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Préparation de substances et de corps durs à base de plu- sieurs substances.
On a constaté que des carbures métalliques, par exemple des carbures de tungstène ou des autres substances dures, tel- les que les principaux constituants des corp,s durs utilisés principalement comme outils de grande puissance, sont tou- jours.obtenus avec une dureté et une structure de valeurs . différentes. Cela peut être dû à la difficulté du procédé de fabrication par lui-même, la grande longueur de l'opération exigeant que des températures déterminées et des arrivées dé- terminées de gaz soient soigneusement maintenues.
Ces différences constatées dans les substances dures qui jusqu'ici, ont été toutes obtenues sous forme de composés d'un
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seul métal, ont d'ailleurs aussi très compromis la qualité et l'homogénéité des corps durs fabriqués à partir des dites substances. On a pu constater par exemple que dix plaquettes de métal dur de même provenance et de même marque on) dix va- leurs de puissance différentes et inférieures de 10 à 30 % à la puissance maxima de la meilleure plaquette.
Ce phénomène nuisible n'a pas même été éliminé en cons- tituant les corps durs à base de plusieurs substances, en les faisant par exemple en carbures de différents métaux. Les car- bures fabriqués séparément les uns des autres avaient, comme jusqu'ici, des qualités variables et ces variations étaient transmises aux c.orps durs dont ils étaient les éléments cons- titutifs.
Conformément à la présente 'invention les inconvénients cités sont éliminés par un nouveau mode de formation des corps durs. Au lieu de substances dures à un seul métal, on prépare des complexes de corps durs, de carbures, siliciures, borures, etc. de plusieurs substances. On procède alors de la façon suivante: on mélange entre elles plusieurs substances de base différentes pouvant être d.es métaux ou des composés métalli- ques, ou encore les deux à la fois avec des corps non métalli- ques participant à la réaction, pouvant encore être nécessaires (tels que le charbon), puis on les soumet ensemble à l'opéra- tion destinée à les transformer en corps durs (carburation ou traitement analogue). Il en résulte des complexes de corps durs.
Ces complexes ont une dureté extraordinaire, qui dépasse encore assez sensiblement celle des substances dures connues.
L'homogénéité est remarquable dans les charges les plus dif- férentes.
Un fait d'une importance pratique particulière, c 'est que le procédé peut être mis en oeuvre à des températures moyen- nes, même lorsque le mélange de départ contient des métaux qui, exigeraient par eux-mêmes des températures bien plus hautes pour la formation de corps durs. Avec le mélange, la transfor-
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mation suit des lois autres que pour le métal seul.C'est ainsi que des essais ont montré que, pendant la carburation d'un mé- lange de métaux et d'oxydes métalliques, les métaux conservent leur nature propre, c'est à dire qu'ils ne se transforment pas en carbures, tant que la réduction des oxydes métalliques con- tenus dans le mélange n'est pas encore terminée.
Ce n'est qu'ensuite que l'absorption de carbone par tous les métaux du mélange commence en même temps, cette absorption étant extrême- ment active, jusqu'à ce que la formation du carbure soit ter- minée! On peut interpréter ce phénomène par le fait que, aux hautes températures, pendant la réduction des oxydes métalli- ques l'affinité du carbone est moindre pour le métal présent que pour l'oxygène, qui se dégage des oxydes métalliques et se combine avec le carbone.
Les basses températures, qui suffisent pour le procédé con- forme à l'invention, éliminent les nombreuses perturbations pro- voquées par les hautes températures actuelles ; facilitent le travail et contribuent ainsi sensiblement à assurer une qua- ' lité homogène des substances dures obtenues.
:On décrira ci-après un mode de réalisation particulière- ment favorable du procédé conforme à l'invention. Comme matiè- res de départ on utilise du tungstène métallique, de l'acide titanique et de l'acide vanadique en proportions de 6-8, 2-3 pour 1-2 en poids. On ajoute une addition correspondante de char- bon. On mélange d'abord le tungstène à part avec la quantité de cha rbon nécessaire à sa carburation et on le réduit en pou- dre fine. De la même manière, on mélange séparément l'acide vanadique et l'acide titanique avec la quantité de carbone né- cessaire pour leur carburation et en outre avec une addition d'une quantité supplémentaire de charbon.
On réunit les trois mélanges et on les chauffe lentement dans un four de., type connu après avoir mélangé intimement. A une température d'environ 1.450 ' C, un fort dégagement de fumée indique le: commencement de la réduction des oxydes métalliques. En augmentant la tem-
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pérature jusqu'à 1.500 C, l'acide vanadique et l'acide tita- nique sont à peu près réduits et transformés en leurs métaux.
Pendant ce temps le tungstène reste inaltéré. Lors de la cessa- tion du dégagement de fumée, la réduction est terminée et l'on pousse encore le four un peu plus haut pour la carburation.La première absorption de carbone, jusqu'à 4 % environ, se produit presque immédiatement. Dans la suite,(durant environ une demi- heure) l'opération, la dernière absorption de carbone, néces- saire pour terminer la carburation, se produit. Le complexe de carbures obtenu est très dur, à grain fin et sa cassure est gris d'argent. Son traitement ultérieur pour le transformer en corps durs peut avoir lieu de façon connue.
D'ailleurs ces complexes de substances dures se prêtent aussi tout particulièrement bien à être liés entre eux immé- diatement déjà, au moment de leur fabrication, d'une manière nouvelle pour constituer des corps durs prêts à l'usage. A cet effet, on donne au mélange de départ toute forme, par exemple la forme de plaquettes, que le corps dur doit avoir plus tard.
Une pression de compression, non exagérée, peut être avanta- geuse au moment du moulage. La carburation subséquente, ou un'autre procédé de durcissement (siliciuration ou autre), qui transforme en matière dure les différentes particules de matiè- re du mélange moulé, donne en même temps aussi aux particules la cohésion ferme et intime dont elles ont besoin par la suite pour servir immédiatement de pièce d'usinage prête à l'usage. On peut encore augmenter la qualité d'un tel corps dur obtenu directement par le durcissement de ses constituants entrant dans le mélange, en effectuant la carburation ou autre, avec des interruptions.
Dans ce cas, ce n'est qu'après le trai- tement préalable servant à former des substances dures, et après la pulvérisation qui fait suite à ce traitement, que le mélange de départ est moulé sous la forme d'un corps dur. En carburant ensuite à nouveau, jusqu'à fin de carburation, on donne au corps moulé une structure ayant la plus grande dureté
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possible. Ses particules de matière sont collées entre elles de façon particulièrement ferme et tenace.
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Preparation of substances and hard bodies based on several substances.
It has been found that metal carbides, for example tungsten carbides or other hard substances, such as the main constituents of hard bodies used mainly as high power tools, are always obtained with hardness and a structure of values. different. This may be due to the difficulty of the manufacturing process itself, the great length of the operation requiring that certain temperatures and certain gas inflows be carefully maintained.
These differences observed in the hard substances which so far have all been obtained in the form of compounds of a
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metal alone, have also very compromised the quality and the homogeneity of the hard bodies made from said substances. It has been found, for example, that ten hard metal wafers of the same origin and of the same brand have ten different power values which are 10 to 30% lower than the maximum power of the best wafer.
This harmful phenomenon has not even been eliminated by constituting hard bodies from several substances, for example by making them from carbides of different metals. As hitherto, the carbides manufactured separately from one another had variable qualities and these variations were transmitted to the hard bodies of which they were the constituent parts.
According to the present invention the cited drawbacks are eliminated by a new method of forming hard bodies. Instead of hard single-metal substances, complexes of hard bodies, carbides, silicides, borides, etc. are prepared. of several substances. The procedure is then as follows: several different basic substances which can be metals or metal compounds, or both at the same time with non-metallic bodies participating in the reaction, which can be mixed together. still necessary (such as coal), then they are subjected together to the operation intended to transform them into hard bodies (carburizing or similar treatment). This results in hard body complexes.
These complexes have an extraordinary hardness, which still quite significantly exceeds that of known hard substances.
The homogeneity is remarkable in the most different fillers.
Of particular practical importance is that the process can be carried out at average temperatures, even when the starting mixture contains metals which would in themselves require much higher temperatures for the preparation. formation of hard bodies. With the mixture, the transform-
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tion follows laws other than for the metal alone. It is thus that tests have shown that, during the carburization of a mixture of metals and metal oxides, the metals retain their own nature. say that they do not turn into carbides, until the reduction of the metal oxides in the mixture is complete.
Only then does the absorption of carbon by all the metals in the mixture begin at the same time, this absorption being extremely active, until the formation of the carbide is terminated! This phenomenon can be interpreted by the fact that, at high temperatures, during the reduction of the metal oxides the affinity of carbon is less for the metal present than for oxygen, which evolves from the metal oxides and combines with the metal. carbon.
The low temperatures, which are sufficient for the process according to the invention, eliminate the numerous disturbances caused by the present high temperatures; facilitate the work and thus contribute significantly to ensuring a homogeneous quality of the hard substances obtained.
A particularly favorable embodiment of the process according to the invention will be described below. As starting materials metallic tungsten, titanic acid and vanadic acid are used in proportions of 6-8, 2-3 to 1-2 by weight. A corresponding addition of carbon is added. The tungsten is first mixed separately with the quantity of carbon necessary for its carburization and it is reduced to a fine powder. In the same way, the vanadic acid and the titanic acid are mixed separately with the quantity of carbon necessary for their carburization and further with an addition of an additional quantity of carbon.
The three mixtures are combined and heated slowly in a known type oven after having mixed thoroughly. At a temperature of about 1,450 ° C, a strong evolution of smoke indicates the beginning of the reduction of the metal oxides. By increasing the temperature
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In temperature up to 1,500 C, vanadic acid and titanic acid are roughly reduced and converted to their metals.
During this time the tungsten remains unaltered. When the smoke ceases, the reduction is complete and the furnace is pushed a little higher for carburetion. The first carbon absorption, up to about 4%, occurs almost immediately. Subsequently, (for about half an hour) the operation, the last absorption of carbon, necessary to complete the carburization, occurs. The complex of carbides obtained is very hard, fine-grained and its fracture is silver gray. Its further processing to transform it into hard bodies can take place in a known manner.
Moreover, these complexes of hard substances also lend themselves very particularly well to being linked together immediately already, at the time of their manufacture, in a new way in order to constitute hard bodies ready for use. For this purpose, the starting mixture is given any shape, for example the shape of platelets, which the hard body is to have later.
Compressive pressure, which is not exaggerated, can be beneficial at the time of molding. The subsequent carburization, or some other hardening process (siliciding or the like), which transforms the various particles of material in the molded mixture into hard material, at the same time also gives the particles the firm and intimate cohesion they need by the following to serve immediately as a ready-to-use machining part. It is possible to further increase the quality of such a hard body obtained directly by the hardening of its constituents entering the mixture, by carrying out the carburization or the like, with interruptions.
In this case, it is only after the pretreatment for forming hard substances, and after the spraying which follows this treatment, that the starting mixture is molded into a hard body. In fuel then again, until the end of carburization, the molded body is given a structure having the greatest hardness
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possible. Its particles of matter are stuck together in a particularly firm and tenacious way.