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Procédé pour la transformation de mélanges ou alliages pulvérulents ou compacts entre des métaux et métalloïdes à haute teneur en carbone, à point de fu- sion élevé.
La présente invention concerne un procédé pour transformer des mélanges ou alliages, pulvérulents ou déjà rendus compacts, entre des métaux ( carbures) et des métalloïdes, à haute teneur en carbone.
Il est connu, en dehors des procédés de coulée, de transformer des substances pulvérulentes difficile- ment fusibles ou infusibles, en les additionnant de substances plus facilement fusibles et en tassant ces mélanges dans des moules, aussitôt que la masse est devenue pâteuse sous l'action de la chaleur, sous une p ression normale.
Mais il est également connu de rendre compactes
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des substances pulvérulentes par un procédé de frittage, dans certains cas avec utilisation simultanée d'une faible pression, la pression devant empêcher la masse, qui s'agglutine graduellement, de devenir poreuse.
Mais il est nouveau que, par l'utilisation de certaines températures critiques, des substances, telles que les carbures de métaux et métalloïdes, à point de fusion élevé, acquièrent, par l'emploi de pressions critiques déterminées très élevées, des propriétés plastiques telles que, - bien qu'en raison de leur te- neur élevée en carbone, elles ne puissent plus être con- sidérées comme des métaux, - elles se laissent à des pressions élevées pouvant techniquement encore être atteintes, travailler de façon analogue à ceux-ci, tandis que, sous une faible pression, pour les mêmes températures, on ne peut observer point de phénomènes plastiques.
Par la mise en valeur pratique de cette propriété, on réussit t facilement, conformément au présent procédé, à transformer tous les métaux et métalloïdes à teneur élevée en carbone, de façon sûre, enun temps très court, en corps résistants et compacts. L'opération de trans- formation doit être considérée comme une opération de fusion pâteuse sous une pression élevée et à une tempé- rature élevée. La pression critique et la température critique ont certaines relations entre elles. Des pressions plus élevées exigent des températures un peu plus faibles, toutefois la possibilité de réalisation pratique impose des limites assez étroites.
On réalise le procédé en versant les éléments, ou leurs combinaisons, conformément à la composition désirée, en un mélange finement divisé, dans un moule
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de compression très réfractaire, avec poinçon. On place ensuite ce moule dans un four, de préférence un four électrique, et on l'y chauffe. Il se produit ainsi, pour autant que cela est possible entre les différents constituants, déjà un alliage ou une combinaison des constituants.
Si la température critique est atteinte et si on exerce sur le poinçon une forte p ression cor- respondant à la valeur critique, pendant'que le contenu du moule se trouve à la température élevée appropriée correspondante, le contenu du moule commence à devenir plastique, et la pression transforme le métal pulvérulent en corps de moulage compacts et résistants. On peut ré- duire jusqu'à l'extrème l'opération de chauffage, la compression en elle-même n'exigeant que quelques secondes.
Lorsque .la compression est terminée, on laisse -refroidir le moule avec son contenu.
On peut également réaliser le procédé en partant, non des éléments, mais de leur combinaisons.
On peut en outre également le réaliser en partant, non plus d'ailleurs de mélanges pulvérulents, mais de métaux, métalloïdes, ou de leurs mélanges et combinaisons, à forte teneur en carbone, ,frittés ou coulés ou autrement déjà rendus compacts (par exemple par travail à la presse), ces métaux, métalloïdes, ou leurs mélanges et combinaisons pouvant consister aussi bien en pièces non façonnées qu'en pièces ayant déjà subi un façonnage préalable. La transformation peut être réalisée déjà à des températures, qui sont situées bien en-dessous du point de fusion de l'alliage ou combinaison.
C'est ainsi que la possibilité de transformation de
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tungstène à haute teneur en carbone, avec enoiron 5% de carbone, commence déjà à 1800 C environ et sous une pression d'environ 150 kg/cm2, qu'il s'agisse de poudre, ou de pièces compactes, alors que le point de fusion est d'environ 2800 , et que le point de fusion de l'eutectique du tungstène et du carbone est supérieur à 2500.
Le refroidissement des corps a lieu avantageuse- ment sous une pression durant jusqu'à ce que les corps soient descendus en dessous de la température critique.
Des corps comprimés, en carbures de tungstène, se dé- sagrègent parfois, par exemple lorsqu'on fait cesser la pression au - dessus de la température critique.
Il n'est pas nécessaire que la pression soit exercée en même temps que le chauffage ; on obtient le même résultat lorsqu' on n'exerce la pression que lorsque le chauffage au-dessus de la température critique est terminé.
En général, il est à recommander de chauffer aussi rapidement que possible, de sorte que le chauf- fage soit terminé en 2 - 3 minutes. Si on n'exerce la pression qu'après le chauffage, la compression s'effectue de façon momentanée. Si on l'exerce déjà pendant le chauffage, la compression est déjà terminée au moment où le contenu du moule dépasse la température cri- tique, qui est nécessaire pour obtenir une compacité, optimum.
Pour obtenir, au cours de la fabrication, des corps complètement compacts, il faut maintenir la pression, à une température appropriée, jusqu'à
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ce .qU'il ne se produise plus de cor,apressior2 ultérieure.
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Les moules consistent, de même que les poinçons de compression, de préférence en carbone. Pour certaines matières difficiles à comprimer, il est recommandable de les comprimer des deux côtés à l'aide de deux poinçons.
Des corps, ayant subi un frittage préalable ou ayant déjà été préalablement façonnés ou coulés, peuvent être traités par le procédé de compression décrit ci-dessus en vue d'être rendus compacts.
Pour accroître la plasticité, il peut être avan- tageux d'allier les carbures, à haute teneur en carbone, avec de faibles quantités de métaux à point de fusion plus bas, en proportions allant jusqu'à 5% environ. Bien que ces alliages possèdent un point de fusion très élevé, il a été constaté que leur pla sticité est toutefois extraordinairement accrue. Des traces de métalloïdes, en particulier de silicium et de bore, produisent des effets analogues et en même temps un durcissement pour des carbures, par exemple pour du carbure de tungstène.
Comme substances, qui peuvent être utilisées pour ces corps, en particulier pour des outils durs, tels que des filières, on peut citer en premier lieu les métaux (carbures) et métalloïdes, à teneur élevée en carbone et à point de fusion élevé, tels que le bore, silicium, zirconium, vanadium, chrôme, tungstène, mo- lybdène, tantale, titane.
On peut également employer des alliages du bore, du carbone et de l'azote avec d'autres métaux et mé- talloides à point de fusion élevé, par exemple des alliages de titane- bore - azote- carbone, ainsi que des combinaisons ou des corps, du genre d'alliages, de
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silicium, bore et carbone.
Dans tous ces corps, entrant en ligne de compte pour ce procédé, le carbone est l'élément constitutif essentiel.
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Process for the transformation of powdered or compact mixtures or alloys between metals and metalloids with a high carbon content, high melting point.
The present invention relates to a process for transforming mixtures or alloys, powdered or already compacted, between metals (carbides) and metalloids, with a high carbon content.
It is known, apart from casting processes, to transform pulverulent substances which are difficult to melt or infuse, by adding them with substances which are more easily meltable and by compacting these mixtures in molds as soon as the mass has become pasty under the water. action of heat, under normal pressure.
But it is also known to make compact
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powdery substances by a sintering process, in some cases with simultaneous use of low pressure, the pressure having to prevent the mass, which gradually clumps, from becoming porous.
But it is new that, by the use of certain critical temperatures, substances, such as carbides of metals and metalloids, with a high melting point, acquire, by the use of determined very high critical pressures, plastic properties such as that, - although due to their high carbon content, they can no longer be considered as metals, - they allow themselves to high pressures which can technically still be reached, to work in a similar way to those- Here, while, under a weak pressure, for the same temperatures, no plastic phenomena can be observed.
By the practical enhancement of this property, it is easily succeeded in accordance with the present process in converting all the metals and metalloids with a high carbon content safely, in a very short time, into strong and compact bodies. The converting operation is to be regarded as a pasty smelting operation under high pressure and high temperature. Critical pressure and critical temperature have certain relationships with each other. Higher pressures require somewhat lower temperatures, however the practicality imposes rather narrow limits.
The process is carried out by pouring the elements, or their combinations, according to the desired composition, in a finely divided mixture, into a mold.
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very refractory compression, with punch. This mold is then placed in an oven, preferably an electric oven, and it is heated there. As far as possible between the different constituents there is thus already an alloy or a combination of the constituents.
If the critical temperature is reached and a strong pressure corresponding to the critical value is exerted on the punch, while the contents of the mold are at the corresponding appropriate elevated temperature, the contents of the mold begin to become plastic, and the pressure transforms the powdered metal into compact and strong castings. The heating operation can be reduced to the extreme, the compression itself requiring only a few seconds.
When the compression is complete, the mold is allowed to cool with its contents.
It is also possible to carry out the process starting, not with the elements, but with their combinations.
It can also also be achieved by starting, moreover, no longer from pulverulent mixtures, but from metals, metalloids, or mixtures and combinations thereof, with a high carbon content,, sintered or cast or otherwise already compacted (for example by press work), these metals, metalloids, or their mixtures and combinations which may consist of both unshaped parts and parts that have already undergone prior shaping. The transformation can be carried out already at temperatures, which are well below the melting point of the alloy or combination.
This is how the possibility of transformation of
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High carbon tungsten, with enoiron 5% carbon, already starts at around 1800 C and at a pressure of around 150 kg / cm2, whether it is powder, or compact parts, while the point melting point is about 2800, and the melting point of the eutectic of tungsten and carbon is above 2500.
Cooling of the bodies advantageously takes place under pressure that lasts until the bodies have dropped below the critical temperature.
Compressed bodies made of tungsten carbides sometimes break down, for example when the pressure is released above the critical temperature.
The pressure does not need to be applied simultaneously with the heating; the same result is obtained when the pressure is exerted only when the heating above the critical temperature is terminated.
In general, it is recommended to heat up as quickly as possible, so that the heating is completed in 2 - 3 minutes. If the pressure is not exerted until after heating, the compression takes place momentarily. If it is already exerted during heating, the compression is already complete when the contents of the mold exceed the critical temperature, which is necessary to obtain optimum compactness.
In order to obtain completely compact bodies during manufacture, the pressure must be maintained at an appropriate temperature up to
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that .that no more horn occurs, apressior2 later.
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The molds consist, like the compression punches, preferably of carbon. For some materials that are difficult to compress, it is advisable to compress them on both sides using two punches.
Bodies which have undergone a prior sintering or which have already been previously shaped or cast can be treated by the compression process described above in order to be made compact.
To increase plasticity, it may be advantageous to alloy the high carbon carbides with small amounts of lower melting point metals in amounts up to about 5%. Although these alloys have a very high melting point, it has been found that their plasticity is however extraordinarily increased. Traces of metalloids, in particular silicon and boron, produce analogous effects and at the same time harden for carbides, for example for tungsten carbide.
As substances which can be used for these bodies, in particular for hard tools, such as dies, there may be mentioned in the first place metals (carbides) and metalloids, with a high carbon content and a high melting point, such as as boron, silicon, zirconium, vanadium, chrome, tungsten, molybdenum, tantalum, titanium.
Alloys of boron, carbon and nitrogen with other high melting point metals and metalloids can also be employed, for example titanium-boron-nitrogen-carbon alloys, as well as combinations or body, of the kind of alloys, of
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silicon, boron and carbon.
In all these bodies, taken into account for this process, carbon is the essential building block.