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AUX ALLIAIS DURS ET AUX METHODES DE LEUR FABRI- -CATION'-
La présente invention est relative aux alliages métalliques durs comportant, suus leur variété la plus connue, un carbure d'un métal d'u sixième groupe de la table de "Mendelïeff"tel que le carbure de tungstène, et un liant auxiliaire du groupe du fer, tel que le cobalt.
Le carbure de tungstène et le cobalt sont d'ordinaire mélangés l'état de poudre et pressés sous la forme désirée à haute pression, et cuite à haute température- Cette température est ordinairement de l'ordre de 1.350 C. environ, mais elle peut varier avec les proportions du métal auxiliaire incor@ poré à la composition* Les matières obtenues au moyen de ce procédé ont les propriétés bien connues indiquées dans le brevet belge No 350,301 du 5 Avril 1928, c'est-à-dire conviennent particulièrement bien à la taille des métaux & -7- La priorité du brevet déposé aux Etats-Unis d'Amérique le 23 Octobre 1929 par Mr George F TAYLOR,
est revendiquée pour cette demande an vertu de la convention Internationale de 1883 @
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11 exécution des filières.
L'invention permet d'obtenir des produits de ce genre particu- lièrement satisfaisants, à grains très fins et de grande densité. Ces matières peuvent servir avantageusement à la confection des outils de taille, mais aussi à la production des abrasifs à base de diamant, et à celle des barres ou fils de grande densité et de diemètre très réduits.
Pour réaliser l'invention, on'mélange, en proportions appro- priées, le carbure du sixième groupe et l'élément du groupe du fer sous forme d'une masse compacte sous pression qu'on cuit à haute température, c'est-à- dire à la température de uuissan ou de concréticn du mélange. On broie la ma- tière ainsi obtenue, de façon à la réduire en grains pouvant'avoir à peu près les dimensions de grains de blé, la pression utilisée dans ce but pouvant at- teindre l'ordre de 175 tonnes par pouce carré par exemple, soit environ 27 tan- nes par centimètre carré. On pulvérise cette matière assez pour qu'elle puisse flotter dans l'alcool pendant cinq minutes, après quoi on la presse sous la for- me désirée et on lui fait subir une seconde cuisson à une température de l'or- dre de 1.350 C.
On peut procéder successivement ou simultanément aux opérations de pressage et'de seconde cuisson. Quand on procède simultanément à ces opéra-. tions, la pression nécessaire peut être de l'ordre de 280 Kg--. cm2 appliquée pendant quelques minutes avec une température de l'ordre de 1.400 C., chif- fres indiqués à titre d'exemple et qui donnent d'excellents résultats pour des proportions de carbure de tungstène et de cobalt atteignant 37% et 13%.
Il est évidemment très désirable d'éviter toute contamination des matières pulvérulentes par des matières étrangères. Dans ce cas, on doit pulvériser des matières au moyen d'un mortier et d'un pilon en matière très dure (carbure de tungstène et cobalt par exemple), ou au moyen d'un moulin à boulets d'une composition du même genre et renfermant des boulets de même dure- té.
La matière produite par les moyens indiqués offre une apparen- ce brillante, lustrée et la structure grenue et très fine, car on y distingue aucun pore, après grossissement de 450 diamètres. Quand la matière pulvérisée, ayant subi la première cuissen, est pressée et cuite à nouveau, cette opération la porte à un degré de dureté 87 à 91 de l'échelle Recueil C., avec une chai- ge de 60 Kg.
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Un produit fondu comportant du carbure de tungstène et du co- balt, peut au@si être pulvérisé à un degré de finesse tel qu'il flotte dans l'alcool pendant environ cinq minutes et mis alors à la cuisson. Cependant, on a trouvé que le produit résultant, bien que très dur et d'une structure fine, présente beaucoup moins de résistance qu'unecomposition analogue ayant d'abord subi le recuit, puis ensuite la pulvérisation à un degré tel que les particules obtenues flottent environ cinq minutes dans l'alcool. La matière qui a été fon- due, pulvérisée et finalement cuite, manifeste, par exemple, avec des propor- tions de carbure de tungstène et de cobalt égales à 87% et 13% respectivement, un indice de dureté Rockwell d'environ 84 avec une charge de 60 kg.
De l'avis de la Société demanderesse, les grains fins qui carac- térisent la matière obtenue suivant l'invention sont dus au fait qu'un composé de carbure de tungstène et de cobalt cuit peut être réduit en poudre plus fine qu'un mélange de carbure de tungstène et de eobalt n'ayant pas subi la cuisson.
Quand le mélange des poudres a été cuit, il ne se produit plus d'évolution ga-' zeuse lorsqu'on pulvérise et qu'on cuit à nouveau le produit: par conséquent aucune poche ne se forme sous l'effet des gaz et la densité obtenue est maxi- mum.
Non seulement le produit obtenu dans ces conditions convient ad- mirablement pour la confection des outils, mais il offre également des avantages marqués pour l'enrobage de très fines poussières de diamant devant servir à la fabrication d'outils abrasifs ou coupants.
Il a été proposé de fabriuer des outils de coupe ou abrasifs comportant du carbure de tungstène et du cobalt imprégnés de poussières de dia- @ ment. Dans la production de ces outils, on utilise généralement de la poussière de diamant d'une grosseur passant au tagis d'environ 40 à 100 mailles! on ob- tient des outils de forage satisfaisants en utilisant une poussière de diamant ayan ce degré de ténuité, de préférence à des poussières de diamant extrêmement tenues (le N 6 par exemple, qui est connu commercialement comme la forme de dia- mant la plus fine qu'on puisse normalement obtenir).
La Société demanderesse a reconnu que, si une masse dure de car- bure de tungstène et de cobalt est pulvérisée et convertie en une poudre flottent cinq minutes dans l'alcool, cette matière en poudre peut être imprégnée ou char- gée de la plus fine poussière de diamant (N 6 du commerce par exemple), et le mé-
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lange peut être pressé sous la forme désirée et chauffé à sa température de con- crétion.
Les matières en mélange peuvent être pressées et ensuite peuvent subir successivement la pression et la cuisson, mais la Société demanderesse pré- fère en principe procéder simultanément à ces traitementa.
Dans ce dernier cas, elle utilise une pression d'environ 280 Kg. : cm2 pendant une minute et une température dépassant 1.000 C., mais généralement inférieure à 1.400 C.. Le produit obtenu est plus dur!et plus résistant que le produit obtenu'au moyen d'une poussière de diamant moins fine. Il a une structure uniforme et lisse et est pratiquement insoluble, même dans l'eau régale fluorhy- drique.
La Société demanderesse estime que ce produit pourrait être uti- lisé, si on le désire, pour la confection des outils de taille, de perçage et pour les filières- La proportion des matières entrant dans la composition peut être de 3,5 parties de carbure de tungstène cobalté en volume pour une de poussiè re de diamant! en d'autres tonnes, environ une partie en poids de poussière de diamant pour 10 à 13 de carbure de tungstène cobalté. Dans la composition, la poussière de diamant représente approximativement le même degré de finesse que le carbure de tungstène cobalté pulvérisé et cuit.
Une matière de ce genre ainsi recuite peut aussi servir avanta- geusement à la production de petites barres ou fils offrant par exemple des dia- mètres de l'ordre de 3 mm. environ. Dans l'établissement de telles barres ou fils, on peut placer la composition de carbure de tungstène cobalté en poudre dans un tube de quartz de diamètre approprié, et appliquer la pression au moyen de cylindres de tungstène ou de molybdène engagés dans les extrémités opposées de l'alésage du quartz, avec application simultanée de la pression et du courant.
La pression appliquée peut être légère, par exemple de quelques livres par pouce ca@ ré, en appliquant un courant de chauffage d'environ 75 ampères sous 4 à 6 volts pendant quelques secondes seulement, on arrive à parfaire très bien l'opération de cuisson* Des file ou tiges peuvent s'obtenir de cette manière au moyen de car- bure de tungstène cobalté sous forme très dure, non poreuse et propre à la con- fection de certains styles pour l'enregistrement des disques de phonographes, d'aiguilles. pour pick-ups, etc....
Une petite tige ou un fil obtenu de cette façon, c'est-à-dire au
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moyen de carbure de tungstène cob,:lté, n'ayant pas déjà subi la cuisson, serait poreuse, parce qu'apparemment des poches se produisent sous forme de bulles mi- croscopiques de gaz qui n'ont pas le temps de s'éohapper pendant qu'on porte la matière en poudre à sa température de cuisson. Lorsqu'on cuit d'abord la ma- tière et qu'on la réduit en poudre avec recuisson et pression, il n'y a aucun dégagement gazeux et par conséquent aucune raison pour qu'il se produise des poches.
On trouve encore un autre avantage à cette manière de procéder, car il est très difficile, lorsqu'on utilise des poudres de carbure de tungstène et de cobalt mélangées et n'ayant pas subi la cuisson, d'obtenir un bon contact électrique, en raison du petit diamètre du tube de quartz. Dans ces conditions, lorsqu'on procède suivant l'invention pour établir des fils de petite section, la résistance peut tomber, de 200 ohms par exemple, à 1 ohm, et la certitude ou la stabilité des contacts peut devenir parfaite.
Le procédé ci-dessus, en tant qu'applicable aux tiges et fils de petite section, peut offrir de grands avantages pour la fabrication de petites outils de perçage ou d'outils analogues comportant le carbure de tungstène cobal- té et la poudre de diamant. Par exemple, une fine poussière de diamant peut être mélangée à du tungstène cobalté dans les proportions indiquées ci-dessus et pla- cée dans un tube de quartz de diamètre et d'alésage appropriés. Des pistons de tungstène, ou mieux encore de molybdène, engagés par les extrémités opposées du tube, permettent d'appliquer une légère pression aux matières en cours, en même temps qu'on fait passer, sous 4 et 6 volts, un courant de l'ordre de 75 Ampères pendant quelques secondes, afin d'assurer la deuxième cuisson.
Les pistons en molybdène se soudent pendant l'opération aux ex- trémités opposées de la matière chargée de diamant. La tige de matière, après seconde cuisson, peut être cassée en un point quelconque de sa longueur, et on obtient deux outils complets dont la partie active comporte une masse de carbure de tungstène cobalté chargée de poussière de diamant, le tout convenablement cuit-