CH471641A - Procédé de fabrication d'outils diamantés - Google Patents

Description

  Procédé de fabrication d'outils diamantés    La présente invention est un développement de celle  qui fait l'objet du brevet principal     N     444701, qui reven  dique un procédé de fabrication d'outils diamantés cons  titués d'une matrice métallique dans laquelle est incor  poré du diamant naturel ou synthétique, caractérisé par  le fait qu'il comprend le moulage d'un corps par com  pression à froid d'une poudre de métal ferreux dans la  quelle du diamant a été préalablement introduit, à la  suite de quoi ce corps aggloméré est mis en contact dans  un four à atmosphère réductrice avec une quantité de  cuivre, non ou faiblement allié, suffisante pour que, après  chauffage, imprégnation du métal ferreux par le cuivre  et refroidissement de la matrice,

   le cuivre comble prati  quement la totalité des pores de l'aggloméré de métal  ferreux cependant que la température d'imprégnation est  au moins égale à la température de fusion du cuivre non  ou faiblement allié, tout en étant maintenue inférieure à  la température d'altération des propriétés de coupe du  diamant.  



  Dans     certains    cas, par exemple pour des travaux de  profilage de meules de rectification, il peut être avanta  geux de disposer d'outils à matrice métallique plus dure  et plus résistante à l'abrasion tout en conservant la qua  lité de l'enchâssement des diamants et en évitant au cours  du frittage les températures excessives susceptibles de les  détériorer.  



  Le but de la présente invention est de fournir un pro  cédé qui confère aux outils les propriétés voulues de ré  sistance élevée à l'abrasion.  



  Pour cela, le procédé selon l'invention est caractérisé  par le fait que la poudre comprimée à froid contient un  carbure dur en plus du métal ferreux, cependant que la  température d'imprégnation est au moins égale à la tem  pérature de fusion du cuivre et au plus égale à     11301,    C.  



  Selon la présente addition, la matière pulvérulente  comprend en outre un carbure dur et éventuellement du  cobalt.    Le procédé selon l'invention permet de réaliser des  outils diamantés, le plus souvent directement à la forme  définitive, auxquels la nouvelle composition confère une  résistance à l'usure exceptionnelle, en même temps  qu'une liaison particulièrement tenace existe entre les  diamants et la matrice métallique. Les     avantages    ci-des  sus sont acquis en outre à bas prix de revient consécutif  à la simplicité du cycle de fabrication. Le procédé est  applicable à la fabrication d'outils à gros diamant unique  ou pour les outils à grand nombre de diamants plus pe  tits répartis dans la matrice dont l'emploi se développe  au détriment des précédents.  



  Avant la phase de moulage par compression, les dia  mants peuvent être soit introduits dans le mélange de  poudres de métal ferreux ou cobalt et de carbure dur en  dispersion homogène, soit placés de façon orientée dans  le mélange au moment du remplissage du moule.  



  Pour la mise en     couvre    du procédé selon l'invention,  on adoptera avantageusement les conditions suivantes  1. Pesée des éléments constitutifs et mélange des  poudres  - poudre de     métal    ferreux de surface spécifique,  mesurée selon la méthode de P.J.

       Rigden    et  calculée selon l'équation de     Koseny    modifiée,  1000 à<B>8000</B>     cm=!crnj    dans les proportions de  20 à 70     qc    en poids,  - poudre de cobalt de surface spécifique 2000 à  12 000     cm'î'cm        2#    dans les proportions de 0 à  30     clc    en poids,  - poudre de carbure de     wolfram    de     granulomé-          trie    2 à 10 microns dans les proportions de  10 à 50     clc    en poids,  -- diamants de granulométrie 60 à<B>1500</B> microns  dans les proportions de 5 à 20     e/c    en poids.

    2.     Compression    à froid du mélange dans un moule à  la forme de l'outil à obtenir sous une pression de  10 à FO     hbar.         3. Opération de frittage-imprégnation simultanée  - addition de cuivre pur ou allié jusqu'à 12 % en  poids avec étain,     zinc    ou argent, en quantité  suffisante pour que la teneur en cuivre ou  alliage de cuivre dans la matrice soit finale  ment entre 5 et 30 % en poids.

   La quantité de       métal    cuivreux est choisie telle pour qu'après  l'opération terminée, l'imprégnation soit totale  ou partielle, mais en tout cas supérieure à  25 % de la totalité des pores laissés après  l'opération ci-dessus de compression à froid,  - élévation en température jusqu'à 910  C,  maintien éventuel de 1 heure à 9100 C, éléva  tion de la température à une vitesse de  5000     C/heure    jusqu'à la température de fusion  du cuivre ou de l'alliage de cuivre, maintien  en température au plus égal à 10 minutes. En  aucun cas la température ne devra dépasser  1130  C. L'atmosphère du four est constituée  par l'hydrogène.  



  II est de même possible, au cours du cycle thermique,  d'arrêter le chauffage à 910  C et de procéder à un re  froidissement jusqu'à la température     ambiante    avant la  montée finale à la température d'imprégnation. Toute  fois, cette opération ne se justifie que si, à l'état     préfritté     ainsi obtenu, des retouches de formes sont à faire.  



  Le procédé selon l'invention permet d'obtenir des  propriétés d'emploi, en ce qui concerne la tenue à l'usure,  bien supérieures à celles obtenues avec des outils prépa  rés de toute autre façon, étant donné la dureté de la ma  trice, la qualité du sertissage et la non-altération des dia  mants.  



  Selon une variante du procédé, la poudre de fer en  trant dans la constitution du comprimé peut être mélan  gée ou alliée avec 1 à 4 % de cuivre, 0,1 à 2 % de car  bone, 1 à 5 % de nickel, 0,2 à 13 % de chrome, 0,1 à 4 %  de molybdène, les pourcentages étant exprimés en poids  et les éléments pris seuls ou en combinaison. La dimen  sion des grains des éléments d'addition au fer dans le  cas d'alliages réalisés par juxtaposition de poudres ne  devra pas excéder 50 microns.  



  Le procédé décrit permet d'obtenir une partie de  l'aggloméré exempte de diamant et constituée de la même  matrice ou d'une matrice à base ferreuse seulement, cette  partie pouvant servir de porte-outil. L'imprégnation au  cuivre pendant le frittage est réalisée sur l'ensemble de  l'aggloméré.  



  Un avantage supplémentaire du procédé réside dans  la possibilité de réaliser directement les formes     moula-          bles    aux     cotes    définitives sans retouches ultérieures, du  fait que les variations de cotes au frittage sont insigni  fiantes.  



  A titre d'exemple d'application et de mise en     oeuvre,     on indiquera un mode de fabrication d'un frottoir dia  manté destiné à profiler une meule   A 60 M 8 V   sui  vant désignation internationale d'une machine à rectifier  le raccordement au rayon 4 mm des fusées de roue ar  rière d'un véhicule automobile.  



  Pour le porte-outil, on mélange durant 5 minutes au       mélangeur    rotatif 20 g de poudre de fer de surface spéci  fique 2200     em22/cm3    avec 0,5 g de poudre de cuivre de  granulométrie 40 microns. Le mélange obtenu est intro  duit dans un moule de forme     rectangulaire    puis tassé  sous une pression de 5     hbar    au moyen d'un poinçon pré  sentant un décrochement destiné à ménager dans le  porte-outil la cavité devant contenir 1_a matrice diaman  tée.

   Par ailleurs, on mélange durant 5 minutes au mé-         langeur    rotatif 0,75 g de poudre de fer de surface spéci  fique 2200     cm2/cm3,    0,75 g de poudre de cobalt de sur  face spécifique 4000     em2/cm3,    1,5 g de poudre de car  bure de wolfram de granulométrie 6 microns et 0,3 g de       diamants    de dimensions 1100 à 1200 microns, le tout  étant humidifié par 0,5     cm3    d'essence de pétrole. Le mé  lange est introduit dans la cavité ménagée dans le     porte-          outil    puis tassé sous une pression de 5     hbar.    L'ensemble  est alors comprimé sous une pression de 40     hbar.     



  L'aggloméré obtenu étant placé dans un four à atmo  sphère d'hydrogène, on place sur lui un ou plusieurs mor  ceaux de cuivre de formes quelconques et de poids 7 g,  on chauffe jusqu'à 1100  C en 20 minutes, la température  de     1100     C étant maintenue 3 minutes, puis le chauffage  du four est arrêté, le refroidissement étant effectué en  30     minutes    environ. La partie sans diamant est alors per  cée au foret de 6 mm pour assemblage sur la tourelle  d'affûtage de la rectifieuse.  



  Des frottoirs réalisés de cette façon assurent le pro  filage de meules permettant la rectification de 6000 fusées  de roue au lieu de 1800 pour les meilleurs frottoirs fa  briqués par les méthodes connues.

Claims (1)

1. REVENDICATION Procédé de fabrication d'outils diamantés selon la revendication du brevet principal, caractérisé par le fait que la poudre comprimée à froid contient un carbure dur en plus du métal ferreux, cependant que la tempé rature d'imprégnation est au moins égale à la tempéra ture de fusion du cuivre et au plus égale à 11301, C. SOUS-REVENDICATIONS 1. Procédé selon la revendication, caractérisé en ce que la quantité de métal cuivreux est suffisante pour que la teneur en métal cuivreux de la matrice soit comprise entre 5 et 30 % en poids. 2.

   Procédé selon la revendication ou la sous-revendi- cation 1, caractérisé en ce que la quantité de métal cui vreux est suffisante pour qu'après refroidissement de la matrice, ce métal cuivreux comble au moins 25 % du vo lume de chacun des pores du corps aggloméré. 3. Procédé selon la revendication, caractérisé en ce que l'atmosphère est constituée d'hydrogène. 4. Procédé selon la revendication ou la sous-revendi- cation 3, caractérisé en ce que la pression de moulage est comprise entre 10 et 80 hbar. 5.

   Procédé selon la revendication, caractérisé en ce que la température d'imprégnation est au moins égale à la température de fusion du métal cuivreux et au plus égale à 1130C. 6. Procédé selon la revendication ou la sous-revendi- cation 5, caractérisé en ce<U>que</U> la montée en température au cours du chauffage est au moins de 5000 C/h à par tir d'environ 9100 C. 7. Procédé selon la revendication, caractérisé en ce que le maintien à la température d'imprégnation est de 10 minutes au maximum. 8. Procédé selon la revendication, caractérisé en ce que la matière pulvérulente contient du cobalt. 9.

   Procédé selon la sous-revendication 8, caractérisé en ce que la matière pulvérulente contient jusqu'à 30 % en poids de cobalt d'une surface spécifique de 2000 à 12 000 cm2/cm3. 10. Procédé selon la revendication, caractérisé en ce que le carbure dur est du carbure de wolfram. 11. Procédé selon la sous-revendication 10, caracté risé en ce que le carbure dur est du carbure de wolfram d'une granulométrie de 2 à 10 microns, sa teneur dans la matière pulvérulente se situant entre 10 et<B>50%</B> en poids. 12. Procédé selon la revendication, caractérisé en ce que le métal ferreux a une surface spécifique comprise entre 1000 et 8000 cm-/cm@, sa teneur dans la matière pulvérulente se situant entre 20 et 70 % en poids. 13.

   Procédé selon la revendication ou la sous-reven- dication 12, caractérisé en ce que le métal ferreux est du fer non allié. 14. Procédé selon la revendication, caractérisé en ce que le corps aggloméré par compression à froid contient 0,1 à 2 % de carbone à l'état allié au fer. 15. Procédé selon la revendication, caractérisé en ce que le corps aggloméré par compression à froid contient 0,1 à 2 % de carbone juxtaposé en poudre fine de granu lométrie inférieure à 50 microns. 16.

   Procédé selon la revendication, caractérisé en ce que la matière pulvérulente contient au moins un élé ment d'alliage du fer choisi dans le groupe des éléments comprenant le cuivre, le chrome, le nickel et le molyb dène, et ceci à raison d'une teneur pondérale par rapport au métal ferreux de 1 à 4 % pour le cuivre, de 0,2 à 13 % pour le chrome, de 1 à 5 % pour le nickel et 0,1 à 4 % pour le molybdène. 17. Procédé selon la sous-revendication 16, caracté risé en ce que ledit élément d'alliage du fer est allié au fer du métal ferreux. 18. Procédé selon la sous-revendication 16, caracté risé en ce que le métal ferreux est du fer et ledit élément d'alliage du fer est mélangé au fer sous forme d'une pou dre de granulométrie inférieure ou égale à 50 microns. 19.

   Procédé selon la revendication, caractérisé en ce que la matrice contient du diamant à l'état d'un gros cristal unique. 20. Procédé selon la revendication, caractérisé en ce que la matrice contient du diamant à l'état de plusieurs cristaux. 21. Procédé selon la revendication, caractérisé en ce que le métal cuivreux est un alliage de cuivre compre nant au moins un élément d'alliage choisi dans le groupe des éléments d'alliage du cuivre constitué par l'étain, le zinc et l'argent, les teneurs pondérales par rapport au métal cuivreux étant de 1 à 10 % pour l'étain, 1 à 10 % pour le zinc et 2 à 15 % pour l'argent. 22. Procédé selon la revendication, caractérisé en ce que la matrice est soumise à un traitement thermique.