimen D and 110 micrometers for that of the specimen H, so that the specimen G proved to be
extrêmement supérieure quant à la résistance à l'abra- extremely superior in resistance to abrasion
sion. Essai 5: On a soumis un arbre à cames pour automobile moulé en fonte FC 3, ayant subi un dégrossissage, à un traitement de refonte en refondant la surface d'une de ses levées de came à l'arc à plasma, tout en lui ajoutant, en mélange dans un rapport en poids de 50/50, une poudre if we. Test 5: A rough-cast FC 3 cast iron camshaft was subjected to a remelting treatment by re-melting the surface of one of its cam lifts to the plasma arc, while adding, as a mixture in a ratio by weight of 50/50, a powder
de carbure de chrome et une poudre de sulfure de molyb- of chromium carbide and a molyb-
dène à grosseurs de particules comprises entre 2 et 10 micromètres, dans les conditions suivantes: Conditions de traitement de refonte: Courant d'arc de plasma 80 ampères Débit de gaz actif 0,5 l/mn Débit d'addition de Cr3C2 + MoS2 0,8 g/mn dene at particle sizes between 2 and 10 micrometers, under the following conditions: Redesign treatment conditions: Plasma arc current 80 amps Active gas flow rate 0.5 l / min Cr3C2 + MoS2 0 addition flow rate , 8 g / mn
Vitesse de déplacement du chalu-Movement speed of the trawl
meau à plasma 9,9 m/mn.plasma water 9.9 m / min.
On a refroidi pour la tremper la couche traitée par refonte ainsi obtenue sur la levée de came, couche qui avait une profondeur de 1,6 mm et une dureté HRC de 63 et contenait, approximativement, 3,4 % en poids de Mo, 4, 8 % en poids de Cr et 0,82 % en poids de S. On a ensuite fini l'arbre à cames en meulant sa partie came The so obtained recasting layer was cooled to soak on the cam lift, which layer had a depth of 1.6 mm and an HRC hardness of 63 and contained, approximately 3.4% by weight of Mo, 4. , 8% by weight of Cr and 0.82% by weight of S. The camshaft was then finished by grinding its cam portion.
et on L'a étiqueté "éprouvette I". and labeled "test-tube I".
D'autre part, on a moulé un autre arbre à cames en alliage de fer FC 30 contenant 0,3 % en poids de Mo On the other hand, another FC 30 iron alloy camshaft was molded containing 0.3% by weight of Mo
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et 0,6 % en poids de Cr et on L'a refroidi pour le trem- and 0.6% by weight of Cr and cooled for the tremor.
per. On a aussi fini cet arbre à cames en meulant la partie came et on l'a étiqueté "éprouvette J", ayant la même composition chimique que l'éprouvette F de l'essai 3. On a essayé les deux éprouvettes I et J sur un vrai moteur dans les mêmes conditions que dans l'essai 1. Les résultats d'essai ont révéLé une profondeur d'abrasion maximale de 26 micromètres pour la partie came de l'éprouvette I et de 110 micromètres pour celle de l'éprouvette J, de sorte que l'éprouvette I s'est avérée extrêmement supérieure quant à la résistance à l'abrasion. Ainsi qu'on le conçoit d'après l'exposé qui précède, selon la présente invention,on forme sur un article en fonte tel qu'un arbre à came ou doigt de culbuteur déjà moulé, dans une partie déterminée de sa couche superficielle, une couche traitée par refonte contenant une ou olus d'une espèce de métal à grande dureté tel que le chrome et le molybdène régulièrement per. This camshaft was also finished by grinding the cam portion and labeled "J specimen", having the same chemical composition as the test specimen F of Trial 3. The two specimens I and J were tested on a true engine under the same conditions as in test 1. The test results revealed a maximum depth of abrasion of 26 microns for the cam portion of the specimen I and 110 microns for that of the specimen J , so that specimen I proved to be extremely superior in abrasion resistance. As it is understood from the foregoing description, according to the present invention, a cast iron article such as a camshaft or rocker arm already molded in a given part of its surface layer is formed. a remelt-treated layer containing one or more of a high hardness metal species such as chromium and molybdenum regularly
dispersé ou dissous en son sein, ce qui permet d'augmen- dispersed or dissolved within it, which increases
ter le degré de trempe de la partie déterminée seulement de la couche superficielle, en conservant au reste une dureté assez faible pour faciliter le travail de coupe associé, ce qui permet d'obtenir un article en fonte qui non seulement présente dans une certaine partie une the degree of hardening of only the determined part of the surface layer, keeping in the rest a hardness low enough to facilitate the associated cutting work, which makes it possible to obtain a cast iron article which not only presents in a certain part a
résistance supérieure tant à l'abrasion qu'à l'appari- superior resistance to both abrasion and
tion de criques, mais qui en outre se prête remarquable- creep, but which is also remarkable
ment bien au travail de coupe.well at cutting work.
De plus, en ajoutant du soufre en plus du métal à grande dureté, on peutaugmenter encore la résistance In addition, by adding sulfur in addition to the metal with high hardness, the resistance can be further increased.
à l'abrasion.abrasion.
On conçoit qu'on peut appliquer La présente invention à tout article en fonte devant présenter, dans une de ses parties, de la résistance à l'abrasion et, It is conceivable that the present invention can be applied to any article of cast iron to have, in one of its parts, resistance to abrasion and,
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dans sa partie restante, une bonne usinabilité telle qu'une aptitude à la coupe, telle que par exemple, un in its remaining part, a good machinability such as a cutting ability, such as for example, a
arbre à cames ou un doigt de culbuteur. camshaft or rocker arm.
Bien entendu, on pourra apporter à la réalisa- Of course, we can bring to the realization
tion décrite diverses modifications et variantes sans described various modifications and variants without
sortir par là du cadre de l'invention. to go out of the scope of the invention.
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Claims (15)
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