FR2588210A1 - Procede de fabrication d'une piece metallique composite a revetement superficiel en alliage ferreux de nature ferritique a haute teneur en chrome, contenant de l'azote et produit obtenu - Google Patents
Procede de fabrication d'une piece metallique composite a revetement superficiel en alliage ferreux de nature ferritique a haute teneur en chrome, contenant de l'azote et produit obtenu Download PDFInfo
- Publication number
- FR2588210A1 FR2588210A1 FR8514761A FR8514761A FR2588210A1 FR 2588210 A1 FR2588210 A1 FR 2588210A1 FR 8514761 A FR8514761 A FR 8514761A FR 8514761 A FR8514761 A FR 8514761A FR 2588210 A1 FR2588210 A1 FR 2588210A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- sep
- nitrogen
- alloy
- ferritic
- iron
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
- B32B15/01—Layered products comprising a layer of metal all layers being exclusively metallic
- B32B15/013—Layered products comprising a layer of metal all layers being exclusively metallic one layer being formed of an iron alloy or steel, another layer being formed of a metal other than iron or aluminium
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
- B32B15/01—Layered products comprising a layer of metal all layers being exclusively metallic
- B32B15/011—Layered products comprising a layer of metal all layers being exclusively metallic all layers being formed of iron alloys or steels
Landscapes
- Arc Welding In General (AREA)
Abstract
L'INVENTION EST RELATIVE A UN PROCEDE DE FABRICATION D'UNE PIECE METALLIQUE COMPOSITE PAR REVETEMENT OU RECHARGEMENT D'UN SUBSTRAT METALLIQUE EN ACIER A L'AIDE D'UNE COUCHE METALLIQUE D'UN ALLIAGE FERREUX DE NATURE FERRITIQUE, CONTENANT DE L'AZOTE ET AYANT UNE TENEUR EN CHROME SUPERIEURE A 30, CARACTERISE EN CE QU'IL CONSISTE A DEPOSER LA COUCHE D'ALLIAGE METALLIQUE DE REVETEMENT A L'AIDE D'UN PROCEDE A PLASMA D'ARC TRANSFERE OU SEMI-TRANSFERE DONT LE GAZ PLASMAGENE CONTIENT AU MOINS 20 EN POIDS D'AZOTE, L'ALLIAGE METALLIQUE ETANT APPORTE SOUS FORME D'UNE POUDRE DE REVETEMENT CONTENANT DU FER ET AU MOINS 30 EN POIDS DE CHROME ET EVENTUELLEMENT DES METAUX CHOISIS PARMI L'ALUMINIUM, LE NIOBIUM, LE TITANE ET LE VANADIUM.
Description
La présente invention est relative à la fabrication de pièces métalliques composites comportant une couche métallique superficielle obtenue par revêtement ou rechargement à l'aide d'un procédé à plasma d'arc transferré ou semi-transferré, et plus particulièrement d'une telle couche superficielle en un alliage terreux de nature ferri- tique, contenant de l'azote et a teneur en chrome élevée
L azote est susceptible d'entrer en solution dans un certain nombre de métaux, par exemple le fer, le chrome, le manganese, le vanadium... et de former des composés définis : Fe 4 N, Cr 2 N, Al N par exemple.
L azote est susceptible d'entrer en solution dans un certain nombre de métaux, par exemple le fer, le chrome, le manganese, le vanadium... et de former des composés définis : Fe 4 N, Cr 2 N, Al N par exemple.
On a cherché à introduire de l'azote dans les alliages ferreux pour augmenter certaines de leurs caractéristiques, dans les techniques suivantes.
Introduction en phase solide.
Par traitement à température suffisante, environ 400 à 600 C, en milieu nitrurant, on peut faire diffuser de l'azote à partir de la surface vers l'intérieur d'une pièce en alliage ferreux. Ces traitements superficiels; re- groupes sous le terme général de "nitruration" peuvent etre effectues en milieu gazeux ou en milieu liquide. La pénétra- tion d'azote est liée à la pression partielle d'azote à la surface, à la température, et elle est favorisée par la présence, dans l'alliage, d'éléments susceptibles de former des nitrures. On peut obtenir ainsi une couche de diffusion seule, dans laquelle l'azote est en solution solide inters- titielle ou combiné avec des elements d'alliages, ou bien une couche de diffusion recouverte d'une couche de combinaison mono ou biphasée.
L'interêt des rouches formees par ces traitements de surface est leur dureté élevée, qui leur procure une bonne résistance à l l'usure Dar frottement, intéressante en particulier pour certaines applications mécaniques.
Un inconvénient de ces traitements est, par contre.
de ne durcir qu'une faible épaisseur la couche de nitrure ne dépasse pas quelques dizaines de microns et la couche de diffusion quelques centaines de microns. A cause de cette épaisseur réduite, les couches nitrurées résistent mal au mecanisme d'abrasion sévère.
Introduction en phase liquide.
Si, dans quelques cas particuliers, on cherche à introduire de l'azote dans un alliage dès son élaboration, en sidérurgie traditionnelle, l'azote est, en général, proscrit, pour deux raisons - d'une façon. générale, la solubilité de l'azote décroit
avec la température, mais surtout on constate une discon
tinuité et une chute brutale de la solubilite au moment
de la solidification. Ainsi, dans le fer liquide, la so-
lubilité de l'azote au voisinage de la température de so-
lidification est trois fois plus elevée que la solubilité
dans le fer solide.Si le bain liquide contient une teneur
en azote supérieure à la saturation en azote à l'état so-
lide, l'excès de gaz va tendre à s'échapper en cours de
solidification et il, y a risque de formation'de defauts.
avec la température, mais surtout on constate une discon
tinuité et une chute brutale de la solubilite au moment
de la solidification. Ainsi, dans le fer liquide, la so-
lubilité de l'azote au voisinage de la température de so-
lidification est trois fois plus elevée que la solubilité
dans le fer solide.Si le bain liquide contient une teneur
en azote supérieure à la saturation en azote à l'état so-
lide, l'excès de gaz va tendre à s'échapper en cours de
solidification et il, y a risque de formation'de defauts.
- l'azote résiduel dans le métal solide peut, même a de tres
faibles teneurs (de l'ordre de la centaine ou de quelques
centaines de ppm), introduire des risques de fragilisa
tion, dégradant les capacites de transformation ou les ca
ractéristiques d'emploi. Ceci est particulièrement vrai
pour les aciers ferritiques et spécialement pour les aciers
ferritiques au chrome.
faibles teneurs (de l'ordre de la centaine ou de quelques
centaines de ppm), introduire des risques de fragilisa
tion, dégradant les capacites de transformation ou les ca
ractéristiques d'emploi. Ceci est particulièrement vrai
pour les aciers ferritiques et spécialement pour les aciers
ferritiques au chrome.
On cherche donc, en elaboration traditionnelle, à minimiser la teneur en azote, sauf pour certains aciers particuliers : c'est le cas des aciers austénitiques ou austénoferritiques dans lesquels l'action gammagène de l'azote est utilisée pour contrôler le taux de ferrite. Dans ces aciers au chrome-nickel, la solubilité de l'azote est essentiellement liée à la teneur en chrome et elle ne peut guère dépasser 0,250 Z.
Utilisation de l'azote, élément d'alliage.
On a également tenté d'augmenter largement la teneur en azote dans l'espoir d'obtenir des aciers durcis par précipitation de nitrures (austénites au manganèse, aciers rapides).
De nombreuses recherches fondamentales ont contribué à la connaissance de la solubilite de l'azote dans les bains métalliques fondus, en fonction de leur composition, de la pression partielle d'azote et de la température.
Pour augmenter la teneur en azote dans les alliages ferreux, on pourrait - augmenter la température d'élaboration, cependant le coef
ficient de température n'est pas tres important (il est
même négatif pour des alliages contenant des éléments for
mant des nitrures) ; - augmenter la pression partielle d'azote. Ceci nécessite-
rait des fours sous haute pression car, suivant la loi de Sievert, la Tubilité de l'azote n'augmente que pro-
portionnellement'à la racine carrée de la pression par
tielle ; ou - augmenter le potentiel d'activité de l'azote en utilisant
la réactivité accrue de l'azote dissocié, par exemple dans
l'arc à plasma.
ficient de température n'est pas tres important (il est
même négatif pour des alliages contenant des éléments for
mant des nitrures) ; - augmenter la pression partielle d'azote. Ceci nécessite-
rait des fours sous haute pression car, suivant la loi de Sievert, la Tubilité de l'azote n'augmente que pro-
portionnellement'à la racine carrée de la pression par
tielle ; ou - augmenter le potentiel d'activité de l'azote en utilisant
la réactivité accrue de l'azote dissocié, par exemple dans
l'arc à plasma.
Ces moyens d'augmentation de la teneur en azote dans le bain métallique liquide demeureraient illusoires
Si cet azote s'échappe en cours de solidification. Donc
l'addition d'éléments contribuant a augmenter fortement
la solubilité de l'azote, tel le vanadium, le niobium,
le chrome, est le moyen retenu en sidérurgie tradition
nelle. Toutefois, ce procédé rencontre vite une limite
car les matériaux obtenus peuvent devenir fragiles, non
transformables et non utilisables.
Si cet azote s'échappe en cours de solidification. Donc
l'addition d'éléments contribuant a augmenter fortement
la solubilité de l'azote, tel le vanadium, le niobium,
le chrome, est le moyen retenu en sidérurgie tradition
nelle. Toutefois, ce procédé rencontre vite une limite
car les matériaux obtenus peuvent devenir fragiles, non
transformables et non utilisables.
Azote et soudage.
Les bases métallurgiques du soudage sont bien entendu les mêmes que celles de l'élaboration traditionnelle.
Le bain liquide peut être en contact avec une atmosphère d'azote, soit azote atmosphérique, soit gaz de soudage si le gaz de protection utilisé dans les procédés de l'arc sous gaz contient de l'azote, soit encore gaz plasmagène utilisé dans des procedés à l'arc plasma, contenant de l'azote.
Dans la plupart des cas, l'azote est considéré comme poison, susceptible de fragiliser la soudure. On peut citer des travaux relatifs au soudage d'acier ferritique au chrome contenant de 20 à 50 Z de chrome (1) - IKAWA, NAKAO, NISHIMOTO - Fragilisation du metal fon
du dans un acier 30 Cr - 2 Mo de haute purete - Trans.
du dans un acier 30 Cr - 2 Mo de haute purete - Trans.
Jap. Welding Soc. 1980, vol 11, N"2, p. 31-35.
(2) - IKAWA - NAKAO, NISHIMOTO, TERASHIMA - Fragilisation
de la soudure en acier à 30 Cr - 2 Mo de haute pure
te, Yosetsu Gakkai Shii 1979, vol 48, NO 12 , p.1054
1059.
de la soudure en acier à 30 Cr - 2 Mo de haute pure
te, Yosetsu Gakkai Shii 1979, vol 48, NO 12 , p.1054
1059.
(3) - KAH, DICKINSON - Weldability of ferritic Stainless
Steels, Weld. J. 1981, vol 60, N"8, p 1358-1428.
Steels, Weld. J. 1981, vol 60, N"8, p 1358-1428.
(4) - BAEUMEL, MEISSNER - Essais de soudage sur aciers fer
ritiques au chrome - Schwirssen und Schneiden, Dus
seldorf, 1980, p 218-223.
ritiques au chrome - Schwirssen und Schneiden, Dus
seldorf, 1980, p 218-223.
(5) - ZUBCHENKO, KOLYADA, KARPOV - Influence du carbone et
de l'azote sur la soudabilité des aciers ferritiques
au chrome - Automat. weldg., L972, 25 - N"3, p.5 à 8.
de l'azote sur la soudabilité des aciers ferritiques
au chrome - Automat. weldg., L972, 25 - N"3, p.5 à 8.
Les auteurs les plus optimistes considèrent qu'une
teneur cumulée en carbone + azote ne doit pas dépas
ser 0,04 Z, sous peine de fragilisation de la sou
dure.
teneur cumulée en carbone + azote ne doit pas dépas
ser 0,04 Z, sous peine de fragilisation de la sou
dure.
L'azote est donc, en général, proscrit des gaz de
soudage, sauf pour certaines applications, par exem
pl e pour contrôler la teneur en ferrite delta dans
le soudage des aciers austénitiques. On peut alors
utiliser un melange argon azote et atteindre, selon
certains auteurs, une teneur en azote jusqu'à 0,375%
dans le cordon soudé (6) - MONPEAN - L'utilisation du mélange Ar-N2. Une nouvel
le méthode de contrôle de la ferrite delta dans les
soudures en acier inoxydable austénitique - Rev. Sold.
soudage, sauf pour certaines applications, par exem
pl e pour contrôler la teneur en ferrite delta dans
le soudage des aciers austénitiques. On peut alors
utiliser un melange argon azote et atteindre, selon
certains auteurs, une teneur en azote jusqu'à 0,375%
dans le cordon soudé (6) - MONPEAN - L'utilisation du mélange Ar-N2. Une nouvel
le méthode de contrôle de la ferrite delta dans les
soudures en acier inoxydable austénitique - Rev. Sold.
- 1980, vol 10 - N 3 , p 131-175 et vol 10 - N 4
p. 191-208.
p. 191-208.
(7) - WINDYGA - Contrôle à l'aide del 'azote, de la teneur
en ferrite dans les soudures en acier austénitique
Przeglag. Spawalnictwa Pol. - 1979, 31 - N 5,
p. 12-16.
en ferrite dans les soudures en acier austénitique
Przeglag. Spawalnictwa Pol. - 1979, 31 - N 5,
p. 12-16.
A haute teneur dans le gaz de protection ou dans le
gaz plasmagène s'il s'agit d'un procedé au plasma
d'arc, l'utilisation d'azote n'est pas sans risque
puisque l'on peut retrouver le phénomène de sursatu
ration en azote du bain métallique et formation de
porosités dans le métal déposé (8) - PANKRATOV et GRANOVSKIJ (Bouillonnement du bain lors
de la mise en oeuvre d'un métal à l'arc plasma conte
nant de l'azote - Weldg. product - 1973 , vol 20
N"3, p. 95-97) demontrent que le bouillonnement de l'a
zote est la conséquence de la sursaturation locale du
bain, dans un acier inoxydable, et proposent, en remède,
l'addition, dans la soudure, d'éléments formant des ni
trures.
gaz plasmagène s'il s'agit d'un procedé au plasma
d'arc, l'utilisation d'azote n'est pas sans risque
puisque l'on peut retrouver le phénomène de sursatu
ration en azote du bain métallique et formation de
porosités dans le métal déposé (8) - PANKRATOV et GRANOVSKIJ (Bouillonnement du bain lors
de la mise en oeuvre d'un métal à l'arc plasma conte
nant de l'azote - Weldg. product - 1973 , vol 20
N"3, p. 95-97) demontrent que le bouillonnement de l'a
zote est la conséquence de la sursaturation locale du
bain, dans un acier inoxydable, et proposent, en remède,
l'addition, dans la soudure, d'éléments formant des ni
trures.
(9) - KAMALYAN, ALEKSANDRYAN, DAVTYAN, POLYACHENKO (A Study
of the possibility of replacing argon as a shielding
gas with nitrogen in plasma arc surfacingÇ Avt. Svarka
- 1976, N 1, p. 57-58, ont tenté de remplacer, dans un
procédé de rechargement par soudure au moyen du procédé
d'arc plasma transféré, le gaz de protection argon nor
malement utilisé, par du gaz azote et enregistré,. avec
des alliages déposés du type fonte au chrome de 25 à
48 Z de chrome, des porosités qu'ils proposent d'atté
nuer en ajoutant jusqu'à 0,6 % d'aluminium.
of the possibility of replacing argon as a shielding
gas with nitrogen in plasma arc surfacingÇ Avt. Svarka
- 1976, N 1, p. 57-58, ont tenté de remplacer, dans un
procédé de rechargement par soudure au moyen du procédé
d'arc plasma transféré, le gaz de protection argon nor
malement utilisé, par du gaz azote et enregistré,. avec
des alliages déposés du type fonte au chrome de 25 à
48 Z de chrome, des porosités qu'ils proposent d'atté
nuer en ajoutant jusqu'à 0,6 % d'aluminium.
La seule application industrielle apparentée au soudage dans laquelle le gaz azote est couramment employe est le découpage par plasma d'arc transféré. L'azote, d'enthalpie elevée, produit un dard efficace et un bon transfert d'energie vers le matériau à couper. L'azote peut être employé pur, mais souvent en mélange avec un autre gaz, oxygène (air), argon, hydrogène, ou associé à un vortex d'eau.
La présence d'azote dissocié actif dans le jet plasma pro voque une introduction d'azote dans le métal liquide, mais comme celui-ci est en majeure partie élimine dans le processus de découpe, cette élévation de la teneur en azote est souvent sans conséquence. Cependant, on peut enreg-istrer, sur les bords des tôles découpées, des porosités dues au degazage de 1 'azote. D'autre part, l'enrichissement en azote des bords découpés peut créer des défauts dans les cordons de soudure, dans le cas où les tôles ainsi découpées sont destinées à être rassemblées par soudage (10) - IRMER (Particularités métallurgiques lors du coupage
plasma à air comprimé) - Wiss. z. Tech. Hochschule
Magdeburg - 1981 , vol 25 - N 5 , p. 69-73.
plasma à air comprimé) - Wiss. z. Tech. Hochschule
Magdeburg - 1981 , vol 25 - N 5 , p. 69-73.
(11) - VASILEV, Asi NOUSKAYA, KOKHLIKYAN, FEDOROVA (Satura
tion en gaz des bords découpés par le procéde air
plasma et son influence sur la formation de soufflu
res dans les soudures ) - Automat. Weldg. G.G. - 1974,
vol 27 - 9, p.62-65.
tion en gaz des bords découpés par le procéde air
plasma et son influence sur la formation de soufflu
res dans les soudures ) - Automat. Weldg. G.G. - 1974,
vol 27 - 9, p.62-65.
Rechargement
Le rechargement par soudage, preventif ou curatif, permet d'apporter, sur une pièce, souvent en matériau moins noble, le matériau localement le mieux adapté à la fonction, résistance au frottement, à l'abrasion, à la corrosion, ...
Le rechargement par soudage, preventif ou curatif, permet d'apporter, sur une pièce, souvent en matériau moins noble, le matériau localement le mieux adapté à la fonction, résistance au frottement, à l'abrasion, à la corrosion, ...
Les procédés de rechargement sont très nombreux.
Toutefois, seuls les procédés mettant en oeuvre un arc sous gaz sont susceptibles d'incorporer efficacement de l'azote dans le cordon deposé. Ils appartiennent aux grandes familles suivantes
<tb> <SEP> Procedé <SEP> Gaz <SEP> Forme <SEP> du
<tb> <SEP> produit
<tb> <SEP> Plasmagène <SEP> Protection <SEP> d'apport
<tb> <SEP> Arc
<tb> 1 <SEP> Electrode <SEP> consommable <SEP> non <SEP> oui <SEP> fil <SEP> bourré
<tb> <SEP> Fil <SEP> bourré
<tb> <SEP> Arc
<tb> 2 <SEP> électrode <SEP> consomnable <SEP> non <SEP> oui <SEP> fil
<tb> <SEP> (MIG)
<tb> <SEP> Arc
<tb> 3 <SEP> Electrode <SEP> non <SEP> consommable <SEP> non <SEP> oui <SEP> fil
<tb> <SEP> (TIG)
<tb> <SEP> Plasma <SEP> d'arc
<tb> <SEP> Poudre
<tb> 4 <SEP> Transféré <SEP> oui <SEP> oui
<tb> <SEP> (ou <SEP> fil)
<tb>
Les procédés 1 à 3 utilisent un seul gaz, en protection. L'arc, toutefois-, jaillit au travers de ce gaz de protection qui est donc partiellement ionisé et actif visà-vis du bain liquide.
<tb> <SEP> produit
<tb> <SEP> Plasmagène <SEP> Protection <SEP> d'apport
<tb> <SEP> Arc
<tb> 1 <SEP> Electrode <SEP> consommable <SEP> non <SEP> oui <SEP> fil <SEP> bourré
<tb> <SEP> Fil <SEP> bourré
<tb> <SEP> Arc
<tb> 2 <SEP> électrode <SEP> consomnable <SEP> non <SEP> oui <SEP> fil
<tb> <SEP> (MIG)
<tb> <SEP> Arc
<tb> 3 <SEP> Electrode <SEP> non <SEP> consommable <SEP> non <SEP> oui <SEP> fil
<tb> <SEP> (TIG)
<tb> <SEP> Plasma <SEP> d'arc
<tb> <SEP> Poudre
<tb> 4 <SEP> Transféré <SEP> oui <SEP> oui
<tb> <SEP> (ou <SEP> fil)
<tb>
Les procédés 1 à 3 utilisent un seul gaz, en protection. L'arc, toutefois-, jaillit au travers de ce gaz de protection qui est donc partiellement ionisé et actif visà-vis du bain liquide.
Le procédé 4 utilise deux gaz - L'un, dit plasmagène, est confiné autour de la cathode de
manière à intensifier son taux d'ionisation. La températu
re et l'activité vis-à-vis du bain sont plus elevées que
dans les procédés 1 à 3.
manière à intensifier son taux d'ionisation. La températu
re et l'activité vis-à-vis du bain sont plus elevées que
dans les procédés 1 à 3.
- Un gaz de protection neutre, ou réducteur, évite l'oxyda
tion du bain.
tion du bain.
Ces procédés connus et exploités industriellement, utilisent, en règle generale, des gaz : argon, hydrogène, hélium, C02..., mais, sauf les exceptions citées précédemment, ils n'utilisent pas l'azote.
La physico chimie de plasma contenant de l'azote a fait l'objet de certaines recherches à caractère fondamental (évo- lutions temporelles des espèces dans le gaz ionisé). Des experimentations ont porté sur l'action d'un plasma d'azote, sur un bain métallique. Ainsi (12) - KASIN, KRAVCENJO (Solubilite de l'azote dans les
bains Fe-C sous l'effet du jet plasma) Freib. Furs
chungsh. DDR - 1982, 229 , p 9 à 15, ont étudie la
cinétique d'absorbtion d'azote dans des bains d'a
cier liquide contenant du carbone, du vanadium ou
du chrome.Toutefois, pour les raisons métallurgi-
ques déjà évoquées, l'emploi de l'azote en soudure
se heurte aux deux impossibilités apparentes
- fragilite des alliages à haute teneur en chrome,
vanadium, contenant de 1 'azote, references (1) (2)
(3) (4) (5) ci-dessus,
- formation de porosités par dégagement d'azote à la
solidification : l'azote utilisé dans le procedé 4,
seulement en gaz de protection, entraine déjà des
porosités, selon la référence (9). A plus forte rai
son, il ne parait pas pouvoir être utilisé en gaz
plasmagène car son activité accrue par la dissocia
tion dans l'arc entraînerait une plus forte dilu
tion d'azote dans le bain et multiplierait les po rosités.
bains Fe-C sous l'effet du jet plasma) Freib. Furs
chungsh. DDR - 1982, 229 , p 9 à 15, ont étudie la
cinétique d'absorbtion d'azote dans des bains d'a
cier liquide contenant du carbone, du vanadium ou
du chrome.Toutefois, pour les raisons métallurgi-
ques déjà évoquées, l'emploi de l'azote en soudure
se heurte aux deux impossibilités apparentes
- fragilite des alliages à haute teneur en chrome,
vanadium, contenant de 1 'azote, references (1) (2)
(3) (4) (5) ci-dessus,
- formation de porosités par dégagement d'azote à la
solidification : l'azote utilisé dans le procedé 4,
seulement en gaz de protection, entraine déjà des
porosités, selon la référence (9). A plus forte rai
son, il ne parait pas pouvoir être utilisé en gaz
plasmagène car son activité accrue par la dissocia
tion dans l'arc entraînerait une plus forte dilu
tion d'azote dans le bain et multiplierait les po rosités.
Alliages de rechargement soudés.
Les compositions d'alliages commercialement disponibles sont extrêmement nombreuses. 3e manière très simplifiée, on peut les regrouper en trois familles - Les alliages base fer
Les teneurs les- plus élevees en chrome sont de l'ordre de
30 Z dans des alliages à très basse teneur en carbone et
atteignent environ 35 Z dans certaines fontes de 3,5 à
5,5 Z de carbone. Une grande partie de ce chrome est alors
liée au carbone.
Les teneurs les- plus élevees en chrome sont de l'ordre de
30 Z dans des alliages à très basse teneur en carbone et
atteignent environ 35 Z dans certaines fontes de 3,5 à
5,5 Z de carbone. Une grande partie de ce chrome est alors
liée au carbone.
- Les alliages base cobalt, qui ne contiennent en général
pas plus de 33 % de chrome.
pas plus de 33 % de chrome.
- Les alliages base nickel, qui ne contiennent en général
pas plus de 22 Z de chrome.
pas plus de 22 Z de chrome.
Certains de ces alliages, à basse teneur en carbone, ont avant tout une fonction anticorrosion. Les alliages devant avoir des propriétes de resistance à l'usure sont durcis principalement par la précipitation de carbures (carbures de tungstène, de vanadium, de chrome, de niobium), de borures (borures de chrome) ou de phases intermétalliques (Ni3 Ti, Al, Nb par exemple).
On sait que l'élévation de la teneur en chrome pourrait apporter une résistance accrue à la corrosion en particulier dans les gaz chauds. Toutefois, la teneur en chrome des alliages ferritiques est pratiquement limite vers 30 %, car ces alliages ferritiques demandent une haute pureté pour ne pas être fragiles, comme cela a éte montré au travers de la bibliographie.
L'invention a ainsi pour objet un procédé de fabrication d'une pièce métallique composite par revêtement ou rechargement d'un substrat métallique en acier à l'aide d'une couche métallique d'un alliage ferreux de nature ferritique, contenant de l'azote et ayant une teneur en chrome supérieure à 30 Z, caractérisé en ce qu il consiste à déposer la couche d'alliage métallique de revêtement à l'aide d'un procédé à plasma d'arc transféré ou semi transféré dont le gaz plasmagène contient au moins 20 Z en poids d'azote, 1 'alliage métallique étant apporte sous forme d'une poudre de revêtement contenant du fer et au moins 30 % en poids de chrome, et éventuellement des métaux choisis parmi l'aluminium, le niobium, le titane et le vanadium.
Selon les enseignements de la technique anterieure mentionnée ci-dessus, la combinaison alliage ferritique à haute teneur en chrome plus gaz plasmagène à base d'azote, nitrurant, devrait conduire à des cordons déposés inutilisables car poreux et très fissiles. Or, selon 1 'inven- tion, il est possible d'obtenir des dépôts ferreux à haute teneur en chrome, contenant ou non d'autres éléments avides d'azote, dits "nitrophages", ces dépots étant sans porosité et moins fissiles que lorsqu'ils sont realisés avec le même procédé employant un gaz neutre pour gaz plasmagène.
L'emploi de l'azote a pour effet un certain affinage de grain qui contrebalance l'éventuel effet fragilisant. En effet, 1 'absence de transformation de phase lors de la solidification de ces alliages ferritiques, conduit à une cristallisation basaltique du dépôt, formé de grands cristaux, structure assez fragile. L'addition d'azote obtenue par l'utilisation de ce gaz plasmagène entraine la formation de nitrures qui tendent à affiner le grain. La structure du dépôt, toujours ferritique, est ainsi, de façon surprenante, moins fissile que lorsque le rechargement est effectué avec un gaz neutre sans azote.
La réactivité de l'azote dans le jet plasma auquel est soumis le bain métallique entraine une cinétique de dissolution d'azote dans le bain beaucoup plus grande que si il était simplement en contact avec l'air. De par le procédé de soudage, le bain métallique n'est soumis au jet plasma que quelques secondes, l'introduction d'azote n'atteint pas la saturation telle que décrite par exemple par (12) ci-dessus.
Une quantité importante d'azote peut cependant être introduite puisque la teneur en azote du métal déposé peut atteindre jusqu'à 2,5 Z suivant l'alliage. Pour les compositions d'alliages les moins riches en éléments "nitrophages", avides d'azote, on ajuste la teneur en azote du gaz plasmagène, selon l'invention, à la teneur en éléments dits "nitrophages" de l'alliage, de manière à incorporer, dans celui-ci, le maximum d'azote, sans dépasser le seuil entrainant la formation de porosités dans le dépôt. Les gaz venant en mélange avec l'azote peuvent être alors l'argon, l'hélium et/ou l'hydrogène.
L'essentiel de l'azote dans le métal déposé est sous forme de précipites de nitrures, de dureté 2000 à 2500 Hv, ce qui contribue à la résistance à l'usure du cordon déposé.
Les alliages ferreux qui sont mis en oeuvre selon ce procéde contiennent, outre le fer et les impuretés accidentelles, en pourcentage pondéral
Cr : 30 à 75
Al # 5
5
Ti ' 3
V < - 6.
Cr : 30 à 75
Al # 5
5
Ti ' 3
V < - 6.
L'alliage peut contenir en outre d'autres éléments d'alliage tels que manganèse, silicium, nickel, cobalt, molybdène et carbone.
A titre de composition d'alliage constituant la poudre on citera
Cr : 30 à 75 %
Mn : 0,1 à 3 %
Si : 0,1 à 2 %
Ni : S 10 Z
Co : s 10 Z
Mo # 5 %
C: # 0,1 %
Nb : s 5 %
Ti : S 3 %
V: # 6 %
Al: # 5 % le reste étant du fer et des impuretés accidentelles;
L'alliage métallique formé comme revêtement superficiel est apporté sous forme d'une poudre de chacun des éléments d'alliage ou d'une poudre prealliée contenant les différents éléments constituant la composition désirée.
Cr : 30 à 75 %
Mn : 0,1 à 3 %
Si : 0,1 à 2 %
Ni : S 10 Z
Co : s 10 Z
Mo # 5 %
C: # 0,1 %
Nb : s 5 %
Ti : S 3 %
V: # 6 %
Al: # 5 % le reste étant du fer et des impuretés accidentelles;
L'alliage métallique formé comme revêtement superficiel est apporté sous forme d'une poudre de chacun des éléments d'alliage ou d'une poudre prealliée contenant les différents éléments constituant la composition désirée.
La poudre présente de préférence une granulométrie de 40 à 250 um.
Le procédé de rechargement par arc plasma est décrit ci-après 'à titre illustratif.
La source thermique est une torche à plasma d'arc, dont le principe est représenté sur la Figure unique an nexée.
Sur cette figure, un gaz plasmagène alimente par
un conduit 1 est confine à la pointe d'une cathode de tungs
tène, au moyen d'une buse 3. Un premier arc, alimenté par
le générateur Gs, est maintenu entre la cathode 2 et la bu
se anode 3. Le gaz, ionisé, est expulsé, créant un jet plas
ma 4 en avant de la torche. Cet arc a essentielleme-t pour
but de creer, en avant de la torche, une colonne de plasma
conducteur 4, dans laquelle va circuler l'arc principal de
soudage. L'arc soufflé engendré par le générateur Gs est
maintenu pendant toute l'opération de rechargement, ou ar
reté lorsque l'arc principal est stabilisé.
un conduit 1 est confine à la pointe d'une cathode de tungs
tène, au moyen d'une buse 3. Un premier arc, alimenté par
le générateur Gs, est maintenu entre la cathode 2 et la bu
se anode 3. Le gaz, ionisé, est expulsé, créant un jet plas
ma 4 en avant de la torche. Cet arc a essentielleme-t pour
but de creer, en avant de la torche, une colonne de plasma
conducteur 4, dans laquelle va circuler l'arc principal de
soudage. L'arc soufflé engendré par le générateur Gs est
maintenu pendant toute l'opération de rechargement, ou ar
reté lorsque l'arc principal est stabilisé.
Ce deuxième arc, ou arc principal, est alimente
par le générateur Gt, et est transféré, de la cathode au
substrat 5 à recharger.
par le générateur Gt, et est transféré, de la cathode au
substrat 5 à recharger.
La torche possède un ou plusieurs conduits d'alimentation 6 de poudre de produit d'apport injectant la pou
dre dans la colonne plasma 4 au moyen d'un transport par un
gaz vecteur neutre ou de même nature que le gaz protecteur 7
entourant la colonne de plasma 4.
dre dans la colonne plasma 4 au moyen d'un transport par un
gaz vecteur neutre ou de même nature que le gaz protecteur 7
entourant la colonne de plasma 4.
Le gaz protecteur 7 est envoyé par une buse annu
laire 8 entourant la buse 3 et alimenté par un conduit 9.
laire 8 entourant la buse 3 et alimenté par un conduit 9.
Les buses 3 et 8 sont portées par un corps 10 refroidi par
circulation d'eau alimentee par un conduit 11 et évacuée
par un conduit 12. De même la cathode 2 est montée dans une
embase 13 refroidie par circulation d'eau.
circulation d'eau alimentee par un conduit 11 et évacuée
par un conduit 12. De même la cathode 2 est montée dans une
embase 13 refroidie par circulation d'eau.
Cette source thermique plasma est approchee du
substrat de telle sorte qu'elle fonde simultanément, par
son arc transféré, le produit d'apport (poudre) et la sur
face du substrat. Un bain métallique se forme et le dépôt
est lie à la pièce par une véritable opération métallurgi
que du type soudage.
substrat de telle sorte qu'elle fonde simultanément, par
son arc transféré, le produit d'apport (poudre) et la sur
face du substrat. Un bain métallique se forme et le dépôt
est lie à la pièce par une véritable opération métallurgi
que du type soudage.
Le bain métallique est protégé de l'-oxydation par
le gaz protecteur qui est un gaz neutre tel que l'argon
ou un mélange de gaz inertes, par exemple argon, hydrogène,
Le procédé, qui combine deux arcs, est dit à "arcs semi
transférés". Une variante est dite à 'arc transféré" lors
que seul le deuxième arc, transfere au substrat, est main tenu pendant l'opération de rechargement.
le gaz protecteur qui est un gaz neutre tel que l'argon
ou un mélange de gaz inertes, par exemple argon, hydrogène,
Le procédé, qui combine deux arcs, est dit à "arcs semi
transférés". Une variante est dite à 'arc transféré" lors
que seul le deuxième arc, transfere au substrat, est main tenu pendant l'opération de rechargement.
L'invention a également pour objet une pièce métallique composite obtenue par un procédé tel que défini ci-dessus, caractérisée en ce qu'elle présente une couche de revêtement superficiel d'un alliage ferreux de nature ferritique ayant la composition suivante : Cr 30 à 75 %;
N2 : 0,4 à 2,5 Z ; Mn : 0,1 à 3 Z ; Si : 0,1 à 2%; Niolo %; Co < 10 % ; Mo # 5 Z ; C # 0,1 % ; Nb # 5 Z ; Ti S 3 % ; V '6 Z ;
Al # 5 % ; le reste étant du fer et des impuretés accidentelles déposées sur un substrat métallique.
N2 : 0,4 à 2,5 Z ; Mn : 0,1 à 3 Z ; Si : 0,1 à 2%; Niolo %; Co < 10 % ; Mo # 5 Z ; C # 0,1 % ; Nb # 5 Z ; Ti S 3 % ; V '6 Z ;
Al # 5 % ; le reste étant du fer et des impuretés accidentelles déposées sur un substrat métallique.
Le substrat métallique peut être un superalliage base nickel, un acier austénitique ou ferritique, ou un acier de construction. Dans ce dernier cas, si le dépôt final est souhaité exempt de fissure une sous couche plastique en alliage austénitique ou ferritique peut s'avérer nécessaire, avant de procéder au rechargement final avec l'alliage.
Ainsi, selon une variante de l'invention, lorsque le substrat est un acier de construction, on dépose une souscouche plastique en alliage austénitique ou ferritique par un procédé connu en soi, avant de proceder au rechargement avec l'alliage à haute teneur en chrome.
Selon un mode de réalisation préféré, l'alliage austénitique de la sous couche est de préférence un alliage au chrome-nickel et l'alliage ferritique de la sous couche est de préférence un alliage ferritique à haute teneur en chrome.
On citera à titre d'exemple de couches de revêtement selon la présente invention les différentes compositions d'alliages suivantes
I - Cr : 30 à 75 % ; N2 : 0,4 à 2,2 % ; Mn : 0,1 à 3 % ;
Si : 0,1 à 2 % ; Ni : 1 à 10 % ; Co : 1 à 10 % ; Mo
1 à 5 % ; C < =0,1 % ; Nb < 0,1 % ; Ti < =0,05 % ; V
< 0,1 % ; Al : < 0,05 % le reste étant du fer et des im
puretés accidentelles.
I - Cr : 30 à 75 % ; N2 : 0,4 à 2,2 % ; Mn : 0,1 à 3 % ;
Si : 0,1 à 2 % ; Ni : 1 à 10 % ; Co : 1 à 10 % ; Mo
1 à 5 % ; C < =0,1 % ; Nb < 0,1 % ; Ti < =0,05 % ; V
< 0,1 % ; Al : < 0,05 % le reste étant du fer et des im
puretés accidentelles.
II- Cr : 30 à 75 % ; N2 : 1 à 2,5 % ; Mn : 0,1 à 3 % ;
So : 0 à 2 % ; Ni #1 % ; Co # 1 % ; Mo #0,5 % ; C# 0,1 %;
Nb : 0,1 à 5 % ; Ti : 0,05 à 3 % ; V : 0,1 à 6 %
Al : 0,05 à 5 % le reste étant du fer et des impuretés
accidentelles.
So : 0 à 2 % ; Ni #1 % ; Co # 1 % ; Mo #0,5 % ; C# 0,1 %;
Nb : 0,1 à 5 % ; Ti : 0,05 à 3 % ; V : 0,1 à 6 %
Al : 0,05 à 5 % le reste étant du fer et des impuretés
accidentelles.
III -Cr : 30 à 75 % , N2 : 1 à 2,5 % ; Mn : 0,1 à 3 %
Si : 0,1 à 2 % ; Ni : 1 à 10 % ; Co : 1 à 10 % Mo : 1 à 5 % ; C #0,1 % Z ; Nb : 0,1 à 5 % ; Ti : 0,05
à 3 % ; V : 0,1 à 6 Z ; Al : 0,05 à 5 Z le reste étant
du fer et des impuretés accidentelles.
Si : 0,1 à 2 % ; Ni : 1 à 10 % ; Co : 1 à 10 % Mo : 1 à 5 % ; C #0,1 % Z ; Nb : 0,1 à 5 % ; Ti : 0,05
à 3 % ; V : 0,1 à 6 Z ; Al : 0,05 à 5 Z le reste étant
du fer et des impuretés accidentelles.
A titre de compositions plus spécifiques on citera
<tb> Compo- <SEP> Cr <SEP> % <SEP> Mn <SEP> % <SEP> Si <SEP> % <SEP> Ni <SEP> % <SEP> Co <SEP> % <SEP> Mo <SEP> % <SEP> Nb <SEP> % <SEP> Ti <SEP> % <SEP> V <SEP> % <SEP> Al <SEP> % <SEP> N2 <SEP> %
<tb> sition
<tb> <SEP> 1 <SEP> 30 <SEP> à <SEP> 0,1 <SEP> 0,1 <SEP> 0 <SEP> à <SEP> 0 <SEP> à <SEP> 0 <SEP> à <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 0,4
<tb> <SEP> 50 <SEP> à <SEP> 3 <SEP> à <SEP> 2 <SEP> 1 <SEP> 1 <SEP> 0,5 <SEP> 1,2
<tb> <SEP> 2 <SEP> 30 <SEP> à <SEP> 0,1 <SEP> 0,1 <SEP> 1 <SEP> à <SEP> 1 <SEP> à <SEP> 1 <SEP> à <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 0,4
<tb> <SEP> 50 <SEP> 3 <SEP> à <SEP> 2 <SEP> 10 <SEP> 10 <SEP> 5 <SEP> 1,2
<tb> <SEP> 3 <SEP> 30 <SEP> à <SEP> 0,1 <SEP> 0,1 <SEP> 0 <SEP> à <SEP> 0 <SEP> à <SEP> 0 <SEP> à <SEP> 0 <SEP> à <SEP> 0 <SEP> à <SEP> 0 <SEP> à <SEP> 0 <SEP> à <SEP> 0,4
<tb> <SEP> 50 <SEP> à <SEP> 3 <SEP> à <SEP> 2 <SEP> 1 <SEP> 1 <SEP> 0,5 <SEP> 5 <SEP> 3 <SEP> 6 <SEP> 5 <SEP> à <SEP> 2
<tb> <SEP> 4 <SEP> 30 <SEP> à <SEP> 0,1 <SEP> 0,1 <SEP> 1 <SEP> à <SEP> 1 <SEP> à <SEP> 1 <SEP> à <SEP> 0 <SEP> à <SEP> 0 <SEP> à <SEP> 0 <SEP> à <SEP> 0 <SEP> à <SEP> 0,4
<tb> <SEP> 50 <SEP> à <SEP> 3 <SEP> à <SEP> 2 <SEP> 10 <SEP> 10 <SEP> 5 <SEP> 5 <SEP> 3 <SEP> 6 <SEP> 5 <SEP> 2
<tb> <SEP> 5 <SEP> 50 <SEP> à <SEP> 0,1 <SEP> 0,1 <SEP> 0 <SEP> à <SEP> 0 <SEP> à <SEP> 0 <SEP> à <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 1 <SEP> à
<tb> <SEP> 75 <SEP> à <SEP> 3 <SEP> à <SEP> 2 <SEP> 1 <SEP> 1 <SEP> 0,5 <SEP> 2,2
<tb> <SEP> 6 <SEP> 50 <SEP> à <SEP> 0,1 <SEP> 0,1 <SEP> 1 <SEP> à <SEP> 1 <SEP> à <SEP> 1 <SEP> à <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 1 <SEP> à
<tb> <SEP> 75 <SEP> à <SEP> 3 <SEP> à <SEP> 2 <SEP> 10 <SEP> 10 <SEP> 5 <SEP> 2,2
<tb> <SEP> 7 <SEP> 50 <SEP> à <SEP> 0,1 <SEP> 0,1 <SEP> 0 <SEP> à <SEP> 0 <SEP> à <SEP> 0 <SEP> à <SEP> 0 <SEP> à <SEP> 0 <SEP> à <SEP> 0 <SEP> à <SEP> 0 <SEP> à <SEP> 1 <SEP> à
<tb> <SEP> 75 <SEP> à <SEP> 3 <SEP> à <SEP> 2 <SEP> 1 <SEP> 1 <SEP> 0,5 <SEP> 5 <SEP> 3 <SEP> 6 <SEP> 5 <SEP> 2,5
<tb> <SEP> 8 <SEP> 50 <SEP> à <SEP> 0,1 <SEP> 0,1 <SEP> 1 <SEP> à <SEP> 1 <SEP> à <SEP> 1 <SEP> à <SEP> 0 <SEP> à <SEP> 0 <SEP> à <SEP> 0 <SEP> à <SEP> 0 <SEP> à <SEP> 1 <SEP> à
<tb> <SEP> 75 <SEP> à <SEP> 3 <SEP> à <SEP> 2 <SEP> 10 <SEP> 10 <SEP> 5 <SEP> 5 <SEP> 3 <SEP> 6 <SEP> 5 <SEP> 2,5
<tb>
La teneur en carbone est dans tous les cas 0,1 %.
<tb> sition
<tb> <SEP> 1 <SEP> 30 <SEP> à <SEP> 0,1 <SEP> 0,1 <SEP> 0 <SEP> à <SEP> 0 <SEP> à <SEP> 0 <SEP> à <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 0,4
<tb> <SEP> 50 <SEP> à <SEP> 3 <SEP> à <SEP> 2 <SEP> 1 <SEP> 1 <SEP> 0,5 <SEP> 1,2
<tb> <SEP> 2 <SEP> 30 <SEP> à <SEP> 0,1 <SEP> 0,1 <SEP> 1 <SEP> à <SEP> 1 <SEP> à <SEP> 1 <SEP> à <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 0,4
<tb> <SEP> 50 <SEP> 3 <SEP> à <SEP> 2 <SEP> 10 <SEP> 10 <SEP> 5 <SEP> 1,2
<tb> <SEP> 3 <SEP> 30 <SEP> à <SEP> 0,1 <SEP> 0,1 <SEP> 0 <SEP> à <SEP> 0 <SEP> à <SEP> 0 <SEP> à <SEP> 0 <SEP> à <SEP> 0 <SEP> à <SEP> 0 <SEP> à <SEP> 0 <SEP> à <SEP> 0,4
<tb> <SEP> 50 <SEP> à <SEP> 3 <SEP> à <SEP> 2 <SEP> 1 <SEP> 1 <SEP> 0,5 <SEP> 5 <SEP> 3 <SEP> 6 <SEP> 5 <SEP> à <SEP> 2
<tb> <SEP> 4 <SEP> 30 <SEP> à <SEP> 0,1 <SEP> 0,1 <SEP> 1 <SEP> à <SEP> 1 <SEP> à <SEP> 1 <SEP> à <SEP> 0 <SEP> à <SEP> 0 <SEP> à <SEP> 0 <SEP> à <SEP> 0 <SEP> à <SEP> 0,4
<tb> <SEP> 50 <SEP> à <SEP> 3 <SEP> à <SEP> 2 <SEP> 10 <SEP> 10 <SEP> 5 <SEP> 5 <SEP> 3 <SEP> 6 <SEP> 5 <SEP> 2
<tb> <SEP> 5 <SEP> 50 <SEP> à <SEP> 0,1 <SEP> 0,1 <SEP> 0 <SEP> à <SEP> 0 <SEP> à <SEP> 0 <SEP> à <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 1 <SEP> à
<tb> <SEP> 75 <SEP> à <SEP> 3 <SEP> à <SEP> 2 <SEP> 1 <SEP> 1 <SEP> 0,5 <SEP> 2,2
<tb> <SEP> 6 <SEP> 50 <SEP> à <SEP> 0,1 <SEP> 0,1 <SEP> 1 <SEP> à <SEP> 1 <SEP> à <SEP> 1 <SEP> à <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 1 <SEP> à
<tb> <SEP> 75 <SEP> à <SEP> 3 <SEP> à <SEP> 2 <SEP> 10 <SEP> 10 <SEP> 5 <SEP> 2,2
<tb> <SEP> 7 <SEP> 50 <SEP> à <SEP> 0,1 <SEP> 0,1 <SEP> 0 <SEP> à <SEP> 0 <SEP> à <SEP> 0 <SEP> à <SEP> 0 <SEP> à <SEP> 0 <SEP> à <SEP> 0 <SEP> à <SEP> 0 <SEP> à <SEP> 1 <SEP> à
<tb> <SEP> 75 <SEP> à <SEP> 3 <SEP> à <SEP> 2 <SEP> 1 <SEP> 1 <SEP> 0,5 <SEP> 5 <SEP> 3 <SEP> 6 <SEP> 5 <SEP> 2,5
<tb> <SEP> 8 <SEP> 50 <SEP> à <SEP> 0,1 <SEP> 0,1 <SEP> 1 <SEP> à <SEP> 1 <SEP> à <SEP> 1 <SEP> à <SEP> 0 <SEP> à <SEP> 0 <SEP> à <SEP> 0 <SEP> à <SEP> 0 <SEP> à <SEP> 1 <SEP> à
<tb> <SEP> 75 <SEP> à <SEP> 3 <SEP> à <SEP> 2 <SEP> 10 <SEP> 10 <SEP> 5 <SEP> 5 <SEP> 3 <SEP> 6 <SEP> 5 <SEP> 2,5
<tb>
La teneur en carbone est dans tous les cas 0,1 %.
Les exemples ci-après sont donnés à titre d'illustration de l'invention
Exemple I
On réalise le rechargement d'un substrat en acier 35CD4 selon la norme AFNOR, ayant la composition métallur- gique suivante
C % Mn Z Si Z Cr Z
0,33 0,68 0,32 0,96
La poudre de metal d'apport est préparée à une granulométrie de 40 à 160 micromètres et le gaz plasmagène est de l'azote pur envoyé à un débit de 1,5 l/mn.
Exemple I
On réalise le rechargement d'un substrat en acier 35CD4 selon la norme AFNOR, ayant la composition métallur- gique suivante
C % Mn Z Si Z Cr Z
0,33 0,68 0,32 0,96
La poudre de metal d'apport est préparée à une granulométrie de 40 à 160 micromètres et le gaz plasmagène est de l'azote pur envoyé à un débit de 1,5 l/mn.
Le dépôt de la couche de revêtement est réalisé à l'aide d'un procédé à plasma d'arc semi transfére avec une intensité d'arc soufflé de 50 A et d'arc transféré de 150 A.
L'électrode formant cathode est une tige en tungstène de 5 mm de diamètre.
La largeur du cordon d'alliage de rechargement est de 15 mm à une vitesse d'avance de 80 mm/mn et l'epais- seur de la couche déposée de 2,5 mm par passe.
La couche de revêtement d'alliage ferreux de nature ferritique a la composition suivante
Cr % Mn % Si % N2 % Fe
54 0,20 0,21 1,02 le reste
Exemples 2 à 7
On réalise dans des conditions analogues à celles de l'exemple 1 le rechargement d'un substrat indique ciaprès dans les conditions définies pour chaque exemple 2 - Substrat en acier Z2CN18.10 de composition
C % Mn % Si % Ni % Cr %
0,026 1,55 0,56 10,43 18,76
Poudre d'apport 40/160 um
Gaz plasmagène : azote, debit 2,2 l/mn
Intensité d'arc soufflé : 45 A
Intensité d'arc transferé : 110 A
Largeur de cordon 17 mm
Vitesse d'avance 75 mm/mn
Epaisseur déposee 1 couche = 2,1 mm
Composition du dépôt en %
Cr Mn Si Ni N2 Fe 59 0,23 0,19 2,3 1,49 le reste 3 - Substrat en acier XC38 de composition
C Z Mn Z Si %
0,37 0,75 0,31
Poudre d'apport 30/150 pm
Gaz plasmagène 100 % Azote, debit 2,2 l/mn
Intensite d'arc soufflé : 50 A
Intensité d'arc transfére : 80 A
Largeur du cordon : 14 mm
Avance : 75 mm/mn
Analyse du dépôt en %
Cr Ni Co Mo C N2 Fe 0,44 3,9 3,02 1,8 0,054 0,77 le reste 4 - Substrat en acier XC10, de composition
C % Mn % Si %
0,11 0,42 0,24
Gaz plasmagène : Argon 75 % - Azote 25 %
I soufflé :O A
I transfère : 160 A
Largeur de cordon 18 mm
Avance 70 mm/mn
Analyse du dépôt en %
Cr Ni C N2 Fe
35,8 6,23 0,036 0,56 le reste 5 - Substrat en acier 35CD4, de composition
C % Mn % Si % Cr %
0,38 0,76 0,28 1,02
Ce substrat a été rechargé d'une sous couche d'alliage ayant la composition suivante
C % Si % Ni % Cr % Mo % Co %
0,04 0,7 6,25 24,2 2,9 7,4
Sur cette sous couche l'alliage à haut chrome, a été: déposé dans les conditions suivantes
Gaz plasmagène :Azote : 1,9 l/mn
Intensité arc soufflé : 60 A
Intensité arc transféré : 160 A
Largeur de cordon 20mm
Epaisseur déposée : 8,8 mm en 4 passes
Vitesse d'avance 80 mm/mn
Composition du dépôt
Cr % Mn % Si % N2 % Fe %
71,1 0,3 0,22 1,52 le reste 6 - Substrat en alliage base nickel NC15 Fe, de composition
C Z Cr Z Ni Fe
0,04 15,7 base 5,6
Gaz plasmagène azote : 1,8 l/mn
Intensité soufflé : 50 A
Intensite transféré : 150 A
Largeur de cordon : 18 mm
Composition du dépôt
Cr % Mn % Si % Ni % V % N2 % Fe
66 1,3 0,3 4,2 4,5 2,1 le reste 7 - Substrat en acier 50CV4
C % Mn % Si % Cr % V %
0,51 0,78 0,26 1,06 0,18
Dépôt d'une sous couche en acier Z2CN18-10 de composition
C % Mn % Si % Ni % Cr %
0,031 1,46 0,50 10,6 18,9
Dépôt de l'alliage à haut chrome, sous plasma d'azote
Composition du dépôt
Cr % V % Nb % Ti % N2 %
50,2 4,1 1,8 0,9 1,7
Le procédé selon la présente invention est applicable à la fabrication de pièces requérant des propriétés de tenue à chaud, c'est-à-dire notamment résistance à la corrosion ou l'oxydation à chaud et au frottement à chaud.
Cr % Mn % Si % N2 % Fe
54 0,20 0,21 1,02 le reste
Exemples 2 à 7
On réalise dans des conditions analogues à celles de l'exemple 1 le rechargement d'un substrat indique ciaprès dans les conditions définies pour chaque exemple 2 - Substrat en acier Z2CN18.10 de composition
C % Mn % Si % Ni % Cr %
0,026 1,55 0,56 10,43 18,76
Poudre d'apport 40/160 um
Gaz plasmagène : azote, debit 2,2 l/mn
Intensité d'arc soufflé : 45 A
Intensité d'arc transferé : 110 A
Largeur de cordon 17 mm
Vitesse d'avance 75 mm/mn
Epaisseur déposee 1 couche = 2,1 mm
Composition du dépôt en %
Cr Mn Si Ni N2 Fe 59 0,23 0,19 2,3 1,49 le reste 3 - Substrat en acier XC38 de composition
C Z Mn Z Si %
0,37 0,75 0,31
Poudre d'apport 30/150 pm
Gaz plasmagène 100 % Azote, debit 2,2 l/mn
Intensite d'arc soufflé : 50 A
Intensité d'arc transfére : 80 A
Largeur du cordon : 14 mm
Avance : 75 mm/mn
Analyse du dépôt en %
Cr Ni Co Mo C N2 Fe 0,44 3,9 3,02 1,8 0,054 0,77 le reste 4 - Substrat en acier XC10, de composition
C % Mn % Si %
0,11 0,42 0,24
Gaz plasmagène : Argon 75 % - Azote 25 %
I soufflé :O A
I transfère : 160 A
Largeur de cordon 18 mm
Avance 70 mm/mn
Analyse du dépôt en %
Cr Ni C N2 Fe
35,8 6,23 0,036 0,56 le reste 5 - Substrat en acier 35CD4, de composition
C % Mn % Si % Cr %
0,38 0,76 0,28 1,02
Ce substrat a été rechargé d'une sous couche d'alliage ayant la composition suivante
C % Si % Ni % Cr % Mo % Co %
0,04 0,7 6,25 24,2 2,9 7,4
Sur cette sous couche l'alliage à haut chrome, a été: déposé dans les conditions suivantes
Gaz plasmagène :Azote : 1,9 l/mn
Intensité arc soufflé : 60 A
Intensité arc transféré : 160 A
Largeur de cordon 20mm
Epaisseur déposée : 8,8 mm en 4 passes
Vitesse d'avance 80 mm/mn
Composition du dépôt
Cr % Mn % Si % N2 % Fe %
71,1 0,3 0,22 1,52 le reste 6 - Substrat en alliage base nickel NC15 Fe, de composition
C Z Cr Z Ni Fe
0,04 15,7 base 5,6
Gaz plasmagène azote : 1,8 l/mn
Intensité soufflé : 50 A
Intensite transféré : 150 A
Largeur de cordon : 18 mm
Composition du dépôt
Cr % Mn % Si % Ni % V % N2 % Fe
66 1,3 0,3 4,2 4,5 2,1 le reste 7 - Substrat en acier 50CV4
C % Mn % Si % Cr % V %
0,51 0,78 0,26 1,06 0,18
Dépôt d'une sous couche en acier Z2CN18-10 de composition
C % Mn % Si % Ni % Cr %
0,031 1,46 0,50 10,6 18,9
Dépôt de l'alliage à haut chrome, sous plasma d'azote
Composition du dépôt
Cr % V % Nb % Ti % N2 %
50,2 4,1 1,8 0,9 1,7
Le procédé selon la présente invention est applicable à la fabrication de pièces requérant des propriétés de tenue à chaud, c'est-à-dire notamment résistance à la corrosion ou l'oxydation à chaud et au frottement à chaud.
Claims (10)
1 - Procédé de fabrication d'une pièce métallique composite par revêtement ou rechargement d'un substrat metallique en acier à l'aide d'une couche métallique superficielle d'un alliage ferreux de nature ferritique, contenant de l'azote et ayant une teneur en chrome superieure à 30 Z, caractérisé en ce qu'il consiste à deposer la couche d'alliage métallique de revêtement à l'aide d'un procédé à plasma d'arc transféré ou semi-transféré dont le gaz plasmagène contient au moins 20 Z en poids d'azote, l'alliage métallique etant apporté sous forme d'une poudre de revêtement contenant du fer et au moins 30 % en poids de chrome, et éventuellement des métaux choisis parmi l'aluminium, le niobium, le titane et le vanadium.
2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le gaz plasmagène contient un autre gaz choisi parmi l'argon, l'hélium et/ou l'hydrogène.
3 - Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la poudre de revêtement présente la composition ponderale suivante : Cr : 30 à 75 % ; Mn : 0,1 à 3 % ;
Si : 0,1 à 2 % ; Ni 510 % ; Co < 10 % ; Mo #5 % ; C sO,l Z ;
Nb < 5 Z ; Ti < 3 % ; V < 6 % ; Al 55 % ; le reste étant du fer et des impuretés accidentelles.
4 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le substrat de base est un superalliage base nickel, ou un acier austénitique ou ferritique, ou un acier de construction.
5 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lorsque le substrat est un acier de construction, on dépose une sous couche plastique en alliage austénitique ou ferritique par un procédé connu en soi, avant de procéder au rechargement avec l'air liage à haute teneur en chrome.
6 - Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'alliage austénitique de la sous couche est de préférence un alliage au chrome-nickel et l'alliage ferritique de la sous couche est de préférence un alliage ferritique à haute teneur en chrome.
7 - Pièce métallique composite obtenue par un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'elle présente une couche de revêtement superficiel d'un alliage ferreux de nature ferritique ayant la composition suivante : Cr 30 à 75 Z ; N2 : 0,4 à 2,5 ; Mn : 0,1 à 3 % ; Si : 0,1 à 2 % ; Ni #10 % ; Co < =10 %;
Mo # 5 % ; C #0,1 % ; Nb #5 % ; Ti #3 % ; V #6 % ; Al #5 %, le reste etant du fer et des impuretés accidentelles, déposee sur un substrat métallique.
8 - Pièce métallique composite selon la revendication 7, caractérisée en ce que la couche de revêtement superficiel presente la composition suivante
Cr : 30 à 75 % ; N2 : 0,4 à-2,2 Z ; Mn : 0,1 à 3 % ; Si 0,1 à 2 % ; Ni : 1 à 10 % ; Co : 1 à 10 % ; Mo : 1 à 5 % ;
C #0,1 % ; Nb # 0,1 % ; Ti 0,05 % ; V # 0,1 % ; Al # 0,05 %, le reste étant du fer et des impuretés accidentelles.
9 - Pièce metallique composite selon la revendication 7, caractérisée en ce que la couche de revêtement superficiel présente la composition suivante
Cr : 30 à 75 % ; N2 : 1 à 2,5 % ; Mn : 0,1 à 3 % ; Si : O à 2 % ; Ni 51 Z ; Co Si % ; Mo 50,5 % ; C < =0,1 Z ; Nb : 0,1 à 5 % ; Ti : 0,05 à 3 % ; V : 0,1 à 6 % ; Al : 0,05 à 5 % le reste étant du fer et des impuretes accidentelles.
10 - Pièce métallique composite selon la revendication 7, caractérisée en ce que la couche de revêtement superficiel présente la composition suivante
Cr : 30 à 75 % ; N2 : 1 à 2,5 % ; Mn : 0,1 à 3 % ; Si : 0,1 à 2 % ; Ni : 1 à 10 % ; Co : 1 à 10 % ; Mo : 1 à 5 %
C < 0,1 % ; Nb : 0,1 à 5 % ; Ti : 0,05 à 3 % ; V : 0,1 à 6 %;
Al : 0,05 à 5 % ; le reste étant du fer et des impuretés accidentelles.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8514761A FR2588210B1 (fr) | 1985-10-04 | 1985-10-04 | Procede de fabrication d'une piece metallique composite a revetement superficiel en alliage ferreux de nature ferritique a haute teneur en chrome, contenant de l'azote et produit obtenu |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8514761A FR2588210B1 (fr) | 1985-10-04 | 1985-10-04 | Procede de fabrication d'une piece metallique composite a revetement superficiel en alliage ferreux de nature ferritique a haute teneur en chrome, contenant de l'azote et produit obtenu |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2588210A1 true FR2588210A1 (fr) | 1987-04-10 |
| FR2588210B1 FR2588210B1 (fr) | 1988-07-01 |
Family
ID=9323552
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR8514761A Expired FR2588210B1 (fr) | 1985-10-04 | 1985-10-04 | Procede de fabrication d'une piece metallique composite a revetement superficiel en alliage ferreux de nature ferritique a haute teneur en chrome, contenant de l'azote et produit obtenu |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR2588210B1 (fr) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB776482A (en) * | 1954-02-11 | 1957-06-05 | Boehler & Co Ag Geb | Improvements in and relating to rolling-mill rolls for hot-rolling |
| FR1305240A (fr) * | 1960-11-15 | 1962-09-28 | Union Carbide Corp | Appareil et procédé de soudure à l'arc |
| US3066215A (en) * | 1959-11-18 | 1962-11-27 | Armco Steel Corp | Welding method and product |
| FR1404049A (fr) * | 1964-07-20 | 1965-06-25 | Deutsche Edelstahlwerke Ag | Procédé d'application ou de soudage d'un alliage au chalumeau à plasma |
| FR1542375A (fr) * | 1967-10-05 | 1968-10-11 | Zentralinstitut Schweiss | Poudre métallique produite de préférence par pulvérisation, pour l'application de couches de grande résistance à l'usure, de préférence par soudage avec apport de poudre |
| US4386112A (en) * | 1981-11-02 | 1983-05-31 | United Technologies Corporation | Co-spray abrasive coating |
-
1985
- 1985-10-04 FR FR8514761A patent/FR2588210B1/fr not_active Expired
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB776482A (en) * | 1954-02-11 | 1957-06-05 | Boehler & Co Ag Geb | Improvements in and relating to rolling-mill rolls for hot-rolling |
| US3066215A (en) * | 1959-11-18 | 1962-11-27 | Armco Steel Corp | Welding method and product |
| FR1305240A (fr) * | 1960-11-15 | 1962-09-28 | Union Carbide Corp | Appareil et procédé de soudure à l'arc |
| FR1404049A (fr) * | 1964-07-20 | 1965-06-25 | Deutsche Edelstahlwerke Ag | Procédé d'application ou de soudage d'un alliage au chalumeau à plasma |
| FR1542375A (fr) * | 1967-10-05 | 1968-10-11 | Zentralinstitut Schweiss | Poudre métallique produite de préférence par pulvérisation, pour l'application de couches de grande résistance à l'usure, de préférence par soudage avec apport de poudre |
| US4386112A (en) * | 1981-11-02 | 1983-05-31 | United Technologies Corporation | Co-spray abrasive coating |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| AUTOMATIC WELDING, no. 1, 1976, pages 47-48, Abrington Hall, Cambridge, GB; G.M.KAMALYAN et al.: "A study of the possibility of replacing argon as a shielding gas with nitrogen in plasma arc surfacing" * |
| CHEMICAL ABSTRACTS, vol. 103, no. 16, 21 octobre 1985, page 232, no. 127144a, Columbus, Ohio, US; M.I.ARSHANSKII et al.: "Plasma process at the Nizhnii Tagil Metallurgical Plant of V. I. Lenin" & SVAR. PROIZVOD. 1985, (6), 25-6 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2588210B1 (fr) | 1988-07-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP1559498B1 (fr) | Procédé de soudage hybride arc-laser des aciers ferritiques | |
| EP1805341B1 (fr) | Procédé de revêtement au trempé à chaud dans un bain de zinc des bandes en acier fer-carbone-manganèse | |
| EP2322315B1 (fr) | Surfaçage de fil de soudage à l'arc MIG et procédé de soudage à l'arc MIG avec surfaçage | |
| US20070235429A1 (en) | Braze-welding of steel workpieces with copper wire and oxidizing gas mixture | |
| FR2600568A1 (fr) | Ameliorations aux methodes de decoupe de pieces metalliques au laser | |
| FR2535991A1 (fr) | Revetement en alliage pour pieces en fonte, par exemple des moules pour verre | |
| CA2460094A1 (fr) | Procede de soudage hybride laser-arc avec ajustage des debits de gaz | |
| CA2356715A1 (fr) | Procede de soudage mig du nickel et des alliages de nickel avec gaz de protection a base d'argon et de co2 | |
| JPH10130810A (ja) | 防食用チタン酸化膜の作製方法および防食用チタン酸化膜 | |
| EP2489460B1 (fr) | Procédé de fabrication de fil fourré par soudage laser avec un remplissage différentié | |
| EP0229575A1 (fr) | Baguette souple de soudage à âme métallique enrobée, procédé pour sa réalisation | |
| EP2694243B1 (fr) | Fil fourre pour le soudage des aciers a forte teneur en nickel | |
| EP1474263A2 (fr) | Melange gazeux ternaire utilisable en soudo-brasage de pieces galvanisees | |
| EP1778432B1 (fr) | Fil fourre de soudage sans laitier et a forte teneur en silicium pour soudage des aciers ferritiques | |
| FR2588210A1 (fr) | Procede de fabrication d'une piece metallique composite a revetement superficiel en alliage ferreux de nature ferritique a haute teneur en chrome, contenant de l'azote et produit obtenu | |
| EP0169858A1 (fr) | Materiau pour pulverisation thermique et son procede de fabrication | |
| EP2396137B1 (fr) | Procede de soudage a l'arc sous double flux gazeux, avec flux central contenant de l'argon et de l'hydrogene et le flux de gainage comprenant de l'argon et du dioxyde de carbone | |
| FR2865151A1 (fr) | Procede de soudage par laser d'acier, en particulier ferritique | |
| WO2001066298A1 (fr) | Torche double-flux pour soudage a l'arc | |
| Akhtar et al. | Effect of laser remelting on surface composite layer of nickel aluminide coated steel substrate | |
| JP7301296B2 (ja) | 材、溶接方法、及び溶接装置 | |
| RU2697132C1 (ru) | Способ легирования наплавленного металла при дуговой сварке и наплавке | |
| EP1772226A1 (fr) | Fil de soudage à basse teneur en calcium | |
| CH285860A (fr) | Procédé pour la soudure d'une pièce en un métal très oxydable. | |
| Kupar et al. | Effect of the mechanism and conditions of mass and heat transfer in consumable inert gas welding on the quality of welded joints |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| ER | Errata listed in the french official journal (bopi) |
Free format text: 15/87 |
|
| ST | Notification of lapse |