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MEMOIRE DESCRIPTIF déposé à l'appui d'une DEMANDE DE BREVET D'INVENTION procédé pour l'obtention d'alliages durs.
On a proposé ces dernières années un certain nombre d' alliages durs, destinés principalement à la fabrication d'ou tils pour le travail de matières de toute nature (par exemple l'usinage avec des outils tranchants).
La plupart du temps, ces alliages contiennent un carbure dur comme élément de base, seul ou mélangé à un ou plusieurs nitrures que l'on ajoute à l'alliage par traitement calorique d'un métal auxiliaire, ayant un point de fusion notablement plus bas, le plus souvent du fer, du cobalt ou du nickel, éventuellement même du chrome et autres métaux ayant un point de fusion à haute ou basse température.
Le métal auxiliaire (dans une proportion d'environ 5 à 20 %) a principalement pour but de souder entre elles les particules de carbure dur, et respectivement de nitrure dur, pour obtenir ainsi despiècesmoins poreusesque cellesque l'on obtient par fusion ou par traitement calorique avec des carbu-
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resdurs ou desnitruresdurs, pur s. La soudure desparticules s'effectue par agglomération plastique, à des températures la plupart du temps inférieures au point de fusion du ou des métaux auxiliaires.
Cependant, les pièces ainsi obtenues présentent toutes ,-.ne porosité plus ou moins grande ayant un effet préjudiciable lors de l'utilisation de la pièce comme outil, etc. Même les pièces exécutées en utilisant simultanément une pression, dont la fabrication est du reste très difficile, présentent encore, presque toujours, un peu de porosité dans le noyau. La transmis sion de la pression dans la masse très grossière dans laquelle jouent de grosses forces d'adhésion n'est pas assez complète.
La friction interne des particules, dans ces pièces moulées, est extrêmement élevée lors de l'application de la pression et la plupart du temps elle ne peut être que difficilement ou incomplètement surmontée. Les pièces dans lesquelles on a aggloméré postérieurement, par traitement calorique le ou les métaux auxiliaires sont encore quelque peu poreuses et même assez. friables? principalement dans le noyau parce qu'elles ont presque le carsc- tère de pièces coulées.
Ainsi que des essais approfondis l' ont montré, ces inconvénients peuvent être éliminés en fabriquant ces pièces d'un seul bloc, dans une seule phase de travail, en les passant à la presse, comme jusqu'ici mais en formant de nombreuses couches minces, superposées, individuellement soudées ensemble à la presse.
Jusqu'ici, les pièces en poudre adéquate de carbure et ;.:étal étaient soumises pour leur agglomération, pendant de nombreuses heures et même pendant plusieurs jours, à un traitement calorique, en utilisant des températures croissantes. Dans le procédé faisant l'objet de cette invention, le procédé calorique de soudure des particules devient inutile.
La fabrication d'un alliage métallique dur, suivant le
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procédé de l'invention, peut être réalisée pratiquement comme suit :
Un mélange de poudres se composant par exemple de carbu- re de tungstène et d'un métal auxiliaire (8 %), fer par exemple est répandu en une mince couche, d'environ 1/100 mm sur une plaque de base adéquate, par exemple une plaque de fer, de façon à recouvrir entièrement cette plaque (ayant une surface d'environ 2 x 10 cm. ). La plaque, dans ce cas, est maintenue constamment à une température de 1000 ou 1200 C.
Un cylindre, par exemple en tungstène, très finement poli au saphir ou au dia mant est passé sur cette mince couche (une ou plusieurs fois) avec application de pression, ou bien on applique sur la. plaque un coup de piston de presse pendant un temps très court, par exemple une fraction de seconde. Il est avantageux d'appliquer une pression élevée, mais ellerlest pas absolument indispensable lorsqu'on opère avec de minces couches. Le cylindre peut être chargé d'une pression de 10-20 kgs seulement lorsqu'on opère sur une surface aussi petite (2 x 10 cm). Cette pression, relativement faible, suffit complètement en combinaison avec la haute température utilisée. On répand ensuite une nouvelle couche de poudres, puis on passe le cylindre comme précédemment, sous pression.
On répète ces opérations jusqu'à ce que l'on ait une couche de métal dur suffisante, d'environ 5-10 mm d'épaisseur.
En général, il suffit de passer une seule fois le cylindre sur toute la surface. On peut ainsi obtenir une épaisseur de métal dur de 5 mm en passant 500 fois le cylindre.
Cette couche de métal peut être ensuite séparée de la plaque de base si nécessaire, mais dans ce cas, il convient de former au préalable sur la plaque une couche galvanique, par exemple en nickel. On peut également utiliser la plaque recouverte du métal dur pour faite l'outil (figures 6 et 7).
Les pièces ainsi obtenues ne présentent plus de porosi tés même.si on observe avec un fort grossissement la surface
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décapée et polie. Le cas échéant ces pièces peuvent être rendue postérieurement homogènes en les chauffant longtemps, ' pour provoquer les phénomènes de diffusion interne. Cependant, la plu part du temps, ce traitement postérieur est inutile. La surface décapée et polie présente la structure fibreuse désirée, nécessaire pour l'utilisation de la pièce (produite par le laminage) .
Ce procédé peut être réalisé dans une atmosphère gazeuse protectrice, hydrogène etc, ou bien dans le vide ou bien alternativement dans une atmosphère gazeuse protectrice et dans le vide. On peut également employer comme éléments additionnels de l'alliage, desmétalloïdes, silicium, bore et autrespar exemple.
On peut utiliser à la place des éléments purs (fer, nickel par exemple) les oxydes de ces métaux ;ces oxydes sont réduits sous l'influence du gaz de l'atmosphère protectrice (hydrogène par exemple) dans le cours de la réalisation du procédé.
Ces alliages métalliques durs, ainsi obtenus par la su perposition de nombreuses couches minces, soudées entre elles, sont la plupart du temps supérieurs aux alliages connus jusqu' ici, traités caloriquement ou faits simultanément à la presse ou coulés. Dans la plupart des cas, on évite la formation de tensions internes dans les pièces finies par suite de la fabrication lamellée.
Les alliages ainsi obtenus peuvent être utilisés pour d' autres outils, comme par exemple des filières, tuyères pour les travaux au jet de sable, pivots pour la fabrication des montres, compteurs, instruments etc.., lames ou balances, pour la suspen - sion des pendules, des montres etc...,; utilisations pour lesquelles les alliages de ce genre n'avaient pas donné de bons résultats, malgré les très nombreux essais.
On peut employer tous/les carbures et nitrures durs, con- nus jusqu'ici, avec et sans métal auxiliaire ayant un point de fusion bas ou élevé, individuellement ou mélangés. On peut également ajouter à ces poudres d'autres substances dures (bore ou diamant naturel ou synthétique et autres.)
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Lorsqu'on veut fabriquer avec ce procédé des pièces dures sans métal auxiliaire, par exemple des pièces en carbure de tungstène pur, la plaque de base doit être en métal ayant un point de fusion supérieur, par exemple en tungstène métal dont le point de fusion est 5500 C ou en charbon. La, température d' opération est de préférence maintenue aux environs du point de ramollissement de la poudre de carbure (2500 C).
Dans ce cas, on utilise de préférence un cylindre pour le laminage de la poudre, en tungstène pur. Lorsqu'on emploie la température de ramollissement, on n'a pas besoin d'appliquer une pression éle- vée. La température du traitement thermique postérieur dépend du choix du métal auxiliaire ou du point de fusion du mélange de métaux auxiliaires. Lorsqu'on emploie du fer ou du nickel comme métal auxiliaire, une température de 1000-1200 C convient très bien pour le traitement thermique postérieur, en vue de l' homogénisation de l'alliage.
Le dessin représente, pour exemple, une forme de construc- tion d'un dispositif servant à la réalisation du procédé fai- sant l'objet de l' i nve nt i on.
La figure 1 est une vue de face de ce dispositif.
La figure 2 est une vue latérale partielle.
La figure 3, une coupe suivant la ligne A-B de la figurel.
La figure 4, la vue latérale du cylindre du dispositif.
La figure 5, une vue partielle de l'anneau en alliage dur fini.
La figure 6, une vue de l'outil fabriqué avec cet anneau, et
La figure 7, un outil de tour, fabriqué suivant l'inven- t i on.
Dans l'exemple de réalisation représenté sur le dessin, on utilise non pas une plaque plane pour recevoir les minces couches,mais un anneau a (rotatif) ayant une section transversa- le rectangulaire, en fer, nickel, graphite, molybdène ou autre
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métal ayant un point de fusion élevé. L'anneau a est muni de trous b, sur les côtés, au moyen desquels il peut être fixé sur un disque plan, rotatif d, au moyen des ergots c. L'arbre du disque d est monté sur les paliers! et g. Le chauffage de 1' anneau rotatif s'effectue dans le cas actuel par résistance éleotrique, l'anneau a étant intercalé en résistance entre les ba lais o, p se trouvant sous tension (on utilise par exemple pour un anneau d'environ 20 cm de diamètre et une épaisseur de 20 mm un courant de 20 Volts et 1500 Ampères).
De préférence un cylindre profilé m,ml travaillantà la compression, attaque la face intérieure de l'anneau a, à son point le plus bas, ce cylindre coopérant avec un second cylindre n, L'anneau -- tourne dans le sens inverse des aiguilles d' une montre ; devant le cylindre m, ml débouche l'extrémité inférieure du tuyau il d'une trémie i se trouvant en-dessous du tambour de tamis h, contenant le mélange de poudre devant être utilisé.
Le fonctionnement du dispositif est le suivant ;
Le mélange de poudre venant du tami s h tombe dans la tré- u¯ie 1 (dont le tuyau a une sectio n rectangulaire, correspondante à la largeur de l'anneau a, figure 3) puis de là sur l'anneau rotatif a ; elle est laminée au fur et à mesure par le cylindre m, m. Lorsque l'anneau a a fait un tour complet, la première couche de métal dur a été formée. Au bout d'environ 500 -tours, l'épaisseur de la couche d'alliage dur est d'environ 5-7 mm.
A ce moment on coupe le courant et l'anneau , avec sa couche d'alliage métallique k est enlevé du disque plan d. On coupe l'anneau a en différentsmorceaux, en le tronçonnant en r tandis que la couche de métal dur k est entaillée en % pour permettre de faire sauter les différents morceaux au marteau, etc.
On obtient insi les morceaux s, figure 6, constitués d'un segment d'anneau al et de la couche de métal dur kl. La pièce en
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métal dur ainsi faite] peut être soudée sur un outilde tour (figure 7).
Pour éviter l'oxydation de la couche de métal dur, l'anneau rotatif est disposé dans une cloche ayant une atmosphère gazeuse, protectrice non représentée). On pourrait également chauffer l'anneau rotatif par exemple à la flamme.
Le mélange de poudres au lieu d'être répandu à froid peut également être appliqué à chaud sur la plaque. On peut le cas échéant, au moyen d'un dispositif adéquat, injecter à chaud le mélange de poudres sur la plaque, couche par couche, par exemple en utilisant du gaz comprimé. Dans ce cas, l'anneau (la base) peut n'avoir pas besoin d'être chauffé.
Un autre avantage du procédé faisant l'objet de l'invention réside dans la possibilité de fabriquer automatiquement des pièces en alliages durs et dans la. suppression de la presse hydraulique pour faire ces pièces. En effet, l'emploi de la presse hydraulique est difficile, incommode et codteux.