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BREVET D'INVENTION " Baruette d'apport pour dépôt par soudure de couches métalliques dures à la surface de pièces métalliques".
Société Anonyme dite : Société d'Electro-Chimie, d'Electro-Métallurgie et des Aciéries Electriques d'Ugine Demande de brevet français en sa faveur du 8 octobre 1943. un a proposé de nombreux procédés pour déposer sur les surfaces travaillantes de certains outils ou de cer- taines pièces métalliques, une couche métallique superfi- cielle très dure et très résistante à l'usure, couche dont les propriétés résultent, pour certains de ces procédés, de la pràsence de carbures métalliques réfractaires très durs, en particulier de carbure de tungstène.
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La qualité des couches déposées, aussi bien en ce qui concerne leurs propriétés d'emploi qu'en ce qui concer- ne la régularité de leur obtention, dépend de deux facteurs principaux qui sont, d'une part, la dimension des éléments métalliques durs et, d'autre part, la proportion de ces éléments par rapport au liant métallique plus tendre dans lequel ils doivent être enrobés.
Si l'on veut Obtenir dans ce domaine des résultats réellement industriels, il faut donc, d'une part, assurer à tous les éléments métalliques durs des dimensions de même ordre de grandeur et, d'autre part, assurer à la couche déposée, quelle que soit la for- me des pièces sur lesquelles le dépôt sera effectué, une proportion constante, déterminée à l'avance et reproducti- ble, d'éléments métalliques durs par rapport au liant mé- talliques d'enrobage; cette proportion doit pouvoir diffé- rer suivant les résultats recherchés et on doit pouvoir en être maître.
Parmi les -procédés proposés, on peut distinguer ceux qui s'adressent à des éléments métalliques dure de dimensions macroscopiques, et ceux qui s'adressent à des éléments métalliques durs de dimensions microscopiques.
Un des premiers consiste à déposer par soudure à la surface de la pièce une couche métallique douce enro- bant des grains macroscopiques de carbure de tungstène. A cet effet, on utilise des baguettes d'apport constituées par un tube de fer mince rempli de grains de carbure de tungstène obtenus au préalable par frittage ou par fusion, et on dépose la substance de ces baguettes sur les surfaces à recharger, par exemple au moyen d'un arc électrique ou d'un chalumeau. Le tube de fer de la baguette fond et le fer fondu se soude à la pièce en enrobant les grains de carbure.
Ce procédé, s'il répond aux conditions d'exploi- tation industrielle exposées plus haut, présente toutefois des inconvénients sérieux; il fait appel à des matériaux
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coûteux, en l'espèce du carbure do tungstène préparé à l'avance et granulométr3.quement sélectionné; en raison de l'écartement relativement grand des grains macroscopiques de carbure, la matrice tendre qui les enrobe peut se trouver usée relativement vite, d'où un déchaussement prématuré des grains de carbure durs avant leur Usure; enfin, la dimension macroscopique des grains de carbure rend ce mode de dépôt inutilisable pour certaines applications, par exemple pour le garnissage des sièges de soupapes de moteurs à explosion.
Les seconds procédés proposés, prévus pour le dépôt sur la pièce d'une couche contenant des grains métalliques durs de dimensions microscopiques, conduisent à l'obtention de ces grains au moyen d'une réaction s'effectuant sur la pièce ellemême. L'un d'eux, décrit var le brevet américain Davies N 1.613.942 déposé le 24 Mai 1926, consiste à incorporer, dans la surface des pièces à traiter, un mélange de tungstène métallique et de carbone au moyen d'un instrument chauffant, mélange destiné à provoquer directement la formation d'une couche rîche en carbure de tungstène.
L'autre, plus économique que le précédentydécrit par le brevet américain Morgan N 1.824,166 déposé le 16 Janvier 1929, consiste à appliquer, sur la surface de la pièce à traiter-, un mélange préalablement aggloméré et granulé de minerai de tungstène et de carbone; on chauffe la surface ainsi garnie avec un arc électrique ou. un chalumeau à l'hydrogène atomique, de manière à réaliser conelerremment la fusion superficielle de la pièce et la réaction do réduction et de carburation du minerai aboutissant ainsi à la formation de carbure de tungstène.
Ces deux procédés s'ils sont plus économiques que le premier mentionné ci-dessus, présentent, toutefois, de très graves inconvénients en ce qui concerne leur application industrielle car ils ne permettent pas de tenir sous contrôle la qualité et la régularité des produits obtenus. En effet, leur mise on oeuvre met on jeu doux processus métallurgiques absolument distincts.? qui sont, d'une part, la production du carbure due et; d'autre part, la fusion super- ficiello de la pièce.
Ces deux processus, qui peuvent necessiter pour s'accomplir des apporte do chaleur absolument différents suivant la nature dos composés chimiques conduisant à la formation dos carbures durs et suivant la forme, la nature et la dimension des pièces à recouvrir, s'effectuent dans cos doux procédés à des températures qu'il n'est pas possible do faire varier l'uno par rapport à l'autre;
il peut en résultor soit une chauffe exagérée de la pièce, soit une réduction ou une carburation incomplète du mélange d'oxydes ou d'éléments. D'autre part, le brevet Morgan sus-mentionné reconnaît qu'on raison du chauffage simultané de la pièce et do la sub@tance déposée, celle-ci peut s'incorporer des quantités variables de métal sous-
Jacent fondu jouant le rôle de liant, ce qui diminue la du-. roté do la couche et nécessite des applications successives de substances en un morne point pour pouvoir obtenir la duroté maximum; l'obtontion de cette dureté maximum peut donc n'être possible qu'au prix de l'augmentation de l'épaisseur du dépôt.
Outre ces inconvénients., qui augmentent considé-. rablement le prix de la réalisation pratique do couches à propriétés contrôlées ot diminuent leurs qualités,. la mise on oeuvre de ces procédés présente une grande difficulté
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d'application; ainsi,dans le brevet Morgan sus-mentionné, les grains relativement fins du mélange sont simplement déposés sur la surface des pièces à.traitor et y adhèrent par gravité;
ils sont facilement expulsés de cette surface par le souffle de 1?instrument chauffant, ce qui oblige à interrompre fréquemment l'opération pour'dos apports complé- mentaires de substance , Dautre part:, ce mode d'applica- tion rond nécessaire de tenir constamment horizontales les- surfaces à recharger,ce qui est une complication sensible pour les pièces à courbures multiples.
Enfin, on sait que dans les procédés où une couche de substances devant con- duire à la formation de dépôts riches en carbures de tung- tène sur des pièces 'métalliques douces est étendue à la surface de ces pièces et chauffée' concurremment avec elle (procédé dit "swatting-on" par exemple);, -1 opération de chauffage proprement dite est délicate et doit être confiée à un spécialiste éprouvé, car la fusion d'une' couche trop épaisse do la pièce provoque une pénétration par gravité, au fond de la couche fondue des particules de carbures do poids spécifique très .élevé, ce qui a pour conséquence que la couche superficielle perd beaucoup de la dureté cherchée.
Une troisième @éthode (brevet français Haynes Stollito Company N 799.040 du 11 Décembre 1935) prévoit pour durcir la surface de pièces métalliques dos baguettes composées d'u- ne àmo faneuse et d'un revêtement contenant un réducteur, du carbone par exemple, et des éléments d'un alliage durs ceux-ci étant sous forme de corps simples ou de composés tels que des oxydes ou des carbures. Lorsqu'on se sert d'une telle baguette, le réducteur réduit les composés oxydés et les transforme en corps simples qui interviennent alors comme éléments d'alliage pour former un alliage dur qui se dépose sur la pièce métallique à traiter et se soude à elle.
Une telle riéthode ne peut fournir que des alliages ayant une dureté très inférieure à celles dans lesquelles la dureté est conférée par la soudure de grains de carbure réfractaires sur la pièce métallique à traiter.
Il nia donc pas été proposé jusqu'à pr'sent de procé- dés de dépôt de couche dont la dureté soit due. à la présence de grains microscopiques de carburas métalliques réfractai- res aunw du @@@ du carbure do tungtè e et qui, en mené temps, allient -Les qualités d'économie dues au faible prix de re'- vient des matières premières;
, les qualités de facilité d'ap- plication dues à l'emploi d'un procédé industriel de soudure et enfin les qualités de régularité dues au contrôle de la proportion relative de liant d'enrobage par rapport à la quantité de carbures métalliques réfractaires durs mise en oeuvre,
Par la présente invention, dont 1objet réunit les qualités qui viennent d'être énumérées, il a ététrouvé que si l'on utilise une baguette de soudure constituée par un mélange convenablement dosé de ;
a) un composé oxydé du tungtène, tel par exemple qu'un minorai naturel ou un composé oxydé commercial, le tungstène pouvant être remplacé en partie ou en tota- lité par un métal donnant des carbures réfractaires durs analogues, tels par exemple que le molybdène, le tantale, le titane, le vanadium, le columbium, le hafnium, le zirconium,
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b) - un métal servant de liant et susceptible do fondre par chauffage ou bien un mélange d'oxydes métalliques et d'un réducteur capable de libérer un nétal possé- dant la même propriété, c)
- du carbone pulvérulente - le tout étant réuni par un agglomérant organique ou miné- ral susceptible de donner par séchage ou durcissement une cohésion suffisante à la baguette on constate que si la proportion de carbone est suffisamment élevée pour donner lieu à la formation des carbures dans les conditions de l'o- pération, le chauffage suffisamment élevé de la baguette conduit a la formation directe de la sub. -lance de la couche d'apport, substance qui est forméo par une nasse de cris- taux microscopiques solides de carbure réfractairo dur onro- bés par un bain métallique liquide fourni par le métal liant, comme le montre l'oxamen micro:. aphique de gouttes détachées à l'état pâteux do l'extrémité de la baguette chauffée.
On peut alors, en agissant sur les positions ro- labives do la baguette, de la pièce à recouvrir et do l'ins- trunont chauffant, réaliser les conditions do température qui permettent, d'une part, de produire à l'extrémitédo la baguette la formation de la substance recherchée, d'autre part de chauffer la pièce de manière juste suffisante pour provoquer à sa surface la fusion de la pellicule métallique nécessaire à assurer la soudure de la sul @anco d'apport.
La composition et la fabrication de la baguette peu- vent être précisées de la façon suivante: la dureté et la résistance globale à l'usure de la couche d'apport recher- chée étant fonctions de la proportion do liant métallique par rapport à la proportion de carbures métalliques réfrac- taires durs formés au cours do l'opération, on choisira une proportion de liant métallique relativement grande si l'on recherche, pour certaines applications, des couches de dure- té relativement peu élevée. Dans ces conditions, on s'a- dressera, par exemple, à un minerai de tungstène, tel quo la wolframite, qui contient, outre le tungstène, des pro- portions d'oxydes de for et de magnésium susceptibles de fournir, par réduction, une quantité relativement élevée de métal liant.
Au cas ou, au contraire, on recherche des cou- chos très dures, c'ost-à-diro très riches en carbures ré- fractairos durs, on pourra s'adresser à l'acide tungstiquo du commerce que l'on additionnera d'un(., quantité de métal- liant juste suffisante (de l'ordre de 5% pour permettre l'enrobage des grains de carbure formés au cours do l'opéra- tion et la soudure à la pellicule superficielle fondue de la pièce.
La quantité do carbono ajoutée sera dans tous les cas suffisamment grande non seulement pour assurer la réduc- tion des composés oxydés et la formation dos grains micros- copiques de carbure nais encore pour faire face aux portos par combustion et pour réaliser l'atmosphère réductrice né- cossaire pour éviter l'oxydation dos substances métalliques.
On pourra donc, entre cos doux extrêmes, régler et contrôler la dureté do la couche obtenue en dosant, suivant la règle précisée ci-dessus, les substances qui conduisent, d'une part à la fornation des carbures métalliques réfractaires durs et, d'autre part, à la formation du liant métallique d'enrobage. Ce dernier pourra être avantageusement formé par du fer, ou un alliage de for plus ou moins carburé, as- socié ou non à un métal ou alliage pouvant joucr lo tôle de désoxydant, par exemple l'aluminium.
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Toutes ces matières premières seront'pulvérisées et auront des dimensions de grains do préférence assez faibles; elles devront, par exemple, passer au tamis de 40 mailles au cm. linéaire. Cependant, on. peut s'écarter sans inconvénient dans une assez large mesure de cette dimension, Il est remarquable de constater qu'alors que les grains constituant la baguette ont des dimensions relativement grandes, les grains de .carbure déposés ont des dimensions microscopiques.
Les différentes matières mises en jeu seront reliées entre elles au moyen d'un agglomérant organique ou minérale de préférenco ne laissant pas de résidu fixe: le vernis "bakélite" donne do très bons résultats. La proportion d'agglomérant à utiliser sera celle qui est juste suffisante pour former une pâte de consistance convenable pour pouvoir etre moulée, comprimée ou filée, sous forme de baguettes., Une section ronde do 6 mm de diamètre pourra par exemple convenir à un grand nombre d'applications., On peut aussi presser le mélange à l'intérieur d'un tube métallique mince ou l'enrober autour d'un fil;
mais cette manière de faire présente beaucoup moins dtintérgt, car on augmente ainsi le prix de revient et on peut également dans ce cas se trouver dépasser la proportion de métal-liant que l'on désire voir entrer dans la composition de la couche d'apport. Après confection, la baguette sera 'séchée ou durcie.
Le dessin ci-joint représente à titre d'exemple en ses fig. 1 à 3, des vues en élévation avec coupes partielles de trois formes do réalisation de baguettes conformes à l'invention.
La fig. 4 est une micrographie de la coupe d'une couche dure rapportée conformément à i'invention.
Dans la forme de réalisation do la fig. 1, la baguette se cq@pose d'une tige 1 constituée par le mélange aggloméré de composés oxygénés du métal destiné à former les grains de carbure, de carbone destiné à réduire ces oxydes et 4 former les carbures en question et de liant agglomérant ces matières.
Dans la variante représentée à la fig. 2, le mélange ag- gloméré 2 est contenu dans un tube 3 do métal chargé diassurer la liaison entre les grains microscopiques de carbure formé par la réduction du ou des oxydes contonus dans le mélange et la pièce métallique sous laquelle les grains de carbure doivent être fixés.
La fig. 3 illustre une autre variante dans laquelle le mélange est aggloméré autour d'une tigo du métal dont le yole est de souder los grains de carbure sur la pièce métallique.
Pour l'opération nome de l'apport, on opère de la fa- çon suivante :
On commence par chauffer légèrement la surface à traiter; puis on amène une extrémité de la baguette juste au-dessus de cette surface ot on la chauffe fortement, au moyen d'un chalumeau ou par tout autre moyen analogue tout en fondant .une mince couche de métal de la pièce elle-même immédiatement audessous de la baguette. La matière constituant la baguette, que l'on oontinue .à chauffer fortement, est alors étalée sur la pellicule superficielle fondue de la pièce sous forme d'unocoucho de consistance pâteuse' qui y adhère.
Une fois cette application obtenue l'opération d'apport est terminée au peint envisagé. Il est possible do recommencer l'opération au même endroit et de fairo ainsi plusieurs supports successifs; mais il faut bien remarquer que la dureté cherchée est obtenue dès le premier apporta puisque-le métal do la pièce ne
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contribue pas ici à augxonter sGl1sib18nent la proportion do liant autour des carbures dans la couche déposée. La surface traitée de la pièce, examinée au microscope, présente un as-
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pect corrospondant à la fig. L ci-jointe; il est remarquable de constater que l'oxyde de la baguette a pratiquonent disparu, et qutil ne reste que des grains de carbure 5 enchâssés dans une natrico nétalliquo 6.
Ces grains sont d'ailleurs très fins, d'une dinension de l'ordre do 3 à 30 et répartis
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très régulièrenont dans toute la nasse avec une densité prat3quor.int constante; la couche de transition avec la 1:1étal sous-jacent 7 est de très faible épaisseur, ce qui confirme l'absence de dilution du liant d'apport par la notai do la
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pièce. Cette texture nicrographiquo assure à l'apport une du- reté bien régulière dans toute son épaisseur. Enfin des ossais do pliage de la couche déposée nontrent qu'elle est peu fragile.
Lo procédé et les baguettes d'apport qui font l'objet do
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l'invention présentenc donc les avantages suivants : a) contrôle de la dureté et de la résistance désirées par la r6glago préalablo des proportions de carbure réfractairo
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dur ot de métal d'enrobage, pernottant une bonne roproducti- bilité des résultats industriols obtenus; b) dureté des couchos d'apport indépondanto do leur épaisseur d'où grande régularité de la qualité des couches obtenuos; cotto épaisseur peut varier do un à plusieurs millimètres et être obtonue on une ou plusieurs passes;
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c) contrôle des régines do tonpérature distincts nécessairas pour effectuer convenabi-crionr, les doux opérations métal- lurgiques de la formatiez, do la substance de la coucho et de son application à la surface des pièces, d'où une grande souplosso du procède, le rendant indépendant do la forme, do la dimension et de la nature des pièces à traiter; d) facilité de aise en oeuvre par un modo opératoire do soudure classique, ne nécessitant pas l'intervention d'un spécialiste; o) enfin, prix de revient peu élevée en raison du bon marché des matières premières et do la facilité de fabrication des baguettes.
Voici un exemple de réalisation de l'invention:
On a préparé une baguette en mélangeant 75% d'acide tungs-
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tiquo 18% de graphite pulvérisé, 6% de ferronanganèso carburé \ 6% C, 70% Mn) et 1 d'aluniniun en limaille, la tout aggloméré avec 5% de bakélite liquide par rapport au poids du mélange ci-dessus. Le mélange pâteux ainsi obtenu a été filé à la prosso on baguettes do 6 mm de dianètre ct enfin durci 100 . L'application a été faite sur un acier ni-dur au chrome-
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nickol, à l'aide d'un cha1unoau oxync>"fl6niquo.
On a obtenu une couche do 2 nn d:ôpaissour et de dureté égale à 70-72 unités Rockwcll C,,
Le procédé et los baguettes qui font l'objet de la présen-
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te invention c0l1vinn0nt particulièrement bien pour recharger des pièces Métalliques tellos, par oxenpio que: buses do rablage, guides de 1a1:11oirs, béquilles d:avion, natricos et poinçons dl enbouti ssago et de découpage, soupapes, sièges de soupape, lanos do cisaille, calibres, filières d'étirage, ma-
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tricos et filières do filage, nat601 do mincy matériel do forage et, d'uno manière générale, tout matériel devant résister à l'abrasion,
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PATENT OF INVENTION "Filler bar for depositing by welding hard metal layers on the surface of metal parts".
Société Anonyme known as: Société d'Electro-Chimie, d'Electro-Métallurgie et des Aciéries Electriques d'Ugine French patent application in its favor of October 8, 1943. One has proposed many processes for depositing on the working surfaces of certain tools or certain metal parts, a very hard and very wear-resistant surface metal layer, the properties of which result, for some of these processes, from the presence of very hard refractory metal carbides, in particular carbide of tungsten.
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The quality of the deposited layers, both with regard to their use properties and with regard to the regularity of their obtaining, depends on two main factors which are, on the one hand, the size of the hard metallic elements. and, on the other hand, the proportion of these elements relative to the softer metal binder in which they are to be coated.
If we want to obtain truly industrial results in this field, it is therefore necessary, on the one hand, to ensure that all hard metal elements have dimensions of the same order of magnitude and, on the other hand, to ensure that the deposited layer Whatever the shape of the parts on which the deposit will be made, a constant proportion, determined in advance and reproducible, of hard metal elements in relation to the metal coating binder; this proportion must be able to differ according to the desired results and we must be able to be in control.
Among the proposed -processes, one can distinguish those which are intended for hard metal elements of macroscopic dimensions, and those which are intended for hard metal elements of microscopic dimensions.
One of the first consists in depositing by welding on the surface of the part a soft metallic layer coating macroscopic grains of tungsten carbide. For this purpose, filler rods are used consisting of a thin iron tube filled with tungsten carbide grains obtained beforehand by sintering or by melting, and the substance of these rods is deposited on the surfaces to be recharged, for example. by means of an electric arc or a torch. The iron tube of the rod melts and the molten iron welds to the part by coating the grains of carbide.
This process, if it meets the conditions of industrial use set out above, nevertheless has serious drawbacks; it uses materials
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expensive, in this case tungsten carbide prepared in advance and particle size selected; due to the relatively large spacing of the macroscopic grains of carbide, the soft matrix which coats them can be worn relatively quickly, hence premature loosening of the hard carbide grains before they wear; finally, the macroscopic size of the carbide grains makes this deposition method unusable for certain applications, for example for lining the valve seats of internal combustion engines.
The second methods proposed, provided for the deposition on the part of a layer containing hard metal grains of microscopic dimensions, lead to these grains being obtained by means of a reaction taking place on the part itself. One of them, described in the American patent Davies N 1,613,942 filed May 24, 1926, consists in incorporating, in the surface of the parts to be treated, a mixture of metallic tungsten and carbon by means of a heating instrument. , mixture intended to directly cause the formation of a rîche layer of tungsten carbide.
The other, more economical than the preceding one described by the American Morgan patent N 1,824,166 filed on January 16, 1929, consists in applying, on the surface of the part to be treated, a previously agglomerated and granulated mixture of tungsten ore and of carbon; the surface thus lined is heated with an electric arc or. a torch with atomic hydrogen, so as to carry out the surface melting of the part and the reaction of reduction and carburization of the ore thus resulting in the formation of tungsten carbide.
These two processes, although they are more economical than the first mentioned above, have, however, very serious drawbacks with regard to their industrial application because they do not make it possible to keep the quality and regularity of the products obtained under control. Indeed, their implementation one puts one play soft absolutely distinct metallurgical processes. which are, on the one hand, the production of the due carbide and; on the other hand, the superficial fusion of the room.
These two processes, which may require absolutely different heat inputs depending on the nature of the chemical compounds leading to the formation of hard carbides and depending on the shape, nature and size of the parts to be coated to be accomplished, are carried out in cos gentle processes at temperatures which cannot be varied from one to the other;
this can result in either an exaggerated heating of the part, or an incomplete reduction or carburization of the mixture of oxides or elements. On the other hand, the aforementioned Morgan patent recognizes that due to the simultaneous heating of the part and the deposited substance, the latter can incorporate varying amounts of sub-metal.
Jacent melt playing the role of binder, which decreases the du-. roted of the layer and requires successive applications of substances at a dull point to be able to obtain the maximum hardness; obtaining this maximum hardness may therefore only be possible at the cost of increasing the thickness of the deposit.
In addition to these drawbacks, which increase considerably. the price of the practical realization of layers with controlled properties and their qualities decrease. the implementation of these methods presents a great difficulty
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application; thus, in the aforementioned Morgan patent, the relatively fine grains of the mixture are simply deposited on the surface of the pieces à.traitor and adhere thereto by gravity;
they are easily expelled from this surface by the breath of the heating instrument, which means that the operation must be interrupted frequently for our additional additions of substance. On the other hand: this round mode of application necessary to keep the surfaces to be recharged are constantly horizontal, which is a significant complication for parts with multiple curvatures.
Finally, it is known that in processes where a layer of substances to lead to the formation of deposits rich in tungsten carbides on soft metallic parts is extended to the surface of these parts and heated together with it ( process known as "swatting-on" for example); -1 actual heating operation is delicate and must be entrusted to a proven specialist, because the fusion of a 'too thick layer of the part causes penetration by gravity, at the The bottom of the molten layer contains the particles of carbides of very high specific gravity, which results in the surface layer losing much of the desired hardness.
A third method (French patent Haynes Stollito Company N 799.040 of December 11, 1935) provides for hardening the surface of metal parts back rods composed of a single tedder and a coating containing a reducing agent, carbon for example, and hard alloy elements, these being in the form of single bodies or of compounds such as oxides or carbides. When using such a rod, the reducing agent reduces the oxidized compounds and transforms them into simple bodies which then act as alloying elements to form a hard alloy which is deposited on the metal part to be treated and welded to it. .
Such a method can only provide alloys having a hardness much lower than those in which the hardness is conferred by the welding of refractory carbide grains on the metal part to be treated.
Therefore, it has not been proposed heretofore of a coating process of which the hardness is due. to the presence of microscopic grains of refractory metal carburans from tungt carbide and which, in time, combine the qualities of economy due to the low cost of raw materials;
, the qualities of ease of application due to the use of an industrial welding process and finally the qualities of regularity due to the control of the relative proportion of coating binder with respect to the quantity of hard refractory metal carbides Implementation,
By the present invention, whose 1objet combines the qualities which have just been listed, it has been proven that if one uses a welding rod consisting of a suitably dosed mixture of;
a) an oxidized tungsten compound, such as for example a natural minorai or a commercial oxidized compound, the tungsten being able to be replaced in part or in whole by a metal giving similar hard refractory carbides, such as for example molybdenum , tantalum, titanium, vanadium, columbium, hafnium, zirconium,
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b) - a metal serving as a binder and capable of melting by heating or a mixture of metal oxides and a reducing agent capable of releasing a netal having the same property, c)
- powdered carbon - the whole being brought together by an organic or inorganic agglomerating agent capable of giving, by drying or hardening, sufficient cohesion to the rod, it is observed that if the proportion of carbon is high enough to give rise to the formation of carbides in the conditions of the operation, the sufficiently high heating of the rod leads to the direct formation of the sub. -lance of the filler layer, a substance which is formed by a trap of microscopic solid crystals of hard refractory carbide onro- bated by a liquid metal bath supplied by the binder metal, as shown by the oxamen micro :. aphic of drops detached in a pasty state from the end of the heated rod.
It is then possible, by acting on the rolling positions of the rod, of the part to be covered and of the heating panel, to achieve the temperature conditions which allow, on the one hand, to produce at the end of the heating. rod the formation of the desired substance, on the other hand to heat the part just enough to cause on its surface the fusion of the metal film necessary to ensure the welding of the filler sul @anco.
The composition and manufacture of the rod can be specified as follows: the hardness and the overall resistance to wear of the desired filler layer being functions of the proportion of metal binder relative to the proportion Of the hard refractory metal carbides formed in the process, a relatively large proportion of metal binder will be chosen if relatively low hardness layers are desired for certain applications. Under these conditions, we will consider, for example, a tungsten ore, such as wolframite, which contains, in addition to tungsten, proportions of oxides of forest and of magnesium capable of providing, by reduction , a relatively high amount of binder metal.
In the event that, on the contrary, we are looking for very hard couchos, that is to say very rich in hard refractory carbides, we can use commercial tungstiquo acid which we add to Just sufficient amount of metal binder (of the order of 5% to allow coating of the carbide grains formed during the operation and welding to the molten surface film of the part.
The amount of carbon added will in any case be large enough not only to ensure the reduction of oxidized compounds and the formation of microscopic grains of carbide born but also to face the ports by combustion and to achieve the reducing atmosphere born. - cossaire to prevent oxidation of metallic substances.
We can therefore, between extreme soft cos, adjust and control the hardness of the layer obtained by dosing, according to the rule specified above, the substances which lead, on the one hand to the formation of hard refractory metal carbides and, of on the other hand, to the formation of the metal coating binder. The latter may advantageously be formed by iron, or a more or less carburized hard alloy, whether or not associated with a metal or alloy which can be attached to the sheet of deoxidizer, for example aluminum.
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All these raw materials will be sprayed and will preferably have fairly small grain sizes; they should, for example, pass through a 40 mesh per cm sieve. linear. However, we. can deviate without inconvenience to a fairly large extent from this dimension. It is remarkable to find that while the grains constituting the rod have relatively large dimensions, the deposited carbon grains have microscopic dimensions.
The different materials involved will be linked together by means of an organic or inorganic binder, preferably leaving no fixed residue: the "bakelite" varnish gives very good results. The proportion of binder to be used will be that which is just sufficient to form a paste of suitable consistency to be able to be molded, compressed or spun, in the form of rods., A round section of 6 mm in diameter may for example be suitable for a large number of applications. The mixture can also be pressed inside a thin metal tube or wrapped around a wire;
but this way of proceeding presents much less advantage, because the cost price is thus increased and it is also possible in this case to find ourselves exceeding the proportion of binder metal which one wishes to see entering into the composition of the filler layer . After making, the rod will be dried or hardened.
The attached drawing represents by way of example in its figs. 1 to 3, elevational views with partial sections of three embodiments of rods according to the invention.
Fig. 4 is a micrograph of the section of a hard layer added in accordance with the invention.
In the embodiment of FIG. 1, the rod is cq @ posed of a rod 1 constituted by the agglomerated mixture of oxygenated compounds of the metal intended to form the grains of carbide, of carbon intended to reduce these oxides and 4 to form the carbides in question and of a binder agglomerating these materials.
In the variant shown in FIG. 2, the agglomerated mixture 2 is contained in a metal tube 3 charged with ensuring the bond between the microscopic grains of carbide formed by the reduction of the oxide (s) contained in the mixture and the metal part under which the grains of carbide are to be fixed.
Fig. 3 illustrates another variant in which the mixture is agglomerated around a tigo of the metal whose skiff is to weld the grains of carbide to the metal part.
For the operation named for the input, we operate as follows:
We start by slightly heating the surface to be treated; then one brings one end of the rod just above this surface and is heated strongly, by means of a torch or by any other similar means while melting. a thin layer of metal of the part itself immediately below of the wand. The material constituting the rod, which is continued to be heated strongly, is then spread over the melted surface film of the part in the form of a pasty consistency which adheres thereto.
Once this application has been obtained, the filler operation is finished with the painting envisaged. It is possible to repeat the operation at the same place and thus make several successive supports; but it should be noted that the desired hardness is obtained from the first input since the metal of the part does not
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does not contribute here to sGl1sib18nent increase the proportion of binder around the carbides in the deposited layer. The treated surface of the part, examined under a microscope, shows a
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pect corrosponding to fig. L attached; it is remarkable to note that the oxide of the rod has practically disappeared, and that only carbide grains 5 remain embedded in a natrico nétalliquo 6.
These grains are also very fine, with a dimension of the order of 3 to 30 and distributed
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very regular throughout the trap with a constant prat3quor.int density; the transition layer with the 1: 1 underlying metal 7 is very thin, which confirms the absence of dilution of the filler binder by the notai do la
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room. This micrographiquo texture ensures the intake a very regular hardness throughout its thickness. Finally, folding bones of the deposited layer show that it is not very fragile.
The process and the filler rods which are the subject of
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the invention therefore presents the following advantages: a) control of the hardness and the resistance desired by the preliminary adjustment of the proportions of refractory carbide
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hard coating metal, allowing good roproductibility of the industrial results obtained; b) hardness of the input couchos independently of their thickness, hence great regularity of the quality of the layers obtained; the thickness can vary from one to several millimeters and be obtained in one or more passes;
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c) control of the distinct temperature regions necessary to carry out conveniently, the gentle metallurgical operations of the formatting, of the substance of the coucho and of its application to the surface of the pieces, from where a great flexibility of the process, making it independent of the shape, size and nature of the parts to be treated; d) ease of use by a conventional welding operating method, not requiring the intervention of a specialist; o) finally, low cost price due to the cheapness of raw materials and the ease of manufacturing chopsticks.
Here is an exemplary embodiment of the invention:
A baguette was prepared by mixing 75% tung acid
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tiquo 18% of pulverized graphite, 6% of ferronanganeso carburized (6% C, 70% Mn) and 1 of aluniniun in filings, the whole agglomerated with 5% of liquid bakelite relative to the weight of the above mixture. The pasty mixture thus obtained was spun with a prossoon rod of 6 mm diameter and finally hardened 100. The application was made on a ni-hard chrome steel
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nickol, using an oxync> "fl6niquo" cha1unoau.
A layer of 2 nn d: thick and of hardness equal to 70-72 Rockwcll C ,, units was obtained.
The process and the baguettes which are the subject of the presenta-
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the invention c0l1vinn0nt particularly well for recharging metal parts tellos, by oxenpio que: sandblasting nozzles, guides of 1a1: 11 blades, crutches of plane, natricos and punches dl enbouti ssago and cutting, valves, valve seats, lanos do shears , gauges, drawing dies, ma-
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tricos and spinning dies, nat601 do mincy drilling equipment and, in general, any material that must resist abrasion,