Procédé de préparation d'un alliage dur et alliage obtenu par ce procédé. On a déjà proposé d'utiliser pour la con fection de certains outils durs, les carbures de titane CTi et de tungstène CW ; on a décrit également des solutions solides du carbure de tungstène dans du carbure de titane et un composé équimoléculaire C2TiW.
La présente invention comprend un pro cédé de préparation d'un alliage dur et l'al liage obtenu par ce procédé; elle repose sur la découverte d'un nouveau carbure double C4Ti3W pouvant être regardé comme une combinaison de trois molécules de carbure de titane avec une molécule de carbure de tungstène.
Ce composé à symétrie cubique diffère de la solution solide ayant la même compo sition, en ce que les atomes de tungstène sont aux sommets et les atomes de titane aux centres des faces des mailles élémentaires. Les atomes de carbone sont répartis aux milieux des arêtes et au centre des mailles de façon à constituer un réseau cristallin analogue à celui du chlorure de sodium. Par contre, dans la solution solide, les atomes de titane et de tungstène sont répartis de façon désordonnée dans le réseau cristallin.
Entre 0 et 50 /U moléculaires, le paramètre cristallin des solutions solides du carbure de tungstène dans le carbure de titane suit la loi de Végard: variation linéaire avec la composition moléculaire. Le nouveau carbure décrit ci-dessous offre une légère anomalie du paramètre, par rapport à celui calculé d'après la loi de Végard, le paramètre du composé étant un peu plus faible.
Le procédé de préparation d'un alliage dur, objet de la présente invention, est carac térisé en ce que l'on prépare le nouveau car bure double de titane et de tungstène répon dant à la formule C4Ti3W, puis en ce que l'on associe ce carbure double à au moins un métal du groupe du fer et à un carbure de tungstène, titrant de 5 à 6,12% de carbone.
La préparation de ce carbure double peut être effectuée par plusieurs méthodes qui peuvent donner des résultats sensible ment équivalents. Le principe commun en est le suivant: Dans une première étape de fabrication, on réalise une solution solide d'une molécule de carbure de tungstène CW dans trois molécules de carbure de titane CTi. L'étape finale comporte la mise en ordre des atomes métalliques, de faon à passer de la solution solide au carbure double, grâce à un traitement thermique approprié.
Il est préférable de partir du mélange ayant pour composition moléculaire W03+3 TiO2. Les oxydes et le carbone dont on part sont pris en poudres fines et leur mélange doit être exécuté avec de grands soins. De préfé rence, le carbone est du noir de fumée bien pur ou du charbon de sucre. La quantité de carbone à incorporer au mélange doit réduire totalement les oxydes et transformer en carbure double les métaux libérés.
Cette quantité est calculable approxima- tivement, en supposant que la totalité de l'oxygène s'échappe à l'état d'oxyde de car bone CO moins ce qui est nécessaire pour ramener l'oxyde W03 à l'état W02, réduction pour laquelle on passe par le gaz carbonique.
<B>2</B> W03+C + C02+2 W02 Les proportions d'oxyde de carbone et de gaz carbonique libérés varient quelque peu avec la vitesse de chauffage, la finesse des grains d'oxydes dont on est parti, le degré de perfection du mélange des poudres, etc. Il est donc préférable d'établir le taux exact de carbone par une expérience préalable effectuée dans des conditions parfaitement définies.
On peut admettre que les métaux réduits se carburent et que les carbures se combinent pour donner le carbure double C4Ti3W; la série des réactions. serait 3Ti02+9C> 3CTi+6C0; W02---3 C -->- CW+2 C0: 3 CTi+CW -#, C4Ti3W.
L'opération est conduite de préférence par chauffage à une température supérieure à 1700 C environ, dans une atmosphère inerte, l'argon par exemple, ou encore dans un. gaz réducteur comme l'hydrogène bien desséché, ou enfin sous vide entretenu. L'hydrogène contribue à la réduction et le taux de carbone utilisé doit être abaissé en conséquence.
Les matières destinées à la réduction peu vent être disposées dans un creuset en gra phite et celui-ci, fortement calorifugé par du noir de fumée bien dégazé au préalable, peut être chauffé dans une enceinte étanche et réfractaire, de façon à atteindre la tempé rature voulue. Celle-ci est maintenue pen dant tout le temps nécessaire à la réduction. En général, pour des quantités traitées de l'ordre de 5 kg, la réduction peut être termi née en 2 heures environ à 1800 C et à peu près en 1 heure à 2000 C.
La réduction est progressive, et de 700 à 1200 C environ, l'élé vation de température doit être de préférence assez lente pour éviter toute réaction trop brutale.
Il va de soi qu'on peut, dans cette prépa ration, utiliser comme matière première initiale d'autres oxydes, des hydroxydes, des sels organiques, etc. du titane et du tungs tène, pourvu que le rapport 3 Ti/W soit respecté, et que le taux de carbone réduc teur et carburant soit choisi en conséquence.
Suivant une variante, on peut également préparer par tout moyen connu les deux carbures CTi et CW en poudres fines, les mélanger dans les proportions 3 CTi+CW, puis chauffer ce mélange de manière à former la solution solide du carbure de tungstène dans le carbure de titane, préparée au-dessus de 1600 C et de préférence vers 1900 à 2000 C.
Quelle que soit la méthode d'obtention de la solution solide, il faut la compléter par la mise en ordre des atomes métalliques dans le réseau cristallin, de façon à passer de la solution solide intermédiaire ci-dessus au nouveau carbure double. On peut y arriver par un refroidissement suffisamment lent de la solution solide, dans l'intervalle de tempé rature de 1600 à 1000 C environ; par exem ple, 1 heure pour descendre de 1600 à 1500 C, puis 3 heures pour revenir de 1500 à 1000 C. Aux températures plus basses, la vitesse de refroidissement n'a plus d'importance appré ciable car elle n'affecte plus la distribution des atomes dans les cristaux.
Lorsqu'on prépare le carbure par la première méthode décrite, il est préférable d'agir sur la vitesse de refroidissement. On peut encore préparer une solution solide, comme décrit dans la deuxième méthode, et recuire cette solution quelques heures entre 1300 et 1500 C, de manière à provoquer la mise en ordre des atomes métalliques. On laisse refroidir jusqu'à<B>10000</B> C en 2 ou 3 heures ; le refroidissement final n'exige plus de pré cautions spéciales.
Le carbure double diffère de la solution solide de même composition par ses pro priétés. Entre autres 1. Le paramètre cristallin du composé est un peu plus petit que celui de la solution solide (différence environ 0,005 A ); 2. Le composé est moins altérable que la solution solide, notamment quand on l'expose à l'action de l'air humide, lorsqu'il est fine ment divisé ou bien lorsqu'on l'oxyde par combustion dans l'oxygène pur, par exemple pour y doser le carbone.
La préparation de ce carbure double par la première méthode décrite offre certains avantages. On citera notamment les suivants 1. Le composé C4Ti3W se prépare à une température d'environ 200 C plus basse que le carbure de titane pur; 2. Le composé obtenu est rigoureusement exempt d'oxygène et d'azote, tandis que le carbure de titane préparé par les méthodes industrielles courantes, renferme presque tou jours de petites quantités de protoxyde et de nitrure qui entrent en solution solide dans le carbure de titane et le rendent peu apte à la fabrication d'alliages durs frittés.
Selon le procédé de l'invention, le carbure double C4Ti3W est associé à au moins un métal du groupe du fer, tel que le cobalt, et à un carbure de tungstène titrant de 5 à 6,12%, de carbone, pour préparer un alliage dur.
On connaît déjà des alliages frittés qui renferment du carbure de titane CTï, du carbure de tungstène CW et du cobalt, par exemple dans les proportions pondérales res pectives de 18, 7.5 et 7%. Le carbure de titane dissout abondamment le carbure de tungstène en solution solide pendant le frittage, de sorte que la constitution finale diffère plus ou moins considérablement du mélange dont on est parti.
Quand on emploie le nouveau carbure double, l'entrée du carbure de tungstène en solution solide est moins rapide; il subsiste davantage de carbure de tungstène libre dans l'alliage final, ce qui a un effet favorable sur la ténacité et la résistance à l'usure.
Les alliages ainsi préparés et dont la composition centésimale est identique à celles d'alliages déjà connus, se distinguent par une meilleure résistance dans le travail de coupe avec chocs.
Lorsqu'on se sert du carbure de titane renfermant de l'oxygène, de l'azote ou ces deux gaz, la diffusion du carbure de tungs tène dans le carbure de titane pour y entrer en solution solide, entraîne le dégagement des gaz et des soufflures se produisent dans l'al liage. Celui-ci manque de dureté: il est im propre ou peu apte au travail de coupe.
L'emploi du nouveau carbure double fait disparaître cet inconvénient. On a obtenu, par exemple, d'excellents résultats en réalisant des alliages durs frittés renfermant de 5 à 30% en poids du nouveau carbure double, de 4 à 10% d'un métal du groupe du fer tel que le cobalt, le nickel, le fer ou un alliage de ces métaux, le composant restant étant du carbure de tungstène titrant de 5 à 6,129% de carbone.
Un alliage intéressant est celui renfer mant de 10,5 à 63 ,ô en poids du carbure double de formule C4Ti3W, de 4 à 10 ô en poids d'au moins un métal du groupe du fer, le solde étant pratiquement entièrement cons titué par du carbure de tungstène.
Pour une même composition centésimale, le nouvel alliage obtenu se comporte mieux dans le travail avec chocs; il résiste mieux à l'usure et possède une plus grande régula rité de propriétés.
Il permet ainsi soit d'enlever à vitesse constante des copeaux plus gros sur un métal à usiner, soit de conserver la dimension des copeaux, mais d'augmenter la vitesse de coupe. Il est généralement préférable de s'en tenir à cette deuxième possibilité et l'on a observé un bénéfice pouvant atteindre 10 à 50% par rapport aux alliages déjà connus.