FR2765269A1 - Siege de soupape pour moteur a combustion interne - Google Patents
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Abstract
Ce siège de soupape pour moteur à combustion interne comprend un élément de base dans lequel des particules dures à base de cobalt sont dispersées dans une matrice en alliage à base de fer. La matrice en alliage à base de fer contient (a) entre 0, 5 et 1, 5% en poids de carbone, (b) entre 0, 5 et 10, 0% au total d'au moins un élément choisi dans le groupe comprenant le chrome et le vanadium, et (c) du fer pour le reste de la matrice, toutes ces valeurs étant respectivement rapportées au poids de l'élément de base. La quantité de particules dures à base de cobalt, dispersées dans la matrice, représente entre 26 et 50% en poids, rapportés au poids de l'élément de base.
Description
Siège de soupape pour moteur à combustion interne.
La présente invention concerne un siège de soupape à utiliser
dans un moteur à combustion interne.
On a utilisé à ce jour de nombreux types de sièges de soupape
dans les moteurs à combustion interne cornmme les moteurs d'automobile.
y compris un siège de soupape fait d'un alliage fritté à base de fer, et des études ont été faites en ce qui concerne la résistance à l'usure et à
l'abrasion de ces sièges de soupape.
En général, il est avantageux qu'un moteur utilise un carbu-
rant liquide comme l'essence ou le gazole pour réduire l'usure et l'abrasion des sièges de soupape, car le carburant et les produits de
combustion qui contiennent du carbone maintiennent une forte lubrifi-
cation entre la soupape et le siège de soupape. Au contraire, faire fonctionner un moteur avec un carburant gazeux comme du gaz naturel implique un contact direct entre les surfaces métalliques de la soupape et du siège, car la quantité de produits de combustion est faible par rapport au cas o l'on utilise du carburant liquide. L'usure et l'abrasion
ont donc tendance à se développer et à produire des fuites par défor-
mation plastique et abrasion adhésive.
Pour améliorer la résistance à l'usure et à l'abrasion des sièges de soupape, on sait disperser des particules dures comme des
particules de Fe-Mo ou de Fe-W dans la matrice du siège de soupape.
Toutefois, quand on veut augmenter la résistance à l'usure et à l'abra-
sion du siège de soupape en augmentant la quantité de particules dures, la soupape antagoniste associée à ce siège risque de s'user et/ou
de s'éroder.
Il a été proposé des sièges de soupape ayant une excellente résistance à l'usure et à l'abrasion et une faible agressivité vis-à-vis de la soupape antagoniste. Par exemple, la demande de brevet japonais non examinée HEI 5-43913 décrit un siège de soupape en alliage tfritté à base de fer, formé par un procédé dans lequel des particules dures du type carbures dispersés et/ou du type composés intermétalliques dispersés, ayant une dureté Micro-Vickers de l'ordre de 500 à 1800, sont dispersées à raison de 5 à 25 % en poids dans la matrice en alliage
fritté à base de fer, ces particules dures ayant une forme globulaire.
D'autre part, la demande de brevet japonais non examinée HEI 5-
43998 décrit un autre siège de soupape en alliage fritté à base de fer, formé par un procédé dans lequel des particules dures du type carbures dispersés et/ou du type composés intermétalliques dispersés, ayant une dureté Micro-Vickers de l'ordre de 500 à 1800, sont dispersées à raison de 5 à 25 % en poids dans la matrice en alliage fritté à base de fer pour former un élément de base du siège de soupape et du cuivre ou un alliage de cuivre est ensuite infiltré dans cet élément de base ainsi formé. Dans les publications mentionnées, il n'y a cependant aucune recherche quant à une contre-mesure pour les cas o le siège de soupape vient en contact direct avec la surface métallique d'un composant antagoniste, comme dans un moteur fonctionnant avec un
carburant gazeux.
La présente invention a pour but de résoudre les problèmes
mentionnés ci-dessus.
Un premier objet de la présente invention est de proposer un siège de soupape capable de conserver une excellent résistance à l'usure
et à l'abrasion mais une faible agressivité vis-à-vis du composant anta-
goniste, même quand il est utilisé dans des conditions sévères comme celles conduisant facilement à un contact direct entre les surfaces métalliques d'une soupape et du siège de soupape, rencontrées par
exemple dans un moteur qui fonctionne avec un carburant gazeux.
Selon la présente invention, pour atteindre le but exposé, il est proposé un siège de soupape pour un moteur à combustion interne qui comporte un élément de base, cet élément de base comprenant: - une matrice en alliage à base de fer contenant: (a) entre 0,5 et 1,5% en poids de carbone, (b) entre 0,5 et 10,0% au total d'au moins un élément choisi dans le groupe formé par le chrome et le vanadium, et (c) du fer pour le reste de la matrice, toutes ces valeurs étant respectivement rapportées au poids de l'élément de base, et - entre 26 et 50% en poids, rapportés au poids de l'élément de
base, de particules dures à base de cobalt dispersées dans la matrice.
Comme les particules dures à base de cobalt utilisées dans la présente invention diffèrent des particules dures connues (à savoir les particules dures de Fe-Mo, de Fe-W ou autre) du fait qu'elles n'ont qu'une faible agressivité vis-à-vis du composant antagoniste et qu'elles sont auto-lubrifiantes par rapport aux particules dures connues, il est possible de maintenir l'agressivité vis-à-vis du composant antagoniste à un niveau faible même quand les particules dures à base de cobalt sont dispersées dans l'élément de base du siège de soupape en une quantité importante de 26 à 50% en poids. Par conséquent, le siège de soupape de l'invention conserve une excellente résistance à l'usure et à l'abrasion et une faible agressivité vis-à-vis du composant antagoniste même dans des conditions de fonctionnement sévères, en particulier quand il y a facilement contact direct entre les surfaces métalliques de la soupape et du siège de soupape comme dans un moteur utilisant un
carburant gazeux.
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la
description suivante, faite en référence aux dessins d'accompagnement
dans lesquels:
la figure 1 est une micrographie montrant la structure métal-
lographique d'un siège de soupape obtenu dans l'exemple 3 de la présente invention, la figure 2 est un schéma explicatif de la micrographie de la figure 1,
la figure 3 est une micrographie montrant la structure métal-
lographique d'un siège de soupape obtenu dans l'exemple 5 de la présente invention, la figure 4 est un schéma explicatif de la micrographie de la figure 3,
la figure 5 est une micrographie montrant la structure métal-
lographique d'un siège de soupape obtenu dans l'exemple 6 de la présente invention, la figure 6 est un schéma explicatif de la micrographic de la figure 5, la figure 7 est une micrographic montrant la structure métallographique d'un siège de soupape obtenu dans l'exemple 7 de la présente invention, la figure 8 est un schéma explicatif de la micrographic de la figure 7,
la figure 9 est une micrographie montrant la structure métal-
lographique d'un siège de soupape obtenu dans l'exemple comparatif 13, et la figure 10 est un schéma explicatif de la micrographie de la
figure 9.
Nous allons maintenant décrire un mode de réalisation de la présente invention. Un siège de soupape de la présente invention comprend un élément de base en tant que corps principal. Cet élément de base a une structure métallographique comprenant une matrice en alliage à base de fer et des particules dures à base de cobalt dispersées dans cette matrice. Les composants principaux de la matrice sont (a) du carbone (C), (b) du chrome (Cr) et/ou du vanadium (V), et (c) du fer (Fe). Les proportions de chaque composant mentionné, rapportées
au poids total de l'élément de base, sont les suivantes.
1) La quantité de carbone défini comme un composant de la matrice est comprise entre 0,5 et 1,5 % en poids, et il est préférable d'en borner la limite inférieure à un minimum de 0,8 % en poids et la
limite supérieure à un maximum de 1,2 % en poids.
2) La quantité totale de chrome et de vanadium, respective-
ment définis comme des composants de la matrice, est comprise entre
0,5 et 10,0 % en poids, et il est préférable d'en borner la limite infé-
rieure à un mrninimum de 2,0 % en poids et la limrite supérieure à un
maximum de 7,0 % en poids.
3) La quantité de particules dures à base de cobalt est comprise entre 26 et 50 % en poids, et il est préférable d'en borner la limite inférieure à un minimum de 30 % en poids et la limite supérieure
à un maximum de 40 % en poids.
4) Le reste de l'élément de base est du fer, défini comme un composant de la matrice. Bien sûr, ce reste peut contenir d'inévitables impuretés. En ce qui concerne la quantité de carbone défini comme le composant de la matrice, si cette quantité de carbone est inférieure à 0, 5 % en poids, il peut y avoir précipitation de ferrite libre dans la matrice, ce qui limite la résistance à l'usure et à l'abrasion. D'autre part, quand l'élément de base est formé d'un alliage fritté à base de fer, une quantité de carbone excessivement faible peut provoquer une diffusion insuffisante pendant le frittage. Si au contraire la quantité de carbone est supérieure à 1,5 % en poids, de la cémentite libre peut précipiter dans la matrice et provoquer une diminution de l'usinabilité
lors de l'opération de coupe.
En ce qui concerne la quantité totale de chrome et de vana-
dium respectivement définis comme des composants de la matrice, si cette quantité totale est inférieure à 0,5 % en poids, il peut y avoir durcissement insuffisant de la matrice ou cette matrice peut avoir une résistance à la chaleur insuffisante. Si par contre la quantité totale citée ci-dessus est supérieure à 10,0 % en poids, elle peut provoquer
une détérioration de l'aptitude au compactage, et donc une détériora-
tion de la résistance mécanique.
En ce qui concerne la quantité de particules dures à base de cobalt, si cette quantité est inférieure à 26 % en poids, les particules dures à base de cobalt peuvent ne pas contribuer suffisamment à l'amélioration de la résistance à l'usure et à l'abrasion. En particulier, dans le cas o les surfaces métalliques de la soupape et du siège de soupape viennent essentiellement en contact mutuel direct, par exemple dans le cas d'un moteur fonctionnant avec des carburants de
remplacement comme le gaz naturel, la résistance à l'usure et à l'abra-
sion risque d'être insuffisante du fait de la quantité trop faible de particules dures à base de cobalt. Si par contre la quantité de particules dures à base de cobalt est supérieure à 50 % en poids, la force de liaison entre les particules peut diminuer et, d'autre part, les coûts de
production du siège de soupape augmentent.
Les particules dures à base de cobalt utilisées dans la présente invention sont un composé intermétallique qui contient du cobalt comme composant principal et un autre élément (par exemple du molybdène (Mo), du chrome (Cr) et du nickel (Ni)) capable d'améliorer la résistance à la chaleur et/ou la résistance à la corrosion, et elles ont une dureté Vickers qui n'est pas inférieure à 500 Hv, et de préférence supérieure à 700 Hv. La taille moyenne des particules dures à base de cobalt est habituellement de l'ordre de 50 à 200 gm, et de préférence comprise entre 100 et 150 mrn. Les particules dures à base de cobalt ont de préférence une forme globulaire. Ces particules dures à base de cobalt peuvent par exemple être des produits du commerce vendus
sous le nom de Tribaloy T-400 et de Tribaloy T-800 , respective-
ment fabriqués par la société Nikkoshi Co., Ltd. En plus des composants principaux cités ci-dessus, on peut ajouter (d) un ou plusieurs types d'éléments choisis dans un groupe comprenant le nickel (Ni), le cobalt (Co) et le molybdène (Mo) pour les composants de la matrice. Les éléments du groupe (d) ont pour fonction principale de renforcer la matrice et d'améliorer sa résistance
à la chaleur comme les éléments Cr et V faisant partie du groupe (b).
La quantité totale de nickel, cobalt et molybdène entrant dans la composition de la matrice est comprise entre 2,0 et 20,0 %7 en poids, rapportés au poids total de l'élément de base, et il est préférable d'en borner la limite inférieure à un minimum de 5,0 % en poids et la limite supérieure à un maximum de 15 % en poids. Si la quantité totale de ces éléments est inférieure à 2,0 % en poids, la matrice peut être
insuffisamment durcie ou peut avoir une résistance à la chaleur insuf-
fisante. Si par contre la quantité totale de ces éléments est supérieure à 20,0 % en poids, il peut se former de l'austénite résiduelle et les
coûts de production du siège de soupape sont en outre augmentés.
On peut aussi disperser un ou plusieurs types de matériaux autolubrifiants dans l'élément de base du siège de soupape. L'addition d'un matériau auto-lubrifiant empêche que la surface métallique du
siège de soupape ne vienne en contact direct avec la surface métalli-
que de la soupape, ce qui permet d'améliorer encore la résistance à l'usure et à l'abrasion ainsi que l'agressivité vis-à-vis du composant antagoniste. Des exemples de matériaux auto-lubrifiants peuvent comprendre des sulfures comme MnS et MoS2, des fluorures comme CaF2, des nitrures comme BN et du graphite. La quantité de matériau
auto-lubrifiant est habituellement comprise entre 0,5 et 10 % en poids.
de préférence entre 2 et 5 % en poids, rapportée au poids total de l'élément de base. Si la quantité de cet élément est inférieure à 0,5 %
en poids, le matériau auto-lubrifiant ne peut pas contribuer suffisam-
ment à l'amélioration de l'auto-lubrification. Si au contraire cette quantité est supérieure à 10 % en poids, la résistance à l'usure et à l'abrasion risque de se détériorer du fait de la diminution de la force de liaison entre les particules et de la diminution de la résistance
mécanique de l'élément de base.
Dans le siège de soupape de la présente invention, la matrice
de l'élément de base peut être formée d'un alliage fritté à base de fer.
Quand on veut former le siège de soupape avec cet alliage fritté à base de fer, on peut éventuellement supprimer le traitement de trempe ou de durcissement. Dans ce cas, on peut utiliser comme matière de départ en poudre pour former la matrice une poudre de l'alliage à base de fer qui contient un ou plusieurs éléments des composants de la matrice mentionnés comme C, Cr, V, Ni, Co et Mo, un mélange de poudres contenant essentiellement la poudre de l'alliage à base de fer, ou bien une poudre non alliée qui est préparée par mélangeage d'une poudre de fer pur et de poudres des éléments correspondants aux composants de
la matrice autres que le fer.
Lorsque la matrice est formée de l'alliage fritté, elle a une structure métallographique dans laquelle une phase perlitique, une phase martensitique et une phase fortement alliée sont simultanément
présentes de manière désordonnée.
D'après la présente invention, la "phase fortement alliée" mentionnée ci-dessus est une partie d'une phase austénitique dans laquelle a diffusé une forte concentration de composants de la matrice comme C, Cr, V, Ni, Co et Mo et qui a une dureté élevée, de préférence comprise entre 500 et 700 Hv. La proportion surfacique de chaque phase par rapport à la matrice peut être exprimée par un rapport de superficie rapporté à la superficie de la partie matrice dans une vue en coupe de l'élément de base. Quand la superficie de la partie matrice obtenue en soustrayant la superficie des particules dures de la section totale de l'élément de base est définie comme 100 %, la proportion surfacique de chaque phase est la suivante: la phase perlitique occupe entre 5 et 15 % de la surface, la phase martensitique occupe entre 3() et 60 % de la surface, et la phase fortement alliée occupe entre 30 et % de la surface. De préférence, la phase perlitique occupe entre 5 et 10 % de la surface, la phase martensitique occupe entre 40 et 50 %, de la surface et la phase fortement alliée occupe entre 40 et 50 %6 de la
surface.
Quand l'élément de base du siège de soupape est fait d'alliage fritté, on peut faire infiltrer dans les pores de cet élément de base n'importe quel métal ayant un bas point de fusion. Comme le métal ainsi infiltré et qui a un bas point de fusion s'interpose entre la soupape et le siège de soupape pour servir de lubrifiant, il empêche le contact direct entre les surfaces métalliques de la soupape et du siège de soupape, et confère donc au siège de soupape une meilleure résistance
à l'abrasion et à l'usure et une faible agressivité vis-à-vis du compo-
sant antagoniste. On peut citer, comme exemples de métaux qui ont un bas point de fusion, le plomb (Pb), le zinc (Zn), l'étain (Sn), le cuivre
(Cu), et un alliage contenant au moins un élément choisi parmi ceux-
ci. L'alliage fritté a habituellement une porosité de l'ordre de 2 à
%, de préférence comprise entre 5 et 10 %. Si la porosité est infé-
rieure à 2 %, la quantité de métal infiltré peut être insuffisante. Si par contre la porosité est supérieure à 20 %7, la résistance à l'usure et à l'abrasion risque d'être détériorée par la diminution de la force de
liaison entre les particules et par la diminution de la résistance méca-
nique de l'élément de base.
Le Tableau 1 donne la composition chimique d'un premier
mode de réalisation du siège de soupape selon la présente invention.
La composition chimique donnée dans le Tableau I est celle de l'élément de base après infiltration de Pb, obtenu plus précisément par formation de l'élément de base en alliage fritté à base de fer à partir de
la matière de départ de la matrice et des particules dures à base de fer.
suivie d'une infiltration de plomb (Pb) dans l'élément de base. La composition chimique donnée dans le Tableau 1 n'est pas en accord avec la composition chimique de la matrice permise par la présente invention car les composants contenus dans les particules dures à base de cobalt affectent cette composition chimique.
TABLEAU I
Elément composition (% en pds)
C 0,5- 1,5
Si 0,2 - 2,0 Cr 1,0 -10,0 Mo 5,0 - 20,0 Ni 2,0 -10,0 Co 10,0- 45,0 Pb 5,020,0
V 0,1 -5,0
impuretés inévitables inférieur à 2,0 Fe complément
Exemples
La présente invention va maintenant être décrite plus en détails en référence à des exemples qui correspondent à l'invention et
à des exemples de comparaison.
Exemple 1: exemple de l'invention
On a respectivement utilisé les matériaux ou poudres ci-
dessous pour préparer la matière en poudre de départ; (1) une poudre faiblement alliée, à base de fer, contenant moins de 0,10 % en poids de C, moins de 0,30 % en poids de Mn, 3,0 % en poids de Cr, et du Fe en complément, toutes ces valeurs étant 3,0 % en poids de Cr, et du Fe en complément, toutes ces valeurs étant respectivement rapportées au poids de la poudre faiblement alliée à base de fer, (2) du carbone (C), (3) des particules dures à base de cobalt (alliage Tribaloy T- 800 ( fabriqué par Nikkoshi Co., Ltd.) contenant moins de 0,08X % en poids de C, 28,5 % en poids de Mo, 17,5 % en poids de Cr, 3,4 % en
poids de Si, et du Co en complément, toutes ces valeurs étant rappor-
tées au poids des particules dures à base de cobalt, et
(4) du stéarate de zinc en tant que lubrifiant.
Le carbone, les particules dures à base de cobalt et le stéarate de zinc ont été ajoutés à la poudre faiblement alliée à base de fer, et le mélange obtenu a été homogénéisé dans un mélangeur en forme de V pendant
minutes, ce qui a donné la matière de départ en poudre. Les propor-
tions rapportées au poids total de la matière première en poudre obte-
nue étaient les suivantes: 1,0 % en poids de carbone, 40,0 %7 en poids de particules dures à base de cobalt et 1,0 % en poids de stéarate de zinc. Cette matière de départ en poudre a ensuite été soumise à un moulage sous pression à l'aide d'une presse hydraulique pour donner un corps compact vert ayant la forme d'un siège de soupape. Le corps compact vert ainsi obtenu a ensuite été soumis à un traitement de frittage dans un four sous vide, à 1160 C pendant 30 minutes, et il a ensuite été refroidi à une vitesse de refroidissement de 400 C/heure
pour donner un siège de soupape formé de l'alliage fritté.
Exemple 2: exemple de l'invention On a fabriqué un siège de soupape en alliage fritté de la même manière que dans l'exemple 1, sauf qu'on a utilisé une poudre faiblement alliée à base de fer ayant la composition suivante: moins de 0,10 % en poids de C, moins de 0,30 % en poids de Mn, 2,0% en
poids de V et du Fe en complément.
Exemple 3: exemple de l'invention On a fabriqué un siège de soupape en alliage fritté de la même manière que dans l'exemple 1, sauf qu'on a utilisé une poudre faiblement alliée à base de fer ayant la composition suivante: moins de 0,10 % en poids de C, moins de 0,30 % en poids de Mn, 3,0 %7 en
poids de Cr, 2,0% en poids de V et du Fe en complément.
Exemple 4: exemple de l'invention On a utilisé pour préparer la matière de départ en poudre les poudres ou matériaux suivants: (1) une poudre faiblement alliée, à base de fer, contenant moins de 0,10 % en poids de C, moins de 0,30 % en poids de Mn,
3,0 % en poids de Cr, 2,0 % en poids de V et du Fe en complément.
toutes ces valeurs étant respectivement rapportées au poids de la poudre faiblement alliée à base de fer, (2) du carbone (C), (3) du nickel (Ni), (4) du cobalt (Co), (5) du molybdène (Mo),
(6) des particules dures à base de cobalt (alliage Tribaloy T-
800 fabriqué par Nikkoshi Co., Ltd.) contenant moins de 0,08 %C en poids de C, 28,5 % en poids de Mo, 17,5 % en poids de Cr, 3,4 % en
poids de Si et du Co en complément, toutes ces valeurs étant respecti-
vement rapportées au poids des particules dures à base de cobalt, et
(7) du stéarate de zinc en tant que lubrifiant.
On a ajouté à la poudre faiblement alliée à base de fer toutes les autres poudres et matériaux, et le mélange obtenu a été homogénéisé dans un mélangeur en forme de V pendant 10 minutes, ce qui a donné la matière de départ en poudre. Les proportions rapportées au poids total de la matière première en poudre obtenue étaient les suivantes: 1,0 %'I en poids de carbone, 6,0 % en poids de Ni, 4,0 % en poids de Co, 2,0 % en poids de Mo, 30,0 % en poids de particules dures à base de cobalt
et 1,0 % en poids de stdarate de zinc.
On a ensuite fabriqué un siège de soupape en alliage fritté de la même manière que dans l'exemple 1 mais en utilisant la matière de
départ en poudre qui vient d'être citée.
Exemples de l'invention 5 à 8 et exemples comparatifs 9 àt 13 Le siège de soupape de chacun de ces exemples a été fabriqué de la même manière que pour l'exemple 4, sauf qu'on a modifié le type et la quantité de particules dures et qu'on a ajouté dans la matière de départ en poudre, en tant que matériau auto-lubrifiant, du CeF2 ou du MnS suivant le cas. Dans l'exemple 9, on n'a pas utilisé la poudre faiblement alliée à base de fer. Dans l'exemple 8, le corps compact fritté, obtenu par frittage et refroidissement, a été placé dans une cuve à vide pour que l'air sorte des pores du corps compact fritté, et on a ensuite plongé ce corps compact fritté dans du plomb en fusion, en
exerçant une pression afin que le plomb s'y infiltre en tant que maté-
riau auto-lubrifiant. Les composants et leurs proportions sont donnés
dans le Tableau Il ci-dessous.
TABLEAU II
Composition (A, en poids)
Composants dc la matrice particules auto-
Poudre faiblement alliée dures lubrifiant N C Ni Co Mo Cr V | Fe Exemples de l'invention 1 1,0 - - - 3,0 2,0 reste 40 (à base Co) aucun 2 1,0 - - - 2,0 reste 40 (à base Co) aucun 3 1,0 - - - 3,0 2,0 reste 40 (à base Co) aucun 4 1,0 6,0 4,0 2,0 3,0 2,0 reste 30 (à base Co) aucun 1,0 6,0 4,0 2,0 3,0 2, 0 reste 40 (à base Co) aucun 6 1,0 6,0 4,0 2,0 3,0 2, 0 reste 40 (à base Co) 3, (CaF,) 7 1,0 6,0 4,0 2,0 3,0 2,0 reste 40 (à baseCo) 2, (MnS) 8 1,0 6,0 4,0 2,0 3,0 2,0 reste 40 (à base Co) Pb infiltré Exemples comparatifs 9 1, 0 - - - - - reste 40 (à base Co) aucun 1,0 6,0 4,0 2,0 3,0 2,0 reste 1.0 (à base Co) aucun 11 1,0 6,0 4,0 2,0 3,0 2,0 reste 20 (à base Co) aucun 12 1,0 6,0 4,0 2,0 3,0 2,0 reste 40 (à base FeW) aucun 13 1,0 6,0 4,0 2,0 3,0 2,() reste 40 (à base FeMo) aucun * Les particules dures à base de FeW et de FeMo sont utilisées dc
manière classique dans les sièges de soupape pour moteur à essence.
Procédé d'étude de la résistance à l'usure et à l'abrasion Le siège de soupape obtenu dans chaque exemple a été soumis à un essai de longévité à l'aide d'un moteur en ligne à quatre temps, fonctionnant au gaz naturel, comportant quatre cylindres et ayant une cylindrée de 2000 cm3. L'essai a été fait à 6000 t/mn et à
ouverture complète (pleine charge) pendant 24 heures. La soupape an-
tagoniste comprenait comme matériau de base un acier réfractaire SUH35 ( et sa surface de contact était recouverte de stellite. On a évalué la résistance à l'usure et à l'abrasion en mesurant l'importance de l'usure et de l'abrasion après cet essai de longévité, pour la soupape et pour le siège de soupape, sur un orifice d'échappement dont les conditions étaient plus sévères que celles d'un orifice d'admission. Les
résultats de cette évaluation sont donnés dans le Tableau III ci-dessous.
TABLEAU III
Numéro de l'exemple Usure et abrasion à l'échappement siège de soupape soupape (ah) (Ph)
1 0,48 0,13
2 0,5(0 0,13
exemples 3 0,43 0,14 de 4 0,52 0,10 l'invention 5 0,39 0,14
6 0,36 0,07
7 0,38 0,07
8 0,32 0,08
9 0,63 0,13
1,28 0,07
exemples 11 0,76 0,10 comparatifs 12 3,08 1,91
13 2,68 1,68
Dans le Tableau III, on voit qu'à mesure que la quantité de Cr et/ou de V augmente les pertes par abrasion du siège de soupape diminuent (cf exemples 9 ---> 1, 2 et 3). En outre, quand la quantité de particules dures à base de cobalt augmente, les pertes par abrasion du siège de soupape diminuent (cf exemple 10 ---> 11 ---> 4 ---> 5). Le Tableau III montre en outre l'effet des matériaux auto-lubrifiants, à savoir CaF, (cf exemple 5 ---> 6), MnS (cf exemple 5 --> 7) et Pb infiltré (cf
exemple 5 ---> 8). D'autre part, quand on ajoute 40 %o en poids de parti-
cules dures en FeW ou en FeMo habituellement utilisées pour un moteur à essence, on obtient une usure et une abrasion excessives (de
la soupape et du siège de soupape (cf exemples 12 et 13).
Explication des structures métallographiques
Les figures 1, 3, 5, 7 et 9 sont respectivement des mricro-
graphies de la structure métallographique des exemples 3, 5, 6, 7 et 13. Ces micrographies ont été faites à un grossissement de 100 après
attaque au nital (4 %).
La micrographie de la figure 1 (exemple 3 de l'invention) est représentée de manière schématique sur la figure 2. Sur la figure 1, les
petites taches noires représentent les pores 1, les zones noires repré-
sentent la phase perlitique 2 mais aussi en partie la phase martensiti-
que 3; on trouve également une structure dans laquelle ces deux phases existent à l'état de mélange, et les zones blanches correspondent à la phase fortement alliée 4. D'autre part, les taches blanches représentent les particules dures à base de cobalt 5, qui ont été ajoutées au matériau de base en une proportion de 40 % en poids et dispersées dans ce matériau. La micrographie de la figure 3 (exemple 5 de l'invention) est représentée de manière schématique sur la figure 4. Sur la figure 3, les petites taches noires représentent les pores 1, les zones noires repré-
sentent la phase perlitique 2, mais aussi en partie la phase martensiti-
que 3, et les zones blanches correspondent à la phase fortement alliée 4. D'autre part, les taches blanches représentent les particules dures à base de cobalt 5, qui ont été ajoutées au matériau de base en une
proportion de 40 % en poids et dispersées dans ce matériau.
La micrographie de la figure 5 (exemple 6 de l'invention) est représentée de manière schématique sur la figure 6. Sur la figure 5, les petites taches noires représentent les pores 1 alors que les grosses taches noires, plus grosses que les pores, représentent le matériau 6 auto-lubrifiant, CaF2. Sur la figure 5, la matrice a une structure dans laquelle la phase perlitique 2 (zones noires), la phase martensitique 3 (zones noires également) et la phase fortement alliée 4 (zones blanches) existent à l'état de mélange. Les particules dures à base de
cobalt 5, représentées par les taches blanches, sont ajoutées au maté-
riau de base en une proportion de 40 % en poids et sont dispersées
dans ce matériau.
La micrographie de la figure 7 (exemple 7 de l'invention) est représentée de manière schématique sur la figure 8. Sur la figure 7, les petites taches noires représentent les pores 1 alors que les taches
grises, plus grosses que les pores, représentent le matériau 8 auto-
lubrifiant, MnS. Sur la figure 7, la matrice a une structure dans laquelle la phase perlitique 2 (zones noires), la phase martensitique 3 (zones noires également) et la phase fortement alliée 4 (zones blanches)
existent à l'état de mélange. Les particules dures à base de cobalt 5.
représentées par les taches blanches, sont ajoutées au matériau de base
en une proportion de 40 % en poids et sont dispersées dans ce maté-
riau. La micrographie de la figure 9 (exemple comparatif 13) est représentée de manière schématique sur la figure 10. Sur la figure 9, la matrice a une structure dans laquelle la phase perlitique 2 (zones noires) et la phase fortement alliée 4 (zones blanches) existent à l'état de mélange. Les autres parties blanches représentent les particules dures de Fe-Mo 7 qui ont été ajoutées au matériau de base en une
proportion de 40 % en poids et dispersées dans ce matériau.
En conclusion, comme le siège de soupape de la présente invention a une agressivité remarquablement faible vis-à-vis du composant antagoniste ainsi qu'une excellente résistance à l'usure et à
l'abrasion, il est de préférence utilisé pour divers moteurs à combus-
tion interne. En particulier, le siège de soupape de la présente inven-
tion est de préférence utilisé dans un moteur à combustion interne qui est soumis à des conditions de fonctionnement sévères o le moteur peut être soumis à l'usure et à l'abrasion du fait d'un contact direct entre les surfaces métalliques, comme dans un moteur fonctionnant
avec un carburant gazeux.
Claims (7)
1. Siège de soupape pour un moteur à combustion interne qui comporte un élément de base, caractérisé en ce que ledit élément de base comprend: une matrice en alliage à base de fer contenant (a) entre 0,5 et 1,5% en poids de carbone, (b) entre 0,5 et 10,0% au total d'au moins un élément choisi dans le groupe comprenant le chrome et le vanadium, et (c) du fer pour le reste de la matrice, toutes ces valeurs étant respectivement rapportées au poids de l'élément de base, et - entre 26 et 50% en poids, rapportés au poids de l'élément de
base, de particules dures à base de cobalt dispersées dans la matrice.
2. Siège de soupape pour un moteur à combustion interne selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite matrice contient en outre: (d) entre 2,0 et 20,0 % en poids, rapporté au poids total dudit élément de base, d'au moins un élément choisi dans le groupe
formé par le nickel, le cobalt et le molybdène.
3. Siège de soupape pour un moteur à combustion interne selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite matrice est
un alliage fritté à base de fer.
4. Siège de soupape pour un moteur à combustion interne selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite matrice est formée à partir d'une matière de départ en poudre choisie dans le groupe comprenant (1) une poudre faiblement alliée qui contient les éléments composant la matrice et (2) un mélange de poudre de fer et de poudre de chacun des éléments composant ladite matrice autres que le fer, et a une structure dans laquelle co-existent à l'état mélangé des
phases perlitique, martensitique et fortement alliée.
5. Siège de soupape pour un moteur à combustion interne selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit élément de base a une porosité comprise entre 2 et 20 % et les pores de cet élément sont
infiltrés par un métal ayant un bas point de fusion.
6. Siège de soupape pour un moteur à combustion interne selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit élémcnt de
base comprend en outre un matériau auto-lubrifiant dispersé dans ladi-
te matrice.
7. Siège de soupape pour un moteur à combustion interne selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit siège de soupape est utilisé dans un moteur à combustion interne qui fonctionne
avec un carburant gazeux.
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