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PERFECTIONNEMENTS AUX COMPOSITIONS METALLIQUES DURES ET à LEURS PROCEDES DE FABRI- -CATION.-
La priorité du brevet déposé en France le 19 Août 1933 par la COMPAGNIE LORRAINE de CHARBONS pour l'ELECTRICITE, est revendiquée pour cette demande en vertu de la Convention Internationale de 1883'-
L'expérience a montré que les coupes extra-rapides sur les diffé- rents aciers, surtout sur les aciers les plus deux, ne peuvent 'être réalisées au meilleur marché possible au moyen des alliages frittes, aujourd'hui classique, à base des carbures de tungstène et du cobalt ou d'un autre métal:
du groupe du fer- Au contraire, il suffit de substituer dans ces alliages, et poids pour poids quelques unités pour cent de carbure de titane CTi aux carbures de tungstène CW et CW2, par exemple de 5 à 30%, pour obtenir des outils de coupe beaucoup plus durs et qui tiennent aux plus grandes vitesses industrielles dans l'usinage des
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aciers* Des alliages ternaires de carbures de tungstène, de carbure de titane et de cobalt ou autre métal du même groupe, ont été décrits*
On sait d'autre part que les carbures de tungstène agglomérés avec des alliages du type stellite :
cobalt, tungstène, avec présence facultative de molybdène, chrême, vanadium, manganèse, fer et carbone, ont permis de créer des outils particulièrement't enances, très durs, et qui conviaient à l'emploi sur les fontes, trempées ou non- Etals, jusqu'ici, on ignorait les avantages que pouvait éventuellement présenter l'agglomération des mélanges de carbure de tungstène de titane CW, CW2 et CTi, avec un liant métallique à base de cobalt, de tungstène et d'autres métaux, ces derniers à titre facultatif-
Suivant la présente invention, les carbures durs de tungstène et de titane sont agglomérés avec des alliages durs et tenaces, dont la dureté structurale est atteinte du fait seul de leur composition chimique et de leur préparation,
mais indépendante de tout traitement thermique complémentaire- Ces alliages nouveaux présentent en outre les deux caractères suivants I - ils permettent les usinages extra-rapides des aciers de toutes duretés ; 2 - leur ténacité, supérieure à celle des alliages connus, les rend avantageux dans le travail sur pièces coulées et incorrectement traitées, dont la du- l'et', capricieusement irrégulière dans toute l'étendue de la pièce, provoque la rupture ou la perte prématurée du tranchant, dans le cas des outils déjà connus*
Afin de bien préciser le caractère et la'portée de l'invention, il en sera donné quelques exemples* EXEMPLE 1.
EMI2.1
<tb>
L'alliage <SEP> est <SEP> composé <SEP> de
<tb>
<tb>
<tb> Carbure <SEP> de <SEP> titane <SEP> ......... <SEP> 8% <SEP>
<tb>
<tb>
<tb> Carbures <SEP> de <SEP> tungstène....... <SEP> 80%
<tb>
<tb>
<tb> Tungstène................... <SEP> 6%
<tb>
<tb>
<tb> Cobalt <SEP> . <SEP> ............. <SEP> 6%
<tb>
Les carbures de tungstène sont constituas par un mélange de CW et CW2, dont le taux global de carbone peut rester compris entre 5 et 6#1%.
Tous les constituants, en poudre fine, sont mélangés intimement, de manière à réaliser un effet d'attrition au cours du mélange, par exemple par l'emploi d'un broyeur à boulets famé- Des précautions connues doivent être
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prises pour empêcher l'oxydation de certains des constituante qui sont plus altérables, notamment le tungstène et le carbure OU* Puis, la poudre bien uni- forme et homogène obtenue est comprimée sous 2 à 10 tonnes par cm2, et les piè- ces obtenues sont durcies par cuisson en atmosphère neutre ou réductrice, ou encore dans le vide, la température maxima étant réglée entre 1500 et 1800 C., avec palier de 10 à 300 minutes, suivant la dureté à obtenir- On peut également effectuer un premier frittage à température plus basse,
par exemple au-dessous de 1200 0-, de manière à ne pas donner aux pièces leur dureté définitive, et à en permettre le dégrossissage avant le traitement durcissant final- Le refroi- dissement doit être effectué an milieu neutre ou réducteur, mais toute vitesse de refroidissement est acceptable parce qu'elle n'agit pas de façon perceptible sur la dureté, sous la seule réserve que cette vitesse n'atteigne pas celles pour lesquelles il pourrait se produire des tensions dans la matière, causes de craquelures ou de fissures lorsqu'on atteint la zone de rigidité- EXEMPLE II#
On peut conserver les proportions de une partie de carbure de titane pour dix parties du mélange des carbures de tungstène, et réaliser l'ag- glomération avec un alliage plus complexe,
par exemple fer-cobalt-tungstène dans les proportions pondérales 2, 4, et 6, ou encore cobalt-tungstène-chrome (par exemple 6 @ 5 @ 1), cobalt-molybdène-tungstène-chrome (par exemple 6 : 2 5 : 0,5) , cobalt-tungstène-fer-vanadium (par exemple 4 : 6: 2: 0,3) etc...
Dans tous les cas, la température et la durée du frittage final sont réglées de manière à homogénéiser parfaitement la structure de l'alliage auxiliaire* EXEMPLE III :
La carburation totale du titane présente des difficultés : le plus souvent; on obtient un mélange (ou peut-être une solution solide) du car- bure CTi avec une proportion variable d'azoture NTi.
L'expérience a montré qu'on peut, sans inconvénient, utiliser ces produits plus complexes, à condition que le taux d'azoture reste assez bas, par exemple moins de 20% du poids total carbure de titane + azoture de titane* On a obtenu, entre autres, de bons ré- sultats avec la formule de l'exemple 1 dans laquelle le carbure CTi était rem- placé par un mélange CTi - NTi à I#I % d'azote environ*
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EXEMPLE IV#-
Il est également possible de réaliser les différents alliages , objet de l'invention, par frittage exercé sous actions simultanées ou alterna- tives de la température et de la pression, par exemple entre 1350 et 1800 C.
sous 50 à 200 kgs par cm2 dans le cas de l'exemple I#
On a constaté que ces différente alliages sont tenaces, d'autant plus que le carbure de titane est plus pauvre en nitrure, et permettent de tra- vailler l'acier à des vitesses notablement plus élevées que dans le cas des outils aux carbures de tungstène et au cobalt, ou renfermant du carbure de tan- tale.
A titre d'exemple, des outils de tour, confectionnés avec des al- liages préparés suivant les méthodes décrites ci-dessus, ont permis d'usiner une billette d'acier présentant une résistance mécanique de 100 kgs par milli- mètre carré, aux vitesses moyennes industrielles ci-après : - travail d'ébauche : avance par tour 1#5 mm profondeur de coupe 2# mm# vitesse en mètres par minute 40 - travail de finition t avance pas tour 0;1 mm# profondeur de coupa 0#5 mm# vitesse en mètres par minutes :
250
Il doit être bien compris que les alliages spécifias ci-dessus ne sont donnés qu'à titre d'exemples, ils ne sont en rien limitatifs de la por- tée de l'invention* De façon générale celle-ci revendique les alliages renfer- mant du carbure da titane CTi, du carbure de tungstène CW, des teneurs faculta- tives et accessoires de carbure CW2 et de nitrure NTi, avec un alliage liant, dur par lui-même sans traitement thermique, dont l'alliage Co + W à poids égaux constitue le type le plus simple* Les proportions pondérales respectives de constituants extra-durs (carbures + nitrure) d'une part et d'alliage auxiliaire d'autre part, peuvent varier entre 97 et 78 environ pour les premiers consti- tuants et 3 à 22 % pour l' alliage auxiliaire-
L'expérience a montré que ces alliages peuvent également être préparés par fusion et coulés,
ou encore par imprégnation des constituants extra-dures frittés au moyen de l'alliage auxiliaire amené à l'état liquide à hautet empérature#
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IMPROVEMENTS IN HARD METAL COMPOSITIONS AND THEIR MANUFACTURING PROCESSES.-
The priority of the patent filed in France on August 19, 1933 by the COMPAGNIE LORRAINE de CHARBONS pour l'ELECTRICITE, is claimed for this application under the International Convention of 1883'-
Experience has shown that extra-fast cuts on the various steels, especially on the most two steels, cannot be carried out as cheaply as possible by means of sintered alloys, now conventional, based on carbides. of tungsten and cobalt or another metal:
of the iron group - On the contrary, it suffices to substitute in these alloys, and weight for weight a few units per cent of titanium carbide CTi for the tungsten carbides CW and CW2, for example from 5 to 30%, to obtain tools of cuts much harder and which hold at the highest industrial speeds in the machining of
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steels * Ternary alloys of tungsten carbides, titanium carbide and cobalt or other metal of the same group, have been described *
It is also known that tungsten carbides agglomerated with alloys of the stellite type:
cobalt, tungsten, with the optional presence of molybdenum, chrism, vanadium, manganese, iron and carbon, made it possible to create particularly tough tools, very hard, and which were suitable for use on cast iron, hardened or not. , until now, the potential advantages of the agglomeration of mixtures of titanium tungsten carbide CW, CW2 and CTi, with a metal binder based on cobalt, tungsten and other metals, the latter to optional title-
According to the present invention, the hard carbides of tungsten and titanium are agglomerated with hard and tenacious alloys, the structural hardness of which is reached solely because of their chemical composition and their preparation,
but independent of any additional heat treatment. These new alloys also have the following two characteristics I - they allow extra-rapid machining of steels of all hardnesses; 2 - their toughness, superior to that of known alloys, makes them advantageous in the work on castings and incorrectly treated, of which the du- the et ', capriciously irregular in the whole extent of the part, causes the breakage or the premature loss of the cutting edge, in the case of tools already known *
In order to clarify the character and the scope of the invention, a few examples will be given * EXAMPLE 1.
EMI2.1
<tb>
The <SEP> alloy is <SEP> composed of <SEP> of
<tb>
<tb>
<tb> Carbide <SEP> of <SEP> titanium <SEP> ......... <SEP> 8% <SEP>
<tb>
<tb>
<tb> Carbides <SEP> of <SEP> tungsten ....... <SEP> 80%
<tb>
<tb>
<tb> Tungsten ................... <SEP> 6%
<tb>
<tb>
<tb> Cobalt <SEP>. <SEP> ............. <SEP> 6%
<tb>
Tungsten carbides are made up of a mixture of CW and CW2, the overall carbon content of which can remain between 5 and 6 # 1%.
All the constituents, in fine powder, are mixed intimately, so as to achieve an effect of attrition during the mixing, for example by the use of a famous ball mill. Known precautions must be taken.
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taken to prevent the oxidation of some of the constituents which are more alterable, in particular tungsten and carbide OR * Then, the very uniform and homogeneous powder obtained is compressed in 2 to 10 tons per cm2, and the parts obtained are hardened by firing in a neutral or reducing atmosphere, or in a vacuum, the maximum temperature being set between 1500 and 1800 C., with a level of 10 to 300 minutes, depending on the hardness to be obtained - A first sintering can also be carried out at lower temperature,
for example below 1200 0-, so as not to give the parts their final hardness, and to allow roughing before the final hardening treatment- Cooling must be carried out in a neutral or reducing medium, but at any speed cooling is acceptable because it does not have a perceptible effect on hardness, with the sole proviso that this rate does not reach those at which tensions could occur in the material, causing cracks or cracks when 'we reach the zone of rigidity - EXAMPLE II #
It is possible to keep the proportions of one part of titanium carbide to ten parts of the mixture of tungsten carbides, and to carry out the agglomeration with a more complex alloy,
for example iron-cobalt-tungsten in the weight proportions 2, 4, and 6, or also cobalt-tungsten-chromium (for example 6 @ 5 @ 1), cobalt-molybdenum-tungsten-chromium (for example 6: 2 5: 0.5), cobalt-tungsten-iron-vanadium (for example 4: 6: 2: 0.3) etc ...
In all cases, the temperature and the duration of the final sintering are adjusted so as to perfectly homogenize the structure of the auxiliary alloy * EXAMPLE III:
The total carburization of titanium presents difficulties: most often; a mixture (or perhaps a solid solution) of the CTi carbide with a variable proportion of NTi azide is obtained.
Experience has shown that it is possible, without disadvantage, to use these more complex products, provided that the azide content remains low enough, for example less than 20% of the total weight of titanium carbide + titanium azide * We have obtained, inter alia, good results with the formula of Example 1 in which the CTi carbide was replaced by a CTi - NTi mixture at I # I% nitrogen approximately *
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EXAMPLE IV # -
It is also possible to produce the different alloys, object of the invention, by sintering carried out under simultaneous or alternating actions of temperature and pressure, for example between 1350 and 1800 C.
under 50 to 200 kgs per cm2 in the case of example I #
It has been observed that these different alloys are tenacious, all the more so as the titanium carbide is poorer in nitride, and make it possible to work the steel at notably higher speeds than in the case of tools with tungsten carbides. and cobalt, or containing tantal carbide.
By way of example, lathe tools, made with alloys prepared according to the methods described above, have made it possible to machine a steel billet having a mechanical resistance of 100 kgs per square millimeter, at industrial average speeds below: - roughing work: feed per revolution 1 # 5 mm cutting depth 2 # mm # speed in meters per minute 40 - finishing work t feed per revolution 0; 1 mm # cutting depth 0 # 5 mm # speed in meters per minute:
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It should be understood that the alloys specifias above are given only by way of example, they are in no way limiting of the scope of the invention. In general, the latter claims the alloys containing mant of titanium carbide CTi, tungsten carbide CW, optional contents and accessories of CW2 carbide and NTi nitride, with a binder alloy, hard by itself without heat treatment, of which the Co + W alloy at equal weight constitutes the simplest type * The respective weight proportions of extra-hard constituents (carbides + nitride) on the one hand and of auxiliary alloy on the other hand, may vary between approximately 97 and 78 for the first constituents and 3 to 22% for the auxiliary alloy-
Experience has shown that these alloys can also be prepared by melting and casting,
or by impregnation of the sintered extra-hard constituents by means of the auxiliary alloy brought to the liquid state at high temperature #