Procédé de fabrication d'outils diamantés La présente invention est un développement de celle qui fait l'objet du brevet principal N 444701, qui reven dique un procédé de fabrication d'outils diamantés cons titués 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 com pression à froid d'une poudre de métal ferreux dans la quelle 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 quantité 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 prati quement la totalité des pores de l'aggloméré 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'altération des propriétés de coupe du diamant.
Dans certains cas, par exemple pour des travaux de profilage de meules de rectification, il peut être avanta geux de disposer d'outils à matrice métallique plus dure et plus résistante à l'abrasion tout en conservant la qua lité de l'enchâssement des diamants et en évitant au cours du frittage les températures excessives susceptibles de les détériorer.
Le but de la présente invention est de fournir un pro cédé qui confère aux outils les propriétés voulues de ré sistance élevée à l'abrasion.
Pour cela, le procédé selon l'invention est caractérisé par le fait que la poudre comprimée à froid contient un carbure dur en plus du métal ferreux, cependant que la température d'imprégnation est au moins égale à la tem pérature de fusion du cuivre et au plus égale à 11301, C.
Selon la présente addition, la matière pulvérulente comprend en outre un carbure dur et éventuellement du cobalt. Le procédé selon l'invention permet de réaliser des outils diamantés, le plus souvent directement à la forme définitive, auxquels la nouvelle composition confère une résistance à l'usure exceptionnelle, en même temps qu'une liaison particulièrement tenace existe entre les diamants et la matrice métallique. Les avantages ci-des sus sont acquis en outre à bas prix de revient consécutif à la simplicité du cycle de fabrication. Le procédé est applicable à la fabrication d'outils à gros diamant unique ou pour les outils à grand nombre de diamants plus pe tits répartis dans la matrice dont l'emploi se développe au détriment des précédents.
Avant la phase de moulage par compression, les dia mants peuvent être soit introduits dans le mélange de poudres de métal ferreux ou cobalt et de carbure dur en dispersion homogène, soit placés de façon orientée dans le mélange au moment du remplissage du moule.
Pour la mise en couvre du procédé selon l'invention, on adoptera avantageusement les conditions suivantes 1. Pesée des éléments constitutifs et mélange des poudres - poudre de métal ferreux de surface spécifique, mesurée selon la méthode de P.J.
Rigden et calculée selon l'équation de Koseny modifiée, 1000 à<B>8000</B> cm=!crnj dans les proportions de 20 à 70 qc en poids, - poudre de cobalt de surface spécifique 2000 à 12 000 cm'î'cm 2# dans les proportions de 0 à 30 clc en poids, - poudre de carbure de wolfram de granulomé- trie 2 à 10 microns dans les proportions de 10 à 50 clc en poids, -- diamants de granulométrie 60 à<B>1500</B> microns dans les proportions de 5 à 20 e/c en poids.
2. Compression à froid du mélange dans un moule à la forme de l'outil à obtenir sous une pression de 10 à FO hbar. 3. Opération de frittage-imprégnation simultanée - addition de cuivre pur ou allié jusqu'à 12 % en poids avec étain, zinc ou argent, en quantité suffisante pour que la teneur en cuivre ou alliage de cuivre dans la matrice soit finale ment entre 5 et 30 % en poids.
La quantité de métal cuivreux est choisie telle pour qu'après l'opération terminée, l'imprégnation soit totale ou partielle, mais en tout cas supérieure à 25 % de la totalité des pores laissés après l'opération ci-dessus de compression à froid, - élévation en température jusqu'à 910 C, maintien éventuel de 1 heure à 9100 C, éléva tion de la température à une vitesse de 5000 C/heure jusqu'à la température de fusion du cuivre ou de l'alliage de cuivre, maintien en température au plus égal à 10 minutes. En aucun cas la température ne devra dépasser 1130 C. L'atmosphère du four est constituée par l'hydrogène.
II est de même possible, au cours du cycle thermique, d'arrêter le chauffage à 910 C et de procéder à un re froidissement jusqu'à la température ambiante avant la montée finale à la température d'imprégnation. Toute fois, cette opération ne se justifie que si, à l'état préfritté ainsi obtenu, des retouches de formes sont à faire.
Le procédé selon l'invention permet d'obtenir des propriétés d'emploi, en ce qui concerne la tenue à l'usure, bien supérieures à celles obtenues avec des outils prépa rés de toute autre façon, étant donné la dureté de la ma trice, la qualité du sertissage et la non-altération des dia mants.
Selon une variante du procédé, la poudre de fer en trant dans la constitution du comprimé peut être mélan gée ou alliée avec 1 à 4 % de cuivre, 0,1 à 2 % de car bone, 1 à 5 % de nickel, 0,2 à 13 % de chrome, 0,1 à 4 % de molybdène, les pourcentages étant exprimés en poids et les éléments pris seuls ou en combinaison. La dimen sion des grains des éléments d'addition au fer dans le cas d'alliages réalisés par juxtaposition de poudres ne devra pas excéder 50 microns.
Le procédé décrit permet d'obtenir une partie de l'aggloméré exempte de diamant et constituée de la même matrice ou d'une matrice à base ferreuse seulement, cette partie pouvant servir de porte-outil. L'imprégnation au cuivre pendant le frittage est réalisée sur l'ensemble de l'aggloméré.
Un avantage supplémentaire du procédé réside dans la possibilité de réaliser directement les formes moula- bles aux cotes définitives sans retouches ultérieures, du fait que les variations de cotes au frittage sont insigni fiantes.
A titre d'exemple d'application et de mise en oeuvre, on indiquera un mode de fabrication d'un frottoir dia manté destiné à profiler une meule A 60 M 8 V sui vant désignation internationale d'une machine à rectifier le raccordement au rayon 4 mm des fusées de roue ar rière d'un véhicule automobile.
Pour le porte-outil, on mélange durant 5 minutes au mélangeur rotatif 20 g de poudre de fer de surface spéci fique 2200 em22/cm3 avec 0,5 g de poudre de cuivre de granulométrie 40 microns. Le mélange obtenu est intro duit dans un moule de forme rectangulaire puis tassé sous une pression de 5 hbar au moyen d'un poinçon pré sentant un décrochement destiné à ménager dans le porte-outil la cavité devant contenir 1_a matrice diaman tée.
Par ailleurs, on mélange durant 5 minutes au mé- langeur rotatif 0,75 g de poudre de fer de surface spéci fique 2200 cm2/cm3, 0,75 g de poudre de cobalt de sur face spécifique 4000 em2/cm3, 1,5 g de poudre de car bure de wolfram de granulométrie 6 microns et 0,3 g de diamants de dimensions 1100 à 1200 microns, le tout étant humidifié par 0,5 cm3 d'essence de pétrole. Le mé lange est introduit dans la cavité ménagée dans le porte- outil puis tassé sous une pression de 5 hbar. L'ensemble est alors comprimé sous une pression de 40 hbar.
L'aggloméré obtenu étant placé dans un four à atmo sphère d'hydrogène, on place sur lui un ou plusieurs mor ceaux de cuivre de formes quelconques et de poids 7 g, on chauffe jusqu'à 1100 C en 20 minutes, la température de 1100 C étant maintenue 3 minutes, puis le chauffage du four est arrêté, le refroidissement étant effectué en 30 minutes environ. La partie sans diamant est alors per cée au foret de 6 mm pour assemblage sur la tourelle d'affûtage de la rectifieuse.
Des frottoirs réalisés de cette façon assurent le pro filage de meules permettant la rectification de 6000 fusées de roue au lieu de 1800 pour les meilleurs frottoirs fa briqués par les méthodes connues.
Process for manufacturing diamond tools The present invention is a development of that which is the subject of main patent N 444701, which claims a process for manufacturing diamond tools consisting of a metal matrix in which is incorporated natural or synthetic diamond, characterized by the fact that it comprises the molding of a body by cold compression of a ferrous metal powder in which the diamond has been introduced beforehand, as a result of which this agglomerated body is brought into contact in a furnace with a reducing atmosphere with a quantity of copper, not or weakly alloyed, sufficient so that, after heating, impregnation of the ferrous metal by the copper and cooling of the matrix,
the copper fills practically all of the pores of the agglomerate of ferrous metal, however the impregnation temperature is at least equal to the melting temperature of the unalloyed or weakly alloyed copper, while being kept below the alteration temperature diamond cutting properties.
In some cases, for example for profiling grinding wheels, it may be advantageous to have tools with a harder and more abrasion resistant metal matrix while retaining the quality of the setting of the diamonds. and by avoiding, during sintering, excessive temperatures liable to deteriorate them.
The object of the present invention is to provide a process which gives the tools the desired properties of high abrasion resistance.
For this, the process according to the invention is characterized in that the cold-pressed powder contains a hard carbide in addition to the ferrous metal, while the impregnation temperature is at least equal to the melting temperature of the copper and at most equal to 11301, C.
According to the present addition, the pulverulent material further comprises a hard carbide and optionally cobalt. The method according to the invention makes it possible to produce diamond tools, most often directly in the final shape, to which the new composition confers exceptional wear resistance, at the same time that a particularly tenacious bond exists between the diamonds and the metal matrix. The above advantages are also acquired at low cost due to the simplicity of the manufacturing cycle. The process is applicable to the manufacture of tools with a single large diamond or for tools with a large number of smaller diamonds distributed in the matrix, the use of which is developing to the detriment of the previous ones.
Before the compression molding phase, the diamonds can either be introduced into the mixture of powders of ferrous or cobalt metal and of hard carbide in homogeneous dispersion, or placed in an oriented manner in the mixture when filling the mold.
For the implementation of the process according to the invention, the following conditions will advantageously be adopted: 1. Weighing of the constituent elements and mixing of the powders - ferrous metal powder of specific surface, measured according to the method of P.J.
Rigden and calculated according to the modified Koseny equation, 1000 to <B> 8000 </B> cm =! Crnj in the proportions of 20 to 70 qc by weight, - cobalt powder with a specific surface area of 2000 to 12,000 cm'î 'cm 2 # in the proportions of 0 to 30 clc by weight, - wolfram carbide powder with a particle size of 2 to 10 microns in the proportions of 10 to 50 clc by weight, - diamonds with a particle size of 60 to <B> 1500 </B> microns in the proportions of 5 to 20 e / c by weight.
2. Cold compression of the mixture in a mold in the shape of the tool to be obtained under a pressure of 10 to FO hbar. 3. Simultaneous sintering-impregnation operation - addition of pure or alloyed copper up to 12% by weight with tin, zinc or silver, in sufficient quantity so that the content of copper or copper alloy in the matrix is finally between 5 and 30% by weight.
The quantity of cuprous metal is chosen such that after the operation completed, the impregnation is total or partial, but in any case greater than 25% of the totality of the pores left after the above operation of cold compression. , - temperature rise to 910 C, possible holding for 1 hour at 9100 C, temperature rise at a rate of 5000 C / hour up to the melting temperature of the copper or copper alloy, temperature maintenance at most equal to 10 minutes. In no case should the temperature exceed 1130 C. The atmosphere of the furnace is formed by hydrogen.
It is likewise possible, during the thermal cycle, to stop the heating at 910 ° C. and to cool down to room temperature before the final rise to the impregnation temperature. However, this operation is only justified if, in the pre-sintered state thus obtained, shape retouching is to be done.
The process according to the invention makes it possible to obtain use properties, with regard to wear resistance, which are much superior to those obtained with tools prepared in any other way, given the hardness of the matrix. , the quality of the setting and the non-alteration of the diamonds.
According to a variant of the process, the iron powder entering the composition of the tablet can be mixed or alloyed with 1 to 4% copper, 0.1 to 2% carbon, 1 to 5% nickel, 0, 2 to 13% chromium, 0.1 to 4% molybdenum, the percentages being expressed by weight and the elements taken alone or in combination. The grain size of the iron addition elements in the case of alloys produced by juxtaposition of powders should not exceed 50 microns.
The method described makes it possible to obtain a part of the agglomerate free of diamond and consisting of the same matrix or of a ferrous-based matrix only, this part being able to serve as a tool holder. The copper impregnation during sintering is carried out on the whole of the chipboard.
An additional advantage of the process resides in the possibility of producing the moldable shapes directly to the final dimensions without subsequent reworking, because the variations in dimensions during sintering are insignificant.
As an example of application and implementation, we will indicate a method of manufacturing a dia manté wiper intended to profile a 60 M 8 V grinding wheel following the international designation of a machine for grinding the connection to the spoke 4 mm from the rear wheel knuckles of a motor vehicle.
For the tool holder, 20 g of iron powder with a specific surface area of 2200 em22 / cm3 are mixed for 5 minutes in a rotary mixer with 0.5 g of copper powder with a particle size of 40 microns. The mixture obtained is introduced into a rectangular mold and then packed under a pressure of 5 bar by means of a punch having a recess intended to leave the cavity in the tool holder to contain 1_a diamond die.
In addition, 0.75 g of iron powder with a specific surface area of 2200 cm2 / cm3, 0.75 g of cobalt powder with a specific surface area of 4000 em2 / cm3, 1.5 g of cobalt powder with a specific surface area of 4000 em2 / cm3, are mixed for 5 minutes in a rotary mixer. g of wolfram car bide powder with a particle size of 6 microns and 0.3 g of diamonds of dimensions 1100 to 1200 microns, the whole being moistened with 0.5 cm3 of petroleum gasoline. The mixture is introduced into the cavity made in the tool holder and then compacted under a pressure of 5 bar. The assembly is then compressed under a pressure of 40 hbar.
The agglomerate obtained being placed in an oven with a hydrogen atmosphere, one or more pieces of copper of any shape and weight 7 g are placed on it, the mixture is heated up to 1100 C in 20 minutes, the temperature of 1100 C being maintained for 3 minutes, then the heating of the furnace is stopped, the cooling being carried out in approximately 30 minutes. The diamond-free part is then drilled with a 6 mm drill for assembly on the sharpening turret of the grinding machine.
Wipers produced in this way ensure the profiling of grinding wheels allowing the grinding of 6,000 wheel spindles instead of 1,800 for the best rubbers made by known methods.