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perfectionnements aux outils à base de diamant et d'un lient métallique.
La présente invention est relative à la fabrication d'ou- tils capables de travailler une grande variété de matériaux particulièrement des matériaux durs tels'que les métaux durs; la pierre et la roche, ces outils utilisant le diamant, terme qui nomporte la poudre de diamant dite "boart" et d'autres variétés de carbone cristallin. fil.
L'objet de l'invention est de produire des outils abra- sifs, coupants, meulant et forant, dans lesquels des particules ou grains de diamant sont maintenus par une ustrise ou un liant aonstitué d'un métal; d'un.alliage de méteux ou d'un mólonge de métaux et/ou d'alliage, ae liant étant adapté aux buts d'utiisation de l'outil, les partiaules de diamant étant ré- @
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parties uniformément en substance dans la xetr12e ou, tout au moins, dans la partie active de l'outil.
Dans le. .;:'uori:1ú-cion d'oucils -de io genre, tels que les foreuses pour roches, les disque de moulage t les outils abrasifs de tout genre, dans lesquels de la poussière de dia-. ment ou des psrticuibs de diamant constituent le principal 8- gent moulant ou coupant, il existe des 2oAiicions pratiques vi -risées qui s'appuient sur 1s sélection du liant racuUâ1 uc bé;)- .pl1cjqé, :11 Yis 1 , ,CClS1i;';1'8l1t le madère sur 1.iqt=e'!.1<# C: . 1 0 l: a: î doit ûptjf.'cr, 1 , lh;':W0:JJ l<': pri')\Li] 1'(., c;s1 que les 7L f L1';u LUS CL..11LG1fJttt nc seraient pas srranhees de force de la matrice dans la quelle elles sont tenues.
En second lieu,çependant que la matrice ou le lzant retiendra les pDrtiê1ules de diamant d'une manibrc sur- fisDrmeL1t teOO:10 pour permettre une complète utilisation de :1011cs-:1i, il est néanmoins nécessaire que 'le liane, soit bel que. du 1'atLrition de la matrice ou du liant produite t l'emploi ,1(, 1'O\lI;jl, .Il Il( )l1'uduIL 1111,' !'J.lmoll!,f11,jO 1011l.;!.i,LI, (L i, :..i,,<ji>;, 1;: de fralzhes partir'ulcs de diamant à la fS;16 83tlVE; de l'OUt11 et qui sont retenues d'une manière suffisamineat ferme pour '0;re utilisées jusqu'à usurelai plus 2omplùte avant que leur singe devienne tellement réduit qu'elles puissent se dé'tB:1her du liant.
Dans ni rio une motrice trop dure produit un
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"graissage", par quoi l'on entend un encrassement; des surfaces
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de l'outil avec de la matière enlevée de l'ouvrage sous I'Di- tion de l'outil, avec comme résultat un poli de la surface de
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l'outil et un glissement de ces surfanes sur l'ouvrage à ^ou- per ou a meuler.
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Conformément à la présente! invention, il b été trouve que l'on peut obtenir une série utile d t 0 u t 11 par l'emploi d'un ou du plusieurs doo II1tJtI.1UX luJvre. t11n1rol, 001.)1)1.(" nlum1ll1m et des alliages dont un ou plusieurs de nés métaux constituent
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la base,
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Dans la sélection du lient, il est avantageux que là où l'on. obtient des températures substantiellement élevées pen- dant la fabrication, le coefficient de dilatation thermique du liant sera plus grand que celui du diamant, de façon que, quand le produit est refroidi, la contraction du métal tend à retenir les particules de diamant très fermement dans la ma- trice.
Si @ependant 1'échauffement pendant l'usage est consi- déré comme substantiel il est avantageux de choisir un liant qui, tout en étant autrement approprié, présente un coefficient de dilatation .qui ne dépasse pasfortement celui du diamant, étant donné qu'ainsi la tendance pour les particules de diamant à se détacher à 1'usage se trouve fortement réduite.
D'autre part, conformément à l'invention, les outils sont fabriques en mélangeant les particules de diamant en substanae uniformément avec le métal liant sous la forme de poudre et en soumettant ensuite le mélange,dans un moule qui présente la for- me de l'outil que l'on veut fabriquer, à une pression suffisante et/ou une température convenable pour provoquer le mélange de poudres à former une masse cohérente. Le .métal en poudre employé peut être homogène ou peut consister en un mélange de deux ou plusieurs métaux en poudre ou de constituants d'alliages.
Les parties non actives de l'outil peuvent Être formées, si 1'on désire, de métal à l'état de fine division,qui ne comporte pas de diamant,ou de produits solides qui peuvent être inthoduits dans le moule et l'iés à la masse en poudrependant la forma- tion de la matière pulvérulente en une masse cohérente, les parties solides formant ainsi les parties non-actives de l'ou- til.
Les pressions employées peuvent être de l'ordre de gran- deur de 50 tonnes par pouce carré ou au-delà et, dans certains @as ces pressions peuvent 'être réduites à 2 à 3 tonnes par pouce carré, pareilles pressions doivent être produites par des pressions hydrauliques ou mécaniques, de manière connue,
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Là où. il est fait usage de pressions moindres, les matériaux en poudre seront normalement chauffés soit avant, soit après l'application de pression, soit encore pendant l'application même.
il convient d'apporter une attention particulière au matériau dont le moule est construit, car, si une pression ion- venable doit être appliquée, le moule lui-même ne 'doit pas être
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umonu uno I;Ol1\p(rD{;uro belle qu'il so d6Cormc souo l'ofrct de cette pression.
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il doit être entendu que dans le méthode selon la pré- sente invention les tempémtures employées ne seront jams 1s suffisantes pour provoquer la fusion substantielle du liant.
Le capacité que possèdent les poudres de métaux à former
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des masses ichérentos quand elles sont soumises à la pression à toute température en dessous de leur point do fu--siori, se trouve être fréquemment dépendante de le pureté de !os poudres et des conditions chimiques réalisées.Beaucoup de métaux en poudre ont leurs partiales couvertes et protégées à. un ^or- tain degré par un mince film d'oxyde ou d'autre composé résul-
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tant de If exposition à l'atmosphère, et zes poudres ne sont souvent pas facilement cohérentes sous l'action de pression.Il p l u L , ii ; 1J ± v 1 1 , # 1 r I.IVl;lJ.t;IJ:.5(èUX (ici O'VPtIlH'Ot' que, pf1r r v ::
c m - ple, par un traitement réducteur préalable, les poudres de métal., employées conformément à l'invention, présentent une tendance
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aussi grande que possible pour nohérer sous l'effet de pression.
D'autre part, certains des m3wux en poudre employés subissent facilement: une oxydation lors du chauffage. Il peut (iOÚ'1 être avants-jeux de conct-uire l'opération effective de nompression et de chauffage sous des '10üditioC1S non-oxydantes, par exemple dans une atmosphère inerte ou réductrice, de façon à empêaher tout El formation inàésirebîe d'oxyde. Ceci est particulièrement le nas, per exemple, avec des alliages a case de nuivre, dont un nombre présente une tendance très appréciable à oxydation.
La formation d'oxyde et son incorporation dans le corps du
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lient peut fréquemment avoir pour effet un affaiblissement du liant, soit le rendre plus cassant. Si ceci,dans certaines air
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-cors1i8nces, ne peut pas être désavantageux, néammoins s'il est nécessaire d'écarter pareilles onditions.pns le liant, on pout obtenir nen par l'emploi d'une atmosphère réduotion qui non seulement anp'63he la formation d'oxyde, mais qui, en outre, dans le ces de métaux ne formant pas à'oxyàe3trop réfractaires, peut produire la réduction de tels oxydes qui existent déjà dans lu poudre do l1lÓ'tWl. 1103,'UMînium et ses sillages,utilises en aoncordanne avec:
l'invention,sont la plupart du temps inédits- blement assoniés à une faible proportion d'oxyde qui, étant ré- frestaire, persiste dans le produit final., cependant, la forma- tion de quantités excessives d'oxyde peur 'être empêchée par l'emploi d'une atmosphère inerte ou réductrice.
Les dimensions des particules de diamant incorporées dans les ou'cils fabriqués selon la présente invention, peuvent varier
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:1onsidérablemeat..Ainsi, par exemple, pour les 30uronnes perfo- rszri3es de ronhes, les dimensions des particules entre 1Q' à ZO mailles ont été trouvées comme convenant parfaitement, mais l'em- ploi de particules plus grosses nest pas exclu.
D'autre part, on a trouvé fréquemment utile d'ajouter une proportion de pou- dre de diamant très fine, car @eci semble non seulement avoir
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un effet d'assistance dans 1 vaction abrasive, mais également empêcher le patinage de la surface de l'outil. Une proportion convenable d'un liant en bronze a été trouvée, par exemple, dans une composition de 25% en volume des part:inules de diamant de dimensions.de 10 à 20 mailles et de 5% de fine poussière de diamant, La dimension des particules de métal n'est pas criti- que, mais, afin d'assurer l'obtention d'un produit utile autant que possible, la poudre employée sera aussi fine que possible.
D'une manière générale, la .poudre de métal sera de 200 mailles ou plus fine.
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La teneur totale en diamant dans la partie active de l'ou- til dépend de 1a dimension des particules de diamant, et; plus la dimension des particules est fine, d'autant plus grande peut 'être la quantité incorporée de manière efficace Avec de la fine poussière de diamant, on peut en incorporer jusqu'à. 60% en volu- me, mais, pour des dimensions de grains.appréciables, environ 40% en volume représente approximativement la limite supérieure pratique.
Il peut être également avantageux de soumettre les produits composés, après qu'ils ont été préparés, à un traitement thermi- que par lequel les qualités métlliques du liant sont perfea- tionnées commed dans le cas des alliages dursisantpar ancienneté.
Des opérations comme le trempage et le refroidissement soudain à partir de hautes températures, peuvent 'être appliquées fréquem -ment avec de bons résultats, mais en dépendance de 1a nature du métal ou de l'alliage employé @omme liant, Le traitemcnt thermi- que peut également être appliqué pour enlever toute tension inter -ne qui peut se produire dons les produits par lu méthode de fa- brication m'orne.
Il a été trouvé que parmi les métaux purs du commerce le cobalt susmentionné a les qualités mécaniques les plus favorables pour 1a fabrication des perfcratrices et autres outils semblables fortement sollicites. Mais, le cobalt, comme dit ci-devent, peut 'être. amendé en ténacité par des additions sonenbles ou il peut 'être remplace par des alliages a 08 se de co-balt, Le nickel et lon allogos a baa de misel sont églement utilon comme liant
1à où l'on se trouve en présence de conditions mécaniques moins exactes.
Tenant en vue les exigences normales pour un liant qui est tenace, retient les particules de diamant de. façon tenace mais qui n'est pes inutilement dur il doit être entendu que dans beauooup de cas il peut être désirable d'employer comme liant un mélange fondu de façon hétérogène de métaux en
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opposition à un métal ou alliage homogène; si nécessaire cepen- dont, des additions non-métalli lues peuvent également être ef- fectuées additions capables de provoquer 1'aggrégstion par fu- sion des particules de métal dans le liant, sous pressîon, ou l'adhérence de ces particules aux particules de diamant.
L'in- vention prévoit également 1'utilisastion pour la fabrication du liant, d'un mélange de deux ou plusieurs métaux en poudre men- tionnés ci-devant. qui, dans les conditions auxquelles il est soumis au cours du procédé, produit un alliage homogène ou substantiellement homogène en vue de constituer le liant final.
Un caractéristique pa rticulière de l'invention réside en de que les produits sont @aractérisés par une distribution sub- stantiellement uniforme de l'abrasif, @'est-à-dire du diamant dans toute la partie active de l'outil obtenu..
A titre d'exemple, un alliage d'aluminium tel que oolui non -nu sous la marque "DURALUMIN" peut 'être employé pour doneti- tuer un liant de la manière suivante. L'alliage métallique en poudre, mélangé, par exemple, aveo environ 40% en poids de po.ussière de diamant, est chauffé dans un moule convenable à une température qui n'est que de quelques degrés inférieure eu point do fusion effectif du métvl ou de l'alliage. une pres- sion modérée d'environ 3 à 5 tonnes par pouce carré est alors convenable pour assurer l'obtention d'un produit cohérent à sa- tisfastion.
si nécessaire, 1''opération peut être conduite dans une atmosphère inerte ou une atmosphère réductrice d'hydrogène par exemple, pareil liant a été trouvé avantageux pour la pré- paration de. disques de meulage et outils similaires.
Dans la fabrication de couronnes de forage pour la perfora -tion des roches, il a été trouvé comme donnant des résultats très satisfaisants d'utiliser un liant de cobalt substantiel- lement pur ou un alliaga à haute teneur en cobalt. on a con- staté que pareille couronne de forage a une vitesse de coupe relativement élevée et est facile à actionner. pour des roches
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plus dures rependant, il est désirable dTavoir un liant un peu plus ter18ne que le nobalt.
Cent peut être réalisé en fai- sant des additions capables deugraonter la tensnité du cobalt ou en utilisant un métal ou un alliage ou un mélange de métaux et/ou dralliages ayant substantiellement des caraotéristiques de température similaires, mais qui présentent une plus grande ténacité aven approximativement la même durabilité.
Il est également très avantageux de faire usage d'alliages à base de suivre, spécialement de bronzes durs, tels que les bronzes siliceux ou les alliages à base de suivre et durcissant par ancienneté, dans le but de fabriquer des couronnes foreuses
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ot uutrcu outils destinés à subir des ofrorta uimiloircs. 1,'om- ploi de conditionnement inerte ou réducteur pendant là faorics- tion est lJorticulièrement désirable dans Des cas. on peut égale- ment faire usage de laitons et de bronzes ayant une Mute teneur
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en zinn, par exemple des laitons ayant de 70 à 80(& de zinn et le restant substantiellement en cuivre, laitons dans lesquels peuvent
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lettre in:
1o rporée opcndùnt de faibles proportions xe substennes durnissantûb ou do substances capables d'augmenter la tétlú'1ité et qui sont parfaitement aonnues en rapport aven les laitons et les bronzes.
Les dessins annexés représentent la nature de certains ou-
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'cils qui peuvent être fabriqués en aonaoràsiiie avec l'invention.
LE) figure 1 cst uno loupe fragmentaire du moule et de ils partien fjuaoniùctj qu'- l'on peul, t.>iip,toyor pour 11o1uluc urm ;:ou- ronne de forsge, nom;ne montré dans la fig-;4.
Les figures 2 et 3 montrent nomment la couronne de forage de la figure 4 se trouve réalisée.
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Le moule est Tonstitvé de trois parties 1, 2 et une partie centrale 10 qui est, de prëferonne, supportée dans un siège noni- que 18. L8 Partie ; est évidée en 14 afin d'y adapter la partie de conformation correspondante sur la face inférieure de la par- tie 1. La construction montrée dans la figure 2 constitue la
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base de la couronne à obtenir, et l'anneau 7 correspond à l'es -paceannulaire dans le moule, formé par l'évidement 15 dans
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le partie supérieure , La construction de la figure S est fai- te en toute matière convenable, par exemple en bronze dur, L1- li s'adopte à provision sur la porbic (.jntl:
'ole J.C) du moule.' Quand elle est en position, les espaces segmentaires entre les parties montantes 9 sont partiellement remplis avec une quan- tité mesurée 11 d'un melange de particules de diamant de gran- deur prédéterminée, et de métal finement divisé, tel, par exem- ple,du bronze On place alors dans chaque espace un élément 16 en métal dur, et sur le tout un piston annulaire 6 de forme correspondante. Le moule ainsi rempli est prêt à être traité par
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une i3uquoi,,t(j convenable dfutiousd6 to<t1pérùÙvro ot du pr<cBS1011, s a t io rs àé t e rh iné es 6n conformité aven le 'nature du liant métal.. lique et le caractère de l'outil qu'on veut obtenir.
Ainsi, le moule peut 'être d'abord. chauffé et, ensuite,
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de la pression est appliquée au piston 6, Si nécessaire c'epen... dent, une certaine aompression peut être of-fortuée entièrement ou partiellement avant le chauffage, ou bien, le chauffage peut, dans certains cas. être entièrement éliminé, Si l'on désire tra-
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veiller dans une atmosphère neutre ou rédu^.trie, la partie in- férieure du moule peut être évidée comme en à, et lvéviclement peut 'être couvert par une plaque-aouverale 4 qui peut 'être main- tenue en place, par exemple, par soudure.
Il peut 'être prévu des
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passages étroits 17 pour le gaz; passages disposés à intervalles autour du moule ainsi que dans l'anneau 7, comme montré en 19, mais ces passages seront préférablement espacés dans cet anneau, de façon que, quand le produit moulé est usiné dans la forme montrée dans la fig.4. lesdits passages 19 soient enlevés. on peut alors introduire un gaz inerte ou réducteur, sous une basse pression convenable, en 3 et Qe gaz passe de là, par les canaux 17 et 19, dans le mélange en poudre en cours de traitement et s'échappe ensuite par le sommet du moule.
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L'objet moulé, retiré du moule, a la forme illustrée daus
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lu fi.. LU paivic nomprimcc il est: fermement liée aux par- ties métalliques 7 et 9. On enlève alors l'excès de métal et
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la couronne est usinée à le forme montrée dans 1a ìg.4 aven les ëvidcmcnts en 1. et 13 et la. partie 8 constituant un manche qui peut être non-forme de façon à permettre la fixation du pro- duit sur une machine à forer.
En appliquant nette méthode, on a obtenu des couronnes de
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forage très s&ûis4LE)is,-ntEs en des liants on bronze 4yant des teneurs de la];, 15% et 20% d'étain respectivement. En abri- quant une couronne foreuse aven de pareils liants, il est parti-
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oulièrement désirable de faire usage des conditions inertes ou réductrices et .de provoquer 1s airzula tion du gaz, le moule, n'é- tant pis soumis 1. pression 8viat chauffage, un mélange ac ibJ[ d'éclats de i1CQ']Dnt de :Lp à Lo mailles et 5;é de diamant fin, ±'VEJ'1 70}G d'une poudre, .le bronze a loD mailles, peut 'être nhsuffij de g5p . 680 C et soumis ensuite à une pression de 4 à 4 1/4 tonnes, de façon à obtenir un produit très nonvenable dans le cas de :;
ou- ronnes foreuses ayant la forme montrée dans la fig.4 et qui com- portent un diamètre extérieur d'environ 1 $ de pouce.
Les figures 5 et 6 montrent en élévation et en noupe un dis- que coupant dont la partie centrale 1 peut être convenablement
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noclstitu3e d'un ràé til cn poudre nomprimdo, tel du fer ou de 1Tv- ciel', la partie active extérieure ±) étant faite d'un mélange aom- primé de particules de diamant et de métal en poudre, tel du so- balt ou du nickel. Le mode de construction est en substance le même que dans le cas des couronnes de forage,avec la modification
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Dppropriéé,teJ:1Dnt compte de la différence dans la forme. la par- tie centrale peut évidemment également être iaited'une feuille de m6La1 Jii.2ul&irc rigide.
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Les figures 7 et 8 montrent, en élévation et en (loupe. une roue de meulage dont la fondation! peut être faite d'un métal convenable, tel de l'aluminium ou un alliage d'aluminium, cependant que la face active % est constituée de particules de diament liées avec de l'aluminium ou un alliage d'aluminium (par exemple celui connu dans le commerce sous la désignation
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"7u ra lumin" ) , Les figures 9 et 10 montrent, en élévation latérale et.en bout, un petit foret pour couper de la pierre, de la porcelaine, du verre et similaire.
La partie 2. forment manche, qui est creu -se, peut 'être fendue de manière appropriée pour permettre le guidage et l'engagement du foret dans les appareillage usuels servant-au forage.
Résumé.
L'invention est relative à la fabrication d'outils et de parties d'outils ayant des parties actives contenant des parti- cules de diamant, plus spécialement des particules de boart, et dans lesquels les particules de diamant sont maintenues, étant en substance distribuées uniformément dans une matrice ou liant en métal, ladite partie active étant obtenue @d'un mélange de particules de diamant et de métal en poudre, ce dernier consis- 'tant essentiellement de l'un ou plusieurs des métaux: cobalt, cuivre, nickel, aluminium et des alliages ayant povr base l'un ou plusieurs desdits métaux.
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