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BREVET D'INVENTION " Perfectionnements relatifs aux composés métalliques durs "
L'invention se rapporte d'une façon générale aux oomposés métalliques durs, du type obtenu en ohauffant un mélange pul- vérisé de oarbure métallique dur, tel que le oarbure de tungstè- ne, et un métal liant pulvérisé, tel que le oobalt, jusqu'à une température suffisante pour que le liant de oobalt oémente les partioules abrasives dures du oarbure pour former un oom- posé métallique dur.
La présente invention a plus spéoialement pour objet un composé métallique dur oémenté , dans lequel l'aotion abrasive ou la résistance à l'abrasion du oomposé, est due à une prépon- déranoe des particules de oaibure de tungstène liées par un liant d'alliage contenant un ou plusieurs métaux du groupe du fer, tel que le oobalt, le fer ou le nickel et le tungstène, le tantale et le carbone.
On a proposé jusqu'ici de préparer les oomposés métalli- ques durs, oénentés, à partir de oarbure de tantale, lié par le cobalt. Le/carbure de tantale a été employé comme produit abra-
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sif et on a trouvé que l'érosion par le copeau, faite sur les outils de taillage contenant du oarbure de 0 tantale, comme prinoipal abrasif, est moindre que oelle formé sur les outils de taillage en oarbure de tungstène connus à ce jour, lorsque lesdits outils sont employés pour travailler l'aoier et cer- tains autres types d'alliages ferreux.
La résistance du oarbure de tantale est inférieure à oelle du oarbure de tungstène et son prix est cinq fois plus élevé. Malgré cela, on a proposé le oarbure de tantale pour les outils de taillage, par le fait qu'il produit une moindre érosion par le oopeau que les outils de taillage au oarbure de tungstène. La réduction de l'érosion par le oopeau des ou- tils de taillage en oarbure de tantale oomparée à oelle des ou- tils de oarbure de tungstène a été attribuée jusqu'ioi à la présence dans le composé d'une prépondérance de partioules abrasives de oarbure de tantale.
On a cependant trouvé que l'érosion par le oopeau, que présenterait l'outil usuel en oarbure de tungstène peut être diminuée si le tantale est mis sous forme d'alliage avec le métal liant qui oémente les partioules de oarbure de tungstène . de façon à former le composé métallique dur. En/ce qui concerne la diminution de l'érosion dans les composés de carbure de tungstène, oémentés, la réduction de la conductibilité oalori- fique du oomposé est un facteur important. Lorsqu'un outil, constitué par un composé métallique dur, est employé pour le taillage de l'aoier ou d'une autre matière, les copeaux chauds échauffent l'outil et tendent à former une érosion par grip- page. Ladite érosion peut être réduite en diminuant la conduc- tibilité calorifique de l'outil.
Un liant d'alliage , contenant du tantale, présente une plus faible oonduotibilité calorifique que le même liant sans tantale, et par suite un liant d'alliage, porteur de tantale, joue le rôle d'isolant pour les par- ticules abrasives de oarbure de tungstène, en diminuant de ce
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fait la conductibilité oalorifique de l'outil. En d'autres mots, la présence de tantale dans le liant joue le même rôle, consistant à réduire l'érosion par oopeau, qu'un oomposé préserr tant la prépondérance de carbure @e tantale qui était jusqu'ici estimée néoessaire.
Il est donc possible de réduire l'érosion et en même temps de produire un composé plus résistant et moins oouteeux, par le fait que le oarbure de tungstène est enployé en proportion plus oonsidérable pour remplacer le oarbure de tantale. conformément à la présente invention, on obtient un com- posé métallique dur, concrétisé, contenant du carbure de tungstè- ne lié par un liant d'alliage contenant du tantale, le oarbare de tungstène constituant la plus grande partie du ocmposé.
Lorsqu'une proportion plus oonsidérable de carbure da tungstène, sous fprme finement divisée, est mélangée à une plus faible proportion de carbure de tantale et à un liant tel que le fer, le oobalt ou le niokel et que le mélange est porté à la température de oonorétion ou à une tenpérature telle que le métal liant soit liquéfié, il se forme alors, à un certain degré, un alliage entre le métal liant et les oarbures de tungstène et de tantale. Le cobalt est mentionné ci-après comme le métal liant dans la description de l'invention, mais il est bienentendu que les autres métaux du groupe du fer, c'est-à-dire le fer ou le niokel, peuvent être employés à la place du oobalt ou comme addition à celui-ci.
Lorsque le mélange est chauffé, le oobalt fond et forme un alliage à un degré limité, aveo le oarbure de tungstène et le oarbone de tantale, enformant un alliage oobalt-tungstène- tantale carbone, l'alliage liant étant sursaturé aveo oertains desdits éléments, suivant les proportions employées. Lorsque le composé est refroidi, après concrétion, certains des éléments tunggtène, tantale et carbone sont précipités à partir de la solution, en laissant un alliage euteotique ou hyper-eutectique
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de cobalt, tungstène, tantale et oarbone. Le fait que certains des oomposés sont préoipités à partir de la solution, dépend des pourcentages d'éléments employés pour former le composé,et de la température de concrétion employée.
On emploie des proportions si élevées de oarbure de tungstè- ne, comparativement au oarbure de tantale, que la précipitation la plus oonsidérable d'abrasif se fait en oarbure de tungstène plutôt qu'en oarbure de tantale. Le oarbure de tantale est em- ployé dans des proportions telles que si du oarbure de tanta- le est préoipité à partir de la solution, il se trouve en quantité moindre, oomparée à du oarbure da tungstène préoipi- té, la présente invention oomprenant l'emploi de oarbure de tungstène comme principal composé abrasif. Le oarbure de tan- tale est employé de préférence dans des proportions si faibles que la totalité du tantale demeure dans le liant.
Ainsi qu'il a été indiqué oi-dessus, pendant le prooessus de oonorétion, le oobalt forme alliage aveo le oarbure de tungstène et le oarbure de tantale, en dissolvant des propor- tions variables de ces derniers, suivant les proportions des matières et les températures de concrétion. Lorsque la tenpé-- rature de concrétion diminue, la dissolution des partioules de oarbures par le liant de cobalt augmente.
Si le oomposition contient par exemple 90 % de oarbure de tungstène, 5 % de oarbure de tantale et 5 % de oobalt, et si l'on emploiella température de oonorétion habituelle soit 1480-1540 C, la to talité du oarbure du tantale est dissoute par le cobalt. Cependant, le carbure de tungstène est en pro- portion si considérable que bien que les grains du oarbure de tungstène soient rendus bien plus petit en raison de leur dissolution partielle par le oobalt, certains des grains de oarbure de tungstène demeurent non dissous, et jouent le rôle de noyaux pour la précipitation des particules de carbure de tungstène lorsque le ocmposé est refroidi.
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Le oarbure de tungstène préoipité se forme sur les noyaux en vue de constituer des partioules plus angulaires à arêtes de coupe plus aigues que oelles obtenues lorsque le oarbure de tungstène forme seulement une plus faible propor- tion du oomposé et est entièrement dissout pendant la oonoré- tion et ensuite préoipité en totalité en refroidissant. De plus, on obtient un meilleur liant entre l'alliage liant et les partioules de oarbure de tungstène formées en préci- pitant le oarbure de tuggstène à partir de la solution sur des particules non dissoutes de oarbure de tungstène, que si ledit oarbure était entièrement précipité à partir de la solution.
Pour cette raison on préfère employer le oarbu- re de tungstène dans des proportions telles que pendant la phase de oonorétion, les noyaux de oarbure de tungstène non dissous, demeurent dans ce composé et aident à la préoipita- tion des partioules de oarbure de tungstène d'angularité anor- male, lorsque le oomposé se refroidit. En augmentant le pour- oentage de oarbure de tantale jusqu'à environ 25-30 % du oom- posé, ledit carbure est préoipité à partir de la solution pendant le refroidissement, en jouant le rôle d'abrasif plu- tôt que de moyen d'alliage pour le liant. ne préférence,le carbure de tantale est employé en quantité qui ne dépasse pas sensiblement 30 % en poids du composé.
Dans l'exécution de la présente invention, un mélange finement pulvérisé de oarbure de tung stène, oarbure de tantale et soit du oobalt, du niokel et du fer ou des mélanges de ces métaux liants, sont broyés dans un mélangeur queloon- que approprié. Les poudres mélangées sont ensuite comprimées en forme de petites barres et soumises à une concrétion préliminaire, de préférence en autmosphère neutre ou réduo tri- oe. Ils sont ensuite sortis du four pour recevoir la forme désirée, et être ensuite ramenés dans le four et soumis à une concrétion finale ou opération de chauffe. Les poudres mélan-
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gées peuvent cependant être agglomérées, pendant la concrétion et la oonorétion préliminaire peut être omise dans les deux cas.
La température de oonorétion est telle qu'elle liquéfie le métal liant et limite la formation d'alliage du métal liant aveo le oarbure de tungstène et le carbure de tantale. Pen- dant le refroidissement, le oarbure de tungstène est préoipi- té sur les grains ou noyaux de carbure de tungstène solide, ainsi qu'il a été déorit plus haut, pour former un composé métallique dur contenant des particules abrasives de oarbure de tungstène liées par un alliage contenant du tugstène, du tantale, du carbone et un membre du groupe du fer.
Pour que la précipitation principale de l'abrasif du oar- bure se fasse sous forme de oarbure de tungstène plutôt que sous forme de oarbure de tantale, les poudres mélangées qui doivent être concrétisées contiennent une plus grande propor- tion de oarbure du tungstène et une plus faible proportion de oarbure de tantale. Le composé oonorétisé, contient en résumé, de 51 à 95 % de oarbure de tungstène, lié par un allia - ge métallique du groupe tantale-tungstène-oarbonefer. Le oarbure de tungstène constitue en général de 60 à 95 % en poids , du mélange, et de préférence de 75 à 90 % .Le oarbure de tan- tale constitue en général 0,5 à 35 % en poids du mélange et de préférence de 5 à 25 %.
Le métal liant, tel que le oobalt le niokel ou le fer, ou des mélanges de ceux-ci, constitue de 2 à 20 % en poids du mélange et de préférenoe de 5 à 15 %. Si on le désire, l'alliage liant peut constituer de 2 à 20 % du oom- posé, sensiblement la totalité du tantale du composé se trou- vant dans l'alliage. Une oomposition préférée pour les outils de taillage, contient environ 78 % de oarbure de tungstène,en- viron 14 % de oarbure de tantale et environ 8 % de cobalt.
Au cours de la description de la présente invention, le oarbure de tantale est mentionné oomme la matière qui produit un liant d'alliage contenant du tantale. Le tantale métallique
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ou autre alliage de tantale approprié peut être employé au lieu du oarbure de tantale, mais cela n'est pas avantageux.
Au point de vue économique il ne peut être question d'employer du tantale métallique, puisque son prix atteint plusieurs fois celui du oarbure de tantale. La question du prix mise à part, on préfère le oarbure de tantale au tantale métallique.
Afin d'assurer la précipitation du oarbure de tungstène, lorsque le composé oonorétisé est refroidi, l'alliage fondu formé pendant la concrétion doit contenir du tungstène et du carbone en proportions telles que, pendant le refroidissement, ces deuxoorps soient préoipités sous forme de oarbure de tungstène. En d'autres mots, 93,8 % de tungstène doivent se combiner à 6,2 % de carbone, pour former du oarbure de tungstè- ne saturé de carbone. Un excès de tungstène et un excès de car- bone doivent donc être dissous dans le liant d'alliage,pendant oonorétion et approximativement suivant ces proportions, si le oarbure de tungstène doit se prendre et se solidifier à partir de l'alliage fondu, pendant le refroidissement du composé.
Si l'on employait du tant ale métallique, il faudrait ajouter du oarbone pour obtenir la quantité nécessaire en excès pour former le oarbure de tantale préoipité, prooédé qui a donné des résultats peu satisfaisants. Cependant, si l'on emploie du carbure de tantale, le oarbone en excès est fourni de cette façon et il n'est pas nécessaire d'ajouter du oarbone libre.
On a avantage à employer le oarbure de tantale, au lieu du tantale métallique , non seulement au point de vue économique, mais aussi en raison de la fabrication.
On a mentionné la préparation de composés métalliques durs, oémentés, par un procédé de " oonorétion " . Cette ex- pression est employée pour désigner un prooessus dans lequel un ou plusieurs, mais non pas la totalité des oonposants,sont liquéfiés, Il est à distinguer des prooessus de fusion dans lesquels tous les composants sont liquéfiés. Un produit
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obtenu par fusion d'un mélange de oarbure de tungstène,de oarbure de tantale et de oobalt pulvérisés est poreux et oassant, comparé à un produit obtenu par oonorétion du même oomposé et donne de mauvais résultats lorsqu'il est employé comme outil de taillage ou matière résistante à l'usure.
REVENDICATIONS.
1. Un oomposé métallique dur, concrétisé, caractérisé par la oarbure de tungstène lié par un liant d'alliage con- tenant du tantale, le carbure de tungstène oonstituant la plus grande partie du composé.