FR2813317A1 - Materiau d'alliage fritte pour guides de soupape - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un matériau d'alliage fritté.Elle se rapporte à un matériau d'alliage fritté qui contient 1, 5 à 4 % en masse de carbone, 1 à 20 % en masse de cuivre, 0, 1 à 2 % en masse d'étain, 0, 01 ou plus à au plus 0, 1 % en masse de phosphore, et le reste de fer, et qui a une structure métallurgique qui contient une phase continue contenant de la perlite, et une phase de carbone libre dispersée dans la phase continue. La structure métallurgique peut contenir une phase d'alliage cuivre-étain dispersée dans la phase continue, une phase de cuivre dispersée dans la phase continue et une phase de stéadite dispersée dans la phase continue. Il comprend en outre un lubrifiant solide présent en quantité au maximum égale à 4 % dans le matériau d'alliage fritté, le lubrifiant solide comprenant un ingrédient choisi dans le groupe constitué par l'enstatite et le sulfure de manganèse, et la structure métallographique comporte en outre une phase du lubrifiant solide dispersée dans la phase continue. La teneur totale en carbone et lubrifiants solides est inférieure ou égale à 4 % en masse dans le matériau d'alliage fritté.Application aux guides de soupape des moteurs à combustion interne.
Description
La présente invention concerne un matériau d'alliage fritté ayant
d'excellentes propriétés de résistance à l'usure et d'usinabilité, et elle concerne en particulier un matériau d'alliage fritté ayant une usinabilité excellente et qui convient aux guides de soupape des moteurs à combus-
tion interne et à leur fabrication.
Dans les guides de soupape des moteurs à combustion interne, on peut utiliser une fonte spéciale, telle que la fonte grise et la fonte au bore. Cependant, dans le cas de la fonte, des problèmes concernent l'atmosphère de travail, la productivité et le prix lors de fabrication en série, si bien que son remplacement par un alliage fritté constitue un progrès. Un matériau d'alliage fritté utilisé de façon générale a cependant une mauvaise résistance à l'usure, si bien que celle-ci doit être accrue. Si un ingrédient d'alliage est mélangé pour augmenter la résistance du matériau, la résistance à l'usure du matériau atteint un niveau utile en pratique, mais l'usinabilité est détériorée dans de nombreux cas. Le guide de soupape est fixé à une culasse de moteur et est soumis à une finition du trou interne par alésage, avant utilisation en pratique. Ainsi, si le guide de soupape a une mauvaise usinabilité, le temps nécessaire pour l'alésage peut s'allonger et l'usure d'un alésoir peut aussi augmenter au point que le rendement de
production est réduit.
Le matériau des guides de soupape, mis au point auparavant par la demanderesse pour l'obtention à la fois d'une bonne résistance à l'usure et d'une bonne usinabilité (voir la demande publiée de brevet japonais JPB-55-34 858) est un alliage fritté dont la composition contient, en masse, 1,5 à 4 % de carbone, 1 à 5 % de cuivre, 0,1 à 2 % d'étain et 0,1 à 0,3 % de phosphore, le reste étant formé de fer. Ce matériau pour guides de soupape a une meilleure résistance à l'usure que la fonte au bore et a aussi une excellente usinabilité par rapport au matériau fritté classique, bien qu'il soit plus difficile à usiner que les matériaux à base de fonte. En conséquence, on l'a beaucoup utilisé chez les fabricants d'automobiles. Cependant, étant donné le changement récent des conditions existant dans ce domaine, on demande de plus en plus de meilleures qualités et une meilleure productivité et, comme matériau pour guides de soupape, un matériau ayant une usinabilité encore meilleure est devenu nécessaire. La présente invention a pour objet la solution du problème précité et elle concerne à cet effet un matériau d'alliage fritté pour guides de soupape ayant à la fois d'excellentes propriétés de résistance à l'usure et
d'usinabilité.
Cet objet est atteint selon l'invention grâce à un matériau d'alliage fritté pour guides de soupape qui contient: 1,5 à 4 % en masse de carbone, i à 20 % en masse de cuivre, 0,1 à 2 % en masse d'étain, 0,01 ou plus à au plus 0,1 % en masse de phosphore, et le reste de fer, et ayant une structure métallurgique qui contient: une phase continue contenant de la perlite, et une phase de carbone
libre dispersée dans la phase continue.
D'autres caractéristiques et avantages de matériaux d'alliage frittés pour guides de soupape selon l'invention
seront mieux compris à la lecture de la description qui va
suivre d'exemples de réalisation, faite en référence aux dessins annexes sur lesquels: la figure 1 est un graphique représentant la relation entre la teneur en phosphore du matériau d'alliage fritté et son usinabilité; la figure 2 est un graphique représentant la relation entre la teneur en phosphore du matériau d'alliage fritté et son usure; la figure 3 est un graphique représentant la relation entre la teneur en cuivre du matériau d'alliage fritté et son usinabilité; et la figure 4 est un graphique représentant la relation entre la teneur en cuivre du matériau d'alliage fritté et
son usure.
A partir du matériau classique pour guide de soupape, les inventeurs ont cherché à perfectionner ce matériau et
ils sont arrivés aux résultats suivants.
(1) Lorsque la teneur en phosphore est réduite, une phase d'alliage ternaire Fe-P-C destinée à précipiter lors du frittage est réduite et, simultanément, la quantité de
graphite libre augmente et accroît l'usinabilité.
(2) Lorsque la teneur en cuivre augmente alors que la teneur en phosphore est réduite simultanément, l'usinabilité
est notablement accrue.
La présente invention a été réalisée sur la base de ces découvertes, et, selon l'invention, la teneur en phosphore
est limitée à la plage de 0,01 à 0,1 % en masse (les pour-
centages de la suite du présent mémoire sont aussi indiqués
en masse sauf indication contraire).
En outre, il est efficace, en plus de la restriction précitée relative à la teneur en phosphore, d'utiliser une teneur en cuivre comprise entre 6 et 20 % en masse, ou d'incorporer de l'enstatite (MgSiO3) et/ou du sulfure de
manganèse (MnS) en quantité inférieure à 4 % au total.
En conséquence, le matériau pour guides de soupape, dans un premier mode d'exécution de l'invention, est un alliage fritté dont la composition contient en masse, 1,5 à 4 % de carbone, 1 à 20 % de cuivre, 0,1 à 2 % d'étain et 0,01 à 0,1 % de phosphore, le reste étant du fer, et sa structure métallographique est dans un état dans lequel du graphite libre est dispersé dans la phase continue dont le
constituant principal est la perlite.
Dans le cas de l'addition d'enstatite et de sulfure de manganèse, la composition du matériau d'alliage pour guides de soupape contient 1,5 à 4 % de carbone, 1 à 20 % de cuivre, 0,1 à 2 % d'étain, 0,01 à 0,1 % de phosphore et moins de 4 % au total d'enstatite et de sulfure de
manganèse, le reste étant du fer, et la structure métal-
lographique du matériau est dans un état qui contient du graphite libre, de l'enstatite et du sulfure de manganèse dispersés dans une phase continue essentiellement composée
de perlite.
Il faut noter que, dans la phase continue de ces alliages, une phase d'alliage fer-phosphore-carbone (Fe-P-C) est produite en fonction de la teneur en phosphore. Dans le cas d'un matériau ayant une grande quantité de cuivre ou
d'étain, une phase d'alliage cuivre-étain (Cu-Sn) est pro-
duite, et l'alliage cuivre-étain et/ou une phase de cuivre, selon le cas, sont dispersés dans la phase continue essentiellement composée de perlite. Ainsi, la phase continue essentiellement composée de
perlite peut aussi être dans l'état décrit précédemment.
Dans l'alliage fritté selon l'invention, du carbone est ajouté sous forme d'une poudre de graphite, et une partie du carbone (en général de 0,8 à 1 %) forme une solution solide avec le fer pour augmenter la résistance mécanique de la phase continue, ou se combine au phosphore pour réduire la phase d'alliage particulaire Fe-P-C qui est relativement
rigide (phase de stéadite) dispersée dans la phase continue.
L'autre partie du carbone reste sous forme de carbone libre (graphite) et joue le r8le d'un lubrifiant solide. La quantité de graphite libre est d'environ 0,3 % lorsque la teneur totale en carbone est de 1,5 %, et d'environ 1,7 % lorsque la teneur totale en carbone est de 3 %. Si la quantité de graphite libre est inférieure à 0,3 %, l'usure
du guide de soupape, par glissement sur une soupape, aug-
mente. Ainsi, la limite inférieure à la teneur totale en carbone doit être de 1,5 %. D'autre part, si le carbone est en trop grande quantité, l'excès de carbone provoque une
réduction de la résistance mécanique de la phase continue.
En outre, après formation d'une ébauche de poudre, il provoque une ségrégation et réduit la fluidité. La limite supérieure de la teneur en carbone est donc déterminée comme
étant égale à 4 %.
Le cuivre et l'étain sont ajoutés habituellement sous
forme d'une poudre d'alliage cuivre-étain, ayant une quan-
tité d'étain d'environ 5 à 20 %, et il est aussi possible d'ajouter une quantité prédéterminée de poudre de cuivre ou de poudre d'étain pour le supplément. Il est évidemment possible d'utiliser de simples poudres pour ces éléments constituants. Ces deux éléments font progresser le frittage avec formation d'une solution solide qui augmente la résistance de la phase continue, et une partie du matériau de ces éléments reste sous forme d'une phase d'alliage cuivre-étain et améliore les propriétés de glissement et d'usinabilité. Cette action apparaît lorsque la teneur en cuivre est supérieure ou égale à 1 % et la teneur en étain est supérieure ou égale à 0,1 %, mais lorsque ces éléments sont ajoutés en excès, la précision dimensionnelle du produit diminue à cause de la trop grande quantité de cuivre au moment du frittage. A cet égard, si une phase de cuivre est dispersée avec une phase d'alliage cuivre-étain, cette action est encore accrue et l'effet devient notable lorsque
la teneur en cuivre est supérieure ou égale à 6 %. Cepen-
dant, si la teneur en cuivre dépasse 20 %, la résistance à l'usure diminue, et la plage convenable de teneur en cuivre
est donc comprise entre 6 et 20 %.
En outre, l'étain donne une phase continue fragile, si bien que la teneur en étain est limitée à la plage allant de
0,1 à 2 %.
Le phosphore peut être éventuellement ajouté sous forme
d'une poudre d'alliage fer-phosphore ou d'alliage cuivre-
phosphore. Lorsque la teneur en phosphore augmente, la phase de stéadite à produire augmente. En conséquence, la rigidité du matériau de base augmente et sa résistance à l'usure
augmente aussi, alors que son usinabilité est abaissée.
Ainsi, la teneur en phosphore est limitée à moins de 0,1 % (mais à au moins 0,01 %) afin que le graphite libre soit en
plus grande quantité et que l'usinabilité soit meilleure.
Lorsque la quantité de phosphore est réduite, la résistance à l'usure diminue mais elle a encore un niveau plus élevé que celle de la fonte grise. Lorsque la teneur en cuivre est comprise entre 5 et 20 % en particulier, l'amplitude d'usure de l'alliage résultant est inférieure ou égale au tiers de
la perte de la fonte grise.
L'enstatite est un minéral à base de métasilicate de magnésium sous forme de particules rhomboédriques ayant un plan de clivage. Il est analogue au graphite libre dans son rôle de lubrifiant solide et accroît aussi l'usinabilité. Le sulfure de manganèse a une action semblable mais, en plus, il accroît la résistance à l'usure de la phase continue. Ces
deux composés sont ajoutés sous forme d'une poudre. L'ensta-
tite et le sulfure de manganèse (en quantité de 20 à 30 % de la quantité de l'enstatite de préférence) peuvent être mélangés et utilisés afin que la résistance à l'usure et l'usinabilité soient encore accrues avec conservation d'un
bon équilibre entre ces propriétés.
Ces lubrifiants solides, contenant du graphite libre, sont dispersés dans la phase continue pour donner l'effet de lubrification à l'état solide, mais lorsque la quantité de
lubrifiant solide contenue (dispersée) augmente, la résis-
tance mécanique du matériau diminue. Lorsque leur quantité dépasse 4 %, il est difficile que la résistance mécanique du matériau garde la valeur nécessaire à un matériau pour guides de soupape, si bien que la quantité totale de lubrifiants solides (graphite libre, enstatite et sulfure de manganèse) est de préférence inférieure ou égale à 4 % selon l'invention. Cela signifie que, par exemple, si la quantité totale de carbone est de 1, 5 % et la quantité de graphite libre de 0,7 %, l'enstatite et le sulfure de manganèse peuvent être contenus en quantité totale égale à 3,3 % au maximum. Le guide de soupape peut être fabriqué par préparation d'un mélange de poudres obtenu par mélange de matières
premières des ingrédients respectifs comme décrit précédem-
ment, par pressage du mélange de poudres dans un moule pour la formation d'une ébauche crue de guide de soupape, et par
frittage de l'ébauche, avec utilisation des procédés clas-
siques de la métallurgie des poudres. L'atmosphère de frit-
tage est de préférence une atmosphère réductrice ou de carburation, et la température de frittage est de préférence
comprise entre 980 et i 100 0C, car les températures exces-
sivement élevées provoquent une disparition du graphite libre. Au cours de la fabrication du matériau d'alliage fritté pour guides de soupape, il est évidemment possible d'ajouter un lubrifiant en poudre, tel que le stéarate de zinc ou analogue, au mélange de poudres pour améliorer l'aptitude à la compression du mélange de poudres et faciliter la séparation du produit fritté du moule. En outre, il faut noter que des quantités inévitables d'impuretés métalliques sont présentes dans le matériau pour guides de soupape selon l'invention.
EXEMPLES
Exemple 1
D'abord, on a préparé les matières premières sui-
vantes: de la poudre de graphite naturel comme matériau d'introduction de carbone, une poudre d'alliage contenant Cu et 10 % de Sn pour l'introduction d'étain, une poudre d'alliage contenant Fe et 20 % de P pour le phosphore, une poudre de fer réduit pour le fer, et du stéarate de zinc comme lubrifiant en poudre. Ces matières premières ont ensuite été mélangées pour la préparation de plusieurs types de mélanges de poudres contenant chacun 2 % de carbone, 1 % de cuivre (et ainsi 0,11 % d'étain) ou 5 % de cuivre (et ainsi 0,55 % d'étain), 0,01 à 0,3 % de phosphore dans l'ensemble de la composition, et le reste de fer. En outre, du stéarate de zinc a été mélangé avec un rapport massique
de 0,75 % à la totalité du mélange de poudres précité.
Chaque type de mélange de poudres a été comprimé à une forme prédéterminée d'ébauche à une pression de compression de 490 MPa, puis fritté en atmosphère réductrice à 1 000 OC pendant 60 min pour la préparation d'un grand nombre d'échantillons cylindriques ayant une longueur de 40 mm, un
diamètre externe de 12 mm et un diamètre interne de 7,4 mm.
Dans tous les types d'échantillons, la structure métal-
lographique du matériau fritté avait une phase continue dense de perlite et des particules rougeâtres d'alliage
Cu-Sn étaient dispersées à l'intérieur. Dans les échantil-
lons ayant une teneur élevée en phosphore, un grand nombre de particules d'une phase d'alliage blanchâtre de Fe-P-C (phase de stéadite) ont été dispersées alors que, dans les échantillons ayant une plus faible teneur en phosphore, ces inclusions ont été réduites. En outre, l'échantillon ayant la plus grande teneur en phosphore (0,3 %) et un échantillon ayant une plus faible teneur en phosphore (0,03 %) ont été comparés par coupe de chaque échantillon en poudre et dissolution dans un acide, puis mesure de la quantité de
graphite libre à partir des résidus insolubles dans l'acide.
Les résultats ont indiqué que la quantité de graphite libre dans le second échantillon (0,03 % de P) était plus grande d'environ 0,2 à 0,3 % à celle du premier échantillon (0,3 %
de P).
Ensuite, on a examiné chaque échantillon ainsi obtenu
pour déterminer son usinabilité et sa résistance à l'usure.
L'usinabilité de chaque échantillon a été déterminée par les opérations suivantes: alésage du trou interne, mesure du temps nécessaire pour l'avance de l'alésage de 10 mm en direction axiale, et transformation du temps mesuré en un indice à comparer avec l'indice d'un matériau (considéré comme référence ayant un indice égal à 100) contenant 5 % de
Cu et 0,3 % de phosphore, correspondant au matériau clas-
sique. Ainsi, un plus petit indice indique que l'échantillon peut être facilement usiné avec réduction du temps d'alésage, c'est-à-dire qu'il a une bonne usinabilité. La résistance à l'usure de chaque échantillon a été déterminée par formation d'un guide de soupape de configuration et de dimensions prédéterminées, par fixation du guide de soupape sur une unité comprenant un moteur d'essais, par déplacement alternatif d'une soupape subissant une force radiale dans le guide de soupape en présence de chaleur pendant un temps prédéterminé, et par détermination du changement de dimension (usure) du trou interne de l'échantillon entre des
moments antérieur et postérieur à l'essai.
Les figures 1 et 2 sont des graphiques indiquant les résultats précités, la figure i représente la relation entre la teneur en phosphore et l'usinabilité, et la figure 2
entre la teneur en phosphore et la résistance à l'usure.
D'après ces graphiques on peut tirer les conclusions sui-
vantes: dans le cas de l'influence du cuivre, l'échantillon a de meilleures propriétés d'usinabilité et de résistance à l'usure pour une teneur élevée en cuivre comprise entre 1 et % indépendamment de la teneur en phosphore et, au point de vue de l'influence du phosphore, l'usinabilité augmente presque linéairement lorsque la teneur en phosphore diminue depuis 0,3 %, et cette tendance se poursuit même au- dessous de 0,1 % de phosphore ou au-dessous de la limite inférieure dans un matériau classique. Ainsi, une restriction de la teneur en phosphore à moins de 0,1 % a une grande influence pour l'augmentation de l'usinabilité. De plus, du fait de la restriction de la teneur en phosphore, bien que l'usure soit un peu supérieure à celle du matériau classique, une usure de 80 Hm pour un échantillon contenant 1 % de cuivre et
0,05 % de phosphore est encore comprise dans la plage per-
mise en pratique. Cette valeur est aussi nettement meilleure que l'usure de 170 gm d'un guide de soupape de fonte grise
dans les mêmes conditions d'essai.
Exemple 2
Les matières premières préparées dans l'exemple 1 ont été utilisées pour la préparation d'un mélange de poudres contenant 2 % de poudre de graphite naturel, 5 % d'une poudre d'alliage de Cu contenant 10 % de Sn, 0,25 % d'une poudre d'alliage de Fe contenant 20 % de P, 0,8 % de poudre d'enstatite et 0,2 % de poudre de sulfure de manganèse, le reste étant de la poudre de fer réduit. L'ensemble de la composition contenait 2 % de C, 4,5 % de Cu, 0,5 % de Sn, 0,05 % de P. de l'enstatite et du sulfure de manganèse, le reste étant formé de fer. A titre de comparaison, un mélange de poudres ayant la même composition mais sans addition d'enstatite et de sulfure de manganèse a été préparé. Dans tous les mélanges de poudre, 0,75 % en poids de stéarate de zinc, par rapport à la quantité de mélange de poudres, a été
mélangé en outre.
Les deux types de mélange de poudres ont alors subi une compression et un frittage dans les mêmes conditions que dans l'exemple 1, et on a examiné l'usinabilité et la
résistance à l'usure des échantillons résultant. En conse-
quence, les résultats des premiers échantillons contenant l'enstatite et le sulfure de manganèse sont tels que l'indice d'usinabilité est égale à 23 et l'usure est de gm. Au contraire, les résultats des seconds échantillons sont tels que l'indice d'usinabilité est égal à 25 et l'usure est égale à 55 gm. Ces résultats indiquent que le premier matériau est meilleur que le second à la fois au
point de vue de l'usinabilité et de la résistance à l'usure.
L'examen de la structure métallographique des deux échantil-
lons indique que le premier a du graphite libre, de l'enstatite et du sulfure de manganèse dispersés comme matériaux lubrifiants dans la phase continue, alors que le second a uniquement du graphite libre dispersé, cette différence étant considérée comme la cause de la différence
de leurs caractéristiques.
Exemple 3
D'abord, on a préparé les matières premières sui-
vantes: poudre de graphite naturel constituant du carbone,
poudre d'alliage de Fe contenant 20 % de P pour le phos-
phore, poudre de cuivre, poudre d'alliage de cuivre conte-
nant 10 % de Sn comme source de cuivre et d'étain, poudre de fer réduit comme source de fer, et stéarate de zinc comme lubrifiant des poudres. Ces matériaux ont été mélangés avec un rapport prédéterminé pour la préparation de plusieurs types de mélanges de poudres contenant respectivement 2 % de
carbone, 0,01, 0,03, 0,1 ou 0,3 % de phosphore respecti-
vement, 2 à 30 % de cuivre, 0,1 à 2 % d'étain et le reste de poudre de fer réduit. 0,75 % de stéarate de zinc par rapport au mélange de poudres a en outre été ajouté à chaque mélange
de poudres.
Chaque type de mélange de poudres a été comprimé à une forme prédéterminée d'ébauche à une pression de compression de 490 MPa, puis fritté en atmosphère réductrice à 1 000 C pendant 60 min pour la préparation d'un grand nombre d'échantillons cylindriques ayant une longueur de 40 mm, un
diamètre externe de 12 mm et un diamètre interne de 7,4 mm.
Dans tous les types d'échantillons, la structure métal-
lographique du matériau fritté avait une phase continue dense de perlite et des particules rougeâtres d'alliage Cu-Sn dispersées à l'intérieur. Dans les échantillons à teneur élevée en cuivre, les particules de la phase cuivre ont aussi été dispersées. Dans les échantillons ayant une teneur élevée en phosphore, un grand nombre de taches de phase blanchâtre d'alliage Fe-P-C (phase stéadite) ont été dispersées alors que, dans les échantillons à plus faible
teneur en phosphore, ces taches ont été en quantité réduite.
De plus, l'échantillon ayant une teneur élevée en phosphore (0,3 %) et celui ayant une faible teneur en phosphore (0,03 %) ont été comparés par coupe de chaque échantillon, mise en poudre et dissolution dans un acide, puis mesure de la quantité de graphite libre dans les résidus insolubles dans l'acide. Les résultats ont indiqué que la quantité de graphite libre dans le second échantillon (0,03 % de P) était plus grande d'environ 0,2 à 0,3 % que celle du premier
(0,3 % de P).
Ensuite, chaque échantillon ainsi obtenu a été examiné pour la détermination de l'usinabilité et de la résistance
à l'usure. L'usinabilité de chaque échantillon a été déter-
minée par alésage du trou interne, par mesure du temps nécessaire pour une avance de 10 mm de l'alésage dans la direction axiale, et par transformation du temps mesuré en
un indice défini par rapport à l'indice (= 100) d'un maté-
riau contenant 5 % de Cu et 0,3 % de phosphore, correspondant au matériau classique. Ainsi, un plus petit indice indique que l'échantillon peut être facilement usiné
avec réduction du temps d'alésage, c'est-à-dire que l'usina-
bilité est bonne. La résistance à l'usure de chaque échan-
tillon a été déterminée par mise sous forme d'un guide de soupape ayant des forme et dimensions prédéterminées, par fixation du guide de soupape à une unité à moteur d'essais, par déplacement alternatif d'une soupape soumise à une force radiale dans le guide de soupape, en présence de chaleur
pendant un temps prédéterminé, et par détermination du chan-
gement de dimension du trou interne (usure) de l'échantillon
entre des moments antérieur et postérieur à l'essai.
Les figures 3 et 4 sont des graphiques indiquant les résultats précités pour chaque teneur en phosphore. La figure 3 représente la relation entre la teneur en cuivre et l'usinabilité, et la figure 4 la relation entre la teneur en cuivre et la résistance à l'usure. On peut comprendre les phénomènes suivants d'après ces graphiques: en ce qui concerne l'influence du phosphore, l'échantillon a une meilleure usinabilité pour une faible teneur en phosphore et une meilleure résistance à l'usure pour une plus grande quantité de phosphore dans la plage de 0,01 à 0,3 %, indépendamment de la teneur en cuivre et, en ce qui concerne l'influence du cuivre, l'usinabilité est notablement accrue pour une teneur en cuivre d'environ 5 % au moins et augmente légèrement pour une teneur en cuivre de 10 % ou plus,
jusqu'à 30 %.
D'autre part, l'échantillon a présenté une bonne résistance à l'usure avec une plus faible amplitude d'usure dans la plage allant d'environ 6 à 20 % de cuivre, mais l'amplitude d'usure augmente en dehors de cette plage. Plus
précisément, la résistance à l'usure est notablement dété-
riorée pour une teneur en cuivre supérieure ou égale à 20 %, quelle que soit la teneur en phosphore, alors que la résistance à l'usure est aussi notablement réduite pour une teneur en cuivre inférieure à 6 % et pour une plus faible
teneur en phosphore. Même dans cette plage selon l'inven-
tion, l'amplitude d'usure est légèrement supérieure, du fait
de la limitation du phosphore, à celle du matériau clas-
sique, mais l'amplitude d'usure de 56 gm de l'échantillon contenant 6 % de cuivre et 0,01 % de phosphore se trouve néanmoins dans une plage utilisable en pratique. Elle est en outre nettement meilleure que l'amplitude d'usure de 170 gm d'un guide de soupape de fonte grise dans les mêmes
conditions d'essais.
Exemple 4
Les matières premières préparées dans l'exemple 3 ont été utilisées pour la préparation d'un mélange de poudres contenant 2 % de poudre de graphite naturel, 5,5 % de poudre de cuivre, 5 % de poudre d'alliage de cuivre contenant 10 % de Sn, 0,15 % de poudre d'alliage de fer contenant 20 % de P, 0,8 % de poudre d'enstatite et 0,2 % de poudre de sulfure
de manganèse, le reste étant formé de poudre de fer réduit.
La composition contenait dans l'ensemble 2 % de C, 10 % de Cu, 0,5 % de Sn, 0,03 % de P. de l'enstatite, du sulfure de manganèse et le reste de fer. A titre de comparaison, un mélange de poudres ayant la même composition, mais sans addition d'enstatite et de poudre de sulfure de manganèse, a été préparé. Dans tous les mélanges de poudres, 0,75 % de stearate de zinc, par rapport à la quantité de mélange de
poudres, a été ajouté.
Ensuite, les deux types de mélanges de poudres ont été soumis à une compression et un frittage dans les mêmes conditions que dans l'exemple 1, et l'usinabilité et l'usure
des échantillons résultants ont été examinées. En conse-
quence, les résultats du premier échantillon, contenant l'enstatite et le sulfure de manganèse, sont tels que l'indice d'usinabilité est égale à 17 et l'amplitude d'usure est égale à 35 gm. Au contraire, les résultats des seconds échantillons indiquent un indice d'usinabilité de 19 et une amplitude d'usure de 38 gm. Ces résultats montrent que le premier échantillon est supérieur au second à la fois pour l'usinabilité et la résistance à l'usure. Lors de l'examen de la structure métallurgique des deux échantillons, on constate que le premier a du graphite libre, de l'enstatite
et du sulfure de manganèse dispersés comme matériaux lubri-
fiants dans la phase continue, alors que le second n'a que
du graphite libre dispersé, et cette différence est consi-
dérée comme la cause de leur différence de caractéristiques.
Ainsi, de préférence, la teneur totale en carbone et lubrifiants solides est inférieure ou égale à 4 % en masse dans le matériau d'alliage fritté. Si le lubrifiant solide comprend à la fois de l'enstatite et du sulfure de manganèse, le rapport du sulfure de manganèse à l'enstatite
est de préférence compris entre 20/100 et 30/100 en masse.
Selon l'invention, le matériau pour guides de soupape a une bonneusinabilité, avec conservation d'une résistance à l'usure analogue à celle du matériau classique. Ainsi, l'utilité de l'invention est extrêmement grande, surtout parce que l'usinabilité du matériau pour guides de soupape est considérée comme particulièrement importante d'après la
relation existant entre les conditions de traitement utili-
sées pour la fabrication des moteurs, leur compatibilité avec les machines outils utilisées, etc. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux matériaux qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemple non limitatif
sans sortir du cadre de l'invention.
Claims (9)
1. Matériau d'alliage fritté pour guides de soupape, caractérisé en ce qu'il contient: 1,5 à 4 % en masse de carbone, 1 à 20 % en masse de cuivre, 0,1 à 2 % en masse d'étain, 0,01 ou plus à au plus 0,1 % en masse de phosphore, et le reste de fer, et ayant une structure métallurgique qui contient: une phase continue contenant de la perlite, et une phase de carbone libre dispersée dans la phase continue.
2. Matériau selon la revendication 1, caractérisé en ce que la structure métallurgique contient une phase
d'alliage cuivre-étain dispersée dans la phase continue.
3. Matériau selon la revendication 2, caractérisé en ce que la structure métallurgique comporte en outre une
phase de cuivre dispersée dans la phase continue.
4. Matériau selon la revendication 1, caractérisé en ce que la structure métallurgique contient une phase de
stéadite dispersée dans la phase continue.
5. Matériau selon la revendication 1, caractérisé en ce que la teneur en cuivre du matériau fritté d'alliage est
comprise entre 1 et 5 % en masse.
6. Matériau selon la revendication 1, caractérisé en ce que la teneur en cuivre du matériau d'alliage fritté est
comprise entre 6 et 20 % en masse.
7. Matériau selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un lubrifiant solide présent en quantité au maximum égale à 4 % dans le matériau d'alliage fritté, le lubrifiant solide comprenant un ingrédient choisi dans le groupe constitué par l'enstatite et le sulfure de manganèse, et la structure métallographique comporte en outre une phase du lubrifiant solide dispersée dans la phase
continue.
8. Matériau selon la revendication 7, caractérisé en ce que la teneur totale en carbone et lubrifiants solides est inférieure ou égale à 4 % en masse dans le matériau
d'alliage fritté.
9. Matériau selon la revendication 7, caractérisé en
ce que le lubrifiant solide comprend à la fois de l'ensta-
tite et du sulfure de manganèse, et le rapport du sulfure de manganèse à l'enstatite est compris entre 20/100 et 30/100
en masse.
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