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PEREFOTIONNEMENTS AUX PROCEDES DE FABRICATION DES ALLIAGES DURS FRITTES.
L'invention est relative aux alliages durs frittés à base de car- bure de tungstène et/ou de carbure de molybdène, de composé(s) dur(s) et réfrac- taire(s) à caractère métallique et d'un ou plusieurs métaux ou alliages auxi- liaires plus fusibles, On a déjà décrit un procédé de fabrication dans le brevet français N 785.576 demandé le 4 Mai 1934 par la Société demanderesse, A cet effet, on prépare séparément: -1 ) un mélange intime de carbure de tungstène et/ou de carbure de molybdène avec un métal ou alliage auxiliaire, par exemple le cobalt, ou un alliage fer-cobalt ;
-2 ) d'autres mélanges intimes semblables, associant chacun un constituant dur et une quantité convenable d'un métal ou alliage auxiliaire, Les métaux ou alliages auxiliaires peuvent être identiques dans tous ces mélanges partiels, ou bien diffèrer les uns des autres pour tout
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ou partie de ces mélanges On associe les diverses f ractions obtenues dans les proportions requises par la composition finale, puis le mélange est homogénéisé comprimé et fritté.
La Société demanderesse a fait la constatation inattendue que la structure de tels alliages se trouve très favorablement modifiée, et les pro- priétés de coupe améliorées de façon considérable, lorsque le mélange de car- bure de tungstène et/ou de carbure de molybdène avec le cobalt ou le métal auxiliaire est préparé suivant la technique décrite dans le brevet belge du 11 Juin 1938 (N 428.559)par la même Société demanderesse et ayant pour titre: "Nouveau procédé de fabrication des alliages durs frittés". On en rappellera brièvement le principe;
Suivant ce dernier brevet, on prépare des mélanges très intimes, homogènes et à crains très fins de carbure de tungstène et/ou de carbure de molybdène avec un métal ou un alliage auxiliaire, le cobalt par exemple, sans qu'un broyage sec ou humide soit Indispensable.
A cet effet, on mélange des composés du tungstène et/ou du molybdène avec des composés des divers métaux liants, tous métaux qu'on libère par réduction au moyen d'un gaz susceptible de déposer simultanément une petite quantité de carbone à la surface des grains métalliques. Après achèvement de l'opération, la matière est constituée par des métaux libres, et par du carbone que l'on dose et dont on ajoute le complé- ment néceqsaire à la carburation du tungstène et/ou du molybdène, Le tout est alors chauffé en atmosphère d'hydrogène et se trouve sous forme pulvérulente prête à l'emploi nouveau ici décrit quand la carburation est terminée. Dans la pratique, il est souvent préférable de saturer le tungstène et/ou le molybdène suivant formale CW (6,12% de carbone) et/ou CM.
(11% de carbone environ); mais on peut aussi se servir avec succès de carbures incomplets; le carbure de tungstène titrant par exemple 5,75 - 6,00 % de carbone, étant alors un mélange des deux carbures CW2 (3,15% de carbone) et GW.
Suivant un mode de réalisation de la présente invention, on pré- pare séparément chacun des composants durs de l'alliage : carbures, borures, nitrures, etc.. et on le broie finement avec une quantité calculée de métal, d'alliage ou de métaux devant former alliage auxiliaire. Pour abréger le langage, on désignera par "mélange primaire" et plus brièvement par "primaire" chacune des poudres auxiliaires renfermant un composé dur et un métal, alliage ou mélange de métaux permettant l'agglomération au cours du frittage, L'alliage dur à réaliser comporte donc en général autant de "primaire" qu'il y a de oom-
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-posés durs incorporés, Suivant l'invention le "primaire" au tungstène et/ou molybdène est préparé de la façon spéciale décrite dans le brevet belge précité du 11 Juin 1938.
On peut d'ailleurs associer plusieurs "primaires" préparés de même, mais il est indispensable que les "primaires" aux métaux du sixième grou- pe périodique aient été obtenus de cette façon.
Bien entendu, chaque mélange primaire est dosé de manière à pou- voir entrer tel quel en proportion convenable dans le mélange définitif. Si l'agglomérant est commun à tous les composants durs, on le fractionne entre les divers mélanges primaires, et de préférence de façon à associer à chaque constituant dur un poids d'agglomérant à peu près proportionnel à son volume propre,. Cette proportionnalité n'est pas indispensable à la qualité de l'al- liage final.
Par exemple suivant la composition en poids :
Carbure de tungstène 85%
Carbure de titane 8%
Cobalt 7% il faudrait d'après la règle de proportionnalité, 5,25 de cobalt dans le pri- maire au tungstène et 1,75 de cobalt dans le primaire au titane, On a préparé des alliages satisfaisants pour des quantités respectivement comprises entre environ 4,5 et 6,0 de cobalt et 85 de carbure de tungstène dans le primaire au tungstène et environ 2,5 à 1,0 de cobalt avec 8 de carbure de titane dans le primaire aitane,
A titre d'exemple, on indiquera maintenant en détail la réalisa- tion des alliages de carbure de tungstène, carbure de titane, et cobalt.
Le taux du carbure de titane est inférieur à 20% et celui du cobalt à lofa. Par exemple, soient les compositions en poids :
TABLEAU I
EMI3.1
<tb> I <SEP> II <SEP> III
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Carbure <SEP> de <SEP> tungstène.............. <SEP> 85 <SEP> 80,5 <SEP> 72
<tb>
<tb> Carbure <SEP> de <SEP> titane................ <SEP> 8 <SEP> 12 <SEP> 19
<tb>
<tb>
<tb> Cobalt <SEP> ..................... <SEP> 7 <SEP> 7,5 <SEP> 9
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Primaire <SEP> au <SEP> tungstène.............. <SEP> 90 <SEP> 85,5 <SEP> 75,2
<tb>
<tb> Primaire <SEP> au <SEP> titane <SEP> ... <SEP> , <SEP> ..........
<SEP> , <SEP> 10 <SEP> 14,5 <SEP> 24,8
<tb>
Chaque primaire renferme la totalité du carbure correspondant et une fraction du cobalt, Ainsi, pour l'exemple I, il y a 5 de cobalt dans le primaire au tungstène et 2 dans l'autre primaire,
Le primaire au tungstène est préparé suivant le brevet belge précité du 11 Juin 1938é En général, la carburation finale a légèrement ag- glmméré le cobalt; il convient alors de broyer et de tamiser ce primaire. le
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refus du tamis retournant au broyage. Pour le primaire au titane, il est commode de préparer d'abord le carbure suivant l'un quelconque des procédés connus.
Bien que la saturation exige 20% de carbone, il est souvent préférable de le sous-doBer légèrement, par exemple entre 19 et 20 %, l'excès de titane entrant en solution solide dans son carbure. On broie ce carbure avec le taux de cobalt en poudre correspondant à la composition choisie pour le primaire au titane, de préférence dans un moulin à boulets, Les grains de carbure dur sont alors à peu près enrobés de cobalt plus mou. Le ptoduit obtenu est ta- misé puis mélangé avec la quantité calculée de primaire au tungstène, On par- fait l'homogénéisation par un broyage de quelques heures (par exemple 5 à 40 heures) dans un moulin à boulets. La masse, de préférence tamisée, est prête au frittage. Ce dernier peut être exécuté par compression suivie de cuisson en atmosphère neutre ou réductrice.
On peut exécuter successivement deux ou plusieurs cuirons, dont la dernière donne à l'alliage sa ténacité maximum ; on peut alors usiner les pièces d'alliage préalablement à cette cuisson, car sous cet état elles sont relativement peu tenaces et facilitent le dégrossis- sage par les moyens courants. On peut aussi fritter par actions simultanées de la compression et de la température, dans un moule résistann graphite ou en carbone, l'opération durant en général entre une fraction de minute et quelques minutes. Enfin, pour certaines compositions et quel qu'en soit le mode de frittage, on peut obtenir un durcissement complémentaire par traite- ment thermique suivant le brevet français 756.523 de la Société demanderesse, déposé le 5 Septembre 1932.
Lorsqu'on utilise le frittage sans compression simultanée, 1'ag- glomération est obtenue en 20-60 minutes pour une température maximum de 1575 à 1475 C. environ, associant le palier le plus long à la température la plus basse, et inversement. Si l'on comprime pendant la chauffe, il suffit en général de maintenir vers 1550 pendant une à deux minutes, ou vers 1500 pendant 3 à 8 par exemple.
On peut de même préparer des compositions telles que les sui- vantes, moyennant changements appropriés des températures et des durées de frittage.
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TABLEAU II
EMI5.1
<tb> : <SEP> IV <SEP> V <SEP> VI <SEP> VII <SEP> VIII
<tb>
<tb> Carbure <SEP> de <SEP> tungstène <SEP> : <SEP> 68 <SEP> 60 <SEP> 77 <SEP> 76,5 <SEP> . <SEP> 78
<tb> Carbure <SEP> de <SEP> tantale <SEP> 26 <SEP> 28
<tb> Carbure <SEP> de <SEP> vanadium <SEP> 5 <SEP> 4
<tb> Carbure <SEP> de <SEP> titane <SEP> 16 <SEP> 13 <SEP> 8
<tb> Borure <SEP> de <SEP> titane-- <SEP> 7
<tb> Cobalt <SEP> 4 <SEP> 6,5 <SEP> : <SEP> 4 <SEP> 6,5
<tb> Nickel <SEP> 2 <SEP> 0,5 <SEP> : <SEP> 1-Chrôme <SEP> 1
<tb> Tungstène1
<tb>
EMI5.2
###############.######.###### #####.######.######.#
EMI5.3
<tb> Primaire <SEP> au <SEP> tungstène: <SEP> 72 <SEP> 63,5 <SEP> : <SEP> 82,6 <SEP> : <SEP> 81 <SEP> 82,5
<tb>
<tb> Prima&re <SEP> au <SEP> tantale <SEP> 28 <SEP> 30,75 <SEP> : <SEP> -Primaire <SEP> au <SEP> vanadium <SEP> : <SEP> -- <SEP> 5,75 <SEP> : <SEP> -- <SEP> :
<SEP> 4,3
<tb>
<tb> Primaire <SEP> au <SEP> titane <SEP> -- <SEP> 17,4 <SEP> 14,7 <SEP> 9,25 <SEP> : <SEP>
<tb>
<tb> Primaire <SEP> au <SEP> borure <SEP> de:
<tb>
<tb> titane <SEP> -- <SEP> 8,25
<tb>
Suivant l'exemple IV on peut incorporer dans le primaire au tungstène la totalité du cobalt et dans le primaire au tantale la totalité du nickel,, Pour les exemples V, VI et VIII, on peut utiliser les répartitions suivantes ou des répartitions similaires : TABLEAU III
EMI5.4
<tb> Carbure <SEP> : <SEP> :Cobalt <SEP> :Nickel <SEP> :
<SEP> Chrome <SEP> :Tungstène
<tb>
<tb>
<tb> (primaire <SEP> au <SEP> tungstène <SEP> 60 <SEP> 3,5
<tb>
<tb>
<tb> V <SEP> (primaire <SEP> au <SEP> tantale <SEP> 28 <SEP> 2,75
<tb>
<tb> (Primaire <SEP> au <SEP> vanadium <SEP> 5 <SEP> 0,25 <SEP> 0,5
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> .7,(Primaire <SEP> au <SEP> tungstène <SEP> 77 <SEP> 3,8 <SEP> 0,8 <SEP> 1
<tb>
<tb> (Primaire <SEP> au <SEP> titane <SEP> 16 <SEP> 0,2 <SEP> 1 <SEP> 0,2
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> (Primaire <SEP> au <SEP> tungstène <SEP> : <SEP> 78 <SEP> 4,5
<tb>
<tb>
<tb> VII <SEP> au <SEP> titane <SEP> 8 <SEP> 0,5 <SEP> : <SEP> 0,25: <SEP> 0,5
<tb>
<tb>
<tb> Primaire <SEP> au <SEP> borure <SEP> de(: <SEP> borure <SEP> :
<SEP>
<tb>
<tb> (titane <SEP> 7 <SEP> -- <SEP> 0,75 <SEP> 0,5
<tb>
Les alliages préparés suivant cette technique associent la ténacité, la faible fragilité des alliages au carbure de tungstène sans autres constituants durs, et de remarquables propriétés de coupe. Voici des exemples empruntés aux compositions de carbure de tungstène et de carbure de titane agglomérés au cobalt, de type analogue à ceux des exemples I-IV ci-dessus,
Un alliage titrant 14% de carbure de titane, 7% de cobalt ét 79% de carbure de tungstène,,fabriqués suivant la description précédente, a été essayé au tournage d'acier au carbone (R=80 Kg. par m/m2) dans des condi- tions variées.
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Aux failles vitesses (37 m. par minute) avec profondeur de passe de 1 m/m. et avance par tour comprise entre 0,3 et 1,2 m/m, l'usure du tran- chant est restée inférieure ou égale à celle de tous les alliages au carbure de titane préparés par d'autres méthodes, et avec des teneurs en carbure de titane comprises entre 8 et 18% environ. Jusqu'à, présent, il n'avait pas été possible de tenir longtemps la coupe à faible vitesse avec des alliages de ce genre titrant plus de 10% en poids de carbure de titane.
Il est encore plus remarquable que le même alliage, utilisé à des vitesses bien supérieures, surclasse les alliages à teneur comparables en carbure de titane (14-18 %). Aux vitesses de 70 et 140 mètres par minute (dans les deux cas avance 0,3 m/m, profondeur 1 m/m), l'outil à 14 % cr a égalé les meilleurs alliages à 18% de ce carbure, fabriqués spécialement au laboratoire avec les plus grands soins, mais par d'autres techniques. L'usure et la tendance à l'écaillage étaient moindres que celles des alliages indus- triels connus. De plus, le nouvel alliage s'.affûte le plus facilement et le plus rapidement,
On sait d'autre part que l'association du carbure de titane au carbure de tungstène dans les alliages durs frittés les rend en général peu aptes au travail des fontes et des métaux ou alliages abrasifs .
L'expérience a montré qu'en limitant le taux de carbure de titane au-dessous de 10-11 % environ en poids, l'emploi des alliages fabriqués suivant l'intention devient possible, bien que moins avantageux que celui des alliages au seul carbure de tungstène.
Les alliages durs frittés préparés suivant l'invention possèdent donc un champ d'application plus étendu que celui des alliages similaires déjà connus. Il en résulte des commodités supplémentaires pour les approvi- sionnements. Ces conclusions subsistent pour de nombreux alliages durs frit- tés, possèdant des compositions différentes, mais fabriqués suivant les mêmes principes.
On signalera enfin la microstructure particulière observée dans ces nouveaux alliages. On sait que, pour une composition et un mode de pré- paration donnés, la résistance à l'usure des alliages aux carbures de tungs- tène et de titane croit avec la finesse des grains des carbures. Or, si cer- tains procédés connus permettaient de conserver le carbure de tungstène en grains fins, le carbure de titane recristallise en acquérant une granulo- métrie grossière, ce que nul procédé connu n'avait encore permis d'éviter,
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surtout dans le cas des alliages titrant plus de 10 % CTi en poids, d'où un abaissement de tenue à la coupe. Le plus souvent, les grains de ce carbure et de ses Isomorphes dépassaient une dizaine de microns.
Suivant l'invention, au contraire, on a réalisé des alliages dont aucun grain de carbure ne dépasse 5 @ dans sa plus grande dimension. Grâce à cette structure, on améliore à la fois la ténacité, la résistance à l'usure, la résistance aux chocs, la facilité et la rapidité des affûtages. La fréquence des arrêts pour affûtage, par suite de menus arrachements de matière, est ré- duite par comparaison avec les alliages existants.
Bien qu'on ait représenté et décrit plusieurs formes de réalisa- tion de l'invention, il est évident qu'on ne désire pas se limiter à ces formes particulières données simplement à titre d'exemple et sans aucun caractère res- trictif et que par conséquent toutes les variantes ayant même principe et même objet que les dispositions indiquées ci-dessus rentreraient comme elles dans le cadre de l'invention.
REVENDICATIONS
I) - Procédé de fabrication d'alliages durs frittés renfermant deux ou plusieurs constituants durs, dont le carbure de tungstène et/ou le carbure de molybdène et un métal ou alliage auxiliaire plus fusible, consistant a) à préparer séparément :
1 ) des mélanges de chacun des constituants durs autre que ceux du sixiè- me groupe avec un métal ou alliage auxiliaire, de façon à obtenir des poudres homogènes dont chaque grain comporte un constituant dur enrobé de l'auxiliaire choisi ;
2 ) un mélange de carbure() du sixième groupe périodique et d'un métal ou alliage auxiliaire, le dit mélange étant obtenu à partir de composés réductibles du métal de ce sixième groupe et de l'auxiliaire, mélange que l'on réduit par action d'une phase gazeuse pouvant libérer du carbone entre les grains des métaux réduits;
enfin, par carburation complémentaire du métal du sixième groupe par le carbone; b) à associer tous ces mélanges dans les proportions requises, à homogénéiser et fritter le tout.
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