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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.
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