FR2476139A1 - Alliage dur sans tungstene et procede d'elaboration de cet alliage - Google Patents
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Abstract
L'INVENTION CONCERNE LA METALLURGIE. L'ALLIAGE DUR SANS TUNGSTENE, FAISANT L'OBJET DE L'INVENTION, DU TYPE CONSTITUE DE DIBORURE DE TITANE, DE CARBURE DE TITANE ET D'UN LIANT, EST CARACTERISE EN CE QU'IL CONTIENT, EN TANT QUE LIANT, AU MOINS L'UN DES METAUX, INACTIFS VIS-A-VIS DU BORE, DU SOUS-GROUPE IB DU SYSTEME PERIODIQUE DES ELEMENTS, OU BIEN UN ALLIAGE A BASE DE L'UN DE CES METAUX, LA COMPOSITION EN MASSE DUDIT ALLIAGE DUR SANS TUNGSTENE ETANT LA SUIVANTE: DIBORURE DE TITANE, 40 A 60; LIANT, 3 A 30; CARBURE DE TITANE, LE SOLDE;ET QUE SA POROSITE EST INFERIEURE A 1. L'ALLIAGE EN QUESTION PEUT ETRE UTILISE DANS LA METALLURGIE, L'INDUSTRIE DES MACHINES-OUTILS ET DES OUTILLAGES, L'INDUSTRIE ELECTROTECHNIQUE, POUR LA FABRICATION D'OUTILS DE COUPE, D'EQUIPEMENTS OU MATERIELS EN ALLIAGE DUR, D'OUTILS DE FORMAGE, ETC.
Description
La présente invention concerne la métallurgie et a notamment pour objet un
alliage dur à base de composés
réfrataires et un procédé d'élaboration dudit alliage.
Les alliages durs à base de composés réfractaires, par exemple de carbures, borures, nitrures, carbonitrures de
métaux de transition, peuvent être utilisés dans la métal-
lurgie, l'industrie des machines-outils et des outillages,
l'industrie électrotechnique, pour la fabri-
cation d'outils de coupe, d'équipements ou matériels en alliage dur, d'outils de formage, etc. L'utilisation efficace des alliages durs dans nombre de domain6sde la technique dépend d'une série de propriétés extrément précieuses de ces alliages. Parmi elles, la propriété essentielle est la haute drtté (86 à 92 unités HRa), alliée à une haute résistance à l'usure, c'est-à-dire à une haute tenue à l'usure par frottement aussi bien sur les métaux que sur les non-métaux. Les alliages surs sont capables de conserver dans une large mesure ces propriétés aux températures élevées. L'emploi des alliages durs est particulièrement efficace dans l'industrie de l'outillage et de la machine-outil, pour l'usinage des métaux par
enlèvement de copeaux.
A l'heure actuelle, les alliages durs les plus répan-
dus dans l'industrie, outre ceux initialement connus, cons-
titués de monocarbure de tungstène et de cobalt en tant que liant, sont des alliages dans lesquels une partie du carbure de tungstène est remplacée par des carbures de titane, tantale, niobium. Le taux de carbure dans ces alliages est d'ordinaire de 60 à 97 % en masse. Leur dureté est alors de 86 à 92 unités HRa, et leur résistance à la
flexion est de 1962 à 883 MPa (200 à 90 kg/mm2) respecti-
vement. Les alliages les plus résistants sont les alliages au tungstènecobalt, employés pour Jacoupe de la fonte et des aciers. Les alliages au titane-tungstène, y compris ceux contenant du carbure de tantale ou du niobium, sont moins résistants mais assurent une plus haute tenue de l'outil et sont employés principalement pour la coupe à
grande vitesse des aciers.
Ces derniers temps, par suite des difficultés d'appro-
visionnement en tungstène, on emploie de plus en plus des alliages durs sans tungstène. En règle générale, la base dure de ces alliages est le carbure de titane, et le liant est le nickel additionné de molybdène. Ces alliages sont doués d'une haute résistance à l'usure lors de la coupe de l'acier, mais, par suite de leur fragilité accrue, sont
employés principalement pour la semi-finition et la fini-
tion des aciers.
Toutefois, l'industrie de la machine-outil et de l'ou-
tillage exige la création d'alliages durs doués d'une plus haute résistance à l'usure, capables d'usiner les aciers
trempés à de hautes vitesses de coupe.
A l'heure actuelle, dans l'industrie, il est nécessaire d'usiner les aciers dans une large gamme de duretésde 15 à 65 unités HRc. L'usinage des aciers trempés, ayant une
dureté de 35 à 65 unités HRc, se heurte à de grandes dif-
ficultés technologiques. Ainsi, les alliages au titane-
tungstène sont employés principalement pour l'usinage des
aciers ayant une dureté ne dépassant pas 35 unités HRc.
Pour l'usinage des aciers d'une dureté supérieure à 35 unités HRc, ces alliages nesatpoesutilisés à cause de
leur dureté insuffisante.
De ce point de vue, les matériaux les plus prometteurs sont les matériaux à base de A1203 additionné de cabures réfractaires doués d'une grande dureté allant jusqu'à 94
unités HRa (cf. 'Les cermets" sous la rédaction de J.P.
Tinklpo et U.B. Krendall, 1962, Editions "Inostrannaya
literatura", Moscou, pp. 236 à 279). Ces matériaux (céra-
miques) permettent réellement d'usiner des aciers trempés de dureté allant jusqu'à 65 unités HRc. Toutefois, ces céramiques sont caractérisempar une basse charge de rupture (résistance à la flexion: 687 MPa ou 70 kg/mm 2) et une basse conductibilité thermique, aussi les emploie-t-on pour les outils de coupe dont la partie active est d'une géométrie compliquée empêchant leur destruction. Malgré leur haute dureté, les céramiques ne peuvent se susbituer complètement aux alliages durs en cas d'usinage d'aciers, et ne peuvent que les compléter lors d'opérations de coupe déterminées.
Pour accroître la dureté des alliages durs, on a com-
mencé par leur ajouter des borures de métaux de transision
de préférence du diborure de titane.
Ainsi, par exemple, on connaît un alliage durà base de diborure de titane, doit la composition en masse est la suivante: carbure de tungstène 23 à 25 %, cobalt 13 à 13,5 %, diborure de titane le solde (certificat d'auteur URSS n 514031, buletin des "Découvertes, inventions, modèles industriels et marques de fabrique'"
ne 18, publié le 15 mai 1976, classe C22c 29/00).
L'alliage durde cette composition n'est utilisé qu'en tant qu'abrasif, vu que sa charge de rupture est suffisante pour permettre son utilisation dans la fabrication d'outils
de coupage.
On connaît un alliage dur sans tungstène à base de diborure de titane, dont la composition en masse est la suivante: diborure de titane 52 à 68 %, carbure de titane 13 à 17 %, cobalt 5 à 18 %, carbone 1 à 2 %, molybdène et/ou borure de molybdène et/ou carbure de molybdène 9 à 15 %,
(certificat d'auteur URSS n 523954, buletin des "Décou-
vertes, inventions, modèles industriels et marques de
fabrique", n 29, publié le 5 août 1976, classe C22c 29/00).
L'alliage dur de cette composition a une grande dureté mais ne convient pas pour la fabrication d'outils de coupe par suite de sa charge de rupture insuffisante, et
n'est employé qu'en tant qu'abrasif.
On connait aussi un alliage dur sans ungstène, cons-
titué de diborure de titane, de carbure-de titane et d'un liant à base d'un métal du groupe du fer, les taux en masse des constituants dudit liant étant les suivants: B=2 à 3,5%, Si = 3,5 à 4,8 %, Ni = 1 %, C = 2 %, Li = 0,01%, Co =20 % (brevet Japonais n 50-20947, Tokkio Koho, publié le 19
Juillet 1975, classe B22F 3/28).
Cet alliage ne peut, lui non plus, être employé pour l'usinage-d'aciers par enlèvement de copeaux, du fait de
sa charge de rupture insuffisante.
De la sorte, les tentatives faites pour utiliser, dans la composition des alliages durs, des borures de métaux de transition et les liants traditionnels (métaux du groupe du fer) n'ont pas abouti à la création d'alliages résistants, par suite de la formation, dans ces systèmes,
d'eutectiques fragiles à bas point de fusion du bore as-
sociés à des métaux du groupe du fer ou à des borures fra-
giles de ces métaux (cf. H.J. Goldschmidt "Les alliages d'intégration", partie I, 1971, Editions "Mir", Moscou,
pp.364 à 413).
L'absence d'alliages durs doués d'une haute résistance à l'usure et d'une haute dureté, de pair avec une charge suffisamment élevée en cours d'utilisation, convenant pour l'usinage d'aciers d'une dureté de 35 à 65 unités HRc, a créé un problème dont la solution est devenue aujourd'hui
une nécessité.
Le procédé d'élaboration des alliages durs décrits
plus haut comprend l'élaboration de composés réfractaires,.
suivie de la mise en oeuvre des opérations utilisées dans la métallurgie des poudres, consistant à préparer une charge en mélangeant les poudres des composés réfractaires obtenus avec un métal liant, à comprimer et à fritter la pièce à une température de 1350 à 1550 C pendant quelques heures dans des fours électriques à vide ou à atmosphère d'hydrogène (V.I. Tretiakov "F oran delathéaie dssmtauc etdela techride deprodwtin de iages Hp fr " h"ds",1 976, Edies "Metalrg, Moscou, p.7) L'une des voies les plus employées pour l'élaboration de composés réfractaires pour alliages durs ( carbures, borures, nitrures de métaux de transition) est leur synthèse à partir des métaux (ou de leurs oxydes) d des non métaux correspondants, au four électrique, à une température de 1600 à 22000C, pendant quelques heures (cf, le même ouvrage,
pp. 265 à 293).
Une autre voie pour l'élaboration des composés réfrac-
taires, plus avancée au point de vue des performances économiques et de la technologie, consiste en ce qu'au moins un métal choisi dans les groupes IV à VI du système périodique des éléments, est mélangé avec au moins un non-métal, choisi parmi le carbone, l'azote, le bore, le silicium, l'oxygène, le phosphore, le fluor, le chlore, puis la charge obtenue est allumée (enflammée) localement par un procédé connu quelconque, par exemple à l'aide d'un
filament de tungstène. On crée ainsi la température néces-
saire à l'initiation de la réaction exothermique entre les métaux et lesnon-métaux dans une petite portion de la charge. La continuation de la réaction des constituants de la charge ne requiert pas le recours à des sources de chauffage extérieures et se déroule grtce à la chaleur de
la réaction exothermique elle-même. La réaction se pro-
page spontanément dans la charge en régime de combustion, grâce à la transmission thermique de la couche de charge réchauffée à la couche encore froide, avec une vitesse de combustion de 4 à 16 cm/s (brevet Etats-Unis No. 3 726 643,
classe C01B, publié en 1973).
Ce procédé connu d'élaboration d'alliages durs est à stades multiples: il comprend un stade d'élaboration préliminaire de composés réfractaires, suivi de leur
traitement par les modes opératoires connus de la métal-
lurgie des poudres. En outre, le procédé indiqué est lié
à de grandes dépenses d'énergie.
Le but de l'invention est de supprimer les inconvé-
nients indiqués.
On s'est proposé pour cela de mettre au point un alliage dur sans tungstène, constitué par du diborure de titane, du carbure de titane et un liant, dont le liant et la composition seraient tels qu'ils lui conféreraient une grande dureté et une haute résistance à l'usure, de pair avec une charge de rupture suffisamment élevée, ainsi que de mettre au point un procédé d'élaboration de cet alliage dur, qui serait de réalisation simple et assurerait de
bonnes performances économiques.
La solution consiste en un alliage dur sans tungstène, constitué par du diborure de titane, du carbure de titane et un liant, dans lequel, d'après l'invention, il y a, en
tant que liant, au moins l'un des métaux, inactifs vis-à-
{is du bore, du sous-groupe IB du système périodique des éléments, ou bien un alliage à base de l'un de ces métaux, la composition en masse de l'alliage dur sans tungstène étant la suivante: diborure de titane 40 à 60 %, liant 3 à 30 %, carbure de titane le solde,
et sa porosité étant inférieure à 1 %.
Il est avantageux d'utiliser en tant que liant le
cuivre et ses alliages.
L'utilisation, en tant que liants, des métaux du sous-
groupe IB du système périodique des éléments, à sous-niveau rempli et inactifs vis-à-vis du bore, ainsi que d'alliages à base de ces métaux, permet d'obtenir un alliage d'une haute dureté (jusqu'à 94 unités HRa), de haute résistance
à l'usure (plus élevée que celle des alliages au titane-
tungstène connus), de haute conductibilité thermique, de pair avec une charge de rupture suffisamment élevée (la
résistance à la flexion est de 60 à 115 kg/mm2).
Bien que l'alliage dur faisant l'objet de l'invention
ne contienne pas de tungstène cotteux et d'approvision-
nement difficile, ses caractéristiques d'utilisation sont
proches de celles des alliages durs au tungstène.
L'alliage dur sans tungstène de composition conforme à l'invention peut être utilisé pour l'usinage des aciers, aussi bien trempés que non trempés, ayant une dureté dans
la plage de 15 à 55 unités HRc.
Les pourcentages indiqués des constituants, dans l'alliage dur sans tungstène faisant l'objet de l'invention, lui confèrent une haute tenue à l'usure et une grande dureté,
de pair avec une charge de rupture suffisamment élevée.
Une diminution du taux de diborure de titane au- dessous de 40 % en masse entraîne un abaissement de la résistance à l'usure et de la dureté de l'alliage; une augmentation du taux de diborure de titane au-dessus de % en masse entraîne un abaissement de la charge de
rupture de l'alliage.
Une diminution de la quantité deJiant au-dessous de 3 9% en masse entraîne un accroissement de la fragilité de l'alliage, c'est-àdire un abaissement de sa charge de rupture; une augmentation du taux de liant au- dessus de 30 % en masse entraîne un abaissement de la résistance à
l'usure et de la dureté de l'alliage.
Une augmentation de la porosité de l'alliage dur sans tungstène au-dessus de 1 % entraîne une altération de ses
caractéristiques d'utilisation. Il est avantageux d'éla-
borer un alliage dur à porosité minimale.
L'invention a aussi pour objet un procédé d'élaboration d'un alliage dur sans tungstène, du type comprenant la préparation d'une charge de départ par mélange de poudres de titane, de bore et de carbone, la compression de cette charge, l'allumage local de la charge pour initier une réaction exothermique du titane avec le bore et le carbone, cette réaction se déroulant ensuite spontanément, en régime de combustion, en sepropageant dans la charge par transmission de la chaleur de la couche de charge réchauffée àJa couche encore froide, caractérisé d'après l'invention, en ce qu.'au stade de la préparation de la charge on lui ajoute une poudre d'au moins l'un des métaux inactifs vis-à-vis du bore du sous-groupe IB du système périodique des éléments, ou bien une poudre d'alliage à base de l'un de ces métaux, ou bien des poudres de métaux constituant cet alliage dans les conditions de la réaction exothermique indiquée, puis, une fois la réaction exothermique achevée, on soumet la masse solide- liquide, obtenue à l'issue de la
réaction, à une compression Jusqu'à obtention d'une poro-
sité inférieure à 1 %.
Au cours de la combustion, il y a formation de diborure et de carbure de titane, fusion et diffluence du liant à bas point de fusion. Au fur et à mesure que la zone de réaction (zone de combustion) progresse, la charge se transforme en une masse solide-liquide constituéepar des micrograins de carbure et de diborure de titane, et par
des microgouttes de liant en fusion. La compression subs-
quente de la masse chaude, obtenue à l'ussue de la combus-
tion, permet d'obtenir un matériau dense, à porosité infé-
rieure à 1 %. Les grandes vitesses de combustion (jusqu'à 4 cm/s) permettent de réaliser en quelques secondes tout
le processus d'élaboration de l'alliage dur sans tungstène.
Le procédé est technologiquement simple et sa mise.en oeuvre s'effectue avec un équipement connu. Il permet de
conjuguer en un seul processus l'élaboration des composés-
réfrataires et leur frittage avec le liant. En outre, le procédé permet de réduire notablement la consommation
d'énergie électrique.
L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaltront mieux à la
lumière de la description explicative qui va suivre d'un
mode préféré de réalisation de l'alliage conforme à l'inven-
tion et du procédé d'obtention dudit alliage.
On prépare la charge de départ en mélangeant la poudre
de liant avec les poudres de titane, de bore et de carbone.
Le taux de liant dans la charge de départ correspond à son taux dans l'alliage élaboré de composition prescrite. Le
titane, le bore et le carbone sont pris dans des propor-
tions telles qu'à l'issue de leur réaction ultérieure, avec formation de diborure et de carbure de titane, on
obtienne un alliage dur de-composition prescrite.
En tant que liant on utilise au moins un des métaux, inactifs vis-à-vis du bore, du sous-groupe IB du système périodique des éléments (cuivre, argent, or) ou un alliage à base de l'un de ces métaux, par exemple un alliage de cuivre avec 3 à 13 96 de nickel et 1,5 à 6 % d'aluminium, un alliage de cuivre à 30 % de nickel et 3 % de chrome ou de molybdène, un alliage de cuivre à 1 % de zinc, un alliage de cuivre à 2 % de scandium ou d'yttrium, un alliage d'argent avec 3 à 10 % de nickel, un alliage d'argent à 3 % d'yttrium ou de scandium, un alliage d'or avec 3 à 10 % de chrome,
un alliage d'or à 10 % de scandium ou d'yttrium.
Si le liant entrant dans la composition de l'alliage
dur sans tungstène est un alliage à base de métal du sous-
groupe I du système périodique des éléments, par exemple un alliage de cuivre avec du nickel et de l'aluminium (bronze de nickel-aluminium), on ajoute à la charge de départ soit une poudre d'alliage préélaboré, par exemple une poudre de bronze, soit des poudres des métaux entrant dans la compostion de cet aliage, par exemple des poudres
de cuivre, nickel et aluminium.
La charge de départ préparéeest comprimée, par exemple jusqu'à une densité relative de 0,6, puis placée,par exemple, dans une matrice ou dans une enceinte à pression
de gaz ou de liquide rég.lée, dotées d'un dispositif d'al-
lumage réalisé, par exemple, sous la forme d'un filament
(spirale) de tungstène.
La charge est allumée localement. Pour cela, on fait par exemple passer à travers le filament de tungstène contactant une petite partie de la surface de la charge, un courant électrique maintenu pendant environ 0,5 s. Il s'ensuit la création, dans cette partie de la charge, de la température nécessaire à l'initiation d'une réaction exothermique à haute température du titane avec le bore et le carbone. Par la suitela réaction de ces constituants de la charge ne nécessite plus le recours à des sources extérieures de chauffage, elle se déroule grâce à la
chaleur qu'elle dégage elle-même.
Grâce à la transmission de la chaleur des couches réchauffées de la charge à ses couches encore froides, la
zone de réaction (zone de combustion) se propage sponta-
nément à une vitesse allant jusqu'à 4 cm/s; la température
atteint alors 25500C dans la zone de combustion.
Dans la zone de combustion il y a formation de diborure et de carbure de titane, fusion etdiffluence du liant; on obtient ainsi une masse solideliquide constituée par des micrograins de diborure et de carbure de titane, et par
des microgouttes de liant en fusion.
Une fois la réaction exothermique (la combustion)
achevée, on comprime,,par exemple sous une pression de 49 à-
196 MPa (0,5 à 2t/cm 2) la masse liquide-solide obtenue, par exemple dans une matrice ou dans une enceinte à pression
de gaz ou de liquide régulée, de telle façon que la poro-
sité de l'alliage dur élaboré soit inférieure à 1 96.
Selon les données de l'analyse aux rayons X, l'alliage dur sans tungstène obtenu se compose de diborure et de carbure de titane et de liant; les paramètres des réseaux
cristallins du diborure et du carburede titane sont con-
formes aux données de la littérature.
Selon les données de l'analyse métallographique, l'alliage dur sans tungstène se compose d'un mélange de grains de carbure de titane de forme irrégulière et de grains aciculaires de diborure de titane, entre lesquels est uniformément réparti le liant. La grosseur des grains de diborure de titane et de carbure de titane ne dépasse
pas 5 microns.
On a déterminé, pour l'alliage dur sans tungstène élaboré par la méthode décrite, les caractéristiques suivantes: la densité, la porosité, la dureté, la charge
de rupture et la résistance à l'usure.
La densité (AP, g/cm3) de l'alliage dur sans tungs-
tène a été déterminé parla méthode pycnométrique. La porosité ( X, %) de l'alliage a été déterminée par calcul, en utilisant les données concernant la densité pycnométrique. La dureté de l'alliage (HRa) et sa charge de rupture (indice de résistance à la flexion, fs IePa)
ont été déterminées par les méthodes universellement adoptées.
Les données concernant la résistance à l'usure de l'alliage dur sans tungstène, faisant l'objet de l'invention, ont été obtenues en soumettant des outils réalisés avec
cet alliage à des essais d'usinage d'aciers par tournage.
L'essai de résistance à l'usure a été exécuté par deux méthodes. Selon la première méthode, le critère de la résistance à l'usure était l'usure de l'outil (h, mm) lors du tournage d'une éprouvette en acier non trempé d'une dureté de 15 unités HRc durant 20 mn, avec une vitesse de coupe (v) de 200 m/mn, une avance (s) de 0,17 mm/tr, une profondeur de
passe (t) de 1,5 mm.
Selon la seconde méthode, le critère de la résistance à l'usure était la vitesse critique (vcr, m/mn) à laquelle se produisait la destruction totale de 1' arête coupante principale de l'outil ors du tournage en bout de pièces d'acier non trempé d'une dureté de 15 unités HRc et d'acier
trempé d'une dureté de 55 unités HRc, exécuté avec accrois-
sement continu de la vitesse de pénétration de l'outil dans l'acier. Les régimes de coupe étaient les suivants: Acier Acier non trempé trempé Vitesse de rotation de la broche (n), tr/mn 1000 500 Avance (s), mm/t 0, 26 0,195 Profondeur de passe (t), mm 1,5 0,7 A titre de comparaison, on a essayé dans les mêmes
conditions des outils en alliages au titane-tugstène indus-
triels de deux nuances, dont l'un était constitué par 15 % en masse de carbure de titane, 6 % en masse de cobalt, le solde étant du carbure du tungstène (nuance I), et le second, par 30 % en masse de carbure de titane, 4 % en masse de cobalt, le solde étant du carbure de tungstène (nuance II), ainsi que des outils en alliage dur sans tungstène industriel connu, constitué par 80 % en masse de carbure de titane, 15 % en masse de nickel et 5 % en masse
de molybdène.
Pour une meilleure compréhension de l'invention, on donne ci-après des exemples concrets mais non limitatifs de réalisation. de l'invention. Les propriétés de l'alliage dur sans tungstène obtenu selon lesdits exemples et celles des alliages industriels connus, au titane-tungstène et sans tungstène, déterminées selon les méthodes décrites plus haut, sont données dans le Tableau qui suit les
exemples.
Exemple 1.
On élabore un alliage dur sans tungstène ayant la composition en masse suivante - diborure de titane 60 % liant: argent 3%,
carbure de titane 37 %.
Pour cela on prépare une charge de départ ayant la composition en masse suivante: titane = 70,9 %, bore = 18,7 %, carbone = 7,4 %, argent = 3 %. La charge est
préparée en mélangeant des poudres des constituants îndi-
qués. On comprime la charge ainsi préparée jusqu'à une densité relative de l'ordre de 0,6 et on la place dans une matrice dotée d'un filament de tungstène. En faisant passer un courant électrique à travers le filament de tungstène pendant un temps de l'ordre de 0,5 s. on allume
la charge localement, ce qui initie une-réaction exother-
mique du titane avec le bore et le carbone, laquelle se
déroule ensuite spontanément en régime de combustion.
Grâce à la transmission thermique des couches réchauffées aux couches encore froides, la zone de réaction (zone de combustion) se propage dans la charge à une vitesse de 4 cm/s; la température dans la zone de combustion atteint
25500C.
Dans la zone de combustion il y a formation de diborure et de carbure de titane, fusion et diffluence du liant (argent). La réaction exothermique achevée, on comprime dans la matrice la masse solide-liquide obtenuesous une pression
de 49MPa (0,5 t/cm2).
Exemple 2.
On élabore un alliage dur sans tungstène ayant la composition en masse suivante: diborure de titane 50 % liant: cuivre 10 %, carbure de titane 40 %. Pour cela on utilise une charge de départ ayant la compoeltion en masse suivante: titane = 66,5 %, bore =
,5 %, carbone = 8 %, cuivre = 10 %.
La préparation de la charge et l'obtention de l'al-
liage dur sans tungstène s'effectuent de la même manière que dans l'exemple 1, à cette différence près qçIon soumet la masse solide-liquide à la compression dans la matrice,
sous une pression de16M (2 t/cm2).
Exemple 3.
On élabore un alliage dur sans tungstène ayant la composition en masse suivante: diborure de titane 40 % liant: alliage constitué par 82 % en masse de cuivre, 12 % en masse de nickel et 6%o en masse d'aluminium (bronze de nickel-aluminium) 30 %,
carbure de titane 30 %.
La charge de départ est préparé en mélangeant les poudres de titane, bore et carbone avec la poudre de bronze de nickel-aluminium. Composition en masse de la charge titane'= 51,6 %, bore = 12,4 96, carbone = 6 %, bronze de
nickel-aluminium = 30 %.
L'élaboration de l'alliage dur sans tungstène à partir de la charge ainsi préparée s'effectue de la même manière
que dans l'exemple 1.
Exemple 4.
On élabore un alliage dur sans tungstène ayant la composition en masse suivante: diborure de titane 50 %, liant: cuivre et argent dans le rapport en masse de 4/1 repectivement 5 %
carbure de titane 45 %.
En mélangeant les poudres de titane, bore, carbone, cuivre et argent, on prépare une charge de départ ayant la composition en masse suivante: titane = 70,5 56,
bore = 15,5 56, carbone = 9 %, cuivre = 4 %, argent, 1 %.
L'élaboration de l'alliage dur sans tungstène à partir de la charge ainsi préparée s'effectue de la même
manière que dans l'exemple 1.
Exemple 5.
On élabore un alliage dur sans tungstène ayant la composition en masse suivante diborure de titane 60 %, liant: cuivre et or dans le rapport en masse de 5/1 respectivement 3 %,
carbure de titane 37 9.
En mélangeant les poudres de titane, bore, carbone, cuivre et or, on prépare une charge de départ ayant la composition en masse suivante: titane = 70,9 %, bore =
18,7 %, carbone = 7,4%, cuivre = 2,5 %, or = 0,5 %.
L'élaboration de l'alliage dur sans tungstène à partir de la charge ainsi préparée s'effectue de la même manière
que dans l'exemple 1.
Exemple 6.
On élabore un alliage dur sans tungstène ayant la Imposition en masse suivante: diborure de titane 54 9, liant: alliage constitué par 91 % en masse de cuivre, 6 % en masse de nickel et 3 % en masse d'aluminium 10 %,
carbure de titane 36 %.
La charge de départ est préparée en mélangeant les poudres de titane, bore, carbone avec des poudres de métaux formant l'alliage de cuivre dans les conditions de la réaction exothermique, à savoir, avec des poudres de cuivre, nickel et aluminium. La composition en masse de la charge est la suivante: titane = 66 %, bore = 16,8 %,
carbone = 7,2 %, cuivre = 9,1 %, nickel = 0,6 %, alumi-
nium = 0,3%.
L'élaboration de l'alliage dur sans tungstène à partir de la charge ainsi préparée s'effectue de la même manière
que dans l'exemple 1.
Exemple 7.
On élabore un alliage dur sans tungstène ayant la composition en masse suivante: diborure de titane 54 %, liant: alliage constitué par 67,2 % en masse de cuivre, % en masse de nickel et 2,8 % en masse de chrome (bronze de chrome-nickel) 10 %,
carbure de titane 36 %.
La charge de départ est préparée en mélangeant les poudres de titane, bore, carbone et bronze de chrome-nickel.
-20 La composition en masse de la charge est la suivante: titane = 66 %, bore = 16,8 %, carbone = 7,2 %, bronze de
chrome-nickel = 10 9.
L'élaboration de l'alliage dur sans tungstène à partir de la charge ainsi préparée s'effectue de la même manière que dans l'exemple 1, à cette différence près qu'on soumet la masse solide-liquide à une compression dans la matrice,
sous une pression de 196M(2 t/cm 2).
Exemple 8.
On élabore un alliage dur sans tungstène de même
composition que dans l'exemple 7.
La charge de départ est préparée en mélangeant les poudres de titane, bore, carbone avec des poudres de métaux formant l'alliage de cuivre dans les conditions de la réaction exothermique, à savoir, avec des poudres de cuivre, nickel.et chrome. La composition en masse de la charge est la suivante: titane = 66 %, bore = 16,8 %,carbone
=7,2%, cuivre=6,7%, nickel = 3 %, chrome = 0,3 %.
2476139 -
- 16 L'élaboration de l'alliage dur sans tungstène à partir de la charge ainsi préparée s'effectue de la même manière
que dans l'exemple 1.
ExemDle 9.
On élabore un alliage dur sans tungstène ayant la composition en masse suivante: diborure de titane 58 %, liant: alliage constitué par 96,7 % en masse d'argent et 3,3 % en masse de scandium 3 %, carbure de titane 39 % La charge de départ est préparée en mélangeant les poudres de titane, bore, carbone, argent et scandium. La composition en masse de la charge est la suivante: titane= 71,2 %, bore = 18 %, carbone = 7,8 %, argent = 2, 9 %,
scandium = 0,1%.
L'élaboration de l'alliage dur sans tungstène à partir
de la charge ainsi préparée s'effectue de la même manière..
que dans l'exemple 1.
Exemple 10.
On élabore un alliage dur sans tungstène ayant la composition en masse suivante: diborure de titane 58 %, liant: alliage constitué par 90 % en masse d'or et 10 % en masse d'yttrium 3 %,
carbure de titane 39 %.
* La charge de départ est préparée en mélangeant - les
poudres de titane, bore, carbone, or et yttrium. La compo-
stion en masse de la charge est la suivante: titane =
71,2 %, bore = 18 %, carbone = 7,8 %, or = 2,7 %, yttrium =..
0,3 %.
L'élaboration de l'alliage dur sans tunsgtène à partir de la charge ainsi. prépare s'effectue de la même manière que
dans l'exemple 1.
Exemple 11.
On élabore un alliage dur sans tungstène ayant la composition en masse suivante diborure de titane 54 %, liant: alliage constitué par % en masse de cuivre et 10 % en masse de zinc 10 %,
carbure de titane 36 9.
La charge de départ est préparée en mélangeant des poudres de titane, bore, carbone, cuivre et zinc. La composition en masse de la charge est la suivante: titane = 67 %, bore = 15,8 %, carbone = 17,2 %, cuivre
= 9%, zinc = 1 %.
L'élaboration de l'alliage dur sans tungstène à partir de la charge ainsi préparée s'effectue de la même manière
que dans l'exemple 1.
Exemple 12.
On élabore un alliage dur sans tungstène ayant la composition en masse suivante diborure de titane 50 %, liant: alliage constitué par 80 % en masse de cuivre, 15 % en masse de nickel et 5% en masse de molybdène 20 %,
carbure de titane 309%.
La charge de départ est préparée en mélangeant les
poudres de titane, bore, carbone, cuivre, nickel et molyb-
dène. La composition en masse de la charge est la suivante: titane = 58,4 %, bore = 15,6 %, carbone = 6 %, cuivre =
16 %, nickel = 3 %, molybdène = I 9.
L'élaboration de l'alliage dur sans tungstène à partir de la charge ainsi préparée s'effectue de la même manière
que dans l'exemple 1.
Exemple 13.
On élabore un alliage dur sans tungstène ayant la composition en masse suivante: diborure de titane 57 %9 liant: alliage constitué par 96 % en masse de cuivre et 4 % en masse de molybdène 5 % 2a76139
carbure-de titane 38 %.
La charge de départ est préparée en mélangeant des poudres de titane, bore, carbone, cuivre et molybdène. La composition en masse de la charge est la suivante: titane = 69,7 %, bore = 17,7 %, carbone = 7,6 %, cuivre = 4,8 %,
molybdène = 0,2 %.
L'élaboration de l'alliage dur sans tungstène à partir de la charge ainsi préparée s'effectue de la même manière
que dans l'exemple 1.
Exemple 14.
On élabore un alliage dur sans tungstène ayant la composition en masse suivante: diborure de titane 57 %, liant: alliage constitué par 96 % en masse de cuivre et 4 % en masse d'aluminium 5 %,
carbure de titane 38 %.
La charge de départ est préparée en mélangeant des
poudres de titane, bore, carbone, cuivre et aluminium.
La composition en masse de la charge est la suivante: titane = 69,7 %, bore = 17,7 %, carbone = 7,6 %, cuivre =
4,8 %, aluminium = 0,2 %.
L'élaboration de l'alliage dur sans tungstène à partir de la charge ainsi préparée s'effectue de la même manière
que dans l'exemple 1.
Exemple 15.
On élabroe un alliage dur sans tungstène ayant la composition en masse suivante: diborure de titane 57 96, liant: alliage constitué par 96 % en masse de cuivre et 4 % en masse de chrome 5 %I,
carbure de titane 38 %.
La charge de départ est préparéaen mélangeant des poudres de titane, bore, carbone, cuivre et chrome. La composition en masse de la charge est la suivante titane = 69,7 %, bore = 17,7 %, carbone = 7,6 %, cuivre =
4,8 %, chrome = 0,2 %.
L'élaboration de l'alliage dur sans tungstène à partir de la charge ainsi préparée s'effectue de la même manière
que dans l'exemple 1.
Exemple 16. On élabore un alliage dur sans tungstène ayant la composition en masse suivante: diborure de titane 57 %, liant: alliage constitué par 98 % en masse de cuivre et 2 % en masse de scandium 5 %,
carbure de titane 38 %.
La charge de départ est préparée en mélangeant des poudres de titane, bore, carbone, cuivre et scandium. La composition en masse de la charge est la suivante titane = 69,7 %, bore = 17,7 %, carbone = 7,6 %, cuivre =
4, 9 9, scandium = 0,1 %.
L'élaboration de l'alliage dur sans tungstène à partir de la charge ainsi préparée s'effectue de la même manière que dans l'exemple 1, à cette différence près qu'on soumet la masse solide-liquide à une compression dans une matrice
sous une pression de 98MPa (1 t/cm2).
Exemple 17.
On élabore un alliage dur sans tungstène ayant la composition en masse suivante diborure de titane 57 %, liant: alliage constitué par 98 % en masse de cuivre et 2 % en masse d'yttrium 5 %,
carbure de titane 38 %.
La charge de départ est préparée en mélangeant des poudres de titane, bore, carbone, cuivre et yttrium. La composition en masse de la charge est la suivante: titane = 69,7 %, bore = 17,7 %, carbone = 7,6 %, cuivre =
4,9 %, yttrium = 0,1 %.
L'élaboration de l'alliage dur sans tungstène à partir de la charge ainsi préparée s'effectue de la même manière que dans l'exemple 1, à cette différence près que la masse solide-liquide subit une compression dans une matrice sous
une pression 98MPa (1 t/cm2).
Le Tableau ci-après indique les propriétés de l'al-
liage dur sans tungstène élaboré selon les exemples qui précèdent et celles-d'alliages durs industriels connus,
sans tungstène et au titane-tungstène.
2$76139
Tableau
Densité Porosi- Dureté Alliage dur /,g/cm3 té HRa cx, % Cz,%
1 2 3 4
(1) Alliage dur sans tungstène selon l'exemple 1 4,72 0,6 93,5 l'exemple 2 4,91 0,4 91,5 l'exemple 3 5,29 0,7 88 l'exemple 4 4,80 0,8 93 l'exemple 5 4,66 0,7 93 l'exemple 6 4,87 0,6 91,5 l'exemple 7 4,90 0,4 92 l'exemple 8 4,89 0,6 91,5 l'exemple 9 4,73 0,6 92 l'exemple 10 4,75 0,6 93 l'exemple 11 4,88 0,8 93 l'exemple 12 5,13 0,7 90 l'exemple 13 4,75 0,7 92,5 l'exemple 14 4,74 0,7 93 l'exemple 15 4,74 0,7 93 l'exemple 16 4,75 0,6 94 l'exemple 17 4,75 0,6 94 (2) Alliage dur industriel sans tungstène (80% en masse - - 90 TiC, 15 % en masse Ni, 5% en masse Mo) (3) Alliage dur titane-tungstène industriel (nuance I) - - 90-90,5 (4) Alliage dur titane-tungstène industriel (nuance II) - - 91-91,5
2 476139
Tableau (suite) Résistance à l'usure
Résistance -
à laflexion Usure de Vitesse critique vcr, m/mn 4 y l'outil, acier non acier trempé 'trempé (HRc = 55) MPa h,mm (HRc =15)
6 7 8
(1).
883 0,15 600-630 150
1128 - - -
687 0,1 650-700 130
589 - - -
834 0,1 600-630 140
834 0,1 630-650 150
834 0,1 630-650 140
589 - -
1079 0,2 540-570 -
736 0,1 630-650 140
-- _ _ _
736 0,1 700-750 280
785 0,1 700-750 300
785 0,1 700-750 300
L'alliage ne se (2)1177 0,35 400-580 prête pas à l'usinage d'acier trempé de dureté indiquée (3)1079 0,3 400-580 L'alliage ne se prête pas à l'usinage d'acier teié de daxté indiquée
(4) 883 650-700 80-100
Le tableau ci-dessus fait apparaître que l'alliage dur sans tungstène, faisant l'objet de l'invention, peut être utilisé pour l'usinage d'aciers, aussi bien non trempés, d'une dureté de 15 unités HRc, que trempés, d'une dureté allant jusqu'à 55 unités HRc. En ce qui concerne la dureté et la résistance à l'usure, l'alliage dur sans tungstène, conforme à l'invention, ne le cède en rien aux alliages titane-tungstène industriels connus, et même, dans
certains cas, leur est supérieur (cf. exemples 15, 16, 17).
Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier,elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits, ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre
- dans le cadre de la protection comme revendiquée.
Claims (2)
1. Alliage dur sans tungstène, du type constitué de diborure de titane, de carbure de titane et d'un liant, caractérisé en ce qu'il contient, en tant que liant, au moins l'un des métaux, inactifs vis-à-vis du bore, du sous-groupe IB du système périodique des éléments, ou bien un alliage à base de l'un de ces métaux, la composition en masse dudit alliage dur sans tungstène étant la suivante: diborure de titane 40 à 60 %, liant 3 à 30 %, carbure de titane le solde,
et que sa porosité est inférieure à 1 %.
2. Procédé d'élaboration d'alliage dur sans tungstène faisant l'objet de la revendication 1, du type comprenant la préparation d'une charge de départ par mélange de poudres de titane, de bore et de carbone, la compression de cette charge, l'allumage local de la charge pour initier la réaction exothermique du titane avec la bore et le carbone, cette réaction continuant ensuite spontanément en régime
de combustion, en se propageant dans la charge par trans-
misssion de la chaleur de la couche de èharge réchauffée à la couche encore froide, caractérisé en ce que, au stade de préparation de la charge, on lui ajoute une poudre d'au
moins l'un des métaux, inactifs vis-à-vis du bore, du sous-
groupe IB du système périodique des éléments, ou bien une poudre d'alliage à base de l'un de ces métaux, ou bien des poudres des métaux constituant cet alliage dans les conditions de la réaction exothermique précitée, puis,
une fois la réaction exothermique achevée, on soumet la-
masse solidè-liquide, obtenue à l'issue de la réaction, à une compression jusqu'à obtention d'-une porosité inférieure
à 1 9.
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