CH187170A - Body molded from a hard and difficult to melt alloy, and method of preparing such a body. - Google Patents

Body molded from a hard and difficult to melt alloy, and method of preparing such a body.

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CH187170A
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    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C29/00Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides

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Description

  

  Corps moulé en un alliage dur et difficilement fusible, et procédé de préparation  d'un tel corps.    Pour le travail des fontes et des aciers  durs, an a mis au point depuis quelques  années des outils spéciaux dont les qualités  doivent allier une extrême dureté, aux tem  pératures même élevées, à une certaine élas  ticité. Au début de ces recherches, on s'est  adressé tout d'abord à des aciers spéciaux       (aciers    rapides). Puis, par le canal de l'in  dustrie des filaments de lampes, on est arrivé  à résoudre le problème en utilisant des allia  ges contenant des métaux rares tels que le  tungstène, le molybdène, le vanadium, etc.  Enfin, on s'est adressé à des combinaisons  chimiques de dureté extrême, comme des bo  rures, des carbures et des nitrures de métaux  lourds.

   La très grande dureté de ces alliages,  subsistant à, température élevée, permet de  les employer non seulement pour le travail  des fontes et des aciers, mais aussi pour le  travail de matériaux très durs tels que le  verre, le marbre ou des matériaux tels que  l'ébonite, le papier mâché, ainsi que pour des  parties de machines nécessitant une grande    dureté on une très forte résistance au frot  tement.  



  Il est toutefois à noter que les alliages  contenant des composés tels que des borures,  carbures, nitrures de métaux lourds présen  tent des qualités mécaniques très différentes,  d'une part, suivant leurs composants acces  soires, même présents en     quantités    très fai  bles, d'autre part, suivant le procédé employé  pour obtenir     cesdits    alliages. Ceci a surtout  lieu en ce qui concerne le degré d'élasticité  de l'alliage, sa résistance aux chocs et le tran  chant de son arête.  



  Un grand nombre de procédés et d'alliages  ont été élaborés pour tenter d'atteindre un  ensemble de .qualités optima dans ce domaine.  



  Or, on a trouvé que l'adjonction d'une  certaine quantité d'un bronze aux consti  tuants de tels alliages, permettait d'obtenir,  à côté d'une grande dureté, une résistance  aux chocs et une élasticité remarquables.  



  La présente invention comprend un corps  moulé en un alliage dur et difficilement fusi-           ble,    et un procédé de préparation d'un tel  corps.  



  Le corps moulé suivant l'invention est ca  ractérisé en ce que l'alliage dont il est formé  contient de 80 à<B>95%</B> d'au moins un carbure  présentant une grande dureté, tel que ceux  des métaux     appartenant    aux sous-groupes de  gauche des groupes IV et VI du système  périodique, les constituants d'au moins un  bronze, ceux-ci formant ensemble de 0,1 à  5 % de l'alliage et jusqu'à<B>15%</B> d'au moins  un métal du groupe du fer appartenant au  groupe VIII du système périodique, agissant  comme liant sur les éléments de l'alliage, et  en ce qu'il a une grande dureté, une résis  tance aux chocs et une élasticité remarqua  bles.  



  Par bronze, on entend tout alliage conte  nant plus de 50 % de cuivre, le reste pouvant  être n'importe quel métal ou métaux appar  tenant aux groupes II à IV du système pé  riodique.  



  Le procédé de préparation d'un tel corps  est caractérisé en ce que l'on chauffe un mé  lange pulvérulent formé de 80 à<B>95%</B> d'au  moins un carbure de grande dureté, tel que  ceux des métaux appartenant aux     sous-          groupes    de gauche des groupes IV et VI du  système périodique, de 0,1 à 5% d'au moins  un bronze et de jusqu'à 15 % d'au moins un  métal du groupe du fer appartenant au  groupe VIII du système périodique, ce mé  lange étant placé dans un moule clos main  tenu dans une atmosphère non oxydante, jus-.  qu'à la température de fusion de l'un au  moins des constituants du mélange, à point  de fusion le plus bas, et en ce que l'on exerce  une pression mécanique sur les constituants  enfermés dans le moule,     jusqu'au    moment du  refroidissement.

    



  L'atmosphère non oxydante peut être ré  ductrice ou inerte de manière à éviter toute       oxydaÛion    pendant le chauffage. Ce dernier  peut être réalisé dans un four électrique  étanche.  



  Pour obtenir une masse compacte, il est  avantageux d'éliminer l'air     occlu    dans le mé  lange des poudres des constituants, en dimi-         nuant    la pression de l'atmosphère inerte ou  réductrice jusqu'à quelques millimètres de  mercure, tout au moins au début du traite  ment thermique.  



  En outre, on obtiendra un produit d'au  tant plus compact que le mélange des consti  tuants sera soumis à la pression     mécanique     dès le début du     traitement    thermique.  



  <B>TA'</B>     nfin,    on peut augmenter la dureté super  ficielle de l'alliage en carburant celui-ci, par  exemple, par des vapeurs d'un     hydrocarbure     liquide volatil, que l'on entraîne au moyen  d'un barbotage des gaz de l'atmosphère  inerte ou réductrice dans cet hydrocarbure,  avant leur entrée dans le four.  



  Le procédé de l'invention permet d'obte  nir un produit de qualité optima. Ce dernier  peut avoir une densité d'environ 10 à 15,  une dureté de 9 à, 10 mesurée à l'échelle de  Mohs, une     résistance    aux chocs et une élas  ticité remarquable.  



  Comme bronze pour préparer le corps  moulé, on peut utiliser un bronze à base de  cuivre allié     soit    à de l'étain, soit :à des mé  taux légers (terreux), par exemple magné  sium, aluminium, béryllium, ou     alcalino-          terreux    (calcium, baryum, strontium).  



       L'effet,de    l'addition de bronze est d'aug  menter     notablement    l'élasticité et la résis  tance aux chocs de l'alliage, sans préjudice  pour sa dureté, même aux températures éle  vées. De plus, lorsqu'on forme -des     plaquettes     d'outils :à coupe rapide avec cet alliage, la  présence d'un bronze permet d'obtenir un  fil     d'afffitage    très net, ce qui améliore le  rendement -de l'outil.  



  Voici, à titre d'exemple, comment le pro  cédé de préparation d'un corps     selon    l'inven  tion peut. être exécuté en pratique:    <I>Exemple 1.</I>         On    prépare tout d'abord un mélange con  tenant:  9 % de bronze à l'étain (alliage de cuivre  à 30 % d'étain), 5 % de nickel ou de cobalt,  <B>93%</B> de     carbure    de tungstène, le tout     étant     très finement pulvérisé et soigneusement mé  langé par voie mécanique. Le mélange ainsi      obtenu est placé dans un moule en graphite  dont la forme est telle que l'objet ou les       objets    ainsi formés ne demanderont ensuite  (lue les opérations de finissage telles que le  polissage et l'affûtage.  



  Ce moule     présente    au moins un canal où  l'on place un surplus de matière, et des pis  tons en graphite coulissant dans ce ou ces  canaux. Le     mouler    est placé dans un four  électrique, dans lequel on fait passer un cou  rant d'hydrogène, afin d'éviter toute oxyda  tion pendant le chauffage. En même temps,  on exerce sur     les-    pistons une pression de  quelques kilos par     cm''',    au moyen d'un dis  positif mécanique commandé de l'extérieur  du four.  



  On chauffe le four jusqu'à, une tempé  rature de<B>1800</B> à 1400  . A ce moment, on  augmente la pression jusqu'à environ 150     1g     par cm.. Le chauffage est alors arrêté et  l'on refroidit le moule dans un courant  d'hydrogène.  



  Les pièces démoulées sont soumises en  suite à     des,    opérations de finissage telles que  polissage et affûtage.  



       Exemple   <I>2.</I>  



  On prépare un mélange contenant:       1,0%'    de bronze au baryum (alliage de       cuivre    à<B>15%</B> de baryum),<B>5,0%</B> de cobalt,  M0% do carbure de titane,     76,0%    de car  bure =de tungstène, le tout étant finement       pulvérisé    et mélangé dans un broyeur à bou  lets. Le mélange des constituants est placé       dans    le moule en graphite, qui est alors intro  duit dans le four. On fait passer un courant  de gaz carbonique, jusqu'à ce que tout l'air  soit chassé de     l'appareillage.    Au moyen d'une  pompe à vide, on diminue la pression du       P;az    jusqu'à 5 mm de mercure.

   On commence  alors à chauffer le fouir, tout en appliquant       une    pression mécanique sur le piston du  moule. Sitôt atteinte la température de<B>800',</B>  on recommence à faire passer le gaz carbo  nique avec une légère     surpression,    en le fai  sant barboter, avant son entrée dans le four,  dans un flacon vaporisateur contenant de la       ligroine.    On continue le chauffage jusqu'à  1400  . A ce moment, on augmente la pres-         sion    pour atteindre environ 150 kg par cm'.  Le chauffage est alors arrêté et l'on refroidit  le moule dans un courant de gaz carbonique.  



  Le procédé de l'invention présente sur les  méthodes anciennes de nombreux avantages  de ;simplicité et -d'économie de temps et de  travail.



  Body molded from a hard and difficult to melt alloy, and method of preparing such a body. For working with cast irons and hard steels, an has been developing for a few years special tools whose qualities must combine extreme hardness, even high temperatures, with a certain elasticity. At the beginning of this research, we first turned to special steels (high speed steels). Then, through the lamp filament industry, the problem was solved by using alloys containing rare metals such as tungsten, molybdenum, vanadium, etc. Finally, chemical combinations of extreme hardness, such as heavy metal carbides, carbides and nitrides, were addressed.

   The very great hardness of these alloys, remaining at high temperature, allows them to be used not only for working cast iron and steels, but also for working very hard materials such as glass, marble or materials such as ebonite, papier-mâché, as well as for parts of machines requiring great hardness or very high resistance to friction.



  It should however be noted that the alloys containing compounds such as borides, carbides and nitrides of heavy metals present very different mechanical qualities, on the one hand, depending on their accessory components, even present in very small quantities, 'on the other hand, according to the process used to obtain said alloys. This mainly takes place with regard to the degree of elasticity of the alloy, its impact resistance and the sharpness of its edge.



  A large number of processes and alloys have been developed in an attempt to achieve an optimum set of qualities in this field.



  Now, it has been found that the addition of a certain quantity of a bronze to the constituents of such alloys made it possible to obtain, in addition to great hardness, remarkable impact resistance and elasticity.



  The present invention comprises a molded body of a hard and difficult to melt alloy, and a process for preparing such a body.



  The molded body according to the invention is characterized in that the alloy from which it is formed contains from 80 to <B> 95% </B> of at least one carbide having a great hardness, such as those of metals belonging to to the left subgroups of groups IV and VI of the periodic system, the constituents of at least one bronze, these together forming from 0.1 to 5% of the alloy and up to <B> 15% < / B> of at least one metal from the iron group belonging to group VIII of the periodic system, acting as a binder on the elements of the alloy, and in that it has great hardness, impact resistance and remarkable elasticity.



  By bronze is meant any alloy containing more than 50% copper, the remainder possibly being any metal or metals belonging to groups II to IV of the periodic system.



  The process for preparing such a body is characterized in that a powdery mixture formed from 80 to <B> 95% </B> of at least one high hardness carbide, such as those of metals, is heated. belonging to the left subgroups of groups IV and VI of the periodic system, from 0.1 to 5% of at least one bronze and up to 15% of at least one metal of the iron group belonging to group VIII periodic system, this mixture being placed in a closed mold hand held in a non-oxidizing atmosphere, until. that at the melting temperature of at least one of the constituents of the mixture, at the lowest melting point, and in that a mechanical pressure is exerted on the constituents enclosed in the mold, until the moment of cooling.

    



  The non-oxidizing atmosphere can be reducing or inert so as to avoid any oxidation during heating. The latter can be carried out in a sealed electric oven.



  To obtain a compact mass, it is advantageous to eliminate the air occluded in the mixture of the powders of the constituents, by reducing the pressure of the inert or reducing atmosphere down to a few millimeters of mercury, at least at least at least. start of heat treatment.



  In addition, a product will be obtained that is as compact as the mixture of constituents will be subjected to mechanical pressure from the start of the heat treatment.



  <B> TA '</B> Finally, the surface hardness of the fuel alloy can be increased, for example, by vapors of a volatile liquid hydrocarbon, which is entrained by means of bubbling the gases from the inert or reducing atmosphere into this hydrocarbon, before they enter the furnace.



  The process of the invention makes it possible to obtain a product of optimum quality. The latter may have a density of about 10 to 15, a hardness of 9 to 10 measured on the Mohs scale, impact resistance and remarkable elasticity.



  As the bronze to prepare the cast body, a copper-based bronze alloyed either with tin or: at light metals (earthy), for example magnesium, aluminum, beryllium, or alkaline earth ( calcium, barium, strontium).



       The effect of adding bronze is to significantly increase the elasticity and impact strength of the alloy, without prejudice to its hardness, even at high temperatures. In addition, when forming tool inserts: rapid cutting with this alloy, the presence of a bronze makes it possible to obtain a very clean sharpening wire, which improves the performance of the tool.



  Here is, by way of example, how the process for preparing a body according to the invention can. be carried out in practice: <I> Example 1. </I> A mixture is first prepared containing: 9% tin bronze (30% tin copper alloy), 5% nickel or cobalt, <B> 93% </B> tungsten carbide, the whole being very finely pulverized and carefully mixed by mechanical means. The mixture thus obtained is placed in a graphite mold, the shape of which is such that the object or the objects thus formed will not then require (read the finishing operations such as polishing and sharpening.



  This mold has at least one channel where a surplus of material is placed, and graphite udders sliding in this or these channels. The mold is placed in an electric furnace, through which a stream of hydrogen is passed, in order to avoid any oxidation during heating. At the same time, a pressure of a few kilograms per cm '' 'is exerted on the pistons by means of a mechanical device controlled from outside the oven.



  The oven is heated to a temperature of <B> 1800 </B> to 1400. At this time, the pressure is increased to about 150 g per cm. The heating is then stopped and the mold is cooled in a stream of hydrogen.



  The demoulded parts are subsequently subjected to finishing operations such as polishing and sharpening.



       Example <I> 2. </I>



  A mixture is prepared containing: 1.0% barium bronze (copper alloy with <B> 15% </B> barium), <B> 5.0% </B> cobalt, M0% do titanium carbide, 76.0% carbide = tungsten, the whole being finely pulverized and mixed in a ball mill. The mixture of constituents is placed in the graphite mold, which is then introduced into the oven. A stream of carbon dioxide is passed through until all the air is expelled from the apparatus. By means of a vacuum pump, the pressure of the P; az is reduced to 5 mm of mercury.

   We then begin to heat the burrow, while applying mechanical pressure to the piston of the mold. As soon as the temperature of <B> 800 'is reached, </B> we start again to pass the carbonic gas with a slight overpressure, by bubbling it, before entering the oven, in a spray bottle containing ligroin . Heating is continued until 1400. At this time, the pressure is increased to reach about 150 kg per cm 3. The heating is then stopped and the mold is cooled in a stream of carbon dioxide.



  The method of the invention has over the old methods many advantages of; simplicity and saving time and labor.

 

Claims (1)

REVENDICATIONS I Corps moulé en un alliage dur et diffi cilement fusible, caractérisé en ce que ledit alliage contient de 80 à 95 % d'au moins un carbure présentant une grande dureté, les constituants -d'au moins un bronze, ceux-ci formant ensemble de 0,1 à 5 % de l'alliage et jusqu'à 15 % d'au moins un métal du groupe du fer appar tenant au groupe VIII du .système pério dique, et en ce qu'il a une grande dureté, une résistance aux chocs et une élasticité remarquables. II Procédé de préparation d'un corps selon la revendication I, caractérisé en ce que l'on chauffe un mélange pulvérulent formé de 80 à 95 % -d'au moins un car bure présentant une grande dureté, de 0,1 à 5 % d'au moins, CLAIMS I Body molded from a hard and difficult to melt alloy, characterized in that the said alloy contains from 80 to 95% of at least one carbide having a high hardness, the constituents of at least one bronze, the latter forming together from 0.1 to 5% of the alloy and up to 15% of at least one metal of the iron group belonging to group VIII of the periodical system, and in that it has a great hardness, remarkable impact resistance and elasticity. II Process for preparing a body according to Claim I, characterized in that a powder mixture formed from 80 to 95% is heated - at least one carbon having a high hardness, from 0.1 to 5% at least, un bronze et de jusqu'à 15 % d'au moins un métal du groupe ,du fer, appartenant au groupe VIII du système périodique, ce mélange étant placé dans un moule clos maintenu dans une atmosphère non oxydante, jus qu'à la température de fusion de l'un au moins des constituants du mélange, à point de fusion le plus bas, et en ce que l'on exerce une pression mécanique sur les constituants enfermés dans le moule jusqu'au moment du refroidissement. a bronze and up to 15% of at least one metal of the group, iron, belonging to group VIII of the periodic system, this mixture being placed in a closed mold maintained in a non-oxidizing atmosphere, up to the temperature of melting at least one of the constituents of the mixture, with the lowest melting point, and in that a mechanical pressure is exerted on the constituents enclosed in the mold until the moment of cooling. SOUS-REVENDICATIONS 1 Corps ,selon la revendication I, caracté risé en ce qu'il contient au moins un carbure d'un métal du :sous-groupe de gauche du groupe IV du .système pério- dîque. 22 Corps selon la revendication I, caractérisé en ce qu'il contient au moins un carbure d'un métal du ;sous-groupe de gauche du groupe VI du système périodique. 3 Corps -selon la revendication I, caractérisé en ce qu'il présente une dureté de 9 à 10 mesurée à l'échelle de Mohs. 4 Corps selon la revendication I, caractérisé en ce qu'il présente une densité d'environ 10 à 1,5. SUB-CLAIMS 1 Body according to claim I, characterized in that it contains at least one carbide of a metal from: left-hand subgroup of group IV of the periodical system. 22 Body according to claim I, characterized in that it contains at least one carbide of a metal of the left subgroup of group VI of the periodic system. 3 body -According to claim I, characterized in that it has a hardness of 9 to 10 measured on the Mohs scale. 4 Body according to claim I, characterized in that it has a density of about 10 to 1.5. 5 Corps selon la revendication I, caractérisé en ce que l'alliage dont il est formé con tient les, constituants d'un bronze à l'étain. 6 Corps selon la revendication I, caractérisé en, ce que l'alliage dont il est formé con tient les, constituants d'un bronze de métal léger. 7 Corps selon la revendication I, caractérisé en ce que l'alliage dont il est formé con tient les: constituants d'un bronze de métal alcalino-terreux. 8 Procédé selon la revendication II, dans lequel l'atmosphère non oxydante est ré ductrice. 5 Body according to claim I, characterized in that the alloy from which it is formed contains the constituents of a tin bronze. 6 Body according to claim I, characterized in, that the alloy of which it is formed contains the constituents of a light metal bronze. 7 Body according to claim I, characterized in that the alloy from which it is formed contains the: constituents of an alkaline earth metal bronze. 8 The method of claim II, wherein the non-oxidizing atmosphere is reducing. 9 Procédé selon la revendication II, dans lequel l'atmosphère non oxydante est inerte. 10 Procédé selon la revendication II, dans lequel on réduit la pression de l'atmo sphère non oxydante jusqu'à quelques millimètres .de mercure au début du trai tement thermique. 11 Procédé selon la revendication II, dans lequel on exerce, dès le début -du traite ment thermique, la pression mécanique sur les, constituants enfermés dans le moule. 12 Procédé selon la revendication II, dans lequel on fait entraîner mécaniquement des vapeurs d'un hydrocarbure liquide volatil, par l'atmosphère non oxydante. 9 The method of claim II, wherein the non-oxidizing atmosphere is inert. 10. The method of claim II, wherein the pressure of the non-oxidizing atmosphere is reduced to a few millimeters of mercury at the start of the heat treatment. 11 The method of claim II, wherein the mechanical pressure is exerted from the start -du heat treatment on the constituents enclosed in the mold. 12 The method of claim II, wherein the vapors of a volatile liquid hydrocarbon are mechanically entrained by the non-oxidizing atmosphere.
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