Research Article

Usinabilité à grande vitesse et à sec des couches du rechargement base-nickel par soudage d'outillage à chaud

Machinability at high speed and dry condition of nickel-base weld-hardfacing deposit for hot tooling

Mohamed El Mansori^a1, Laurence Fouilland-Paillé^a1 and Fabrice Pierron^a1

^a1 Laboratoire de Mécanique et Procédés de Fabrication (JE2381), École Nationale Supérieure d'Arts et Métiers – CER – Châlons, Rue Saint Dominique, BP 508, 51006 Châlons en Champagne, France

Résumé

Ce papier relate certains faits expérimentaux relatifs à l'usinabilité à grande vitesse des couches de rechargement base-nickel pour la fabrication d'outillages de travail à chaud. L'étude part des examens métallurgiques des couches rechargées et s'étend aux facteurs limitatifs de la coupe observés lors des essais de rainurage instrumentés. La limitation principale de ces rechargements à la coupe est liée à leur structure métallurgique fortement hétérogène. Cette hétérogénéité consiste en un réseau dendritique (phase-nickel ductile) séparé par une dispersion interdendritique fragile (phase-carbures et phases finement ou grossièrement précipitées). Ceci se traduit en usinage par un écrouissage superficiel élevé à l'origine ensuite d'une usure prématurée des outils de coupe. Cette dégradation est dominée par une adhésion entretenue du copeau (frottement sec collant) conduisant à des entailles ainsi qu'un écaillage très sévères de l'outil de coupe consécutif à un effritement du matériau de coupe.

Abstract

This paper reports some experimental findings concerning the machinability at high cutting speed of nickel-base weld-deposited hardfacings for the manufacture of hot tooling. The study begins with the metallurgical observation of the welded layers and extends to the factors impairing their machinability as observed from instrumented slotting tests. The primary limitation when machining these weld-hardfacing layers is related to their heterogeneous microstructure. This heterogeneity consists of a dendritic network (ductile nickel-phases) separated by a fragile interdendritic dispersion (carbides-phases and fine or coarse precipitates). This is expressed during machining by a high surface work-hardening involving a premature wear of the cutting tools. This degradation is dominated by an adhered chip (dry sticking friction) leading to notches as well as a very severe chipping of the cutting tool following crumbling of tool material.

(Received January 15 2004)

(Accepted March 5 2004)

(Online publication April 21 2005)

Key Words:

• Machinability ;
• wear ;
• nickel-base hardfacing

Mots clés:

• Usinabilité ;
• usure ;
• rechargement base-nickel

Correspondence:

^c1 mohamed.elmansori@chalons.ensam.fr