Développement d'un procédé de densification basé sur des poudres de fonte

Le développement d'un procédé de densification basé sur le frittage en phase liquide de poudres de fonte nodulaire a été réalisé dans le but d'obtenir des pièces M/P à haute densite ayant des performances acrues. Les atomisations effectuées chez Domfer Poudres Métalliques et à l'Université Laval ont conduit, par les traitements appropriés du métal en fusion et l'application subséquente d'un traitement thermique, à l'élaboration de poudres de fonte caractérisées par des nodules de graphite dans une matrice ferritique. Ce type de microstructure a conféré à la poudre une compressibilité suffisante pour la compaction d'échantillons destinés au frittage en phase liquide. La poudre de fonte ferritisée XG-61N#3 contenant 3.65%C et 2.23%Si découle des atomisations ayant eu lieu chez Domfer. Une telle teneur en carbone ne permettait pas le frittage supersolidus puisqu'une proportion de phase liquide excédant 70% est présente à une température supérieure à l'eutectique Fe-C (1150°C) ce qui provoquerait l'effondrement de la pièce. L'ajout de phosphore à titre de générateur de la phase liquide a donc été étudié afin d'en voir l'effet sur la densification et la microstmcture finale. Les résultats ont montré qu'une augmentation de la température, de la quantité de phosphore et de la poudre ferritique MP35 entraîne une meilleure densification. Cependant, les valeurs de densités obtenues dont les plus élevées se situent autour de 6.4-6.6 g/cm³ ne rencontrent pas l'objectif de pleine densification avec une densité relative d'environ 90%. Il est d'avis que la nature transitoire de la phase liquide qui a été démontrée par les résultats aux dilatomètres, n'accorde pas le temps nécessaire pour le réarrangement des particules requis à l'atteinte de haute densité. Par ailleurs, la microstructure après frittage affiche une prédominance ferritique dans laquelle le graphite semble être le résultat de la dégénérescence des nodules de graphite. Il n'a pas été possible de déterminer s'il s'agissait de l'effet du phosphore, d'une teneur insuffisante en magnésium ou d'une combinaison des deux.

Abstract

The objective of the project was to develop a nodular cast iron powder and a densification process based on liquid phase sintering for the manufacture of very high density parts for high performance applications. Atomizations carried out at Domfer Metal Powders and at Université Laval led to a microstructure characterized by graphite nodules in the core of the particles surrounded by a ferrite matrix. The use of appropriate treatments of the melt and subsequent heat treatment was necessary to get this microstructure. Such ferrite matrix was sufficiently compressible to allow compaction of parts intended for liquid phase sintering. The ferritic cast iron powder XG-61N#3 containing 3.65%C and 2.23%Si came from atomizations performed at Domfer. Such carbon content does not allow supersolidus sintering because the amount of liquid phase exceeds 70% for a temperature higher than the eutectic Fe-C (1150°C). This would cause severe distortion of the parts. The use of phosphorus as liquid generator was therefore studied to see its effect on final density and microstructure. The results showed that an increase of temperature, phosphorus content and ferritic MP35 powder leads to an improved densification. However, the largest values obtained for final densities are around 6. 4-6. 6 g/cm³. This corresponds to a relative density of 90% which means that the objective of full densification was not reached. Dilatometry trials have confirmed the transient nature of the liquid phase. For that reason, it is believed that the time necessary for the rearrangement of particles was not long enough to achieve full density. The microstructure after sintering shows a ferritic matrix with very fine graphite. The graphite seems to be the result of the degeneration of nodules. It was not possible to determine if it was the result of the phosphrus, insufficient magnesium content or a combination of both.

Mots clés

Metal powder products; Powder metallurgy; Produits de poudres métalliques; Métallurgie des poudres; Academic Dissertation; Academic theses; Thèses et écrits académiques