BE894920A - Elements en carbure cemente a micrograins - Google Patents

Description

  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.

Claims (7)

REVENDICATIONS

1 - Elément en carbure dur cémenté fritté par traitement thermique, caractérisé en ce qu'il consiste en 88% en poids de carbure de tungstène, 12% en poids de nickel et environ 0,01% en poids de carbure de vanadium, ledit carbure ayant une dimension de grain maximale inférieure à 1 micron et ledit élément possédant une bonne résistance à la corrosion par les lubrifiants synthétiques.

2 - Elément en carbure dur cémenté selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit élément est un outil d'emboutissage pour la fabrication de bottes en fer sans joint en deux pièces

3 - Elément en carbure dur cémenté selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit traitement thermique dudit élément consiste à fritter un lingot de poudre de carbure de tungstène, nickel et carbure de vanadium dans une atmosphère décarburante, à une température maximale d'environ 700[deg.]C pendant environ 2 h, puis à fritter à des températures progressivement croissantes jusqu'à une pointe de température d'environ 1450[deg.]C.

4 - Elément en carbure dur cémenté selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit frittage consiste à chauffer <EMI ID=17.1>

512,8 mbar, à dégazer le four et augmenter la température jusqu'à 1300[deg.]C, puis à recharger le four avec du propane jusqu'à une press ion partielle de 512,8 mbar que l'on maintient pendant 30 min, à dégazer

<EMI ID=18.1>

5 - Elément en carbure dur cémenté selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend le façonnage doux du lingot fritté à la taille et à la forme dudit élément.

6 - Elément en carbure dur cémenté selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit élément est formé par compression hydrostatique d'un lingot de poudre de carbure de tungstène, nickel et carbure de vanadium, préfrittage dudit lingot

à environ 700[deg.]C dans une atmosphère décarburante, façonnage doux dudit lingot préfritté à la forme et à la taille dudit élément et frittage dudit lingot à des températures progressivement croissantes jusqu'à environ 1450[deg.]C.

7.- Eléments en carbure cémenté à micrograins, substantiellement tels que décrits précédemment.