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l'estampage, est obtenu par effet Joule d'un courant électrique amené par des électrodes de carbone entre lesquelles est pincée l'ébauche de la pièce à mouler, située immédiatement au-dessus de la matrice et la pression nécessaire au moulage forcé est réalisée par un poinçon chassé par un mouton, poinçon qui au cours du réchauffage de l'ébauche est maintenu suspendu immédia- tement au-dessus de cette dernière.
Ce mode de procéder dispense du chauffage de la presse elle-même et assure l'incorporation parfaite des éléments consti- tutifs des ébauches.
Les produits fournis par le procédé objet de l'invention sont de structure homogène et particulièrement dense, ils sont donc plus durs que ceux obtenus à la presse ou simplement cémen- tés.
Les matières premières dont l'emploi est envisagé par la présente invention sont plus particulièrement les carbures de métaux ou de métalloïdes à haut point de fusion, tungstène, ura- nium, molybdène, titane, bore, zirconium, thorium, etc.., pré - parés électriquement dans un milieu gazeux neutre ou réducteur, ou dans le vide.
Cette préparation consiste à soumettre un mé - lange intime de poudre de charbon et de métal ou métalloïde à haut point de fusion à une pression d'au moins 100 Kg/cm2 pour obtenir des barres ou batonnets recuits ensuite à une températu- re voisine de 18000 à 2.200 c/ A cette très haute température de carburation, toutes les impuretés (oxydes, métaux, métalloi - des ou autres matières étrangères à bas point de fusion ou de volatilisation) sont éliminéespar di sti llation. On peut donc se contenter d'utiliser comme matières des produits commercialement purs. Le carbure ainsi obtenu est d'une pureté remarquable, il est très dur, homogène et exempt de contraintes internes. D'au - tre part, la durée de fabrication ne dépasse pas quelques minu - tes.
La rapidité avec laquelle la carburation est obtenue résul- te 1 ) de la compression à laquelle est soumis le mélange de
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DEMANDE DE BREVET D' I:::;VE:'IICN Procédé de fabrication de corps durs destinés à la constitution d'outils tranchants et appareillage pour sa mise en oeuvre.
La présente invention a trait à un procédé de préparation de corps durs destinés plus particulièrement à la fabrication d'outils tranchants et autres pièces d'outillage et peut se subdiviser en deux parties :
1 - La préparation de la matière première nécessaire, et
20 - La fabrication des corps durs à partir de carbures de métaux à point de fusion élevé additionnés éventuellement de nitrures ou autres matières dures, par moulage sous pression.
Les objets fabriqués sont tout d'abord ébauchés dans une matière première à base des carbures ou nitrures en question, pris à l'état pulvérulent et en mélange ou non avec d'autres métaux, puis recuits jusqu'au voisinage de leur point de fusion et enfin comprimés à haute pression et à haute température.
Conformément à la présente invention, le réchauffage accompa - gnant nécessairement la compression entrepris préalablement à
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carbone et de métal (ou de métalloïde) préalablement au ohauffa- ge, et 2 ) de l'application de très hautes températures. La compression du mélange a pour effet d'agglutiner entre eux les grains de métal (ou de métalloïde) et de carbone, ce qui accélè- re considérablement la réaction au moment de l'application de la haute température.
Dans les procédés en usage jusqu'ici, la carburation s'ef - fectue aux environs de 1000 à 1400 C. et exige de deux à qua - tre heures ; la matière utilisée est un mélange lâche de métal et de carbone (Cf. Dr.Skaupy. Metallkeramik, 1930,page 53 ).
En fait, la présente invention procède de la manière sui - vante . On prépare des batonnets ou petites barres prismatiques, par compression à environ 200 kg/cm2 d'une poudre de tungstène additionnée d'environ 7 % de carbone sous forme de suie ou d'anthracite finement pulvérisée ; après addition éventuelle d'un liant, on sèche et on recuit ces prismes à la température de 2000 à 800 C. Les barres ainsi obtenues sont ensuite chauffées par des résistances électriques dans une atmosphère inerte d'hy - drogènede gaz d'éclairage ou dans le vide, pour être progressi- vement portées à la température de 20000 C.
Les dessins annexés représentent un exemple d'appareillage susceptible d'être utilisé pour la mise en oeuvre du procédé .
Figure 1 est une coupe verticale d'un four à recuire utilisé pour la préparation du carbure préliminaire ; les barres K obtenues par compression d'un mélange de tungstène et de carbone y sont disposées verticalement, pincées entre les électrodes creuses k et o, à refroidissement par eau et à pièces de contact en tungs- tène. Pour compenser la contraction subie par la matière sous l'action de la chaleur, la barre est prise par sa partie infé - rieure dans une pince q plongeant d'autre part dans une cuve p garnie de mercure et refroidie par circulation d'eau.
L'eau de refroidissement est introduite dans les électrodes creuses j et o, soutenues par les traversées isolantes n, par le
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raccord m, et elle en ressort par la tubulure 1 pour s'écouler dans l'entonnoir v et s'en échapper par la vidange W. La cloche c, reposant sur la plaque support par l'intermédiaire d'une ri- gole d' étanchéité b, est à double parois et est refroidie par une circulation d'eau arrivant par i et s'évacuant par h.
Le gaz constituant l'atmosphère inerte, eet introduit dans la cloche par le raccord g et évacué par x Pour éviter l'in - toxication du personnel servant, ce gaz peut être brûlé à sa sortie de la cloche. La dite cloche est suspendue à des cordes passant sur des poulies e, et supportant des contrepoids.1...
Voici un exemple caractéristique de mise en oeuvre du pro - cédé :
On triture intimement pendant plusieurs heures un mélange' fait de 186 gr. de tungstène chimiquement pur et 14 gr. de fine poudre de charbon. Après addition d'une faible proportion de liant, on amène cette masse par compression à la presse hydrau - lique à l'état d'une barre prismatique de 18 cm de long et de 5 x 20 mm. de section. Après séchage, cette barre est placée dans l'appareil ci-dessus décrit et y est soumise pendant 6 minutes à une tension de 6 volts, portant progressivement le courant à l'intensité de 1300 amp., ce qui détermine son échauf- fement à la température d'environ 2200 C. une fois refroidie, cette barre présente un aspect métallique, elle'est partioulié- rement dure et exempte d'impuretés.
Le carbure dur ainsi obtenu est réduit en poudre, puis, ac- compagné ou non d'un ou de plusieurs autres métaux ou substances dures accessoires, nitrures, bore, diamant ou autres, est mis en forme de galette par pression et chauffage éventuel à 2000 -8000 C. ,le produit obtenu est prêt alors à subir le traitement dans l'appareil représenté aux figures 2 et 3.
Le dit appareil est constitué par une platine 1, de préfé - rence en fer, contre laquelle est fixée et assujettie par des boulons 1 une cloche étanche 2,2'. Le couvercle 2' de cette
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cloche comporte une tubulure rentrante par laquelle passe le poinçon d'estampage15, dont la queue 15' est guidée par des . blocs 14.
Immédiatement au-dessous de ces blocs, et au-dessus de la matrice en acier 12 sont disposées, dans un plan perpen- diculaire au sens de l'estampage, des électrodes-115, entre les- quelles vient se loger la matière à mouler 26 qu'elles coincent entre elles, sous la poussée de deux ressorts à lames 17 en la maintenant au-dessus du moule 12, et immédiatement en dessous de la face inférieure du poinçon d'estampage 16' Les ressorts 17 sont raccordés au câble 22 par des vis 19 et des bornes 21 et servent à amener aux électrodes le courant nécessaire au chauffage despiècesà mouler 26. Le raccord 3.4 sert à faire le vide dans la cloche, car le chauffage et la compression de la pièce doivent se faire dans le vide ou dans une atmosphère ra - réfiée ou inerte.
L'utilisation de cet appareillage est la suivante . , '
Une ébauche, préparée par pression et recuit éventuel à 200 -800 C. de poudre de carbure ou de nitrure dur ou d'un mé- lange de plusieurs carbures ou nitrures, additionnés ou non de métaux auxiliaires et de bore ou de poudre de diamant, ou de carbure de silicium, est pincée entre les électrodes 13.
La cloche est mi se en place et vidée d' air. Dèsque le vide estimé suffisant est atteint, on amène aux électrodes, par l'intermé - diaire des ressorts 17, un courant électrique de 500 A., ou plus suivant le volume de la pièce 26. laquelle est ainsi por - tée à la température d'incandescence (1800 c. et plus). Cette température de soudure étant atteinte, on applique sur le poin- con 15 une vigoureuse poussée, en faisant tomber sur lui une masse pesante ; sous l'effet de cette poussée, l'ébauche 26 pénètre à l'état pâteux dans la matrice 12 et s'y condense,car ses parties élémentaires se soudent entre elles.
Etant données les hautes températures nécessairement appliquées, et pour évi- ter l'amollissement résultant des mâchoires de la pince, (qui
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sont en charbon, graphite, silicium ou métal à point de fusion élevé, tel que le tungstène) ou leur soudureà l'ébauche ou leur détérioration sous l'effet du choc du poinçon, on a inter- posé entre l'ébauche et l'extrémité des électrodes,des plaquet- tes 26', en métal ou en graphite ; on peut aussi, dans le même but revêtir l'ébauche d'une forte couche de métal ou de graphi- te. On peut aussi enrober l'ébauche dans un cadre de tôle, trés mince, de nickel ou de fer, avec lequel elle est chauffée et chassée dans la matrice.
De cette manière, les électrodes de charbon13 restent nettes aux extrémités et peuvent être uti li- sées plusieurs fois sans être rafraîchies. Un autre procédé de protection consiste à pourvoir l'ébauche sur celles de ses fa- ces qui sont pincées entre les électrodes, d'une couche péné - trante de métal pur (limaille de fer) qui lui est incorporée lors du premier moulage sous la presse ; l'ébauche ne se trouve ainsi pas en contact direct avec les mordaches en carbone par sa substance même, mais par l'intermédiaire d'une couche de métal qui la pénètre sur une profondeur de 1 à 2 mm.
Pour éviter la soudure de l'ébauche aux électrodes, on peut procéder aussi autrement , L'ébauche est faite un peu plus longue qu'i l n'est strictement nécessaire (figures 4 et 5). La matrice présente un jour plus court d'environ 1/3 dans le sens de la longueur que l'ébauche. L'extrémité inférieure du poinçon est ajustée exactement à l'entrée de la matrice. Dans ce cas l'ébauche se trouve également insérée dans le circuit électri - que pour y jouer le rôle de résistance réceptrice. Le passage du courant électrique (env.800 A. sous 4 V. ) porte l'ébauche à la température du blanc brillant, mais,du fait du refroidisse - ment des électrodes, cette température n'est pas atteinte sur toute la longueur de l'ébauche mais seulement dans sa partie centrale.
Une fois la température nécessaire atteinte,le poin - çon est chassé par un mouton et il emporte la partie centrale la plus chaude de l'ébauche pour la refouler dans la matrice.
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Ce mode de procéder empêche le collage de l'ébauche, très chau - de, aux extrémités des électrodes servant de pinces, Dans ce cas aussi, les extrémités des électrodes restent très longtemps net- tes.
Les matières qui se sont révélées les plus appropriées pour la constitution des électrodes, sont le charbon ou le tungstène.
La matrice située sous l'ébauche peut présenter une entrée circulaire, ce qui permet d'obtenir, d'une ébauche prismatique, et au moyen d'un poinçon cylindrique s'ajustant dans la matrice, une rondelle circulaire. Le découpage et l'estampage dans la matrice de cette rondelle circulaire s'effectuent alors en une seule passe, Mais on peut aussi insérer entre les électrodes des ébauches circulaires (préalablement estampées et recuites sous cette forme) les y chauffer et les estamper au moyen du poinçon.
Pour éviter.aussi dans ce cas le collage des plaquettes aux électrodes de charbon, on les entoure d'une légère bague de fer ; l'ébauche circulaire peut aussi être complètement enrobée dans une mince capsule de tôle ou pourvue aux points de sa tran- che qui viennent en contact avec les électrodes, d'un revêtement , de graphite ou de métal ; la tranche elle-même peut être habil - lée sur tout son pourtour et par compression, d'un revêtement de ,poudre métallique pure (figures 6 et 7).
Il n'est pas nécessaire que les ébauches placées dans la presse soient préalablement recuites, elles doivent cependant être bien comprimées et bien séchées.
REVENDICATIONS.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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stamping, is obtained by the Joule effect of an electric current brought by carbon electrodes between which is clamped the blank of the part to be molded, located immediately above the die and the pressure necessary for forced molding is achieved by a punch driven by a sheep, punch which during the reheating of the blank is kept suspended immediately above the latter.
This method dispenses with heating the press itself and ensures the perfect incorporation of the constituent elements of the blanks.
The products provided by the process which is the subject of the invention have a homogeneous and particularly dense structure, they are therefore harder than those obtained by press or simply cemented.
The raw materials the use of which is envisaged by the present invention are more particularly the carbides of metals or metalloids with a high melting point, tungsten, uranium, molybdenum, titanium, boron, zirconium, thorium, etc., pre - electrically trimmed in a neutral or reducing gaseous medium, or in a vacuum.
This preparation consists in subjecting an intimate mixture of coal powder and metal or metalloid with a high melting point to a pressure of at least 100 kg / cm2 to obtain bars or rods then annealed at a temperature close to 18000 to 2200 c / At this very high carburizing temperature, all impurities (oxides, metals, metalloi - des or other foreign matter with a low melting point or volatilization point) are eliminated by dilation. We can therefore be satisfied with using commercially pure products as materials. The carbide thus obtained is of remarkable purity, it is very hard, homogeneous and free from internal stresses. On the other hand, the manufacturing time does not exceed a few minutes.
The rapidity with which carburization is obtained results from 1) the compression to which the mixture of
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PATENT APPLICATION FOR I :::; VE: 'IICN Process for the manufacture of hard bodies intended for the constitution of cutting tools and apparatus for its implementation.
The present invention relates to a process for preparing hard bodies intended more particularly for the manufacture of cutting tools and other tool parts and can be subdivided into two parts:
1 - The preparation of the necessary raw material, and
20 - The manufacture of hard bodies from metal carbides with a high melting point optionally added with nitrides or other hard materials, by pressure molding.
The manufactured articles are first of all blank in a raw material based on the carbides or nitrides in question, taken in the pulverulent state and mixed or not with other metals, then annealed to the vicinity of their melting point. and finally compressed at high pressure and high temperature.
In accordance with the present invention, the reheating necessarily accompanying the compression undertaken prior to
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carbon and metal (or metalloid) prior to heating, and 2) application of very high temperatures. The compression of the mixture has the effect of agglutinating the grains of metal (or metalloid) and of carbon together, which considerably accelerates the reaction when the high temperature is applied.
In the processes used up to now, carburization takes place at around 1000 to 1400 C. and requires two to four hours; the material used is a loose mixture of metal and carbon (Cf. Dr. Skaupy. Metallkeramik, 1930, page 53).
In fact, the present invention proceeds in the following manner. Rods or small prismatic bars are prepared by compression to about 200 kg / cm 2 of a tungsten powder with the addition of about 7% carbon in the form of soot or finely pulverized anthracite; after optional addition of a binder, these prisms are dried and annealed at a temperature of 2000 to 800 C. The bars thus obtained are then heated by electric resistances in an inert atmosphere of hydrogen gas for lighting or in vacuum, to be gradually brought to the temperature of 20,000 C.
The appended drawings represent an example of equipment capable of being used for implementing the method.
Figure 1 is a vertical section of an annealing furnace used for the preparation of the preliminary carbide; the bars K obtained by compression of a mixture of tungsten and carbon are placed there vertically, clamped between the hollow electrodes k and o, with water cooling and tungsten contact pieces. To compensate for the contraction undergone by the material under the action of heat, the bar is gripped by its lower part in a clamp q plunging on the other hand into a tank p filled with mercury and cooled by circulating water.
The cooling water is introduced into the hollow electrodes j and o, supported by the insulating bushings n, by the
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connection m, and it comes out through the tubing 1 to flow into the funnel v and escape through the drain W. The bell c, resting on the support plate by means of a ridge d 'sealing b, is double-walled and is cooled by a circulation of water arriving through i and discharging through h.
The gas constituting the inert atmosphere, eet introduced into the bell by the connection g and evacuated by x To avoid the poisoning of the personnel serving, this gas can be burned when it leaves the bell. The said bell is suspended from ropes passing over pulleys e, and supporting counterweights. 1 ...
Here is a typical example of the implementation of the process:
A mixture of 186 gr. Is thoroughly triturated for several hours. of chemically pure tungsten and 14 gr. of fine charcoal powder. After adding a small proportion of binder, this mass is brought by compression in a hydraulic press to the state of a prismatic bar 18 cm long and 5 × 20 mm. section. After drying, this bar is placed in the apparatus described above and is subjected there for 6 minutes to a voltage of 6 volts, gradually bringing the current to the intensity of 1300 amp., Which determines its heating to at a temperature of about 2200 ° C. when cooled, this bar has a metallic appearance, it is partially hard and free from impurities.
The hard carbide thus obtained is reduced to powder, then, whether or not accompanied by one or more other metals or accessory hard substances, nitrides, boron, diamond or others, is shaped into a wafer by pressure and possible heating at 2000 -8000 C., the product obtained is then ready to undergo the treatment in the apparatus shown in Figures 2 and 3.
Said apparatus consists of a plate 1, preferably made of iron, against which is fixed and secured by bolts 1 a sealed bell 2.2 '. The 2 'cover of this
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bell has a re-entrant tube through which passes the stamping punch 15, whose tail 15 'is guided by. blocks 14.
Immediately below these blocks, and above the steel die 12 are arranged, in a plane perpendicular to the direction of the stamping, electrodes-115, between which the material to be molded is placed. 26 that they wedge between them, under the thrust of two leaf springs 17 while maintaining it above the mold 12, and immediately below the underside of the stamping punch 16 'The springs 17 are connected to the cable 22 by screws 19 and terminals 21 and serve to bring to the electrodes the current necessary for heating the parts to be molded 26. Connection 3.4 is used to create a vacuum in the bell, because the heating and compression of the part must take place in a vacuum or in a refuted or inert atmosphere.
The use of this apparatus is as follows. , '
A blank, prepared by pressure and possibly annealing at 200 -800 C. of hard carbide or nitride powder or of a mixture of several carbides or nitrides, with or without the addition of auxiliary metals and boron or diamond powder , or silicon carbide, is clamped between the electrodes 13.
The bell is placed in place and emptied of air. As soon as the estimated sufficient vacuum is reached, an electric current of 500 A. is brought to the electrodes, by means of the springs 17, or more depending on the volume of the part 26, which is thus brought to temperature. incandescence (1800 c. and more). This solder temperature having been reached, a vigorous thrust is applied to the punch, causing a heavy mass to fall on it; under the effect of this thrust, the blank 26 penetrates in the pasty state into the die 12 and condenses there, because its elementary parts are welded together.
Given the high temperatures necessarily applied, and to avoid the resulting softening of the jaws of the clamp, (which
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are made of carbon, graphite, silicon or a metal with a high melting point, such as tungsten) or their welding to the blank or their deterioration under the effect of the impact of the punch, it has been interposed between the blank and the end of electrodes, plates 26 ', of metal or graphite; it is also possible, for the same purpose, to coat the blank with a strong layer of metal or graphite. The blank can also be coated in a very thin sheet metal frame of nickel or iron, with which it is heated and driven into the die.
In this way, the charcoal electrodes remain neat at the ends and can be used multiple times without being refreshed. Another method of protection consists in providing the blank on those of its faces which are clamped between the electrodes with a penetrating layer of pure metal (iron filings) which is incorporated into it during the first molding under the electrode. hurry ; the blank is thus not in direct contact with the carbon jaws by its very substance, but through a layer of metal which penetrates it to a depth of 1 to 2 mm.
To avoid welding the blank to the electrodes, one can also proceed otherwise. The blank is made a little longer than is strictly necessary (Figures 4 and 5). The die is approximately 1/3 shorter lengthwise than the blank. The lower end of the punch fits exactly to the entry of the die. In this case, the blank is also inserted into the electrical circuit to act as a receiving resistance. The passage of electric current (approx. 800 A. at 4 V.) brings the blank to the temperature of brilliant white, but, due to the cooling of the electrodes, this temperature is not reached over the entire length of the the blank but only in its central part.
Once the required temperature has been reached, the punch is driven off by a sheep and it takes the hottest central part of the blank to push it back into the die.
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This method of proceeding prevents the very hot blank from sticking to the ends of the electrodes serving as clamps. In this case too, the ends of the electrodes remain sharp for a very long time.
The materials which have proved to be the most suitable for the constitution of the electrodes are carbon or tungsten.
The die located under the blank may have a circular entry, which makes it possible to obtain, from a prismatic blank, and by means of a cylindrical punch fitting into the die, a circular washer. The cutting and stamping in the die of this circular washer are then carried out in a single pass, But it is also possible to insert between the electrodes circular blanks (previously stamped and annealed in this form), heat them there and stamp them using of the punch.
To avoid.also in this case the sticking of the plates to the carbon electrodes, one surrounds them with a light iron ring; the circular blank can also be completely embedded in a thin sheet metal capsule or provided at the points of its cutting edge which come into contact with the electrodes, with a coating, of graphite or of metal; the wafer itself can be dressed all around and by compression, with a coating of pure metal powder (Figures 6 and 7).
It is not necessary that the blanks placed in the press be previously annealed, however they must be well compressed and well dried.
CLAIMS.
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