Priorité de la demande de brevet déposée aux Etats-Unis d'Amérique
sous le Serial n[deg.] 318 785 le 6 novembre 1981 aux noms de
JOIE-', A. CAMPBELL et FRANK R. SCHEEL dont la Société susdite est
<EMI ID=1.1> La présente invention concerne des éléments en carbure cémenté et particulièrement des éléments en carbure de tungstène cémenté, utilisant du nickel comme liant métallique et comprenant un inhibiteur de croissance de grains pour assurer au carbure une structure à micrograins. Comme exemples d'éléments
en carbure cémenté, on peut citer les outils d'emboutissage comme les poinçons, les bagues, les matrices de forme et d'autres éléments d'étirage utilisés pour la fabrication de boîtes sans joint en deux pièces. L'outillage d'emboutissage doit avoir une bonne dureté et doit être résistant à la corrosion par les lubrifiants synthétiques.
L'outillage d'emboutissage utilisé pour fabriquer des bottes sans joints en deux pièces est actuellement en carbure de tungstène cémenté et on utilise du cobalt comme liant métallique. Pendant son fonctionnement, l'outillage est lubrifié avec un lubrifiant à base minérale ou de pétrole. A cause de la dépense et des problèmes écologiques liés à l'élimination de tels lubrifiants, il est souhaitable d'utiliser des lubrifiants synthétiques lors de la fabrication des boites sans joint en deux pièces. Cependant, l'outillage de carbure de tungstène cémenté-cobalt présente une usure excessive, car le carbure cémenté n'est pas résistant
à la corrosion par les lubrifiants synthétiques. Par conséquente l'outillage d'emboutissage fabriqué à partir d'alliages carbure
de tungstène cémenté -cobalt a une durée de vie nettement plus courte, compte tenu de son usure relativement rapide. Une telle diminution de la durée de vie de l'outillage est inacceptable dans l'industrie de la fabrication des boîtes, car elle oblige à interrompre une chaîne de fabrication produisant, par exemple, de l'ordre de 1000 boîtes par minute pour remplacer les outils usés et une telle interruption dans la production coûte cher.
Les alliages de carbure de tungstène cémenté sont utilisés pour diverses opérations de coupe, d'usinage et de profilage et les alliages de base se composent de carbure de tunstène et d'un liant métallique de cobalt, nickel et/ou fer. On peut ajouter une petite quantité de carbure de vanadium à l'alliage de base au carbure de tungstène pour empêcher la croissance de grains de carbure durant le frittage. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique )
n[deg.] 3 165 822 signale, par exemple, que l'on peut utiliser entre
<EMI ID=2.1>
carbure de tungstène, qui peut contenir du carbure de vanadium.
Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n[deg.] 2 731 710 décrit des alliages de carbure de tunstène cémenté comprenant jusqu'à 12% de nickel, comme liant métallique, et un deuxième carbure. Ce brevet signale que la dimension des grains du carbone de tungstène dans les alliages connus est comprise entre 0,5 et
10 microns, en général entre 3 et 8 microns, mais ce brevet concerne des compositions de carbure cémenté contenant des macrograins dont la dimension est de l'ordre de 25 à 250 microns. Le brevet des
<EMI ID=3.1>
entre 3 et 22% de nickel, le complément pouvant être constitué de carbure de tungstène et d'un peu de carbure de vanadium.
L'invention concerne des éléments en carbure de tungstène cémenté comprenant, en poids, 88% de carbure de tungstène,
12% de nickel et environ 0,1% de carbure de vanadium, dans lesquels le carbure est sous forme de micrograins. Le terme micrograin s'entend dans la présente invention pour indiquer que tous les grains de carbure ont une dimension inférieure au micron. Les éléments
en carbure de tungstène présentent une bonne résistance à la corrosion par les lubrifiants synthétiques et ils sont particulièrement adaptés pour servir d'outillage d'emboutissage dans la fabrication des bottes sans joint en deux pièces, car ils possèdent une surface dure, exempte de microporosité, et présentent une bonne résistance à l'usure.
Le carbure de tungstène cémenté selon l'invention contient, en poids, 88% de carbure de tungstène, 12% de nickel et environ 0,1% de carbure de vanadium. Le carbure de tungstène a une dimension de grains extrêmement faible, tous les grains ayant une taille inférieure au micron. Les grains fins de carbure de tungstène sont obtenus par traitement de la poudre de carbure de tungstène
de la façon décrite ci-après et frittage d'un lingot par pression
à partir de la poudre dans des conditions empêchant la croissance des grains. De plus, le carbure de vanadium, qui est introduit dans
<EMI ID=4.1>
dan t le frittage.
Le carbure de tungstène cémenté à micrograins de composition indiquée ci-dessus présente a la fois une bonne dureté et une bonne résistance à la corrosion, qui sont essentielles lorsqu'il sert à la fabrication des outils de coupe utilisés pour la fabrication des boîtes sans joints en deux pièces dans le cas où l'on utilise un lubrifiant synthétique entre les outils et le métal à façonner. Le carbure de tungstène à micrograins ayant la composition ci-dessus présente dans un tel environnement des propriétés d'usure nettement meilleures qu'un carbure de tungstène à gros grains utilisant du cobalt comme liant métallique. Un deuxième avantage de cet alliage réside dans le fait que le nickel est moins cher que le cobalt.
On a préparé deux lots expérimentaux ayant la composition en poids suivante :
<EMI ID=5.1>
Le carbure de tungstène a une dimension de particules
(tamis Fisher) comprise entre 1,55 et 2,02 microns.
Le produit est broyé pendant 5 h dans un broyeur contenant de l'hexane et 40 kg de billes de carbure. La poudre .
<EMI ID=6.1>
Les barres frittées en carbure cémenté ont les propriétés physiques suivantes :
<EMI ID=7.1>
- 1
A partir de la poudre, on fabrique également deux matrices d'emboutissage. Ces matrices sont testées par immersion
<EMI ID=8.1>
L.L. 112; PTL 540/H20 = 1/4) ayant un pH neutre. Les matrices ne présentent pas de trace d'attaque corrosive.
. On prépare un troisième lot qui est fritté selon l'inven tion. Ce lot a la composition en poids suivante :
<EMI ID=9.1>
Le carbure de tungstène a une dimension de particules de 1,63 micron.
<EMI ID=10.1>
boulets et, après séchage, on le mélange avec 2% de cire et on comprime des échantillons d'essai sous 315 MPa. Les échantillons sont débarrassés de la cire dans une atmosphère d'hydrogène et frittés sous vide pendant 1 h à 1470[deg.]C.
Les échantillons de carbure cémenté ont les propriétés physiques suivantes :
<EMI ID=11.1>
Le carbure a une microstructure de micrograins.
On a comparé un carbure de tungstène cémenté selon l'invention avec deux carbures de tungstène cémentés utilisant 15% de cobalt comme liant métallique. L'un des carbures contenant du nickel comme liant métallique comprenait 1% de carbure de chrome comme inhibiteur de croissance de grains, On a effectué des essais de corrosion durant 5 jours a la température ordinaire en immergeant des échantillons des trois carbures dans l'huile S.H. Mack PTL 540, L.L. 112
(solution à 25% dans l'eau distillée). On n'observe pas de corrosion visible pour le carbure cémenté contenant le liant (nickel) selon l' invention. Après 40 jours d'immersion, le carbure contenant le 1
cobalt présente une plus grande corrosion que le carbure contenant le cobalt: plus le carbure de chrome.
<EMI ID=12.1>
liant métallique présentent de la corrosion. On pense que la combinaison du liant nickel et du carbure à structure de micrograins conduit à une dureté comparable à celle obtenue avec le cobalt, à une corrosion diminuée et à une résistance à l'usure augmentée,
La surface de l'outil d'emboutissage en carbure de tungstène cémenté utilisé pour façonner des bottes sans joint en deux pièces est polie, pour obtenir une surface lisse, avec du dia-
<EMI ID=13.1>
d'excès de carbone et de phases ayant un défaut de carbone, qui ont un effet défavorable sur le poli de la surface. On utilise le nickel comme liant métallique pour le carbure de tungstène selon l'invention parce qu'il donne moins de carbone en solution que le cobalt et parce qu'il est bon catalyseur pour le craquage de la cire, ce qui est important car la cire de paraffine est utilisée comme liant de presse et comme lubrifiant pour la poudre de carbure cémenté. Les conditions de traitement sont plus critiques pour un carbure cémenté ayant comme liant du nickel que pour un carbure cémenté qui utilise du cobalt comme liant.
La transformation de la poudre de carbure ayant une composition selon l'invention en éléments est effectuée selon le procédé suivant. A partir de la poudre débarrassée de la cire, on fabrique d'abord un lingot (par compression hydrostatique). Le lingot est préfritté dans une atmosphère décarburante d'ammoniac ayant un point de rosée meilleur que -28,8"C; les conditions optimales sont 700[deg.]C pendant 2 h. Le lingot est ensuite amolli jusqu'à obtention de la taille et de la forme de la partie verte désirée. L'élément est fritté jusqu'à densité totale. On fait le vide dans
le fcur de frittage et on le remplit d'hydrogène jusqu'à une pression partielle de 512,8 mbar (381 mm Hg). On élève la température
à 600[deg.]C, on évacue l'hydrogène du four, puis on élève la température à 1300[deg.]C sous vide; à ce moment, on introduit dans le four du propane sous une pression partielle de 512,8 mbar. On maintient: la
<EMI ID=14.1> et on le porte à une température maximale de 1450[deg.]C pendant 1 h. Les cycles de préfrittage et de frittage assurent l'équilibre nécessaire en carbone dans le carbure. L'élément fritté est refroidi sous vide
<EMI ID=15.1>
une pression d'argon de 1 054,5 kg/cm'', de façon à éliminer la porosité interne.
Quand on les traite de la façon décrite ci-dessus, les éléments en carbure cémenté, qui contiennent du nickel comme liant métallique et qui ont une dimension de grain inférieure au micron, ont une bonne dureté, une bonne résistance à la corrosion par les lubrifiants synthétiques et une bonne résistance à l'usure lors de l'utilisation comme outils d'emboutissage. On pense que la
<EMI ID=16.1>
du liant métallique (nickel) et de la dimension de grains extrêmement petite.
Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs ou procédés qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention.
Priority of patent application filed in the United States of America
under Serial n [deg.] 318 785 on November 6, 1981 in the names of
JOIE- ', A. CAMPBELL and FRANK R. SCHEEL whose above-mentioned Company is
<EMI ID = 1.1> The present invention relates to cemented carbide elements and particularly to cemented tungsten carbide elements, using nickel as a metallic binder and comprising a grain growth inhibitor to provide the carbide with a micrograin structure. As examples of items
in cemented carbide, there may be mentioned stamping tools such as punches, rings, form dies and other drawing elements used for the manufacture of seamless two-piece boxes. The stamping tool must have good hardness and must be resistant to corrosion by synthetic lubricants.
The stamping tool used to make seamless boots in two pieces is currently cemented tungsten carbide and cobalt is used as a metal binder. During operation, the tools are lubricated with a mineral or petroleum-based lubricant. Because of the expense and the ecological problems associated with the disposal of such lubricants, it is desirable to use synthetic lubricants when manufacturing two-part seamless boxes. However, the tooling of cemented tungsten carbide-cobalt shows excessive wear, because the cemented carbide is not resistant
corrosion by synthetic lubricants. Consequently, the stamping tool made from carbide alloys
cemented tungsten -cobalt has a significantly shorter lifespan, given its relatively rapid wear. Such a reduction in the life of the tool is unacceptable in the can manufacturing industry, because it requires interrupting a production line producing, for example, around 1000 cans per minute to replace the worn tools and such an interruption in production is expensive.
The alloys of cemented tungsten carbide are used for various cutting, machining and profiling operations and the basic alloys consist of tunstene carbide and a metallic binder of cobalt, nickel and / or iron. A small amount of vanadium carbide can be added to the base tungsten carbide alloy to prevent the growth of carbide grains during sintering. The patent of the United States of America)
n [deg.] 3,165,822 indicates, for example, that one can use between
<EMI ID = 2.1>
tungsten carbide, which may contain vanadium carbide.
US Patent No. [deg.] 2,731,710 describes alloys of cemented tunstene carbide comprising up to 12% nickel, as metal binder, and a second carbide. This patent reports that the grain size of the tungsten carbon in known alloys is between 0.5 and
10 microns, generally between 3 and 8 microns, but this patent relates to cemented carbide compositions containing macrograins whose size is of the order of 25 to 250 microns. The patent of
<EMI ID = 3.1>
between 3 and 22% nickel, the balance can be made of tungsten carbide and a little vanadium carbide.
The invention relates to elements of cemented tungsten carbide comprising, by weight, 88% of tungsten carbide,
12% nickel and about 0.1% vanadium carbide, in which the carbide is in the form of micrograins. The term micrograin is understood in the present invention to indicate that all the carbide grains have a dimension less than one micron. The elements
made of tungsten carbide have good resistance to corrosion by synthetic lubricants and they are particularly suitable for serving as stamping tools in the manufacture of seamless boots in two pieces, because they have a hard surface, free of microporosity, and have good wear resistance.
The cemented tungsten carbide according to the invention contains, by weight, 88% of tungsten carbide, 12% of nickel and approximately 0.1% of vanadium carbide. Tungsten carbide has an extremely small grain size, all grains having a size of less than one micron. The fine grains of tungsten carbide are obtained by processing the powder of tungsten carbide
as described below and sintering an ingot by pressure
from the powder under conditions preventing grain growth. In addition, vanadium carbide, which is introduced into
<EMI ID = 4.1>
In sintering.
The micrograin cemented tungsten carbide of the composition indicated above has both good hardness and good resistance to corrosion, which are essential when it is used in the manufacture of the cutting tools used for the manufacture of jointed boxes. in two pieces if a synthetic lubricant is used between the tools and the metal to be shaped. Micrograin tungsten carbide having the above composition has significantly better wear properties in such an environment than coarse-grained tungsten carbide using cobalt as the metal binder. A second advantage of this alloy lies in the fact that nickel is less expensive than cobalt.
Two experimental batches were prepared having the following composition by weight:
<EMI ID = 5.1>
Tungsten carbide has a particle size
(Fisher sieve) between 1.55 and 2.02 microns.
The product is ground for 5 h in a grinder containing hexane and 40 kg of carbide balls. The powder .
<EMI ID = 6.1>
Sintered carbide bars have the following physical properties:
<EMI ID = 7.1>
- 1
Two stamping dies are also produced from the powder. These matrices are tested by immersion
<EMI ID = 8.1>
L.L. 112; PTL 540 / H20 = 1/4) having a neutral pH. The matrices do not show any trace of corrosive attack.
. A third batch is prepared which is sintered according to the invention. This batch has the following composition by weight:
<EMI ID = 9.1>
Tungsten carbide has a particle size of 1.63 microns.
<EMI ID = 10.1>
balls and, after drying, mixed with 2% wax and compressed test samples under 315 MPa. The samples are freed from the wax in a hydrogen atmosphere and sintered under vacuum for 1 h at 1470 [deg.] C.
The cemented carbide samples have the following physical properties:
<EMI ID = 11.1>
Carbide has a micrograin microstructure.
A cemented tungsten carbide according to the invention was compared with two cemented tungsten carbides using 15% cobalt as a metallic binder. One of the carbides containing nickel as a metallic binder included 1% chromium carbide as a grain growth inhibitor. Corrosion tests were carried out for 5 days at room temperature by immersing samples of the three carbides in oil. SH Mack PTL 540, LL 112
(25% solution in distilled water). No visible corrosion was observed for the cemented carbide containing the binder (nickel) according to the invention. After 40 days of immersion, the carbide containing the 1
cobalt exhibits greater corrosion than the carbide containing the cobalt: the higher the chromium carbide.
<EMI ID = 12.1>
metal binder exhibit corrosion. It is believed that the combination of the nickel binder and the carbide with a micrograin structure leads to a hardness comparable to that obtained with cobalt, to reduced corrosion and to increased wear resistance,
The surface of the cemented tungsten carbide stamping tool used to shape seamless two-piece boots is polished, to obtain a smooth surface, with dia-
<EMI ID = 13.1>
excess carbon and carbon-deficient phases, which adversely affect the polish of the surface. Nickel is used as a metallic binder for the tungsten carbide according to the invention because it gives less carbon in solution than cobalt and because it is a good catalyst for the cracking of wax, which is important because the Paraffin wax is used as a press binder and as a lubricant for cemented carbide powder. The processing conditions are more critical for a cemented carbide having as a nickel binder than for a cemented carbide which uses cobalt as a binder.
The transformation of the carbide powder having a composition according to the invention into elements is carried out according to the following process. From the powder freed from the wax, an ingot is first made (by hydrostatic compression). The ingot is pre-sintered in a decarburizing atmosphere of ammonia having a dew point better than -28.8 "C; the optimal conditions are 700 [deg.] C for 2 h. The ingot is then softened until the size and shape of the desired green part. The element is sintered to full density.
the sintering flask and it is filled with hydrogen up to a partial pressure of 512.8 mbar (381 mm Hg). We raise the temperature
at 600 [deg.] C, the hydrogen is removed from the oven, then the temperature is raised to 1300 [deg.] C under vacuum; at this time, propane is introduced into the furnace under a partial pressure of 512.8 mbar. We maintain:
<EMI ID = 14.1> and it is brought to a maximum temperature of 1450 [deg.] C for 1 h. The pre-sintering and sintering cycles provide the necessary carbon balance in the carbide. The sintered element is cooled under vacuum
<EMI ID = 15.1>
an argon pressure of 1,054.5 kg / cm '', so as to eliminate the internal porosity.
When treated as described above, cemented carbide elements, which contain nickel as a metallic binder and which have a grain size of less than one micron, have good hardness, good resistance to corrosion by lubricants. synthetic and good wear resistance when used as stamping tools. It is believed that the
<EMI ID = 16.1>
metallic binder (nickel) and extremely small grain size.
Of course, various modifications can be made by those skilled in the art to the devices or methods which have just been described only by way of nonlimiting examples without departing from the scope of the invention.