CH652752A5

CH652752A5 - WEAR RESISTANT PART.

Info

Publication number: CH652752A5
Application number: CH2241/82A
Authority: CH
Inventors: Nicholas Makrides; Earle W Stephenson
Original assignee: Kennametal Inc
Priority date: 1981-04-27
Filing date: 1982-04-14
Publication date: 1985-11-29
Also published as: NO159147C; BE892988A; CA1192019A; KR830009831A; NZ200325A; GB2098112A; FI821423L; PT74804B; ZA822179B; DK162881C; FR2504426A1; DK185982A; ES8403052A1; KR870001312B1; GB2098112B; AU536171B2; IL65573A0; FI821423A0; FI821423A7; IT8220649A0

Description

La présente invention concerne le domaine des pièces, notamment des pièces de fonderie, particulièrement résistant à l'usure, The present invention relates to the field of parts, in particular foundry parts, which are particularly resistant to wear,

ainsi qu'à leur fabrication. Plus spécialement, l'invention a trait aux pièces de fonderie pour travaux de terrassement et aux dispositifs de sécurité résistant à la pénétration. as well as their manufacture. More specifically, the invention relates to foundry parts for earthworks and penetration-resistant security devices.

Dans le domaine des travaux de terrassement, la durée de vie des dents de l'outil venant en contact avec la surface travaillée est un facteur important du coût de ces travaux. In the field of earthworks, the life of the teeth of the tool coming into contact with the worked surface is an important factor in the cost of these works.

La durée de vie de ces dents est bien sûr affectée par l'environnement dans lequel elles travaillent. Brièvement, l'environnement rencontré peut affecter la surface des dents par abrasion, charge à l'impact, variations de température, vibrations et corrosion, tous facteurs qui tendent à réduire la durée de vie des dents ou de l'outil. Le coût élevé par arrêt de la machine de même que par le remplacement d'un outil trop usé ou brisé ont conduit au développement d'une grande variété d'outils conçus en vue d'améliorer leur durée de vie en service. The lifespan of these teeth is of course affected by the environment in which they work. Briefly, the environment encountered can affect the surface of the teeth by abrasion, impact load, temperature variations, vibrations and corrosion, all of which tend to shorten the life of the teeth or the tool. The high cost of stopping the machine as well as replacing a tool that is too worn or broken has led to the development of a wide variety of tools designed to improve their service life.

Dans certains cas, on s'est orienté vers des conceptions d'outils où un carbure est noyé à la surface par des procédés de coulée (voir par exemple les brevets US Nos 4024902 et 4140170). In some cases, we have turned to tool designs where a carbide is embedded on the surface by casting methods (see for example US Pat. Nos. 4024902 and 4140170).

Les techniques de coulée posent des problèmes lorsqu'on désire produire des pièces de fonderie ayant des sections transverses relativement étroites ou lorsqu'on désire placer des particules de carbure à la surface d'un accessoire d'une pièce de fonderie, s'étendant verticalement aussi bien qu'horizontalement. Casting techniques pose problems when it is desired to produce castings having relatively narrow cross sections or when it is desired to place carbide particles on the surface of an accessory of a foundry piece, extending vertically as well as horizontally.

Afin de minimiser la dissolution des particules de carbure durant la coulée et la phase êta (carbure contenant du tungstène et du fer, M6C ou M12C) cassante qui en résulte et qui se forme aux interfaces carbure/acier, les particules de carbure cémenté utilisées doivent avoir, typiquement, une taille d'au moins 0,3 cm. En augmentant la taille des particules, on diminue la surface d'interface carbure/acier. Toutefois, dans les sections fines présentant une épaisseur à peine supérieure aux tailles du carbure, le carbure, en contact avec le moule, peut refroidir rapidement et excessivement le métal fondu qui l'environne, causant un remplissage incomplet de ces sections fines. In order to minimize the dissolution of the carbide particles during casting and the brittle eta phase (carbide containing tungsten and iron, M6C or M12C) which results and which forms at the carbide / steel interfaces, the cemented carbide particles used must typically have a size of at least 0.3 cm. By increasing the particle size, the carbide / steel interface surface is reduced. However, in the thin sections having a thickness barely greater than the sizes of the carbide, the carbide, in contact with the mold, can rapidly and excessively cool the molten metal which surrounds it, causing incomplete filling of these fine sections.

De même, il est impossible de maintenir de grandes particules de carbure cémenté en dispersion uniforme le long d'une section verticale d'une pièce de fonderie sans remplir cette section avec le carbure depuis le bas vers le haut, afin de maintenir ce carbure en place durant la coulée. Cela peut mener à des vides ou à un remplissage incomplet, comme indiqué plus haut, par suite d'un refroidissement excessif du matériau fondu. Likewise, it is impossible to maintain large particles of cemented carbide in uniform dispersion along a vertical section of a casting without filling this section with carbide from the bottom up, in order to maintain this carbide in place during casting. This can lead to voids or incomplete filling, as noted above, due to excessive cooling of the molten material.

Dans le brevet australien N° AU 31362/77, on essaie d'éviter les problèmes de coulée ci-dessus en moulant une poudre d'acier à bas pourcentage d'alliage et traitable par la chaleur avec une poudre de carbure de tungstène ou une poudre de solution solide de carbure de tungstène et de molybdène, et en pressant et frittant un bloc de mélange résultant jusqu'à une densité aussi grande que possible. Un acier à basse teneur en alliage est alors coulé autour du bloc carbure/acier fritté pour former le produit fini. Cependant, ce brevet australien limite les poudres d'acier utilisé aux aciers à basse teneur en chrome. In Australian Patent No. AU 31362/77, an attempt is made to avoid the above casting problems by molding a steel powder of low alloy percentage and heat treatable with a powder of tungsten carbide or a powder of solid solution of tungsten carbide and molybdenum, and pressing and sintering a resulting mixing block to as high a density as possible. Low alloy steel is then poured around the carbide / sintered steel block to form the finished product. However, this Australian patent limits the steel powders used to low chromium steels.

L'invention surmonte les difficultés en proposant une pièce résistant à l'usure, qui présente des particules de carbure d'une taille supérieure à 0,037 mm, noyées à l'intérieur d'une première matrice métallique. Le composite de particules de carbure avec la première matrice métallique est lié à une seconde matrice métallique. The invention overcomes the difficulties by proposing a wear-resistant part, which has carbide particles of a size greater than 0.037 mm, embedded inside a first metal matrix. The composite of carbide particles with the first metal matrix is bonded to a second metal matrix.

De préférence, les particules de carbure sont des particules de carbure cémenté, avantageusement de carbure contenant du tungstène. De préférence encore, les particules des carbures représentent Preferably, the carbide particles are particles of cemented carbide, advantageously carbide containing tungsten. More preferably, the particles of carbides represent

S S

10 10

15 15

20 20

25 25

30 30

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

3 3

652 752 652,752

entre 30 et 80% en poids du composite et ont une taille supérieure à 0,40 mm. between 30 and 80% by weight of the composite and have a size greater than 0.40 mm.

Avantageusement, la seconde matrice métallique entoure le composite des particules de carbure et de la première matrice métallique. Advantageously, the second metal matrix surrounds the composite of the carbide particles and the first metal matrix.

Avantageusement aussi, la première matrice métallique est faite en acier, de préférence en acier inoxydable et mieux encore dans un acier inoxydable austénitique. Advantageously also, the first metal matrix is made of steel, preferably stainless steel and better still in an austenitic stainless steel.

Avantageusement toujours, la seconde matrice métallique est faite en acier, de préférence dans un acier à basse teneur en alliage ou dans un acier austénitique et mieux encore dans un acier austénitique inoxydable. Advantageously still, the second metallic matrix is made of steel, preferably in a steel with low alloy content or in an austenitic steel and better still in a stainless austenitic steel.

On préfère également que les particules de carbure cémenté utilisées contiennent principalement du carbure de tungstène et un liant choisi parmi le cobalt, le nickel, leurs alliages entre eux ou leurs alliages avec d'autres métaux. It is also preferred that the cemented carbide particles used mainly contain tungsten carbide and a binder chosen from cobalt, nickel, their alloys with one another or their alloys with other metals.

Il faut noter que, lorsque la première matrice métallique est en acier inoxydable austénitique, sa densité peut être inférieure à 90%, par exemple entre 75 et 85%. It should be noted that, when the first metal matrix is made of austenitic stainless steel, its density may be less than 90%, for example between 75 and 85%.

Selon la présente invention également, on propose un procédé dans lequel des particules de carbure sont mélangées avec des poudres d'une première matrice métallique, le mélange étant alors compacté et frittê isostatiquement. Une seconde matrice métallique ou métal fondu est alors liée au bloc ainsi obtenu. Le métal fondu peut être coulé autour du bloc ou, s'il ne s'agit que de produire une surface résistante, le métal fondu peut être incorporé dans le composite de façon incomplète seulement. According to the present invention also, a method is proposed in which carbide particles are mixed with powders of a first metallic matrix, the mixture then being compacted and isostatically sintered. A second metallic matrix or molten metal is then linked to the block thus obtained. The molten metal can be poured around the block or, if it is only a question of producing a resistant surface, the molten metal can be incorporated in the composite only in an incomplete way.

Ainsi, on minimise les phases cassantes produites lorsque l'on coule du métal fondu autour des carbures. Les pièces obtenues présentent une excellente résistance à l'usure, à la corrosion, à la pénétration par forage, de même qu'une grande ténacité. Thus, the brittle phases produced when pouring molten metal around the carbides are minimized. The parts obtained have excellent resistance to wear, corrosion, penetration by drilling, as well as great toughness.

On peut ainsi fabriquer des pièces d'outils pour terrassement ou des éléments de dispositif de sécurité résistant à la pénétration. It is thus possible to manufacture parts of earthmoving tools or elements of security device resistant to penetration.

L'invention sera illustrée par le dessin annexé, donné à titre d'exemple, dans lequel: The invention will be illustrated by the appended drawing, given by way of example, in which:

la fig. 1 est une vue en perspective d'une boîte de serrure coulée, la fig. 2 est une vue en coupe de la fig. 1 selon les flèches II-II, la fig. 3 est une vue en coupe d'un moule utilisé pour produire la pièce de la fig. 1, fig. 1 is a perspective view of a cast lock box, FIG. 2 is a sectional view of FIG. 1 according to arrows II-II, fig. 3 is a sectional view of a mold used to produce the part of FIG. 1,

la fig. 4 est une vue en coupe d'une dent d'un outil de terrassement. fig. 4 is a sectional view of a tooth of an earthmoving tool.

Dans le procédé selon l'invention, on mélange des particules de carbure (30 à 80%) avec une podure d'acier (70 à 20% en poids) jusqu'à l'obtention d'un mélange essentiellement uniforme. Les particules de carbure utilisées sont de préférence des carbures de tungstène cémentés ayant une taille de 0,037 mm ou, avantageusement, plus grande que 0,420 mm. Avantageusement encore, ces particules de carbure cémenté ont une taille comprise entre 3,30 et 1,60 mm. In the process according to the invention, carbide particles (30 to 80%) are mixed with a steel pod (70 to 20% by weight) until a substantially uniform mixture is obtained. The carbide particles used are preferably cemented tungsten carbides having a size of 0.037 mm or, advantageously, larger than 0.420 mm. Advantageously also, these particles of cemented carbide have a size of between 3.30 and 1.60 mm.

Dans ces gammes de dimension, les composites frittes contenant des particules de carbure cémenté résistent à la pénétration par forage. In these dimension ranges, sintered composites containing cemented carbide particles resist penetration by drilling.

On peut encore améliorer la résistance à l'usure et à la pénétration par forage en utilisant des particules de carbure ayant une distribution dimensionnelle bimodale, c'est-à-dire que les dimensions des particules sont centrées en moyenne autour de deux valeurs distinctes. Dans ce mode d'exécution, la taille des plus petites particules de carbure est choisie de façon à se loger dans les interstices formés entre les particules plus grandes, augmentant ainsi la résistance à l'usure. Resistance to wear and penetration by drilling can be further improved by using carbide particles having a bimodal dimensional distribution, that is to say that the dimensions of the particles are centered on average around two distinct values. In this embodiment, the size of the smallest carbide particles is chosen so as to be housed in the interstices formed between the larger particles, thereby increasing the resistance to wear.

Le carbure cémenté peut contenir un liant métallique choisi parmi le cobalt, le nickel, ou les alliages cobalt/nickel. En plus du carbure de tungstène, le carbure cémenté peut contenir également des quantités plus petites d'autres carbures, tels que le carbure de tantale, le carbure de niobium, le carbure de hafnium, le carbure de zirconium et le carbure de vanadium. The cemented carbide may contain a metallic binder chosen from cobalt, nickel, or cobalt / nickel alloys. In addition to tungsten carbide, cemented carbide may also contain smaller amounts of other carbides, such as tantalum carbide, niobium carbide, hafnium carbide, zirconium carbide and vanadium carbide.

La limaille de carbure cémenté, convenablement brisée et tamisée, convient très bien à l'affaire. The cemented carbide filings, suitably broken and sieved, are very suitable for the case.

Des particules de carbure de tungstène plus grandes que 0,037 mm pourraient se substituer en tout ou partie aux particules de carbure cémenté dans le composite. Cependant, on préfère ne pas utiliser la poudre de carbure de tungstène, dans la mesure où elle se lie moins facilement à l'acier, tend à créer des fractures plus facilement et en général produit une moindre résistance à l'usure et à l'impact que des particules de carbure de tungstène cémenté de même taille. Particles of tungsten carbide larger than 0.037 mm could replace all or part of the particles of cemented carbide in the composite. However, it is preferred not to use tungsten carbide powder, since it binds less easily to steel, tends to create fractures more easily and in general produces less resistance to wear and impact as particles of cemented tungsten carbide of the same size.

La poudre d'acier utilisée peut être un alliage d'acier quelconque, mais un acier inoxydable est plus avantageux à cause de sa plus grande résistance à la corrosion. Parmi les aciers inoxydables, on préfère des aciers inoxydables austénitiques à cause de leur plus grande résistance à l'usure et à l'impact depuis la température ordinaire jusqu'aux températures cryogéniques. Parmi ceux-ci, on recommandera plus particulièrement les aciers inoxydables austénitiques AISI types 301, 302, 304 et 304L, à cause de leur taux de durcissement. The steel powder used can be any steel alloy, but stainless steel is more advantageous because of its greater resistance to corrosion. Among the stainless steels, austenitic stainless steels are preferred because of their greater resistance to wear and impact from ordinary temperature to cryogenic temperatures. Among these, the AISI types 301, 302, 304 and 304L austenitic stainless steels are more particularly recommended, because of their hardening rate.

En plus des poudres de carbure d'acier dans la charge, on peut ajouter des liants organiques pour empêcher la ségrégation, produire une distribution uniforme du carbure durant le mélange et le maintien de celle-ci après le mélange. In addition to the steel carbide powders in the feed, organic binders can be added to prevent segregation, to produce a uniform distribution of the carbide during mixing and to maintain it after mixing.

Après ce mélange, le mélange de poudres est compacté par pressage uniaxial dans une matrice ou par pressage isostatique dans un moule préformé, de préférence à environ 2380 atm, mais pas moins de 680 atm. After this mixing, the powder mixture is compacted by uniaxial pressing in a die or by isostatic pressing in a preformed mold, preferably at about 2380 atm, but not less than 680 atm.

Après compactage, le bloc obtenu est fritté à une température de préférence inférieure au point de fusion de l'acier et avantageusement de 1030 à 1230°C pendant 20 à 90 min. On évite ainsi la formation de phases êta à l'interface carbure/acier, tout en produisant de fortes liaisons métallurgiques entre le carbure cémenté et l'acier. After compaction, the block obtained is sintered at a temperature preferably below the melting point of the steel and advantageously from 1030 to 1230 ° C for 20 to 90 min. This avoids the formation of eta phases at the carbide / steel interface, while producing strong metallurgical bonds between the cemented carbide and the steel.

Dans la plupart des cas, le lien entre l'acier et le carbure cémenté prend la forme d'une couche d'alliage à l'interface carbure cémenté/acier. Cette couche comprend principalement du cobalt et du fer et, typiquement, a une épaisseur inférieure à 40 ji. Cette liaison est importante pour assurer la rétention des particules grossières de carbure cémenté à l'intérieur de la matrice en acier. In most cases, the bond between steel and cemented carbide takes the form of an alloy layer at the cemented carbide / steel interface. This layer mainly comprises cobalt and iron and, typically, is less than 40 µm thick. This bond is important to ensure the retention of coarse particles of cemented carbide inside the steel matrix.

Il faut remarquer que les blocs, tels que frittés et n'utilisant qu'une poudre en acier inoxydable austénitique, montrent généralement une microporosité interconnectée et ont une densité de liant acier de moins de 90% à la valeur théorique et, typiquement, de 75 à 85%, la valeur théorique correspondant à une compacité intégrale, sans microporosité. Pour augmenter la densité des blocs lors du pressage isostatique à chaud, on peut utiliser l'infiltration ou des pressions de compactage plus élevées. Ces procédés se traduisent également par une meilleure rétention de carbure dans le composite. L'infiltrat utilisé peut être n'importe quel matériau de brasure à base de cuivre ou d'argent, qui mouille à la fois l'acier inoxydable et le carbure. It should be noted that the blocks, such as sintered and using only an austenitic stainless steel powder, generally show an interconnected microporosity and have a density of steel binder of less than 90% at the theoretical value and, typically, of 75 at 85%, the theoretical value corresponding to an integral compactness, without microporosity. To increase the density of the blocks during hot isostatic pressing, infiltration or higher compaction pressures can be used. These processes also result in better retention of carbide in the composite. The infiltrate used can be any brazing material based on copper or silver, which wets both stainless steel and carbide.

Le bloc fritté est alors positionné à l'intérieur d'un moule, et du métal fondu est versé tout autour pour produire une pièce de fonderie. La procédure de coulée utilisée peut être n'importe quelle procédure connue. Toutefois, on préfère la procédure décrite dans le brevet US N° 4024902. On peut préchauffer le bloc avant la coulée du métal fondu dans le moule. The sintered block is then positioned inside a mold, and molten metal is poured all around to produce a foundry piece. The casting procedure used can be any known procedure. However, the procedure described in US Patent No. 4024902 is preferred. The block can be preheated before the molten metal is poured into the mold.

Le métal fondu peut être un alliage ferreux ou non ferreux, de préférence de l'acier. Le type d'acier utilisé n'est pas nécessairement identique à celui du bloc. Si les propriétés de tenue à l'impact et à la corrosion et de dureté sont importantes, l'acier coulé est de préférence un acier inoxydable austénitique. On peut également utiliser des aciers à basse teneur en alliage et des aciers de manganèse austénitique. The molten metal can be a ferrous or non-ferrous alloy, preferably steel. The type of steel used is not necessarily identical to that of the block. If the properties of impact and corrosion resistance and hardness are important, the cast steel is preferably an austenitic stainless steel. Low alloy steels and austenitic manganese steels can also be used.

L'acier coulé forme une liaison métallurgique avec le liant acier dans le bloc avec un minimum de réaction avec les carbures cémentés. Ainsi, la formation de la phase êta s'en trouve réduite, étant donné que la surface de contact entre les carbures et l'acier fondu est réduite au minimum. The cast steel forms a metallurgical bond with the steel binder in the block with a minimum of reaction with cemented carbides. Thus, the formation of the eta phase is reduced, since the contact surface between the carbides and the molten steel is reduced to a minimum.

Parallèlement, l'utilisation de blocs carbure cémenté/acier permet au carbure d'être lié sur une large gamme de concentrations, de positions et d'orientations à la fois à la surface et sous la surface des pièces de fonderie. At the same time, the use of cemented carbide / steel blocks allows the carbide to be bonded over a wide range of concentrations, positions and orientations both on the surface and below the surface of the castings.

5 5

10 10

15 15

20 20

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55 55

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652752 652752

4 4

Les exemples suivants illustrent l'invention: The following examples illustrate the invention:

Exemple 1 : Example 1:

On prépare comme suit des dents 1 (voir fig. 4) de creusage résistant à l'usure et à l'impact et présentant des blocs 3 : Wear-resistant and impact-resistant digging teeth 1 (see FIG. 4) are prepared as follows and having blocks 3:

On mélange à sec, avec 1,25% en poids de paraffine, 75% en poids d'éthylcellulose, un mélange homogène composé de 60% en poids de granules de carbure de tungstène cémenté au cobalt, de dimensions comprises entre 0,30 et 0,47 cm, et 40% en poids de poudre d'acier inoxydable austénitique, atomisée 304L, de dimensions inférieures à 0,149 mm (fabriquée par Hoeganaes Corporation of New Jersey). Le mélange est compacté manuellement dans la cavité d'un moule en polyuréthanne élastomère à la forme désirée (5 cm de long x 1,9 cm de large x 0,6 cm d'épaisseur), dimension-née pour permettre le compactage isostatique à froid de la poudre, plus un retrait dû au frittage de 1%. Par suite du compactage isostatique à froid à 2380 atm, la forme compactée retirée du moule est frittée sous vide pendant 60 min à 1150°C. On place alors les pièces frittées dans un moule en sable qui présente 8 creux dont la forme correspond à celle des dents de creusage désirées. Is mixed dry, with 1.25% by weight of paraffin, 75% by weight of ethylcellulose, a homogeneous mixture composed of 60% by weight of tungsten carbide granules cemented with cobalt, of dimensions between 0.30 and 0.47 cm, and 40% by weight of austenitic stainless steel powder, atomized 304L, of dimensions less than 0.149 mm (manufactured by Hoeganaes Corporation of New Jersey). The mixture is compacted manually in the cavity of an elastomeric polyurethane mold in the desired shape (5 cm long x 1.9 cm wide x 0.6 cm thick), dimension-born to allow isostatic compaction at cold powder, plus 1% shrinkage due to sintering. As a result of cold isostatic compaction at 2380 atm, the compacted form removed from the mold is sintered under vacuum for 60 min at 1150 ° C. The sintered parts are then placed in a sand mold which has 8 recesses whose shape corresponds to that of the desired digging teeth.

Parallèlement, on fait fondre dans un four à induction les ingrédients nécessaires pour produire un acier à basse teneur en alliage AISI4340. On préchauffe les blocs, puis on coule l'acier dans le moule à une température de 1675 à 1730°C pour former la dent de creusage représentée à la fig. 4, dans laquelle l'acier 5 4340 est lié à deux faces du bloc 3 se faisant face. At the same time, the ingredients necessary to produce AISI4340 low-alloy steel are melted in an induction furnace. The blocks are preheated, then the steel is poured into the mold at a temperature of 1675 to 1730 ° C to form the digging tooth shown in fig. 4, in which the steel 5 4340 is bonded to two faces of the block 3 facing each other.

Par examen métallographique, on constate que la matrice en acier inoxydable contient une structure austénitique avec des particules de carbure de chrome intergranulaires (sensibilisation), ce qui est typique des aciers inoxydables austénitiques refroidis lentement après frittage. La sensibilisation peut être éliminée par un traitement thermique subséquent en solution. Les interfaces de la matrice en acier inoxydable/carbure cémenté contiennent une zone continue de liaisons d'approximativement 15 p. d'épaisseur, faites d'un alliage principalement composé de fer et de cobalt. Les particules dispersées de carbure cémenté apparaissent libres de craquage thermique, avec un degré minimal de dissolution, de fusion ou de dégradation de la phase carbure dispersé, à la frontière interfaciale ou près de celle-ci. On remarque une légère fusion et un léger remélange de l'acier inoxydable et quelque dégradation des carbures là où le métal fondu est entré en contact avec les carbures à la surface du bloc. Cependant, sous la surface du bloc, les frontières interfaciales des carbures sont généralement nettes, à l'exception de la zone de diffusion de l'alliage fer/cobalt mentionné ci-dessus. On ne note aucune concentration en phases êta potentiellement nuisibles. By metallographic examination, it can be seen that the stainless steel matrix contains an austenitic structure with intergranular chromium carbide particles (sensitization), which is typical of austenitic stainless steels cooled slowly after sintering. Sensitization can be removed by subsequent heat treatment in solution. The interfaces of the stainless steel / cemented carbide matrix contain a continuous zone of bonds of approximately 15 p. thick, made of an alloy mainly composed of iron and cobalt. The dispersed particles of cemented carbide appear free from thermal cracking, with a minimum degree of dissolution, fusion or degradation of the dispersed carbide phase, at or near the interfacial border. There is a slight melting and a slight remixing of the stainless steel and some degradation of the carbides where the molten metal has come into contact with the carbides on the surface of the block. However, below the surface of the block, the interfacial boundaries of the carbides are generally clear, with the exception of the diffusion zone of the iron / cobalt alloy mentioned above. No concentration of potentially harmful phases was noted.

On frappe de façon répétée (5 et 6 fois) des échantillons à l'aide d'un marteau à panne, à température ambiante et à température de l'azote liquide (—195°C) et on trouve, dans ces échantillons, une bonne résistance à l'impact avec de faibles signes seulement de fractures fragilisantes. On doit noter cependant que, avec un plus haut pourcentage de carbures cémentés dans le composite, la résistance à l'impact serait réduite sensiblement, mais les résistances à l'usure et à la pénétration augmenteraient. Samples are repeatedly struck (5 and 6 times) using a pan hammer, at room temperature and at liquid nitrogen temperature (—195 ° C) and there is a good impact resistance with only slight signs of weakening fractures. It should be noted, however, that with a higher percentage of cemented carbides in the composite, the impact resistance would be reduced significantly, but the wear and penetration resistance would increase.

Des micromesures de dureté de la section de la dent de creusage telle que préparée par coulée montre une dureté moyenne d'environ 75 R C, 29 R C et 38 R C avec une traverse de carbure cémenté, d'acier inoxydable 304L et d'acier 4340 (0,30 cm depuis l'interface de l'acier inoxydable) respectivement. Hardness micromeasures of the section of the digging tooth as prepared by casting shows an average hardness of approximately 75 RC, 29 RC and 38 RC with a crosspiece of cemented carbide, 304L stainless steel and 4340 steel ( 0.30 cm from the stainless steel interface) respectively.

Exemple 2: Example 2:

On prépare une boîte de serrure 10, représentée à la fig. 1, résistant à la pénétration, en coulant de l'acier 4340 à basse teneur en alliage autour de plaques de carbure/acier inoxydable 304L frittées (10 cm de long x 6 cm de large x 0,30 à 0,45 cm d'épaisseur, et 8 cm de long x 10,3 cm de large x 0,30 à 0,45 cm d'épaisseur). La position d'une des plaques frittées 12 est représentée par des lignes discontinues. Les plaques ont été préparées en faisant un mélange uniforme d'un mélange de limaille de carbure de tungstène cémenté au cobalt de dimensions comprises entre 1,68 et 2,38 mm (50% en poids), de poudre d'acier inoxydable AISI 304L de dimensions inférieures à 0,149 mm (50% en poids) et de liants (10% en poids, Chlo-ruthène Nu et 0,75 éthylcellulose). Preparing a lock box 10, shown in FIG. 1, resistant to penetration, by pouring low alloy steel 4340 around sintered carbide / 304L stainless steel plates (10 cm long x 6 cm wide x 0.30 to 0.45 cm thickness, and 8 cm long x 10.3 cm wide x 0.30 to 0.45 cm thick). The position of one of the sintered plates 12 is represented by broken lines. The plates were prepared by making a uniform mixture of a mixture of tungsten carbide filings cemented with cobalt of dimensions between 1.68 and 2.38 mm (50% by weight), of powder of stainless steel AISI 304L of dimensions less than 0.149 mm (50% by weight) and of binders (10% by weight, Chlo-ruthene Nu and 0.75 ethylcellulose).

On remplit alors un moule en polyuréthanne, adapté aux dimen-5 sions des plaques, avec la poudre d'acier inoxydable faisant matrice dans laquelle est dispersée la phase en carbure dur. Le moule est scellé, placé dans un sac en caoutchouc et est mis sous vide et scellé, puis pressé isostatiquement à 2380 atm. Les plaques compactées, après avoir été retirées du sac en plastique et du moule, sont frittées i° dans un four sous vide pendant 60 min à 1150e C. A polyurethane mold, adapted to the dimensions of the plates, is then filled with the stainless steel powder forming a matrix in which the hard carbide phase is dispersed. The mold is sealed, placed in a rubber bag and is put under vacuum and sealed, then isostatically pressed at 2380 atm. The compacted plates, after having been removed from the plastic bag and from the mold, are sintered 1 ° in a vacuum oven for 60 min at 1150 ° C.

On place alors les plaques résistant à la pénétration dans un moule pour la boîte de serrure, devant, derrière et sur les côtés. La fig. 3 montre une coupe à travers un moule en sable 30 présentant une cavité formée entre le couvercle 32 et la base 34. Les plaques 15 frittées 12 sont maintenues en position dans les cavités latérales par des pointes 36 et 40 qui sont noyées dans la base 34 du moule 30. Des particules de carbure cémenté 42 ont été disposées dans la surface de fond de la cavité. Avant de placer le couvercle 32 sur la base 34, on préchauffe les particules de carbure cémenté 42 et les 20 plaques 12. On place alors le couvercle 32 sur la base 34 et on verse dans le moule de l'acier fondu 4340 à basse teneur en alliage. The penetration-resistant plates are then placed in a mold for the lock box, in front, behind and on the sides. Fig. 3 shows a section through a sand mold 30 having a cavity formed between the cover 32 and the base 34. The sintered plates 12 are held in position in the lateral cavities by points 36 and 40 which are embedded in the base 34 of the mold 30. Cemented carbide particles 42 were placed in the bottom surface of the cavity. Before placing the cover 32 on the base 34, the particles of cemented carbide 42 and the plates 12 are preheated. The cover 32 is then placed on the base 34 and low-grade molten steel 4340 is poured into the mold. alloy.

Ainsi, on prépare une boîte de serrure de sécurité présentant des plaques carbure cémenté/acier inoxydable frittées de 0,30 cm d'épaisseur, lesquelles sont recouvertes d'acier pour la protection 25 contre la pénétration par forage. Thus, a security lock box is prepared having cemented carbide / sintered stainless steel plates 0.30 cm thick, which are covered with steel for protection against penetration by drilling.

En fabriquant la boîte de serrure, la plaque ou les plaques conservent leur forme et les particules de carbure restent uniformément dispersées dans les plaques quand l'acier fondu est coulé autour d'elles et remplissent les vides du moule, la face antérieure 14 de la 30 boîte de serrure 10, telle que représentée à la fig. 1, ne peut pas être pénétrée. By manufacturing the lock box, the plate or plates retain their shape and the carbide particles remain uniformly dispersed in the plates when the molten steel is poured around them and fill the voids of the mold, the front face 14 of the 30 lock box 10, as shown in FIG. 1, cannot be penetrated.

Dans la fig. 2, on a représenté une vue en coupe de la boîte de serrure contenant une plaque en acier inoxydable/carbure. Il y a eu une légère fusion de l'acier inoxydable quand l'acier fondu a été 35 coulé autour des plaques frittées et les carbures sont restés uniformément dispersés dans la plaque 12. Il y a eu une légère dégradation de carbure et un minimum de phases fragiles aux interfaces carbure/ acier 4340. Une liaison métallurgique s'est créée entre la structure austénitique de l'acier inoxydable et la structure de l'acier coulé 4340. 40 Les particules de carbure 42 au fond 20 de la boîte peuvent être remplacées par des plaques identiques ou similaires à celles représentées pour les parois latérales 22. In fig. 2, there is shown a sectional view of the lock box containing a stainless steel / carbide plate. There was a slight melting of the stainless steel when the molten steel was poured around the sintered plates and the carbides remained uniformly dispersed in the plate 12. There was a slight degradation of carbide and a minimum of fragile phases at the carbide / steel interfaces 4340. A metallurgical bond has been created between the austenitic structure of stainless steel and the structure of cast steel 4340. 40 The carbide particles 42 at the bottom 20 of the can can be replaced by plates identical or similar to those shown for the side walls 22.

Exemple 3: Example 3:

45 On fabrique comme suit des plaques de 0,4 cm d'épaisseur, résistant au forage et à l'impact: 45 0.4 cm thick plates are produced, resistant to drilling and impact:

On prépare 15 plaques à partir d'un mélange uniforme de limaille de carbure de tungstène cémenté au cobalt (60% en poids) ayant des dimensions comprises entre 0,23 et 0,30 mm de poudre 50 d'acier inoxydable 304L de dimensions inférieures à 0,149 mm (40% en poids), de chloréthylène Nu (2% en poids), d'éthylcellulose (1% en poids) et de cire armido ('/4%) en poids. On prépare un second groupe de 15 plaques à partir d'un mélange de limaille de carbure cémenté de dimensions comprises entre 1,68 et 2,38 mm (70% en 55 poids) et de poudre d'acier inoxydable 304L de dimensions inférieures à 0,149 mm (30% en poids). La cire armido et l'éthylcellulose ont été ajoutées pendant le mélange des poudres comme lubrifiant de pressage pour éviter la ségrégation des particules de carbure pendant le mélange et le remplissage du moule. Ensuite, la poudre formant 60 matrice contenant la phase carbure dur dispersée est disposée dans un moule préformé de polyuréthanne. Ce moule est alors fermé par un couvercle puis scellé et placé dans un sac de caoutchouc dans lequel on fait le vide. On scelle et on presse isostatiquement à environ 2380 atm. Les plaques sont alors frittées dans un four sous 65 vide à 1150° C pendant 60 min. 15 plates are prepared from a uniform mixture of tungsten carbide filings cemented with cobalt (60% by weight) having dimensions between 0.23 and 0.30 mm of powder 50 of stainless steel 304L of smaller dimensions to 0.149 mm (40% by weight), chlorethylene Nu (2% by weight), ethylcellulose (1% by weight) and armido wax ('/ 4%) by weight. A second group of 15 plates is prepared from a mixture of cemented carbide filings of dimensions between 1.68 and 2.38 mm (70% by weight) and 304L stainless steel powder of dimensions less than 0.149 mm (30% by weight). Armido wax and ethylcellulose were added during the mixing of the powders as a pressing lubricant to avoid segregation of the carbide particles during mixing and filling of the mold. Next, the matrix-forming powder containing the dispersed hard carbide phase is placed in a preformed polyurethane mold. This mold is then closed by a lid then sealed and placed in a rubber bag in which a vacuum is created. It is sealed and isostatically pressed to about 2380 atm. The plates are then sintered in a vacuum oven 65 at 1150 ° C for 60 min.

Ces plaques peuvent être incorporées dans une pièce de fonderie selon une des techniques mentionnées ci-dessus ou selon toute autre technique. These plates can be incorporated into a foundry part according to one of the techniques mentioned above or according to any other technique.

R R

3 feuilles dessins 3 sheets of drawings

Claims

652,752

1. Wear-resistant part, characterized in that it comprises a penetration-resistant component having carbide particles of a size greater than 0.037 mm, a first metal matrix, the particles being bonded and embedded in the inside the first matrix, and a second metallic matrix, this second metallic matrix being linked to the penetration-resistant component.

2. Part according to claim 1, characterized in that the carbide particles are particles of cemented carbide.

2

3. Part according to claim 2, characterized in that the second metal matrix surrounds the penetration resistant component.

4. Part according to one of claims 1 or 2, characterized in that the first metal matrix comprises an austenitic stainless steel.

5. Part according to claim 4, characterized in that the second metal matrix comprises steel.

6. Part according to claim 2, characterized in that the cemented carbide particles have a size greater than 0.420 mm.

7. Part according to claim 2, characterized in that the particles of cemented carbide comprise tungsten carbide.

8. Part according to claim 6, characterized in that the particles of cemented carbide comprise a binder chosen from the group comprising cobalt, nickel, their alloys with one another and their alloys with other metals.

9. Part according to claim 4, characterized in that the austenitic stainless steel matrix has a density of less than 90% of the theoretical value for a compact matrix.

10. Part according to claim 9, characterized in that the matrix has a density between 75 and 85% of the theoretical value for a compact matrix.

11. Part according to claim 2, characterized in that the cemented carbide particles have an irregular size.

12. Part according to one of claims 1 or 2, characterized in that the carbide particles have a bimodal dimensional distribution.

13. A method of manufacturing a wear-resistant part according to claim 1, characterized in that a block is formed comprising a mixture of cemented carbide particles and a metal powder and which is bonded to this blocks molten metal.

14. The method of claim 13, characterized in that the metal powder is a steel powder.

15. The method of claim 13, characterized in that the particles of cemented carbide represent between 30 and 80% by weight of the block.

16. The method of claim 13, characterized in that the molten metal is bonded by casting it around the block.

17. The method of claim 13, characterized in that, before the casting of the molten metal, the block is sintered.

18. The method of claim 13, characterized in that the block is formed by isostatic pressing.

19. The method of claim 13, characterized in that the particles of cemented carbide have a size greater than 0.420 mm.

20. The method of claim 13, characterized in that the metallic liquid essentially surrounds the block.

21. The method of claim 13, characterized in that the sintering of the block is carried out at a temperature below the melting temperature of the metal powder.

22. Metal box, characterized in that it comprises a base and walls, as well as a part according to claim 1 embedded inside one of the walls.

23. Box according to claim 22, characterized in that the thickness of the wall is greater than the thickness of the block.

24. Box according to claim 22, characterized in that the particles of cemented carbide are substantially uniformly distributed through the part.

25. Box according to claim 22, characterized in that the cemented carbide particles have a size greater than 0.037 mm.