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" Perfectionnements aux procédés de fabrication de produits possédant des propriétés tranchantes ou abrasives."
La présente invention concerne d'une façon générale un procédé de fabrication d'une composition de matière ayant des propriétés caractéristiques tranchantes ou abrasives. De telles compositions se prêtent bien à la fabrication d'outils tranchants ou abrasifstelsque destranches, fraises, outils,, étaux-limeurs, forêts, etc Elle s se prêtent également bien à la fabrication de matrices et de filières, en particulier pour l'étirage de file métalliques.
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On a proposé jusqu'ici de faire des compositions ayant des propriétés tranchantes ou abrasives en mélangeant mécaniquement un agent tranchant finement divisé, tel que du carbure de tungstène avec un liant finement divisé tel que du cobalt. Après avoir mélangé ces matières on les moule à la pres @ -se, puis on les chauffe afin d'agglomérer ou de fondre le li- ant sans toutefoisfairefondre l'agent tranchant. On obtient ainsi une composition dans laquelle les particules d'agent
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tranchant sont noyées dans une matrice en métal servant de liant.
On a constaté *qu'il est assez difficile d'obtenir un mélange homogène d'agent tranchant finement divisé et de liant lorsque l'agent tranchant et le liant sont tous deux pul- vérisés. Cette difficulté augmente lorsque de grandes propor- tions d'agent tranchant sont mélangées avec de petites pro- ,portions de liant. Par exemple, lorsque 99,5% environ d'agent tranchant doivent être utilisés avec 0,5% de liant, il est très difficile d'obtenir une proportion uniforme de liant dans toute la masse de particules d'agent tranchant.
Un autre in- convénient du mélange de l'aoeant tranchant et du liant, lors que ces deux matières sont en poudre, c'est qu'un agent tran- chant tel que du carbure de tungstène est beaucoup plus lourd qu'un liant tel que le carbure de cobalt, ce qui a pour résul- tat que le carbure de tungstène se dépose au fond après le mé- lange. Si l'on n'assure pas un mélange homogène de l'agent tranchant et du liant, l'objet produit par l'agglomération du mélange d'agent tranchant et de liant n'est pas homogène et ne joue pas son rôle aussi efficacement qu'un corps entière- ment homogène.
Pour obtenir un corps homogène avec un mélange d'a- gent tranchant et de liant, on recouvre lesparticules d'agent tranchant au moyen d'un liant métallique tel que du cobalt:
Les particules d'agent tranchant revouvertes d'une couche mé- tallique de cobalt sont ensuite comprimées de façon à fermer une mass3 qui conserve sa tonne, puis la masse est chauffée dans un four de façon à agglomérer le liant sans toutefois fondre l'agent tranchant, Il on résulte un objet dans lequel les particules d'agent tranchant sont noyées dans une matrice de liant et dans laquelle le liant est réparti uniformément dans toute la masse de façon à donner un produit homogène.
Par agents tranchants suivant l'invention, on entend des matières dure s telles que du carbure de tungstène, du car-
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bure de silicium, du carbure de chrome ou de toute matière ayant des propriétés caractéristiques tranchantes ou abrasive
Les métaux servant de liant pouvant être utilisés pour recou- vrir les particules d'agent tranchant comprennent le cobalt, le cuivre, le nickel, le fer ou un autre métal ou alliage ap- proprié. Le liant peut être constitué par des mélanges ou al- liages de l'un quelconque de ces métaux. Les particules de liant peuvent être revêtues de deux ou plus de deux couches' du même liant ou de liants différents.
Bien qu'on puisse uti- liser l'un quelconque de ces agents tranchants ou de liants, suivant les propriétés caractéristiques que l'on désire donner au produit fini, on a constaté qu'il est préférable, dans la plupart des cas, d'utiliser du carbure de tungstène pour l'a- gent tranchant et du cobalt pour le liant. Les proportions d'agent tranchant et de liant varient suivant la matière uti- lisée pour les agents tranchants et les liants et aussi sui- vant les usages auxquels le produit est destiné.
On décrira maintenant en détail le procédé appliqué de préférence lorsqu'on utiliao du carbure ds tungstène pour' 1 'agent Penchant et du cobalt pour le/liant, Il est bien enten- du que les proportions de matières et les phases du procédé peuvent varier, en particulier lorsqu'on utilise d'autres mati ères. On broie le carbure de tungstène jusqu'à ce qu'il soitfinement divisé, de préférence jusqu'à un degré de fines- se telqu'il passe à travers un tamis ayant trois cent vingt cinq mailles par pouces. La fi.nesse à. laquelle le carbure de tungstène est réduit dépendra de l'objet à fabriquer et elle n'est pas limitée au degré do finesse indiqué plus haut.
Les particules du carbure de tungstène finement di- vise sont ensuite revêtues de cobalt. Ceci peut se faire de toute façon désirée, mais on a constaté qu'il est avantageux de recouvrir les particules en déposant électriquement du co- balt métallique extrait d'une solution de cobalt. On peut uti- liser une soluton de sulfate de cohbalt, de sulfate d'ammo-
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-nium et de cobalt ou de chlorure de cobalt, de préférence de sulfate d'ammonium et de cobalt, Les particules de carbure de tungstène sont placées sur une plaque de nickel servant de cathode, et l'anode est constituée par du cobalt métallique.
Le dépôt de cobalt peut être poussé jusqu'à un degré tel que le cobalt représente une partie appréciable jusqu'à environ
50% du poids total du carbure de tungstène. Les proportions préférées sont d'environ 3,1/2% à 13% de cobalt et de 87% à environ 96,1/2% de carbure de tungstène.
Après avoir lavé pour éliminer les sels et séché, le carbure de tungstène dont chaque particule est revêtue de cobalt est ensuite comprimé dans une matrice et soumis à la pression à froid. La pression peut être d'environ 70 à 210000 kg/cm2 Cette compression de la matière permet d'extraire la masse du. moule et de la transporter dans un four. On soumet la masse à une première concrétion à une température d'envi- ron 535 à 540 C. Pendant la concrétion l'atmosphère du four est maintenue neutre ou réductrice par l'introduction d'un gaz tel que de l'hydrogène par exemple pour empêcher l'oxyda- tion de la matière.
Après avoir laissé la matière refroidir dans le four on la retira et dans cet état on peut le, meuler, la scier, la, limer ou l'usiner d'autre façon pour lui donner la forme finale désirée. Cette première concrétion ne fond pas entièrement le cobalt; elle produit simplement une masse suffisamment résistante pour qu'on puisse la meuler ou la scier afin de lui donner la forme désirée.
L'objet meulé sensiblement jusqu'à sa tonne défini- tive est ensuite replacé dans le four et soumis à une deuxiè- me opération de concrétion également dans une condition non oxydante à une température d'aviron 1.450 à 1.460 C. On lais- se refroidir l'objet dans le four et après l'en avoir extrait on peut le faire servir aux usages décrits plus haut. La deu- xième concrétion produit un objet qu'il est très difficile de . meuler ou d'usiner d'autre façon. C'est pour cette raison qui il est préférable d'effectuer la concrétion en deux phases
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plutôt qu'en une seule opération.
Au lieu de comprimer d'abord les particules recou- vertes et de @ les mouler, puis de les concréter, les par- ticules recouvertes et détachées peuvent être placées dans un moule et concrétéeso On peut utiliser une pression pour com- primer les particules avant, pendant, ou après la concrétion, ou bien on peut l'utiliser à la foisavant ou après la concré- tiono Il est préférable toutefois que les particules recouver- tes soient comprimées et roulées à froid, puis concrétées sans appliquer de pression.
Dans les descriptions qui précèdent le carbure de tungstène a été désigné comme étant l'agent tranchant préféré et le cobalt comme étant le liant préféré. Toutefois, on peut utiliser d'autres agents tranchants ou un mélange d'agents tranchants avec d'autres liants métalliques, ou un mélange ou alliage d'autres liants métalliques.
Dans le procédé qui fait l'objet de l'invention le métal utilisé pourrecouvrir les particules d'agent tranchant lie ces particules entre elles lorsque le mélange est concré- té.La température de c oncréti on est telle qu'elle ne ford pas l'agent tranchante Le métal fondu servant de liant consti- tue lui-même la matrice dans laquelle sont noyées les particu- les d'agent tranchanto
Le procédé qui fait l'objet de l'invention se distin- gue d'un procédé dans lequel des particules d'agent tranchant sont d'abord recouvertes d'un métal, les particules ainsi re- couvertes étant ensuite mélangées avec du métal fondu ayant un point de fusion peu élevé par rapport au point d3 fusion du métal de couvertureo En pareil cas le liant est généralement un métal tel que le zinc a,
yant un point de fusion très bas et ne pouvant pas être utilisé de façon satisfaisante lorsque l'objet fabriqué devient très chaud à l'usage. L'invention vi- se l'utilisation de liants ayant des points de fusion relati- vement élevés, de fçon que. mène lorsque l'outil, chauffe for-
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-tement à l'usage, le liant ne soi't pas fondu, mais maintienne fortement la cohésion entre les particulesde l'agent tranchant.
Une composition dans laquelle le cobalt sert de liant est pro- pre à de nombreux usages pour lesquels une composition contenant du zinc ou un autre métal ayant un point de fusion peu élevé ne pourrait pas être utilisé. Ceci est vrai parce que le cobalt a un point de fusion relativement élevé d'environ 1.475 à 1. 480 c
Dans la procédé décrit ci-dessus et pour lequel il est question de carbure de tungstène on utilise un carbure dans lequel 6% environ de carbone sont combinés avec le tungstène.
On a constaté que d'autres carbures de tungstène produisent des compositions ayant dos caractéristiques notablement différentes.
On a décrit ci-dessus le mode de réalisation préféré du procédé conforme à l'invention. Il est bien entendu toutefeis que l'invention peut être réalisée d'autre façon sans qu'on s'écarte de son principe.
REVENDICATIONS.
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1) Un procédé de fabrication d'une composition de ma- tière ayant despropriétés tranchantes ou abrasives, procédé caractérisé par le fait qu'il consister prendre un agent tran- chant finement divisé en particules, à enrober celles-ci de mé- tal et à soumettre à la chaleur et à la pression les particules ainsi enrobées.
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"Improvements in manufacturing processes for products with cutting or abrasive properties."
The present invention relates generally to a method of making a composition of matter having characteristic cutting or abrasive properties. Such compositions lend themselves well to the manufacture of sharp or abrasive tools such as slices, cutters, tools, vices-filers, forests, etc. They are also well suited to the manufacture of dies and dies, in particular for drawing. metal files.
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It has heretofore been proposed to make compositions having cutting or abrasive properties by mechanically mixing a finely divided cutting agent, such as tungsten carbide, with a finely divided binder such as cobalt. After mixing these materials, they are press molded and then heated in order to agglomerate or melt the binder without, however, melting the cutting agent. A composition is thus obtained in which the particles of agent
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cutting edge are embedded in a metal matrix serving as a binder.
It has been found that it is quite difficult to obtain a homogeneous mixture of finely divided cutting agent and binder when both the cutting agent and the binder are sprayed. This difficulty increases when large proportions of cutting agent are mixed with small amounts of binder. For example, when about 99.5% sharpener is to be used with 0.5% binder, it is very difficult to achieve a uniform proportion of binder throughout the mass of sharpener particles.
Another drawback of mixing the sharpener and the binder, when these two materials are powdered, is that a sharp agent such as tungsten carbide is much heavier than a binder such as tungsten carbide. than cobalt carbide, which results in tungsten carbide settling to the bottom after mixing. If a homogeneous mixture of the sharp agent and the binder is not ensured, the object produced by the agglomeration of the mixture of sharp agent and binder is not homogeneous and does not play its role as efficiently than a completely homogeneous body.
To obtain a homogeneous body with a mixture of cutting agent and binder, the particles of cutting agent are covered with a metallic binder such as cobalt:
The particles of cutting agent coated with a metal layer of cobalt are then compressed so as to close a mass3 which retains its ton, then the mass is heated in an oven so as to agglomerate the binder without however melting the agent. cutting, an object results in which the particles of cutting agent are embedded in a matrix of binder and in which the binder is distributed uniformly throughout the mass so as to give a homogeneous product.
By cutting agents according to the invention is meant hard materials such as tungsten carbide, carbon
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silicon bide, chromium carbide or any material having characteristic sharp or abrasive properties
Binder metals which can be used to coat the sharpening agent particles include cobalt, copper, nickel, iron, or other suitable metal or alloy. The binder can consist of mixtures or alloys of any of these metals. The binder particles can be coated with two or more layers of the same binder or different binders.
Although any of these cutting agents or binders can be used, depending on the characteristic properties desired to be imparted to the finished product, it has been found to be preferable in most cases to 'use tungsten carbide for the sharpness and cobalt for the binder. The proportions of sharpening agent and binder will vary depending on the material used for the sharpening agents and binders and also depending on the uses for which the product is intended.
The process preferably applied will now be described in detail when tungsten carbide is used for the binder and cobalt for the binder. It is understood that the proportions of materials and the stages of the process may vary. , especially when using other materials. The tungsten carbide is ground until it is finely divided, preferably to a degree of fine such that it passes through a screen having three hundred and twenty five meshes per inch. The fi.nesse to. which tungsten carbide is reduced will depend on the object to be manufactured and is not limited to the degree of fineness stated above.
The particles of the finely divided tungsten carbide are then coated with cobalt. This can be done in any way desired, but it has been found to be advantageous to cover the particles by electrically depositing metallic cobalt extracted from a cobalt solution. A soluton of cohbalt sulphate, ammonium sulphate can be used.
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-nium and cobalt or cobalt chloride, preferably ammonium and cobalt sulfate, The tungsten carbide particles are placed on a nickel plate serving as a cathode, and the anode is formed by metallic cobalt.
The deposit of cobalt can be pushed to such an extent that the cobalt represents an appreciable part up to about
50% of the total weight of the tungsten carbide. The preferred proportions are from about 3.1 / 2% to 13% cobalt and from 87% to about 96.1 / 2% tungsten carbide.
After washing to remove salts and drying, the tungsten carbide, each particle of which is coated with cobalt, is then compressed in a die and subjected to cold pressure. The pressure can be about 70 to 210,000 kg / cm2. This compression of the material makes it possible to extract the mass of the. mold and transport it to an oven. The mass is subjected to a first concretion at a temperature of about 535 to 540 C. During the concretion the atmosphere of the furnace is kept neutral or reducing by the introduction of a gas such as hydrogen for example. to prevent oxidation of the material.
After allowing the material to cool in the oven, it is removed and in this state it can be ground, sawed, filed or machined in any other way to give it the desired final shape. This first concretion does not entirely melt the cobalt; it simply produces a mass that is strong enough that it can be ground or sawed into the desired shape.
The object ground substantially to its final ton is then placed back in the furnace and subjected to a second concretion operation also in a non-oxidizing condition at a temperature of approximately 1.450 to 1.460 C. cool the object in the oven and after having extracted it, it can be used for the uses described above. The second concretion produces an object which is very difficult to grasp. grind or machine in any other way. It is for this reason that it is preferable to carry out the concretion in two phases
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rather than in one operation.
Instead of first compressing the covered particles and molding them, then concreting them, the covered and detached particles can be placed in a mold and concreted o Pressure can be used to compress the particles before , during, or after concretion, or it can be used both before or after concretion. However, it is preferable that the coated particles are compressed and cold rolled, then solidified without applying pressure.
In the foregoing descriptions, tungsten carbide has been referred to as the preferred cutting agent and cobalt as the preferred binder. However, other sharpeners or a mixture of sharpeners with other metal binders, or a mixture or alloy of other metal binders can be used.
In the process which is the object of the invention, the metal used to cover the particles of cutting agent binds these particles together when the mixture is concreted. The c oncretion temperature is such that it does not increase. 'cutting agent The molten metal serving as binder itself constitutes the matrix in which the particles of cutting agent are embedded.
The process which is the subject of the invention is distinguished from a process in which particles of the cutting agent are first coated with a metal, the particles thus coated then being mixed with molten metal. having a low melting point relative to the melting point of the cover metal o In such a case the binder is usually a metal such as zinc a,
having a very low melting point and cannot be used satisfactorily when the manufactured article becomes very hot in use. The invention contemplates the use of binders having relatively high melting points, such as. leads when the tool, heats up
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in use, the binder does not melt, but strongly maintains the cohesion between the particles of the cutting agent.
A composition in which cobalt serves as a binder is suitable for many uses for which a composition containing zinc or another metal having a low melting point could not be used. This is true because cobalt has a relatively high melting point of about 1,475 to 1,480 c
In the process described above and for which tungsten carbide is concerned, a carbide is used in which approximately 6% of carbon is combined with the tungsten.
Other tungsten carbides have been found to produce compositions having markedly different characteristics.
The preferred embodiment of the process according to the invention has been described above. Of course, the invention can be implemented in another way without departing from its principle.
CLAIMS.
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1) A process for manufacturing a composition of matter having sharp or abrasive properties, characterized by the fact that it consists of taking a sharp agent finely divided into particles, coating them with metal and subjecting the thus coated particles to heat and pressure.