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" Procédé et dispositifs permettant de rapporter des alliages de métal dur sur les métaux sous- jacents ".
L'emploi d'aciers trempés dans la confection d'outils de coupe par enlèvement de oopeaux offre l'avantage d'assu- rer une vitesse de coupe élevée, si l'on refroidit les outils à l'aide de liquides, sans impliquer le risque d'un revenu et d'un ramollissement ; toutefois.la résistance de ces aciers à la chaleur est encore limitée et ne permet pas un travail à hautes températures. C'est donc à bon escient que l'on a
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pu recourir, ces derniers temps, aux alliages en métal dur pour le revêtement d'outils de coupe par enlèvement de co- peaux.
Toutefois, pour des raisons économiques et en égard à la fragilité de ces alliages en métal dur, on n'a rapporté de tels-alliages que sur le tranchant des outils. On a, dans ce cas, rapporté les métaux durs agglomérés, sous la forme de plaquettes, par brasage, de préférence au cuivre, ou par soudage, avec interposition d'un tissu de fer entre le corps de l'outil et la plaquette de métal dur, l'ensemble étant ensuite chaufféau four et intimement soudé, c'est-à-dire rendu compact par soudage à la presse et à chaud. Cependant, ce mode opératoire n'assure pas toujours avec certitude une bonne fixation du métal dur sur le support.
La présente invention a pour objet un procédé permet- tant de rapporter, par soudure en gouttes, des alliages en métal dur, à l'aide de l'arc électrique ou du chalumeau à gaz, ce qui rend possible une fabrication particulièrement simple de tranchants d'outils ou organes analogues, en réa- lisant une adhérence bien meilleure du métal dur au métal sous-jacent et, par suite, des qualités de travail amélio- rées. La caractéristique principale du nouveau procédé con- siste dans l'utilisation d'électrodes de nature déterminée pour la soudure.
On a l'habitude de munir les électrodes destinées à la soudure par arc électrique, d'une gaine, grâce à laquelle la l'allongement,'ténacité en barreaux entaillés ( preuve de résilience ) et la facilité de forgeage sont notablement accrus à l'endroit de la soudure, en particulier dans les soudures de chaudières et d'aciers de construction. Les gaines connues sont composées, en général, de matières mi- nérales, où prédominent les mélanges d'amiante, de quartz,
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de kaolin, d'ilménite, de carbonates alcalino-terreux et de corps analogues. Dans des cas donnés, on peut adjoindre des substances métalliques, telles que le ferrosilicium, l'alu- minium ou le ferromanganèse, à ces mélanges, afin d'éviter l'absorption d'oxygène ou d'azote.
L'emploi d'électrodes gainées en alliage de métal dur, également quand il s'agit de rapporter ces alliages de métal dur sur le métal sous-jacent, par soudure électrique à l'arc, s'est révélé propre à augmenter la conductibilité; faute de cette précaution, la transformation des alliages en goutte- lettes est très tumultueuse. Cependant, les gaines d'élec- trodes connues ne remplissent pas les conditions imposées au soudage des métaux durs, surtout parce que l'on n'obtient pas, malgré une bonne résilience, une dureté suffisante pour la majorité des ohamps d'application.
Conformément à l'invention, on remédie à cet inconvé- nient en munissant les électrodes destinées au soudage des métaux durs d'au moins deux gaines de compositions différen- tes. Les couches intérieures de la gaine sont, dans ce but, constituées principalement par des métaux des quatrième, cinquième et sixième groupes principaux de la classification périodique, à savoir le titane, le zirconium, le vanadium, le niobium, le tantale, le chrome, le molybdène, le tungstène et/ou leurs carbures, auxquels on peut incorporer, dans cer- tains cas, du charbon libre sous forme de graphite, de pou- dre de charbon de bois etc..... On peut en outre, ajouter des constituants minéraux, par exemple de la chaux, du si- licate de calcium, du bioxyde de titane ou des composés si- milaires, afin d'améliorer l'affinité de combinaison ou la répartition uniforme des alliages.
Les couches extérieures de la gaine.sont constituées avantageusement par des compo- sants minéraux réfractaires, tels que l'amiante, le carbonate
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@ de calcium, la chaux, l'alumine et des substances minérales semblables ou leurs mélanges, ce qui permet en particulier d'obtenir une couche de scories sur la soudure.
Il est avantageux de réduire à l'état pulvérulent le mélange des substances précitées, qui doivent être rapportées clans les différentes couches de la gaine, avec d'agglomé- rants organiques ou minéraux, puis de l'étendre, ou de le déposer par projection ou encore par immersion. On peut rap- porter les gaines métalliques sous forme de tôles, tubes, etc..., éventuellement en enroulant des bandes de tôle.
Une enveloppe double ou multiple de ce genre augmente nettement la stabilité électrique de l'arc ,de soudure et permetd'améliorer notablement la liaison du métal rapnorté au métal sous-jacent, sans que la structure métallique, la composition et la compacité du métal soient détruites. Un avantage spécial réside, d'autre part, en. ce que la ténacité du métal rapporte par soudure augmente, conjointement avec sa dureté, dans une mesure importante.
Des essais détaillés ont permis d'établir que des tranchants d'outils sur aciers de tournage et de fraisage, par exemple, obtenus conformé- ment à l'invention à l'aide d'électrodes à gaine double ou multiple, possèdent des capacités de coupe nettement meil- leures et se prêtent à des vitesses de travail plus grandes que des tranchants soudés au moyen d'électrodes à gaine sim- ple de composition connue.
Le noyau de l'électrode proprement dit peut avoir tou- te composition désirée. Des électrodes à base d'alliages contenant du carbone mais exemptes de fer ou à faible teneur en fer, notamment des alliages de tungstène, de chrome, de cobalt, de mangànèse, de nickel et de métaux similaires ou de leurs carbures, entrent particulièrement en ligne de compte dans la soudure de métaux durs; dans certains cas,
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on peut leur adjoindre d'autres substances,telles que le vanadium, le tantale, le molybdène,etc....
Le nouveau procédé convient, de préférence, au dépôt d'alliages en métal dur sur des outils de coupe par enlève- ment de copeaux. Dans cette application, on a constaté qu' il est avantageux de rapporter les alliages de métal dur en plusieurs couches; de préférence, on rapporte la couche la plus profonde, sur une faible épaisseur avec une intensité de courant aussi faible que possible et sans échauffement de l'outil. On soude néanmoins les couches suivantes après chauffage préalable de l'outil, à une température appropriée comprise entre 400 et 700 . Une autre voie, suivie avec succès, consiste à rapporter la première couche par soudure autogène.
Dans la soudure au chalumeau, la pénétration du fer dans le métal dur est moins intense qu'avec la soudure élec- trique d'intensité normale, par suite l'absorption de fer du métal sous-jacent est plus petite. Les deux procédés, soudure électrique à faible intensité de courant et soudure au chalumeau, ont pour but d'atténuer le plus possible la diffusion du fer dans le métal dur rapporté. L'absorption de fer altère la dureté à chaud de l'alliage soudé.
Les outils pourvus de tranchants en métal dur et ob- tenus par ce procédé, se comportent d'une manière comparable à celle des outils entièrement en acier trempé,mais ils ont sur ceux-ci la supériorité que leur confère une puissance de coupe beaucoup plus grande et une dureté à chaud nette- ment meilleure.
Des outils de ce genre ne perdent pas leur pouvoir de coupe, excellent, à des températures pouvant atteindre 7000 Comparativement aux outils à tranchant de métal dur rapporté par brasage, les outils conformes à l'invention offrent en- oore l'avantage d'une meilleure dissipation de la chaleur.
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En outre, le procédé,objet de la présente invention,est par- ticulièrement simple et permet une économie appréciable d'a- cier dans plusieurs cas. On peut, par exemple, rendre leur forme correcte par refoulement, à des aciers de tournage usés, ce qui est difficilement réalisable avec des aciers trempés. Il en résulte une économie importante dans la fa- brication des outils.
Le corps métallique des outils peut ainsi être consti- tué par une matière quelconque de résistance suffisante, par exemple, des aciers au carbone ; adopte de préférence pour le métal dur des alliages de métaux déterminés et leurs car- bures, tels que les carbures de tungstène, de titane ou de molybdène, additionnés de cobalt, de chrome, de manganèse, de nickel, de vanadium/etc....
L'exemple décrit ci-après fera bien comprendre de quel- le manière on rapporte un métal dur par soudure électrique sur de l'acier.
Le métal du corps de l'outil, qui peut être en acier de tournage, est de l'acier au carbone 6011 offrant une ré- sistance de 60 à 80 kg/mm2. Sa section est adaptée à la forme de l'acier de tournage. L'alliage de métal dur, rap- porté par soudure électrique, se compose, par exemple, de tungstène, de chrome et de cobalt et contient environ de 1,5à 6 % de carbone. On soude la première couche de'métal dur à l'aide d'une électrode d'un diamètre égal à 4 mm et avec une intensité de courant d'environ 110 à 120 ampères; on soudera les couches suivantes après chauffage préalable de l'acier de tournage à 4000 avec une intensité de 130 à 140 ampères.
Un dispositif de soudure, dont on a constaté la con- venance au soudage éventuel des alliages en métal dur sur des aciers de tournage, comporte un support, constitué, par
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exemple, par un châssis à inclinaison réglable, sur un côté duquel est fixé un gabarit. Ce gabarit doit être en une ma- tière non soudable au fer, par exemple du graphite ou du cuivre. Il est pourvu d'encoches dont la forme correspond à celle des outils à souder, éventuellement des aciers de tournage. On place les aciers dans le châssis de telle sorte que leur partie avant soit engagée dans une encoche corres- pondante du gabarit, en prenant soin de disposer horizonta- lement, autant que possible, la surface du métal sous-jacent, sur laquelle l'alliage de métal dur doit être rapporté.
Le châssis est convenablement relié à un autre support ou organe analogue susceptible de maintenir les outils de telle manière que l'on puisse aussi souder complètement les interstices éventuels existant aux points de contact entre la couche la plus profonde de métal dur et le métal du corps d'outil, après avoir retourné cet outil et rendu horizontale sa surfaoe antérieure.
La description qui va suivre, en regard du dessin an- nexé, donné à titre d'exemple, fera bien comprendre de quelle manière l'invention peut être réalisée, les particularités qui ressortent tant du dessin que du texte faisant bien en- tendu partie de celle-ci.
La figure 1 est une vue de côté d'un dispositif aména- gé en table de soudage.
La figure 2 est une vue de dessus de ce dispositif.
L'installation comporte un pilier 1, supportant un plateau 2 réglable en hauteur. Des écrous à oreilles 3 as- surent une fixation amovible, sur le plateau 2, d'une plaque 4 pourvue, sur un côté, de deux chaises pour paliers 5. Ces chaises reçoivent les deux tourillons 6 d'un châssis 7. On peut régler en hauteur la position du châssis 7, à l'aide d'une tige 8 à volant 9, du côté opposé aux chaises 5.
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Une vis de serrage 10 à poignée 11 est prévue, en outre, dans l'une des chaises 5 pour empêcher le châssis 7 de quit- ter la tige 8.
Un gabarit 12 est fixé, par les vis 13 sur le châssis 7, latéralement aux tourillons 6. Ce gabarit 12 est en cui- vre, conformément au but visé et a la forme d'un bloo allon- gé et plat, présentant un grand nombre d'encoches 14 dans ses longues faces étroites. Ces encoches 14 sont un peu plus grandes que les largeurs des tranchants d"aoiers de tournage, lesquelles sont,par exemple,normalisées, de sorte que l'on peut y engager les têtes des outils.
Le châssis porte encore une entretoise 15 ; borne à vis 18, au pied du pilier 1, permet la fixation du câble d'amenée de courant.
La figure 2 illustre le mode d'utilisation du disposi- tif de soudure par l'indication, en trait pointillé, d'un acier de tournage 16 dans la position d'utilisation. La tête de l'acier de tournage est située dans une encoche corres- pondante du gabarit 12. On détermine l'obliquité du châssis 7 de telle manière que la face supérieure de l'acier soit complètement horizontale à l'endroit de la soudure.
On rapporte alors par soudure une mince oouohe de mé- tal dur sur la tête de l'outil d'acier non réchauffé. Ensui- te, on chauffe l'acier entre 500 et 700 et l'on soude de nouvelles couches sur la tête d'outil dans le même appareil.
Comme le montre l'expérience, il subsiste facilement un interstice au bord de l'outil entre le métal sous-jacent et l'alliage en métal dur, lors de la soudure de la première couche sur la tête d'acier. Pour permettre l'obturation de cet interstice, on retourne la pièce d'acier bout pour bout, après soudage des autres couches de métal dur et on la place sur le châssis 1 et l'entretoise 15 dans la position désignée
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en 17 sur la figure 1 ( contour apparent de l'outil en poin- tillé ). Au moyen de la tige 8 de réglage en hauteur, on règle le châssis 9 pour placer la face frontale de l'acier dans une position exactement horizontale et l'on soude l'in- terstice subsistant avec de l'alliage en métal dur.
On peut établir de manière analogue des dispositifs de support pour d'autres outils que les aciers de tournage, par exemple, des outils de fraisage ; est essentiel pour ces derniers, d'entourer les places à souder de gabarits- calibres en matière non soudable avec le fer.
Un avantage particulier des outils de coupe par enlè- vement de copeaux à couches en métal dur rapportées par sou- dure électrique à l'arc est le suivant : on peut parfaite- ment procéder à un affutage ultérieur entraînant une moindre usure des meules et s'effectuant plus rapidement que cela n'est réalisé à une température élevée. Lors de cette opéra- tion, on affûte tout d'abord l'outil à haute température, de préférence entre 700 et 1000 , puis on finit l'affû- tage à froid.
L'usure moindre des meules, inhérente à l'affûtage à chaud, permet l'emploi d'abrasifs plus tendres et meilleur marché, par exemple des meules en corindon au lieu de meules en carbure de silicium.
En outre, le processus d'affûtage à chaud est de durée notablement plus courte que l'affûtage ordinaire à froid.
On peut, sans aucun danger, porter l'outil à une tempéra- ture élevée et l'affûter dans ces conditions, grâce à la fixation solide réalisée par la soudure du métal dur sur le métal sous-jacent.
Il est bien évident que des modifications de détails peuvent être apportées au procédé qui vient d'être décrit sans pour cela sortir du cadre de l'invention.