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Procédé pour la fabrication de métaux durs.
La présente invention concerne un procédé pour la fabrication de métaux durs à partir de substances à point de fusion élevé, comme les carbures, les nitrures, les siliciures, les borures de métaux à. point de fusion élevé ou de métallo'ides, par exemple à pa.rtir de carbures de tungstène, procédé suivant lequel ces matières de départ dures sont fondues avec amenée simultanée d'hydrogène, sous un arc qui est capable de dissocier complètement ou en partie l'hydrogène en ses atomes, les électrodes étant faites par exemple en tungstène, en molybdène ou en un métal équivalent à ceux-ci.
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Suivant le procédé connu, les matières de départ fine- menu pulvérisées, par exemple le carbure de tungstène, sont fondes dans un four à résistance à tube de charbon, moyennant 1'emploi de mesures particulières. Pour que l'alliage fondu ne devienne pas trop cassant,on a déjà proposé d'amener les pièces moulées, comprimées au préalable, aussi rapidement que possible à la température de fusion et de veiller à ce que la pièce comprimée ne vienne en contact que sur de petites surfaces avec le creuset de charbon ou le tube de charbon.
Par la fusion rapide et la minime surface de contact entre la pièce comprimée et les parois de charbon du creuset de fusion ou du tube de charbon, on doit éviter une trop grande absorption de carbone qui rend le métal cassant. On a employé également des procédés de coulée particuliers pour empêcher la formation d'une texture cristalline cassante.
Suivant une autre proposition , on croyait obtenir des masses fondues de métaux durs, résistantes et non cassantes par le fait qu'on refroidissait extrêmement rapidement les alliages après qu'ils étaient devenus liquides. On avait déterminé que les vitesses de refroidissement qui étaient plus grandes que 20 secondes fournissaient des métaux fondus à gros cristaux et friables.
Au moyen des mesures connues on n'a pas surmonté ou on a surmonté seulement dans une minime partie les difficultés résidant dans la fabrication d'un alliage à métal dur non cassant mais résistant.
Après de nombreux essais, il a été établi qu'on peut fabriquer des métaux de grande dureté et en même temps de ténacité satisfaisante à partir des matières de départ connues, comme les carbures, les nitrures des métaux difficilement fusibles, par exemple à partir de carbures de tungstène, sans qu'on doive observer des mesures particulières
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lors de la fusion ou du refroidissement, lorsqu'on fond les matières de départ avec amenée simultanée d'hydrogène sous un arc qui est capable de dissocier l'hydrogène totalement ou partiellement en ses atomes* Sous l'action de l'hydrogène atomque, il se forme un alliage de métal dur, mécaniquement extrêmement résistant, qui possède à côté d'une ténacité suffisante une grande dureté et dont la teneur en carbone est plus petite que celle des métaux durs usuels.
Par suite des températures de fusion élevées à produire en un temps court, il ne se produit pas dans la masse fondue d'absorption notable de carbone. Il n'est par conséouent pas nécessaire non plus de façonner d'abord la matière de départ en corps comprimés, de sorte qu'on peut partir des matières dures pulvérisées que l'on soumet [; l'arc dans des coules de charbon, de graphite ou d'autres matières réfractaires. il est Egalement particulièrement avantageux que l'on peut Laisser refroidir l'alliage fondu à l'air dans ses moules.
Des mesures spéciales ne sont pas nécessaires lors du refroidissement de la masse liquide et il ne faut pas de moules supplémentaires sans lesquels un procédé connu ne peut être réalisé.
On a en outre trouvé avantaeux de surchauffer audelà de leur point de fusion les alliages de métaux durs pauvres en carbone fondus sous l'arc et sous l'action d'hydrogène atomique. On a ainsi, avec des .températures de surchauffage de 200-300 u, des alliages de métaux durs convenablement utilisables.
L'alliage de métal dur fabriqué de la manière ainsi caractérisée convient pour être fritté à l'état finement pulvérisé avec des métaux auxiliaires facilement fusibles, principalement avec des métaux auxiliaires également finement pulvérisés du groupe du fer, pour former un métal dur de té-
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nacité particulière.
Si l'on expose en effet le mélange de métaux fondus finement pulvérisé de l'origine mentionnée cidessus et de métaux auxiliaires fondant plus facilement, finement pulvérisée, à des températures de chauffage qui se trouvent en-dessous de la température de fusion des métaux fondus, ces premiers métaux qui ont déjà par eux-mêmes une bonne ténacité, mais en particulier une très grande dureté, sont incorporés dans les métaux auxiliaires fondant plus facilement. il se forme ainsi, vue que le constituant de base, c'est à dire l'alliage fondu pulvérisé, est d'une dureté tout à fait extraordinaire, encore alors un métal de grande dureté, mais en rême temps très tenace lorsque les métaux auxiliaires sont mis en proportions relativement grandes.
Jusqu'à présent, on ne pouvait agglomérer les matières de départ usuelles, comme par exemple le carbure de tungstèhe finement pulvérisé, riche en carbone, qu'avec 5-6% de métal auxiliaire. Si l'on augmentait l'addition de métal auxiliaire au-delà de cette valeur, la dureté de la matière diminuait tellement rapidement que le produit n'était plus un métal dur utilisable. Tandis que dans le cas de l'emploi des matières de départ ueuelles, on prenait au maximum 20% comme proportion de métaux auxiliaires, on peut en cas d'emploi de l'alliage fondu suivant la présente invention, fabriquer des métaux très durs et très tenaces lorsqu'on agglomère 60-80 de l'alliage fondu pulvérisé finement avec plus de 20% et jusqu'à 40% des métaux auxiliaires également pulvérisés.
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Process for the manufacture of hard metals.
The present invention relates to a process for the manufacture of hard metals from substances with a high melting point, such as carbides, nitrides, silicides, borides of metals. high melting point or metalloids, for example from tungsten carbides, a process whereby these hard starting materials are melted with the simultaneous supply of hydrogen, under an arc which is capable of completely or partially dissociating hydrogen in its atoms, the electrodes being made, for example, of tungsten, molybdenum or a metal equivalent thereto.
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According to the known process, fine pulverized starting materials, for example tungsten carbide, are melted in a carbon tube resistance furnace, with the use of special measures. So that the molten alloy does not become too brittle, it has already been proposed to bring the molded parts, compressed beforehand, as quickly as possible to the melting temperature and to ensure that the compressed part does not come into contact. on small areas with the charcoal crucible or the charcoal tube.
Due to the rapid melting and the minimal contact surface between the compressed part and the charcoal walls of the melting crucible or the charcoal tube, excessive absorption of carbon must be avoided, which makes the metal brittle. Special casting methods have also been employed to prevent the formation of a brittle crystal texture.
According to another proposal, it was believed to obtain hard metal melts, strong and non-brittle by the fact that the alloys were cooled extremely quickly after they had become liquid. Cooling rates which were greater than 20 seconds had been determined to provide coarse crystal and friable molten metals.
By means of known measures, the difficulties in the manufacture of a hard metal alloy which is not brittle but resistant have not been overcome or have been overcome only to a small extent.
After numerous tests, it has been established that metals of great hardness and at the same time of satisfactory toughness can be manufactured from known starting materials, such as carbides, nitrides of difficult-to-melt metals, for example from tungsten carbides, without having to observe special measures
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during melting or cooling, when the starting materials are melted with a simultaneous supply of hydrogen under an arc which is capable of dissociating the hydrogen completely or partially into its atoms * Under the action of atomic hydrogen, a hard metal alloy is formed, mechanically extremely resistant, which has besides sufficient toughness a great hardness and whose carbon content is smaller than that of usual hard metals.
Due to the high melting temperatures to be produced in a short time, there is no significant absorption of carbon in the melt. It is therefore also not necessary to first shape the starting material into compressed bodies, so that one can start from the pulverized hard materials which are subjected to [; arcing in castings of coal, graphite or other refractory materials. It is also particularly advantageous if the molten alloy can be allowed to cool in air in its molds.
Special measures are not necessary when cooling the liquid mass and no additional molds are required without which a known process cannot be carried out.
It has also been found advantageous to superheat the low carbon hard metal alloys molten under the arc and under the action of atomic hydrogen beyond their melting point. Thus, with superheating temperatures of 200-300 µ, suitable hard metal alloys are obtained.
The hard metal alloy produced as thus characterized is suitable for being sintered in a finely pulverized state with easily fusible auxiliary metals, mainly with also finely pulverized auxiliary metals of the iron group, to form a hard metal of t-.
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particular nacity.
If one exposes in fact the mixture of finely pulverized molten metals of the above-mentioned origin and of auxiliary metals which melt more easily, finely pulverized, to heating temperatures which lie below the melting temperature of the molten metals , these first metals which already have by themselves a good tenacity, but in particular a very great hardness, are incorporated in the auxiliary metals melting more easily. it is thus formed, seeing that the basic constituent, that is to say the pulverized molten alloy, is of a quite extraordinary hardness, still then a metal of great hardness, but at the same time very tenacious when the metals auxiliaries are put in relatively large proportions.
Hitherto, the usual starting materials, such as, for example, finely pulverized, carbon-rich tungsten carbide, could only be agglomerated with 5-6% of auxiliary metal. If the addition of auxiliary metal was increased beyond this value, the hardness of the material decreased so rapidly that the product was no longer a usable hard metal. While in the case of using the original starting materials a maximum of 20% was taken as the proportion of auxiliary metals, it is possible, when using the molten alloy according to the present invention, to produce very hard metals and very tough when sintering 60-80 of the finely pulverized molten alloy with more than 20% and up to 40% of the auxiliary metals also pulverized.