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'SCTIONNE2ITS LA PABRIOMON DF5 OUTILS m 041BUIES FRI'l'TES.
La présente Invention concerne un carbure fritté ayant une structure cris- talline nouvelle, une meilleure résistance à l'usure et de bonnes caractéristiques tranchantes. Il est particulièrement désigné pour être utilisé comme filière ou eomme outil* de tour.
On a déjà utilisé pour le travail de l'acier des outils en carbure fritte.
Bien qu'ils aient généralement donné satisfaction, ils ne peuvent toutefois pas être avantageusement employés pour certains travaux, à cause de leur tendance à s'écailler, à se fêler, à casser, et aussi de la nécessité de les affûter fréquem- ment.
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L'un des objets de l'invention consiste en un outil de carbure fritté, ayant surtout de la ténacité, une grande résistance à l'usure, permettant soit le travail de dégrossissage, soit celui de finissage, conservant longtemps son tranchant, résis -tant au choc et, d'une manière générale, à tous les agents physiques; il ne s'y for me ni cratères, ni fêlures ou fissures, et il nécessite un travail d'affûtage moin- dre'que ceux jusqu'alors utilisés.
L'invention sera mieux comprise par la lecture de la description qui suit et par l'examen des figures annexées où la figure 1 est une microphotographie d'un mé- lange de carbures frittes, alors que la figure 2 représente un mélange de carbures de tungstène et de cobalt conformément à l'invention qui, bien que décrite surtout en ce qui concerne le degré de tranchant, consiste à mélanger plusieurs carbures de tungstène, de titane, de tantale, avec un autre métal à point de fusion relativement bas, jouant le rôle de liant, tel que le cobalt, et n'est toutefois pas limitée à ce carbure, mais peut être appliquée à tous autres, soit qu'il s'agisse de plusieurs carbures quelconques et d'un métal jouant le rôle d'un liant, soit d'un carbure et d'un liant,
On mélange donc une certaine quantité prédéterminée de carbure en cristaux grossiers à une certaine quantité en cristaux fins, ces carbures pouvant être de tungstène, de molybdène, etc.. D'autre part, les cristaux fins peuvent être des carbures d'un certain métal et les cristaux grossiers des carbures d'un autre ou d'un certain nombre d'autres, le liant ayant un point de fusion inférieur à celui du carbure, et appartenant par exemple au groupe du fer, Le mélange est comprimé et fritte à haute température. La durée du frittage peut varier de dix minutes à une heure. Elle dépend de la composition et de la température,mais il faut éviter les durées de cuisson et les températures excessives puisqu'il peut en résulter un accroissement indésirable du grain.
La température convenable de frittage et la durée de cuisson peuvent être déterminées expérimentalement, Bien qu'il soit hau- tement désirable de conserver, dans le produit fritte, les dimensions initiales dn grain, on connçoit toutefois qu'il puisse y avoir accroissement de celles-ci, sans que la qualité du matériau en souffre, Toutefois, il est essentiel que le produit fini soit un mélange de fines et de grosses particules de carbure, uniformément ré- parties dans la masse frittée,
Si on utilise des particules grosses et fines d'un seul carbure, avec le liant usuel, par exemple un mélange de fines et de grosses particules de car- bure de tungstène, le frittage à 1450 0 pendant dix minutes, donne des
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résultats satisfaisants.
D'autre part, un mélange de deux ou plusieurs carbures métalliques durs courrait être fritte, à la même température, sinon à une légère- ment plus élevée, mais pendant plus longtemps, soit environ une heure.
Au cours de la fabrication d'un carbure fritte, conformément à l'invention, on mélange de la poudre de tungstène et d'oxyde de titane, avec du charbon et on chauffe le tout dans un four à hydrogène, de préférence dans un tube fermé de char- bon à 2.000 ou 2.200*0, A cette température, la quantité de charbon utilisée suf- fit juste à réduire l'oxyde et à carburer le tungstène et le titane. Les caracté- ristiques chimiques du carbure ainsi obtenu n'ont pas été déterminées d'une manière précise, toutefois, pour obtenir des résultats satisfaisants, la quantité de ma- tière utilisée auec cette méthode de carburation doit être suffisante pour produire environ 76% de carbure de tungstène et 24% de carbure de titane.
Le produit résultant peut être un carbure double de titane et de tungstène, c'est d'ailleurs ainsi qu'on le désignera par la suite. Après réduction et car- buration, la poudre est mélangée à de la poudre de carbure de tantale et à un mé- tal jouant le rôle de liant, à point de fusion moindre, le cobalt par exemple ou tout autre communément employé dans la fabrication des carbures frittes. Le mélan- ge est pulvérisé dans l'acétone par exemple pendant plusieurs heures, jusqu'à ce que les dimensions de la particule soient réduites à la valeur désirée, moins de 4 microns, et, de préférence, un à deux microns.
La pulvé risation doit alors durer 48 heures* Le broyeur est chargé d'environ 70% du carbure double, d'environ 'le de carbure de tantale et d'environ 22% de cobalt, bien que ces proportions puissent être modifiées sans qu'on s'écarte de l'esprit de l'invention.
Après que les particules de aarbure ont été réduites à la dimension voulue on ajoute une certaine quantité de carbure de tungstène grossier, dont les parti- cules sont plusieurs fois plus grosses que les particules fines de carbure double.
Ces particules grossières ont un diamètre qui varie de 5 à 15 microns ou plus, mais de préférence de 5 à 8, Un mélange typique contient environ 53% de poudre grossiè- re de carbure de tungstène et environ 47% de poudre fine de carbure double, de carbure de tantale et de cobalt* Ces proportions peuvent toutefois être modifiées² selon l'usage que l'on veut faire du produit fritte,
Après avoir Introduit le carbure de tungstène en grosses particules dans le broyeur, on continue l'opération pendant'une à douze heures, selon les dimen- sions des dites particules.
Une heure suffit généralement, mais si les crie-
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-taux de carbure ont plus de 8 microns, il faut broyer plus longtemps Le broyage des petites particules et des grosses n'a pas pour but de les réduire davantage, mais surtout de les mélanger. Quand l'opération est terminée, on retire la matière, on la presse à sa forme et on la fritte à 1475- pendant une heure.
Avec les quantités eue-indiquées, le produit fini contient 53% de carbure de tungstène en grosses particules et un mélange de poudre fine d'environ 33% de WOTiC, c'est-à-dire de carbure double, environ 4% de carbure de tantale et en- viron 10% de cobalt, selonµ la figure 1 où les grosses particules de tungstène constituent une trame contenant .dans ses interstices, les particules fines*
Les figures 1 et 2 montrent clairement la répartition uniforme des parti- cules grosses et petites dans la masse frittée. Dans la composition de la mati'- re représentée figure 1, les grosses particules ont de 4 à 8 microns de diamètre, alors que les petites ont environ deux microns et même moins.
Les graine fins ont presque uniformément 1 à 2 microns de diamètre et représentent principalement les cristaux de carbure double contenant environ 76% de carbure de tungstène et 24% de carbure de titane*, La concentration des particules fines et le liant métallique dans les Interstices des grosses particules, sont vraisemblablement la cause de la ténacité et de la résistance à l'usure du carbure conforme à l'inven- *ion*
Bien qu'il soit connu que certains carbures frittes contiennent de gros a cristaux, on y constate plutôt un ensemble de cristaux fins de 2 à 4 microns de diamètre et quelques gros cristaux épars dans la structure métallique, Quoique ces compositions à grain fin possèdent à l'usure une résistance satisfaisante,
elles manquent toutefois de ténacité et ne peuvent résister aux contraintes méca- niques, à l'affûtage excessif, ou aux chocs. De plus. Ils sont sujets à s'ébré- cher, à se fêler et à se casser soit en cours de fabrication, soit en cours d'u- tilisation, Ces défectuosités sont pratiquement éliminées par le procédé confor- me à l'invention où l'on utilise des quantités prédéterminées de particules de carbure à gros grain et à grain fine
Il est probable que cette amélioration des propriétés physiques est due à la répartition de ces particules.
Toutefois, il semblelque la forte teneur en cobalt, dans les Interstices, des gros cristaux de carbure de tungstène ait aussi son Importance. Sur les figures 1 et 2 le cobalt apparaît sous la forme de sur- faces blanches entre les cristaux. La forte concentration en cobalt même dans
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le cas de faibles pourcentages (2 à 3%) semble être due à la grande quantité de gros cristaux de carbure de tungstène qui constituent une surface totale de beau- coup inférieure à celle que l'on constate dans les compositions à grains fins de carbure,
Des outils à couper leader fabrique à partir de mélanges pulvérulents préparés conformément à l'invention, possèdent des qualités extraordinaires qui les distinguent aisément des autres.
Ils ont une grande ténacité et sont capables de résister à l'affûtage exgessif, ce que les autres ne peuvent supporter sans danger de destruction. Ces outils conservent aussi leurs dimensions et permettent d'obte- nir une meilleure qualité de fini. Jusqu'alors, il a été Impossible de produire la même nombre de pièces entre affûtages successifs. Par exemple un outil neuf permet l'obtention d'un certain nombre de pièces avant d'être réaffûté mais, après chaque réaffûtage, le nombre de pièces finies entre chaque affûtage successif décroît pro- gressivement, jusqu'à, ce que l'outil devienne inutilisable. Toutefois, l'usure de celui conforme à l'invention est si faible qu'il est possible de produire le même nombre de pièces entre affûtages successifs pendant la vie utile de l'outil.
De plus, la quantité de matière à enlever au cours de chaque affûtage est très faible.
Du fait de cette réduction de l'usure, le nombre de réaffûtages en travail journa- lier normal est environ la moitié de celui nécessaire aux outils dont on disposait jusqu'alors.
Au cours d'essais comparatifs sur une barre d'acier, les outils utilisés jusqu'alors nécessitaient de temps en temps un réglage pour le maintien de la cons- tance des dimensions, alorsdque l'outil conforme à l'invention n'en nécessite aucun pendant le même laps de temps. Les anciens outils s'ébrèchent et ne peuvent conser- ver longtemps leur tranchant. Celui conforme à l'invention n'a aucun de ces défauts Au cours d'un test sur une barre d'acier abrasif, on a constaté que les anciens ou- tils n'avaient aucune aotion alors que celui conforme à l'invention l'entaillait sans difficulté*
Le dit outil peut effectuer un travail de fini pendant trois heures et demie sans réaffûtage alors que les outils connus doivent être réaffûtés après quarante oint minutes.
Pour couper l'aciery la Société demanderesse préfère employer un carbure fritté contenant du carbure de tantale bien qu'avec celui qui fait l'objet de l'in- vention, on puisse obtenir les mêmes avantages en supprimant le carbure de tanta- le. Les pourcentages d'Ingrédients dans le produit fini varient suivant le
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travail à effectuer. Toutefois pour le travail de leader, le carbure de tungstène en gros grains doit figurer pour au moins 50% en poids. La quantité de métal jouant le rôle de liant peut varier de 1% à 20%, et doit être de préférence de 10%.
Dans le procédé que l'on vient de décrire, on peut admettre des pourcen- tages quelconques de dimensions de particules de carbures sélectionnées et conserver la relation entre ces pourcentages dans le produit fritté fini, Sur la figure 2 on voit un carbure fritté constitué par un mélange de cristaux fins de carbure de tungstène avec un métal jouant le rôle de liant. Dans le produit fritte, le rapport du nombre des grosses particules à celui des particules fines est pratiquement iden- tique à celui adopté pour le mélange son fritte. La structure frittée représentée sur cette figure 2, est caractérisée par la même répartition uniforme des fines et des grosses particules, obtenues dans le produit fritté représenté sur la figure 1.
Au cours de la fabrication d'un carbure fritté en grosses et en fines particules, d'un carbure quelconque, il y a lieu de surveiller soigneusement la température et la durée du frittage, ce qui évite la croissance nuisible du grain au cours de la dite opération. Toutefois, si, dans la proportion de 0,5%, on mé- lange une certaine quantité de Cr3C2 au carbure de tengstène en fines et grosses particules, le dit Cr3C2 joue le rôle d'inhibiteur de la croissance du grain et sup- prime la nécessité d'un contrôle rigoureux de la température et de la durée de frit- tage.
Les Caractéristiques de l'invention se lisent bien sur la figure où 1 - représente les grains de cobalt, 2 - représente les grains de tungstène, 3 - représente les grains de carbure double de titane et de tungstène, 4 - représente les gros grains de carbure de tungstène, 5 - représente les petits grains de carbure de tungstène,
Bien que l'invention puisse être utilisée à améliorer les propriétés de tout carbure fritté, elle confère l'avantage supplémentaire de pouvoir utiliser des compositions de tels carbures jusqu'alors considérées octane peu pratiques. Par exem- ple, dans la fabrication des outils en carbure, on a considéré comme peu pratique le mélange de 35% ou plus de carbure de titane et moins de 6% d'un métal liant tel que le cobalt.
L'invention permet toutefois la fabrication de carbure à des taux où le cobalt ne figure pas pour plus de 2% et le carbure de titane jusqu'à 70%.