CH444701A - Procédé de fabrication d'outils diamantés - Google Patents

Description

  Procédé de     fabrication        d'outils        diamantés       L'invention se rapporte à un     procédé    de fabrica  tion d'outils diamantés constitués d'une matrice-support  métallique dans laquelle sont enchâssés un ou plusieurs  diamants, de grosseur appropriée au travail auquel est  destiné l'outil et placés de façon orientée ou non dans  la matrice constituée par du fer ou par un alliage fer  reux et contenant un certain pourcentage de cuivre.  



  Les outils diamantés sont couramment utilisés dans  l'industrie, où ils sont employés pour des usages divers  tels que l'usinage par coupe, le tronçonnage, le meulage,  le perçage, le forage, le dressage de meules, entre autres.  Les outils à     grains    de diamant de petites     dimensions     sont de plus en plus employés à la place des outils à  diamants     solitaires    pour des raisons économiques et  techniques. Les gros diamants sont d'un prix élevé et  ils doivent être sertis avec une certaine précision d'orien  tation pour     obtenir    une coupe correcte.

   L'emploi de  petits diamants bon marché mélangés d'une façon homo  gène dans la masse de     la,    matrice métallique ne néces  site pas d'orientation particulière, car un nombre suf  fisant d'entre eux se trouve toujours correctement orienté  avec le     maximum        d'efficacité.    En outre, après usure  complète des premiers grains en contact, d'autres grains  de diamant noyés dans la matrice se présentent et per  mettent à l'outil de continuer son travail jusqu'à usure  complète. Dans tous les cas, la qualité des outils est  fonction de l'efficacité de l'enchâssement des     diamants,     c'est-à-dire de la façon dont ils sont     liés    au support  métallique.  



  En dehors du procédé par fixation     mécanique    limité  aux gros diamants isolés et des matrices constituées de  dépôts électrolytiques, de nombreux modes d'enchâsse  ment de diamant sont utilisés; ils procèdent pour beau  coup du frittage sous pression à chaud ou du frittage à       précompression    à froid. Les alliages de liaison les plus  souvent     utilisés    en frittage sous pression à chaud sont    constitués de bronze dont la poudre, pour être     frittée,    ne  nécessite pas de températures trop élevées.

   Les frais  d'outillage restent cependant élevés pour cette     technique     et par ailleurs il est apparu nécessaire de recourir à un  matériau plus     tenace    que le bronze pour améliorer la  qualité de sertissage et la tenue     mécanique    du support.  On a préconisé pour cette raison à la     place    du bronze  les métaux les plus divers contenant souvent du cobalt et  des charges dures de borures, carbures, nitrures ;     mais     si la qualité de ces outils est améliorée dans certains cas  par     rapport    aux outils en bronze, leur prix de revient est       prohibitif    et le développement industriel de fabrication  en série limité.

   Les outils produits par les     procédés    de       fabrication    à matrice frittée après compression à froid  ont une porosité résiduelle jamais inférieure à 10 %,     et     pour cette raison leurs caractéristiques     mécaniques    sont  faibles et la     qualité    de sertissage du diamant médiocre.

    Quand, remplaçant le bronze comme métal de liaison par  un autre métal plus tenace mais à point de fusion plus  élevé, on cherche à améliorer     la    cohésion de la     matrice     par élévation de la température de frittage, on est vite  limité dans cette voie par la perte des propriétés de coupe  du diamant aussi bon que soit le choix de l'atmosphère  du four que l'on puisse faire.  



  Le     procédé    selon l'invention pour la fabrication  d'outils diamantés constitués de un ou plusieurs diamants  naturels ou synthétiques noyés dans une matrice métal  lique     permet    de remédier à ces inconvénients. Il com  prend une gamme de fabrication réduite à deux opéra  tions essentielles  1. compression à froid de la poudre de fer     contenant     le au les diamants ;  2. opération de frittage - imprégnation simultanée en  un seul cycle thermique, consistant en un     chauffage     de l'aggloméré mis en contact     d'une    quantité suffi  sante de cuivre non ou faiblement allié.

   Le chauffage      s'opère sous atmosphère réductrice, constitué en  général par une température au moins égale à la  température de fusion du cuivre mais inférieure à la  température d'altération des propriétés de coupe du  diamant. A cette température, le cuivre fondu comble  pratiquement la totalité des pores de l'aggloméré de  fer.  



  L'invention permet de réaliser des     outils    diamantés,  le plus souvent directement à leur forme définitive dans  lesquels une liaison particulièrement tenace existe entre  les     diamants    et la     matrice        métallique    frittée compacte.  Cette     liaison    est obtenue sans que la qualité des dia  mants ait été altérée par chauffage excessif en cours de  fabrication. Les avantages ci-dessus sont obtenus en  outre à bas prix de revient résultant pour une grande  part de la simplicité du cycle de fabrication et dans une  proportion moindre de la nature des     matériaux    consti  tuant la     matrice    qui est à base de fer.

   L'invention est       applicable    à la fabrication d'outils à gros diamant uni  que ou en petit nombre isolé, elle est toutefois particu  lièrement intéressante pour les outils à grand nombre de  diamants plus petits répartis dans la matrice, outils dont  l'emploi se développe au détriment des     précédents.     



  Avant la phase de moulage, les diamants     peuvent     être soit     introduits        dans    la poudre de métal ferreux, soit  en dispersion homogène, soit     placés    d'une façon orien  tée dans la poudre au moment du remplissage du moule.  



  Pour la mise en     aeuvre    du procédé selon l'invention,  on adoptera de     préférence    les conditions suivantes  1. Compression à     froid    de la poudre de     métal    ferreux  contenant le ou les diamants  -     surface        spécifique    de la poudre de métal ferreux  mesurée selon la méthode de P.J.     RIGDEN     (publiée dans  Journal of the Society of     Che-          mical        Industry    Transactions and Communica  tions, janvier 1943) et     calculée    selon l'équation  de     KOSENY     modifiée:

   1000 à 8000     cm2/cm3     - Pression de moulage : 20 à 40     kgf/mm2     2.     Opération    de frittage - imprégnation simultanée  - Addition de cuivre pur ou faiblement     allié    en  quantité suffisante pour que la teneur en cuivre  de la matrice soit finalement entre 15 et 25 %  en poids  - Montée en     température    en cours de     chauffage     à partir de 9100 C :     5000        C/h     -     Température    d'imprégnation: 1083 à     1130o    C  - Maintien en température:     _G    10 mn  - Atmosphère du four: hydrogène.  



  Le     procédé    selon l'invention     permet    d'obtenir des  propriétés d'emploi et une aptitude au     sertissage    du dia  mant particulièrement     bonnes,    très supérieures à celle  qui est obtenue en appliquant les opérations suivantes  frittage de 1100 à     1250()    pendant une heure du fer     avec     son diamant,     ce    qui     correspond    aux conditions habi  tuelles de frittage de fer, puis     imprégnation        avec    ou       sans    refroidissement intermédiaire.

   De plus étant donné  la     température    atteinte et son maintien, cette façon de  procéder provoque infailliblement un début de dégra  dation du diamant amenuisant ses propriétés de coupe,  ce que des essais pratiques ont nettement démontré.  



  Selon une variante de la mise en     aeuvre    du nouveau       procédé    la poudre de métal ferreux peut être initiale  ment mélangée jusqu'à 4% de poudre de cuivre de gra  nulométrie inférieure ou égale à 80 microns. Il est pos-         sible    d'utiliser du fer seul ou du fer allié ou du fer mé  langé     avec    les éléments suivants:     carbone    jusqu'à 2%,  nickel de 1 à 5%, chrome 0,2 à 13%, molybdène 0,1  à 4%, les     pourcentages    étant exprimés en poids.

   La  dimension de ces grains d'éléments d'addition, dans le       cas    d'alliages réalisés par juxtaposition de     poudre,    doit  être inférieure dans tous les cas à 50     microns.    Ces élé  ments     étant    pris séparément ou conjointement permet  tent de réaliser une     matrice    de ténacité plus grande  dont la composition peut être celle des aciers utilisés       couramment    dans l'industrie et susceptible de traite  ments     thermiques,    après     frittage-imprégnation        dans    les  mêmes     conditions    que les aciers connus correspon  dants.

   La     surface    spécifique du fer utilisé non allié ou  avec additions reste identique aux limites déjà préci  sées ci-dessus. Après incorporation des diamants dans  la poudre de fer avec ou sans additions, le mélange  est comprimé à des pressions     comprises    entre 20 et  80     kg/mm2.    Quelle que soit la composition de la pou  dre métallique     utilisée,    les agglomérés obtenus aux for  mes et concentrations de diamants désirés sont intro  duits dans un four chauffé par un moyen quelconque  mais sous atmosphère d'hydrogène.

   On met en con  tact avec chaque aggloméré le poids de cuivre sous  forme quelconque en un ou plusieurs morceaux, cor  respondant approximativement au volume des pores  à boucher, soit généralement de 15 à 25% en poids de  l'aggloméré. L'emploi de cuivre faiblement allié jusqu'à  12% par exemple, peut convenir également sans pour  cela qu'il en résulte un avantage     supplémentaire.    Pour  le cycle thermique à réaliser, deux zones de tempéra  tures sont à considérer, la première de l'ambiante à  environ 9100 peut être de durée quelconque, il est même  possible de     procéder    à un refroidissement après chauf  fage     jusqu'à    cette température, toutefois cette opération  ne se     justifie    que si,

   l'état     préfritté    ainsi obtenu, des  retouches de formes sont à faire. Pour     la    deuxième zone  correspondant au     frittage-imprégnation    simultané, la  température d'environ 1130C ne doit pas être dépas  sée, il est évident par contre que la température de  fusion du cuivre de     10831)C    ou de l'alliage cuivreux  doit être atteinte. La vitesse de chauffe entre environ       910oC    et environ     113011C    doit être supérieure à envi  ron     50011C/heure    avec un maintien à environ     11300C     d'environ 10 minutes au plus. Le cycle thermique est  réalisable dans un four à poussée continue.  



  Le     procédé    décrit permet, même dans le     cas    où les       diamants    sont enchâssés dans la masse, d'obtenir dans  un même moulage une partie de l'aggloméré complè  tement exempte de diamants et constituée de la seule  matrice;     ii        suffit    pour     cela    de séparer, au moment du       remplissage    du moule, la poudre avec et sans diamants  par une paroi constituée par exemple d'un papier qui  est retiré ensuite après     remplissage    avant compression.  L'imprégnation au cuivre pendant le frittage est réalisée  sur l'ensemble de l'aggloméré.

   Un avantage supplé  mentaire du     procédé    réside dans le fait que, les varia  tions de cote entre l'aggloméré moulé et le produit im  prégné fritté étant négligeables, les formes     moulables     sont réalisées directement aux cotes définitives sans  retouches ultérieures ou après     préfrittage.     



  A titre d'exemple     d'application    et de mise en     oeuvre,     on indiquera maintenant un mode de     fabrication    d'un  frottoir diamanté destiné à     affûter    une meule A 54 Q 5V  suivant désignation internationale de machine à recti  fier des vilebrequins. On mélange 79 g de poudre de  fer de surface spécifique 2200     cm2/cm3    humidifiée      par 1     cm3    d'essence de pétrole     avec    21 g, soit environ  30 % en volume, de diamants naturels ou     synthétiques     de granulométrie comprise entre 650 et 1200     microns,     le mélange homogène est obtenu au mélangeur rotatif  en 5 minutes.  



  On prélève 4,95 g de ce mélange correspondant  au poids de la partie     diamantée    du frottoir,     cette    quan  tité est introduite dans le moule de forme et comprimé  à une pression de 40     kg/mm2.    L'aggloméré obtenu  étant     placé    dans un four à atmosphère d'hydrogène,  on place sur lui un ou plusieurs     morceaux    de cuivre  de forme quelconque d'un poids de 1,78 g. On     chauffe     jusqu'à 1100 C en 20 minutes, la température de     11000C     étant maintenue 2 minutes, puis le chauffage du four  est arrêté, le     refroidissement    étant effectué ensuite en  30 minutes environ.

   Le produit composite compact  fer-cuivre est ensuite brasé à une température comprise  entre 800 et     9000C    sur un     embout    en acier, à la suite  de quoi il est prêt pour l'usage prévu.  



  Des frottoirs     réalisés    de cette façon assurent l'affû  tage de meules     permettant    la     rectification    de 3200     vile-          brequins    sur machine à     rectifier    contre 2400     pour    :les  meilleurs frottoirs fabriqués par les méthodes habi  tuelles.

Claims (1)

1. REVENDICATION Procédé de fabrication d'outils diamantés consti tués d'une matrice métallique dans laquelle est incor poré du diamant naturel ou synthétique, caractérisé par le fait qu'il comprend le moulage d'un corps par compression à froid d'une poudre de méteil ferreux dans laquelle du diamant a été préalablement introduit, à la suite de quoi ce corps aggloméré est mis en contact dans un four à atmosphère réductrice avec une quan tité de cuivre, non ou faiblement allié, suffisante pour que, après chauffage,

   imprégnation du métal ferreux par le cuivre et refroidissement de la matrice, le cuivre comble pratiquement la totalité des pores .de l'agglo méré de métal ferreux, cependant que la température d'imprégnation est au moins égale à la température de fusion du cuivre non, ou faiblement allié, tout en étant maintenue inférieure à la température d'altéra tion des propriétés de coupe du diamant.

   SOUS-REVENDICATIONS 1. Procédé selon la revendication, caractérisé en ce que la quantité de cuivre est suffisante pour que la teneur en cuivre de la matrice soit comprise entre 15 et 25 % en poids. 2. Procédé selon la revendication ou la sous-reven- dication 1, caractérisé en ce que l'atmosphère est cons tituée d'hydrogène.

   3. Procédé selon la revendication ou la sous-reven- dication 2, caractérisé en ce que la poudre de métal ferreux a une surface spécifique comprise entre 1000 et 8000 om2/cm3. 4. Procédé selon la revendication, caractérisé en ce que la. pression de moulage est comprise entre 20 et 80 kg/Mm--. 5.

   Procédé selon la revendication, caractérisé en ce que la température d'imprégnation est comprise entre 1083 et 1130oC. 6. Procédé selon la, revendication, caractérisé en ce que la montée en température au cours du chauffage est au moins de 500 C/h à partir d'environ 9100C. 7.

   Procédé selon la revendication, caractérisé en ce que le maintien à la température d'imprégnation est de 10 minutes au maximum. 8. Procédé selon la revendication, caractérisé en ce que la matrice métallique contient du diamant à l'état d'un gros cristal unique.

   9. Procédé selon la revendication, caractérisé en cA que la matrice métallique contient du diamant à l'état de plusieurs cristaux, le nombre des cristaux séparés pouvant être grand.

   10. Procédé selon la revendication, caractérisé en ce que le corps aggloméré par compression à froid con tient outre le diamant et le métal ferreux, du cuivre non ou faiblement allié en poudre en mélange juxtaposé homogène, jusqu'à 4 % en poids, la dimension des par ticules de cuivre étant inférieure ou égale à 80 microns. 11.

   Procédé selon la revendication, caractérisé en ce que le métal ferreux est du fer non allié. 12. Procédé selon la revendication, caractérisé en ce que le corps aggloméré par compression à froid con tient outre le diamant et le métal ferreux, 0,1à 2 % de carbone à l'état allié au fer.

   13.Procédé selon la revendication, caractérisé en ce que le corps aggloméré par compression à froid con tient outre le diamant et .le fer, 0,1à 2 % de carbone juxtaposé en poudre fine de granulométrie inférieure à 50 microns. 14. Procédé selon la revendication, caractérisé en ce que le corps aggloméré contient au moins un élément d'alliage du fer choisi dans le groupe de ces éléments comprenant le chrome, le nickel et le molybdène, et ceci à raison d'une teneur pondérale par rapport au métal ferreux de 0,2 à 13 % pour le chrome, de 1 à 5 pour le nickel et 0,1 à 4 % pour le molybdène.

   15. Procédé ,selon la sous-revendication 14, ca rac- térisé en ce que ledit élément d'alliage du fer est allié au fer du métal ferreux. 16. Procédé selon la sous-revendication 14, carac- térisé en ce que dans le corps aggloméré, :le métal fer reux est du fer et ledit élément d'alliage du fer est mé langé au fer sous forme d'une poudre de granulomé trie inférieure à 50 microns. 17.

   Procédé selon la sous-revendication 14, carac térisé en ce que la matrice métallique obtenue est sou mise à un traitement thermique.