Caractérisation métallurgique des couches de rechargement base-Cobalt par soudage de matrices de forge à chaud : influence des paramètres d'élaboration

Metallurgical characterisation of cobalt-base weld hardfacings for hot tooling: Influence of welding parameters

¹ Laboratoire de Mécanique et Procédés de Fabrication (JE2381), École Nationale Supérieure des Arts et Métiers de Châlons, Rue Saint Dominique, BP. 508, 51006 Châlons-en-Champagne, France e-mail : laurence.fouilland@chalons.ensam.fr ; mohamed.elmansori@chalons.ensam.fr ; anne.huguet@chalons.ensam.fr
² CRITT MDTS, 3 Bd. Jean Delautre, 08000 Charleville-Mézières, France e-mail : critt-mdts@critt-mdts.com

Reçu : 9 Décembre 2004
Accepté : 13 Juillet 2005

Résumé

Afin de prolonger la durée de vie des outillages, le rechargement de surface de matrices de forge à chaud est couramment pratiqué. Des superalliages base cobalt ou base nickel déposés par soudage sont souvent utilisés pour leurs remarquables résistances à l’usure et à l’oxydation sous conditions de températures sévères (>550 °C). Cet article présente la procédure de dépôt par soudage de couches en superalliage base cobalt sur un substrat en acier et leurs caractéristiques métallurgiques en fonction des paramètres de soudage. Au cours du soudage, la première phase formée à partir de l’état liquide est une phase dendritique riche en cobalt. Le liquide restant, riche en éléments d’alliage, se solidifie, entre les dendrites, au cours d’une réaction eutectique. En effet, les éléments de durcissement comme le Mo et le Cr précipitent en formant des carbures dans les zones interdendritiques. Les paramètres de soudage sont étroitement liés aux vitesses de refroidissement engendrées responsables elles-mêmes de variations chimiques entre les différentes couches ou de changements microstructuraux et mécaniques susceptibles d’influencer l’usinabilité de ces rechargements.

Abstract

Improving service life of tooling by welding high performance alloys on their surfaces is a current practice in hot forming. Cobalt-base or Nickel-base superalloys are often used as weld-deposited hardfacings for their outstanding strength, resistance to wear and oxidation at high temperatures (>550 °C). This paper describes the procedure of welding Cobalt-base superalloy layers on steel substrate as well as their metallurgical properties according to the welding parameters. During the welding process, the first phase to form from the liquid state consists of cobalt-rich dendrites. The remaining liquid, rich in alloy elements, is solidified by an eutectic reaction into the interdendritic area. Indeed, the hardening elements such as Mo and Cr precipitate by forming carbides in the interdendritic region. The welding parameters are closely linked to the cooling speed which is responsible for variations in chemistry composition between the different welded layers or microstructural and mechanical changes able to impairing machinability of these weld-hardfacing deposits.