FR2580628A1 - Diamond-contg. cobalt-cemented tungsten carbide prodn. - Google Patents
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Abstract
Description
L'invention concerne le domaine de la métallurgie des poudres, et notamment les procedés de fabrication des composites diamantés à base de carbures metalliques. The invention relates to the field of powder metallurgy, and in particular the processes for manufacturing diamond composites based on metallic carbides.
Le composite faisant l'objet de l'invention est employé pour équiper les outils désagrégeant la roche, uti- lisés pour le forage, ainsi que les outils à retailler, uti lisés pour rétablir la forme et le mordant des meules. The composite which is the subject of the invention is used to equip the tools for breaking up the rock, used for drilling, as well as the tools for resizing, used for restoring the shape and the bite of the grindstones.
Les composites diamantés (pour les champ-s d'appli- cation indiques) sont des alliages durs, constitués par du carbure de tungstène et du cobalt, imprégnés de grains de diamants d'une grosseur de 0,2 à 0,8 mm. La dureté de 1 'al- liage dur (de la matrice de carbure métallique) des composites diamants doit ère d'au moins 85 unités HRa. Vu ce qui vient d'être dit, en tant que matrice de carbure métallique d'un tel composite on ne peut utiliser que des alliages durs constitués par 85 à 94 Z en masse de carbure de tungstène et 6 à 15 Z en masse de cobalt. Le taux de diamant dans ce composite doit etre de 25 à 40 % en volume.La proportion indiquée de constituants assure une grande résistance à l'usure de l'outil équipé de la classe consideré de matériaux (brevet Belge N 820 205, brevet Autrichien N 354 292, brevet
Français N 2 285 206).Diamond composites (for the fields of application indicated) are hard alloys, made up of tungsten carbide and cobalt, impregnated with diamond grains with a thickness of 0.2 to 0.8 mm. The hardness of the hard alloy (of the metal carbide matrix) of the diamond composites should be at least 85 HRa units. In view of what has just been said, as a metal carbide matrix of such a composite, only hard alloys consisting of 85 to 94% by mass of tungsten carbide and 6 to 15% by mass of cobalt can be used. . The diamond content in this composite must be 25 to 40% by volume. The indicated proportion of constituents ensures high resistance to wear of the tool equipped with the considered class of materials (Belgian patent N 820 205, Austrian patent N 354 292, patent
French N 2 285 206).
On connait un procede de fabrication d'un composi- te diamanté à base d'alliage dur carbure de tungstène - cobalt, constituant à melanger des grains de diamant à un premélange d'alliage dur en poudre, lequel se compose de 85 à 94 Z en masse de carbure de tungstène et de 6 à 15 h en masse de cobalt, à mettre en forme le mélange diamanté obtenu et à le soumettre à une compression à chaud, qui est realisée à des températures de 1300 à 1800 C, sous des pressions de 15 à 20 MPa, le maintien à ce régime indique étant de 0,5 à 2,0 min. Puis le composite diamanté est refroidi jusqu'à 800 C, après quoi la pression est enlevée et le composite est refroidi jusqu'à la température normale (brevet Suédois N 386 388, brevet DE N 2 454 636). There is a known method of manufacturing a diamond compound based on a hard alloy of tungsten carbide - cobalt, constituting the mixing of diamond grains with a premix of hard powder alloy, which consists of 85 to 94%. by mass of tungsten carbide and from 6 to 15 h by mass of cobalt, to form the diamond mixture obtained and to subject it to hot compression, which is carried out at temperatures of 1300 to 1800 C, under pressures from 15 to 20 MPa, maintaining at this speed indicates being from 0.5 to 2.0 min. Then the diamond composite is cooled to 800 C, after which the pressure is removed and the composite is cooled to normal temperature (Swedish patent N 386,388, DE patent 2,454,636).
Ce procede n'assure la résistance à l'usure néces- saire du composite diamanté que si le diamant employe est naturel et la grosseur des grains de 0,2 à 0,8 mm. Dans le cas d'utilisation de fractions plus fines de diamants naturels, ou bien d'utilisation- de poudres de diamants synthétiques, ces diamants se graphitisent activement et se dissolvent dans l'alliage dur ou se fendillent. La degradation des grains de diamant et la perte de leur masse se traduisent par une forte baisse de la durée de service de l'outil
On connait un procédé de fabrication d'un composite diamanté, consistant à métalliser des grains de diamant avec du fer, du nickel, du cobalt ou du chrome.Puis les grains de diamant métallises sont mélangés à un prémélange d'alliage dur en poudre, constitué de 90 Z en masse de carbure de tungstène et de 10 Z en masse de cobalt. Le mélange diamanté est placé dans une chambre à haute pression et comprimé à chaud sous des pressions élevées, correspondant à la stabilité thermodynamique du diamant.This process ensures the necessary wear resistance of the diamond composite only if the diamond used is natural and the grain size is 0.2 to 0.8 mm. In the case of use of finer fractions of natural diamonds, or else of use of synthetic diamond powders, these diamonds actively graphitize and dissolve in the hard alloy or crack. The degradation of the diamond grains and the loss of their mass results in a sharp drop in the service life of the tool
We know a process for manufacturing a diamond composite, consisting of metallizing diamond grains with iron, nickel, cobalt or chromium. Then the metallized diamond grains are mixed with a premix of hard alloy powder, consisting of 90% by mass of tungsten carbide and 10% by mass of cobalt. The diamond mixture is placed in a high pressure chamber and hot compressed under high pressures, corresponding to the thermodynamic stability of the diamond.
La compression à chaud du mélange diamanté s'effectue sous une pression d'environ 60 kbar et à une température de 1200 à 1400 "C (brevet Français N" 2 099 834). The hot compression of the diamond mixture is carried out under a pressure of approximately 60 kbar and at a temperature of 1200 to 1400 "C (French patent N" 2,099,834).
Un inconvénient de ce procédé consiste en ce que les diamants sont metallisés au préalable, ce qui augmènte le taux de métaux dans le composite diamanté et, par conséquent, abaisse sa résistance à l'usure. One drawback of this process is that the diamonds are metallized beforehand, which increases the rate of metals in the diamond composite and, consequently, lowers its resistance to wear.
On connait aussi un procédé de fabrication d'un composite diamanté à base d'alliage dur carbure de tungstène cobalt, consistant à melanger des grains de diamant synthétique avec un prémélange d'alliage dur en poudre, constitué de carbure de tungstène et de cobalt, puis à placer le mélange diamanté dans une chambre à haute pression et à le fritter par compression à chaud sous des pressions et à des températures correspondant aux conditions de stabilité thermodynamique du diamant, notamment à une température de 1450 "C et sous une pression de 55 kbar, le maintien à ce régime étant de 30 min. A la fin du processus, le composite diamanté est refroidi, puis la pression est enlevée. En définitive, on obtient des produits en composite aux formes et aux dimensions prescrites (brevet Français N" 2 434 130). There is also known a process for manufacturing a diamond composite based on a hard alloy of cobalt tungsten carbide, consisting of mixing grains of synthetic diamond with a premix of hard powder alloy, consisting of tungsten carbide and cobalt, then placing the diamond mixture in a high pressure chamber and sintering it by hot compression under pressures and at temperatures corresponding to the conditions of thermodynamic stability of the diamond, in particular at a temperature of 1450 "C and under a pressure of 55 kbar, maintaining at this speed being 30 min At the end of the process, the diamond composite is cooled, then the pressure is removed. Ultimately, composite products are obtained in the prescribed shapes and dimensions (French patent N " 2,434,130).
Par le procédé indique on obtient un composite diamanté dans lequel il n'y a pratiquement pas d'adhérence entre le diamant et l'alliage dur, car la compression à chaud s'effectue, comme indiqué plus haut, dans des conditions de stabilité thermodynamiq4e du diamant. By the method indicated, a diamond composite is obtained in which there is practically no adhesion between the diamond and the hard alloy, since the hot compression is carried out, as indicated above, under conditions of thermodynamic stability. diamond.
En outre, le composite diamanté obtenu par le procédé indique contient une grande quantité d'oxydes de cobalt et de produits gazeux, ce qui abaisse sa résistance à 1 'u- sure et l'adhérence du diamant a l'alliage dur. In addition, the diamond composite obtained by the indicated process contains a large amount of cobalt oxides and gaseous products, which lowers its wear resistance and the adhesion of the diamond to the hard alloy.
L'introduction dans la chambre a haute pression d'un mélange diamanté non serré est suivi par une diminution notable des dimensions des produits fabriques, ou bien requiert une augmentation correspondante du volume de la chambre. les longues durées de maintien sous haute pression abaissent la durée de service des chambres (de 1,5 fois) et augmentent la main d'oeuvre nécessaire pour la fabrication des produits. The introduction into the high pressure chamber of a loose diamond mixture is followed by a notable reduction in the dimensions of the manufactured products, or else requires a corresponding increase in the volume of the chamber. long holding times under high pressure shorten the service life of the chambers (by 1.5 times) and increase the manpower required to manufacture the products.
L'absence de réglementation concernant la vitesse de chauffage du mélange diamanté au stade de compression à chaud, ainsi que la vitesse de refroidissement du composite diamanté obtenu, conditionne l'apparition de contraintes internes dans les produits et, dans certains cas, le fendillement des produits. The absence of regulations concerning the rate of heating of the diamond mixture during the hot compression stage, as well as the rate of cooling of the diamond composite obtained, conditions the appearance of internal stresses in the products and, in certain cases, the cracking of the products.
Le but de l'invention est de supprimer les inconvénients indiques. The object of the invention is to eliminate the indicated drawbacks.
On s'est propose de modifier les conditions technologiques du procédé de fabrication d'un composite diamanté, de telle façon qu'il permette d'obtenir un composite diamanté à grande resistance à l'usure avec une forte adherence du diamant à l'alliage dur, de réaliser avec ledit composite diamanté des produits de dimensions plus grandes dans des chambres à haute pression de plus petit volume, d'augmenter la durée de service des chambres à haute pres sion, de réduire la main d'oeuvre pour la fabrication des produits avec ledit composite diamanté et de supprimer la fissuration des produits. It has been proposed to modify the technological conditions of the process for manufacturing a diamond composite, in such a way that it makes it possible to obtain a diamond composite with high wear resistance with a strong adhesion of the diamond to the alloy hard, to produce with said diamond composite products of larger dimensions in high pressure chambers of smaller volume, to increase the service life of high pressure chambers, to reduce the labor for the manufacture of products with said diamond composite and remove cracking from the products.
La solution consiste en un procédé de fabrication d'un composite diamanté à base d'alliage dur carbure de tungstène - cobalt, comprenant le mélange de grains de diamant à un prémélange d'alliage dur en poudre, constitué par 85 à 94 Z en masse de carbure de tungstène et 6 à 15 Z en masse de cobalt, afin d'obtenir un mélange diamanté, le diamant etant pris de façon que son taux dans le composite diamanté soit de 25 à 40 S en volume, la compression à chaud à une température de 1100 à 1300 "C sous de hautes pressions et le refroidissement du composite diamanté obtenu avec enlèvement de la pression, procédé caractérisé en ce que avant la compression à chaud le mélange diamanté est precomprime à froid en briquettes qui sont soumises à un pretraitement thermique dans un milieu réducteur à une température de 600 à 850 "C avec un maintien isotherme pendant 25 à 50 min, puis la compression à chaud est executée sous une pression de 5 à 50 kbar avec une vitesse de montée de la pression de 20 à 60 kbar/min et une vitesse de montée de la temperature de 400 à 600 0min, ensuite, une fois la température et la pression prescrites atteintes, au stade de compression à chaud, les briquettes sont maintenues à ce régime pendant 0,5 à 10 min, le composite diamanté est refroidi avec enlèvement conjugué de la pression, la vitesse de refroidi sement étant de 750 à 1 000 "C/mi-n, et la vitesse d'enlèvement de la pression de 7 à 20 kbar/min. The solution consists in a process for manufacturing a diamond composite based on a hard alloy of tungsten carbide - cobalt, comprising the mixture of diamond grains with a premix of hard alloy powder, consisting of 85 to 94 Z by mass. of tungsten carbide and 6 to 15% by mass of cobalt, in order to obtain a diamond mixture, the diamond being taken so that its rate in the diamond composite is 25 to 40% by volume, the hot compression at a temperature from 1100 to 1300 "C under high pressures and cooling of the diamond composite obtained with removal of the pressure, process characterized in that before the hot compression the diamond mixture is precompressed cold into briquettes which are subjected to a thermal pretreatment in a reducing medium at a temperature of 600 to 850 "C with an isothermal hold for 25 to 50 min, then the hot compression is executed under a pressure of 5 to 50 kbar with a rate of pressure increase from 20 to 60kbar / min and a temperature rise speed of 400 to 600 0 min, then, once the prescribed temperature and pressure have been reached, at the hot compression stage, the briquettes are maintained at this speed for 0.5 to 10 min , the diamond composite is cooled with conjugate pressure removal, the cooling rate being 750 to 1000 "C / mi-n, and the pressure removal rate being 7 to 20 kbar / min.
Le composite diamanté ainsi obtenu est caractérisé par une forte adhérence du diamant à l'alliage dur. Ceci resulte du prêtraitement thermique des briquettes dans un milieu réducteur à une température de 600 à 850 "C avec maintien isotherme de 25 à 50 min, durant lequel les oxydes de cobalt sont réduits et les produits gazeux évacues. La forte adherence du diamant à l'alliage dur confère une grande résistance à l'usure au composite diamanté.Par exemple, la consommation spécifique du diamant, se trouvant dans le composite obtenu par le procédé conforme à 1 'invention, lors des essais au régime de retaillage de meules en corindon électrofondu, mi-tendres avec une vitesse de frottement de 35 a 25 m/s, se situe entre 1,4 et 1,8 mg par kilogramme de matiére de la meule. La consommation spécifique du diamant se trouvant dans le composite obtenu suivant le brevet Français N" 2 434 130 lors d'essais analogues, s'élève à 2,7 mg par kilogramme de matière de la meule. The diamond composite thus obtained is characterized by a strong adhesion of the diamond to the hard alloy. This results from the thermal pretreatment of the briquettes in a reducing medium at a temperature of 600 to 850 "C with isothermal maintenance of 25 to 50 min, during which the cobalt oxides are reduced and the gaseous products evacuated. The strong adhesion of the diamond to the hard alloy imparts high wear resistance to the diamond composite. For example, the specific consumption of the diamond, being found in the composite obtained by the process according to the invention, during tests at the resizing regime of corundum grinding wheels electrofused, semi-tender with a friction speed of 35 to 25 m / s, is between 1.4 and 1.8 mg per kilogram of wheel material.The specific consumption of the diamond found in the composite obtained according to the French Patent No. 2,434,130 in similar tests amounts to 2.7 mg per kilogram of wheel material.
Par le procédé faisant l'objet de l'invention on peut obtenir des produits en composite diamanté de dimensions plus grandes dans des chambres a haute pression de plus petit volume. Ceci resulte du fait que la compression sous haute pression est exécutée non pas sur le mélange diamante pulvérulent, mais sur des briquettes realisees avec ce mélange. By the process which is the subject of the invention it is possible to obtain diamond composite products of larger dimensions in high pressure chambers of smaller volume. This results from the fact that the compression under high pressure is carried out not on the powdery diamond mixture, but on briquettes produced with this mixture.
La durée de service des chambres a haute pression augmente notablement (de 1,5 fois), car la compression a chaud des briquettes de mélange diamanté est réalisée sous des pressions plus basses (5 à 50 kbar) avec des durées de maintien plus courtes (0,5 à 10 min). Le court maintien se traduit en outre par une réduction de la main-d'oeuvre pour la fabrication des produits en composite diamanté. The service life of high pressure chambers increases significantly (by 1.5 times), because the hot compression of the diamond mixture briquettes is carried out under lower pressures (5 to 50 kbar) with shorter holding times ( 0.5 to 10 min). The short maintenance also results in a reduction in the workforce for the manufacture of diamond composite products.
Les produits en composite diamanté, obtenus par le procédé conforme à l'invention, sont denses et ne pré- sentent ni fissures, ni dédoublures. Ceci résulte de la cor relatioh des intervalles choisis pour la température, la pression, les vitesses de montée de la pression et de la température au stade de compression à chaud, ainsi que pour les vitesses de refroidissement et d'enlèvement de la pression au stade subséquent de refroidissement. The diamond composite products obtained by the process according to the invention are dense and do not have any cracks or splits. This results from the cor relatioh of the intervals chosen for the temperature, the pressure, the rates of rise of the pressure and the temperature at the stage of hot compression, as well as for the rates of cooling and of release of the pressure at the stage subsequent cooling.
Le refroidissement du composite diamanté avec enlèvement conjugué de la pression permet de reduire la main d'oeuvre pour la fabrication des produits avec ledit composite diamanté, tout en garantissant leur qualité. The cooling of the diamond composite with combined removal of the pressure makes it possible to reduce the manpower for the manufacture of the products with said diamond composite, while guaranteeing their quality.
Le procédé faisant l'objet de l'invention est ap plicable aussi bien aux diamants synthétiques qu'aux diamants naturels de diverses compositions granulométriques, car il assure les conditions voulues pour la conservation du diamant en tant que constituant extra-dur du composite, en excluant sa graphitation, sa réaction avec l'alliage dur. The process which is the subject of the invention is applicable both to synthetic diamonds and to natural diamonds of various particle size compositions, since it provides the conditions required for the conservation of the diamond as an extra-hard constituent of the composite, in particular excluding its graphitation, its reaction with the hard alloy.
Le procede faisant l'objet de l'invention permet d'obtenir le composite diamanté sous la forme de produits finis de configurations et de dimensions prédéterminées quelconques. The process which is the subject of the invention makes it possible to obtain the diamond composite in the form of finished products of any predetermined configuration and size.
Comme indiqué plus haut, le pretraitement thermique des briquettes dans un milieu réducteur est réalisé à une température de 600 à 850 "C, avec maintien isotherme pendant 25 à 50 min. L'abaissement de la température au-dessous de 600 "C et de la duree du maintien au-dessous de 25 min ne permettrait pas d'obtenir une réduction complète des oxydes de cobalt. l'augmentation de la température audessus de 850 "C et de la durée de maintien au-dessus de 50 min provoquerait un retrait trop fort des briquettes et le fendillement des grains de diamant synthétique. As indicated above, the thermal pretreatment of the briquettes in a reducing medium is carried out at a temperature of 600 to 850 "C, with isothermal maintenance for 25 to 50 min. The lowering of the temperature below 600" C and the duration of the maintenance below 25 min would not make it possible to obtain a complete reduction of the cobalt oxides. increasing the temperature above 850 "C and the holding time above 50 min would cause too strong shrinkage of the briquettes and cracking of the synthetic diamond grains.
La compression à chaud des briquettes sous haute pression es-t réalisée sous une pression de 5 a 50 kbar et à une température de 1100 a 1300 OC, avec une vitesse de montee de la pression de 20 à 60 kbar/min et une vitesse de montée de la température de 400 à 600 "C/min, la duree du maintien des briquettes après mise à la température et a la pression prescrites étant de 0,5 à 10 min. L'abaissement des valeurs minimales des parametres indiqués mènerait à l'obtention d'un composite poreux, non conditionné en qualité.L'augmentation des valeurs maximales des paramètres indiqués entrainerait une diminution de la durée de service des chambres a haute pression, une augmentation de la maind'oeuvre pour la fabrication des produits en composite diamante et des dépenses improductives d'énergie. En outre1 l'augmentation de la pression au-dessus de 50 kbar ferait que la compression a chaud se déroulerait dans des conditions de stabilité thermodynamique du diamant et, par conséquent,
il s'ensuivrait un abaissement de l'adhérence du diamant a l'alliage dur.The hot compression of briquettes under high pressure is carried out under a pressure of 5 to 50 kbar and at a temperature of 1100 to 1300 OC, with a speed of rise of the pressure of 20 to 60 kbar / min and a speed of temperature rise from 400 to 600 "C / min, the duration of maintaining the briquettes after setting at the prescribed temperature and pressure being from 0.5 to 10 min. Lowering the minimum values of the parameters indicated would lead to l obtaining a porous composite, not conditioned in quality. The increase in the maximum values of the parameters indicated would lead to a reduction in the service life of the high pressure chambers, an increase in the workforce for the manufacture of composite products diamante and unproductive expenditure of energy. In addition1 the increase in pressure above 50 kbar would cause the hot compression to take place under conditions of thermodynamic stability of the diamond and, consequently,
this would lower the diamond's adhesion to the hard alloy.
Les pressions de 5 a 50 kbar assurent le frittage des briquettes dans des conditions proches de la stabilité thermodynamique du diamant. I1 se produit alors une réaction chimique entre le diamant et l'alliage dur, mais sans destruction ni graphitation intensive des grains de diamant. The pressures from 5 to 50 kbar ensure the sintering of the briquettes under conditions close to the thermodynamic stability of the diamond. I1 then occurs a chemical reaction between the diamond and the hard alloy, but without destruction or intensive graphitation of the diamond grains.
Le refroidissement du composite diamanté obtenu est réalisé, comme indiqué plus haut, avec une vitesse de refroidissement de 750 a 1 000 "C/min et avec une vitesse d'enlèvement de la pression de 7 a 20 kbar/min. L'abaissement des valeurs minimales des paramètres indiqués impliquerait une augmentation de la durée du stade de refroidissement. L'augmentation des valeurs maximales des paramètres indiqués rendrait éventuelle la formation de fissures dans le composite diamanté. The cooling of the diamond composite obtained is carried out, as indicated above, with a cooling speed of 750 to 1000 "C / min and with a pressure removal speed of 7 to 20 kbar / min. The lowering of the minimum values of the parameters indicated would imply an increase in the duration of the cooling stage, the increase in the maximum values of the parameters indicated would make possible the formation of cracks in the diamond composite.
Le procédé de fabrication d'un composite diamanté faisant l'objet de l'invention est réalisé de la façon suivante. The process for manufacturing a diamond composite forming the subject of the invention is carried out as follows.
Les grains de diamant sont mélangés- à un prémélange d'alliage dur en poudre, constitué par 85 à 94 Z en masse de carbure de tungstène et 6 a 15 Z en masse de cobalt. Le diamant est pris de façon que son taux dans le composite soit de 25 à 40 Z en volume. Ensuite, la pesée de mélange diamanté est placée dans une matrice métallique et précomprimé a froid sous une pression de 50 a 75 MPa. La briquette extraite de la matrice est placée dans une nacelle et introduite dans un four à atmosphère réductrice, par exemple d'hYdrogène ou de gaz converti. Quand la température du four a atteint 60Q a 850 "C, la briquette est main tenue a ce régime pendant 25 à 50 min, ce qui assure la re- duction des oxydes de cobalt et l'évacuation des produits gazeux. A l'issue du temps indiqué, la briquette est refroidie dans l'atmosphère réductrice. Elle peut être maintenue en attente pendant 24 h dans une capsule à vide ou un dessicateur. Ensuite la briquette est comprimée a chaud sous de hautes pressions. Pour cela, elle est introduite dans un élément chauffant en graphite. Ledit élément chauffant avec la briquette est placé dans un conteneur en katlinite, lequel est disposé entre les blocs-matrices d'une chambre a haute pression.La pression prescrite de 5 a 50 kbar est créée dans la chambre a une vitesse de 20 a 60 kbar/min. The diamond grains are mixed with a premix of hard powder alloy, consisting of 85 to 94% by mass of tungsten carbide and 6 to 15% by mass of cobalt. The diamond is taken so that its rate in the composite is 25 to 40% by volume. Then, the weighing of the diamond mixture is placed in a metal matrix and precompressed cold under a pressure of 50 to 75 MPa. The briquette extracted from the matrix is placed in a nacelle and introduced into an oven with a reducing atmosphere, for example of hydrogen or of converted gas. When the oven temperature has reached 60Q at 850 "C, the briquette is kept at this speed for 25 to 50 min, which ensures the reduction of cobalt oxides and the evacuation of gaseous products. the briquette is cooled in the reducing atmosphere for the specified time and can be kept on standby for 24 hours in a vacuum capsule or desiccator, then the briquette is hot pressed under high pressure. in a graphite heating element. Said heating element with the briquette is placed in a katlinite container, which is placed between the matrix blocks of a high pressure chamber. The prescribed pressure of 5 to 50 kbar is created in the chamber. at a speed of 20 to 60 kbar / min.
Puis, un courant électrique est établi dans l'élément chauffant en graphite. La tension est régulée de façon a atteindre une température de 1100 à 1300 "C avec une vitesse de montée de la température de 400 a 600 OC/min. Une fois la pression et la température prescrites atteintes, la briquette est maintenue à ce régime dans la chambre pendant 0,5 a 10 min A l'issue de ce temps, le composite diamanté obtenu est refroidi à une vitesse de 750 a 1000 "C/min, avec enlèvement conjugué de la pression à une vitesse de 7 à 20 kbar/min.Then, an electric current is established in the graphite heating element. The tension is regulated so as to reach a temperature of 1100 to 1300 "C with a rate of temperature rise from 400 to 600 OC / min. Once the pressure and the prescribed temperature reached, the briquette is maintained at this speed in the chamber for 0.5 to 10 min. At the end of this time, the diamond composite obtained is cooled at a speed of 750 to 1000 "C / min, with combined removal of the pressure at a speed of 7 to 20 kbar / min.
On obtient en définitive un composite diamanté sous la forme d'un produit fini de configuration et de dimensions prédéterminées. A diamond composite is finally obtained in the form of a finished product of predetermined configuration and dimensions.
Les produits en composite diamanté ont été soumis aux essais de résistance à l'usure et de rétention du diamant, caractérisant la force d'adhérence du diamant a 1 'al- liage dur
La résistance a l'usure des produits indiqués a été déterminee au regime de retaillage d'une meule en corindon électrofondu mi-tendre (24A40SM27K6), employée pour rectifier des aciers trempés. Le régime de retaillage était: vitesse de frottement 25 à 35 m/s, avance transversale 0,02 mm/course, avance longitudinale 0,5 m/min.The diamond composite products were subjected to the tests of resistance to wear and retention of the diamond, characterizing the strength of adhesion of the diamond to the hard alloy.
The wear resistance of the indicated products has been determined at the re-cutting regime of a semi-soft fused corundum wheel (24A40SM27K6), used to grind hardened steels. The resizing regime was: friction speed 25 to 35 m / s, transverse advance 0.02 mm / stroke, longitudinal advance 0.5 m / min.
Après 100 à 150 retaillages, on a déterminé le changement de la masse du produit et de la masse de la meule. La résistance à l'usure du produit en composite diamanté est caractérisée par la consommation spécifique de diamant, c'est-a-dire par la consommation de diamant pour enlever 1 kg de matiere a la meule. After 100 to 150 resizing, the change in the mass of the product and the mass of the grinding wheel were determined. The wear resistance of the diamond composite product is characterized by the specific consumption of diamond, that is to say by the consumption of diamond to remove 1 kg of material from the grinding wheel.
Le procédé conforme a ltinvention permet d'obtenir un composite diamanté à grande résistance à l'usure, caractérisée par une consommation de diamant ne dépassant pas 1,6 à 1,8 mg par kg de meule. The process according to the invention makes it possible to obtain a diamond composite with high wear resistance, characterized by a diamond consumption not exceeding 1.6 to 1.8 mg per kg of grinding wheel.
La rétention du diamant se détermine par comptage du nombre de grains de diamants entiers et rompus dans la section du produit en composite diamanté. L'essai de rétention du diamant a été exécuté de la façon suivante. A l'aide d'une meule-diamant on a fait une entaille à la surface du produit, puis on a cassé le produit en deux parties à l'aide d'un mouton. On a compté dans la section, au microscope, le nombre de grains de diamant rompus et le nombre de grains restés entiers (à sommets saillants) visibles. Diamond retention is determined by counting the number of grains of whole and broken diamonds in the section of the diamond composite product. The diamond retention test was performed as follows. Using a diamond wheel, we made a cut on the surface of the product, then we broke the product into two parts using a sheep. The section counted, under the microscope, the number of broken diamond grains and the number of visible whole grains (with protruding vertices).
Si l'adhérence du diamant à l'alliage dur est forte, le nombre de grains de diamant rompus doit être d'au moins 50 Z du nombre total de grains de diamant dans la section du produit. Dans ce cas, la force d'adhérence du diamant à l'alliage dur est supérieure à la charge de rupture du grain de diamant lui-même. If the adhesion of the diamond to the hard alloy is strong, the number of broken diamond grains must be at least 50% of the total number of diamond grains in the section of the product. In this case, the adhesive strength of the diamond to the hard alloy is greater than the breaking load of the diamond grain itself.
Si le nombre de grains de diamant rompu est inférieur à 50 %, le nombre de grains de diamant entiers étant superieur à 50 Z du nombre total de grains de diamants dans la section du produit, cela signifie que l'adhérence du diamant à l'alliage dur est pratiquement nulle. Dans ce cas, le produit se rompt à l'interface diamant-alliage dur, c'est-à-dire qu'il n'y a que simple enrobage mécanique des grains de diamant par l'alliage dur. If the number of broken diamond grains is less than 50%, the number of whole diamond grains being greater than 50% of the total number of diamond grains in the section of the product, this means that the adhesion of the diamond to the hard alloy is practically zero. In this case, the product ruptures at the diamond-hard alloy interface, that is to say that there is only simple mechanical coating of the diamond grains with the hard alloy.
L'essai de résistance à l'usure est utilisé pour apprécier l'aptitude à la fonction du composite diamanté, et la détermination du nombre de grains de diamant rompus dans la section du produit et principalement faite pour optimiser le régime de compression à chaud. The wear resistance test is used to assess the suitability for use of the diamond composite, and the determination of the number of diamond grains broken in the section of the product and mainly made to optimize the hot compression regime.
Pour une meilleure comprehension de l'invention, on donne ci-après des exemples de réalisation concrets. For a better understanding of the invention, concrete examples are given below.
Dans ces exemples, les pesées de prémélange d'alliage dur en poudre et de diamant sont calculées pour obtenir un composite diamanté sous la forme d'un produit cylindrique de 10 mm de diamètre et de 10 mm de haut.In these examples, the premixes of hard alloy powder and diamond are calculated to obtain a diamond composite in the form of a cylindrical product 10 mm in diameter and 10 mm high.
Exemple 1
On réalise un composite diamanté à base d'alliage dur (85 Z en masse de carbure de tungstène et 15 Z en masse de cobalt), avec du diamant synthétique à grosseur de grains de 0,5 mm, le taux de diamant étant de 40 Z en volume.Example 1
A diamond composite based on a hard alloy (85% by mass of tungsten carbide and 15% by mass of cobalt) is produced with synthetic diamond with a grain size of 0.5 mm, the diamond content being 40 Z in volume.
Pour cela, on mélange une pesée de prémélange d'alliage dur en poudre de 6,6 g (5,61 g de carbure de tungstène et 0,99 g de cobalt) avec 5,5 carats de diamant synthétique. To do this, a weighing of a hard alloy premix in powder of 6.6 g (5.61 g of tungsten carbide and 0.99 g of cobalt) is mixed with 5.5 carats of synthetic diamond.
On verse le mélange diamanté obtenu dans une matrice en acier et on précomprime à froid spus une pression de 50 MPa. On charge la briquette extraite de la matrice dans une nacelle et on l'introduit dans un four à atmosphère réductrice, constituée d'hydrogène. Quand la température du four a atteint 850 OC, la briquette est maintenue à ce régime pendant 50 min. Puis on place la briquette dans une chambre à haute pression et on la comprime a chaud a une température de 1100 "C, sous une pression de 5 kbar. La montée de la pression est réalisée à une vitesse de 20 kbar/ min, et la montée de la température, à une vitesse de 400 C/min. La durée du maintien lors de la compression a chaud est de 0,5 min. The diamond mixture obtained is poured into a steel matrix and a pressure of 50 MPa is precompressed cold. The briquette extracted from the matrix is loaded into a nacelle and introduced into an oven with a reducing atmosphere, consisting of hydrogen. When the oven temperature has reached 850 OC, the briquette is kept at this speed for 50 min. Then the briquette is placed in a high pressure chamber and it is compressed hot at a temperature of 1100 "C, under a pressure of 5 kbar. The pressure build-up is carried out at a speed of 20 kbar / min, and the temperature rise, at a speed of 400 ° C./min. The duration of the holding during hot compression is 0.5 min.
Apres la compression a chaud, on fait refroidir le composite diamanté obtenu jusqu'à la température normale avec enlèvement conjugué de la pression, la vitesse de refroidissement étant de 750 "C/min, et la vitesse d'enlèvement de la pression, de 7 kbar/min. After hot pressing, the diamond composite obtained is cooled to normal temperature with combined pressure removal, the cooling rate being 750 "C / min, and the pressure removal rate is 7 kbar / min.
Le composite diamanté, obtenu sous la forme d'un produit fini, est caractérisé par une grande résistance a l'usure (la consommation spécifique de diamant s'éleve a 1,4 mg par kg de meule en corindon électrofondu). Le nombre de grains de diamant rompus s'élève a 67 Z du nombre total de grains de diamant dans la section du produit, ce qui témoigne d'une forte adhérence du diamant à l'alliage dur. The diamond composite, obtained in the form of a finished product, is characterized by a high resistance to wear (the specific consumption of diamond amounts to 1.4 mg per kg of grinded corundum wheel). The number of broken diamond grains amounts to 67% of the total number of diamond grains in the section of the product, which indicates a strong adhesion of the diamond to the hard alloy.
Exempte 2
On réalise un composite diamanté a base d'alliage dur (90 Z en masse de carbure de tungstène et 10 Z en masse de cobalt > , avec du diamant naturel a grosseur de grains de 0,2 mm, le taux de diamant étant de 32 Z en volume.Free 2
A diamond composite based on hard alloy is produced (90 Z by mass of tungsten carbide and 10 Z by mass of cobalt>, with natural diamond with a grain size of 0.2 mm, the diamond content being 32 Z in volume.
Le composite diamanté est obtenu de la même manière que dans l'exemple l. The diamond composite is obtained in the same manner as in Example 1.
Le mélange de départ est constitué par 7,9 g de prémélange d'alliage dur (7,11 g de carbure de tungstène et 0,79 g de cobalt) et 4,2 carats de diamant naturel. The starting mixture consists of 7.9 g of hard alloy premix (7.11 g of tungsten carbide and 0.79 g of cobalt) and 4.2 carats of natural diamond.
La précompression à froid du mélange diamanté en briquette est réalisée sous une pression de 60 MPa. Cold precompression of the briquette diamond mixture is carried out under a pressure of 60 MPa.
Le prétraitement thermique de la briquette est réalisé dans une atmosphère de gaz de conversion à une température de 700 "C avec un maintien isotherme de 40 min. The thermal pretreatment of the briquette is carried out in an atmosphere of conversion gas at a temperature of 700 "C with an isothermal hold of 40 min.
La compression à chaud de la briquette est exécutée à une température de 1200 "C, sous une pression de 25 kbar, la vitesse de montée de la pression étant de 40 kbar/ min, la vitesse de montée de la température de 500 "C/min et le maintien à régime de 5 min. The hot compression of the briquette is carried out at a temperature of 1200 "C, under a pressure of 25 kbar, the rate of rise of the pressure being 40 kbar / min, the rate of rise of the temperature of 500" C / min and holding at 5 min speed.
Le refroidissement du composite diamanté obtenu est réalisé à une vitesse de 900 "C/min, avec enlèvement conjugué de la pression à une vitesse de 12 kbar/min. The diamond composite obtained is cooled at a speed of 900 "C / min, with combined removal of the pressure at a speed of 12 kbar / min.
Le composite diamanté, obtenu sous la forme d'un produit fini, est caractérisé par une grande résistance à l'usure (la consommation spécifique de diamant s'élève à 1,5 mg par kg de meule en corindon electrofondu). Le nombre de grains de diamant rompus s'relève à 65 Z du nombre total de grains de diamant dans la section du. produit, ce qui témoigne d'une forte adhérence du diamant à l'alliage dur. The diamond composite, obtained in the form of a finished product, is characterized by high resistance to wear (the specific diamond consumption amounts to 1.5 mg per kg of molten corundum wheel). The number of broken diamond grains is 65% of the total number of diamond grains in the cross section. product, which testifies to a strong adhesion of the diamond to the hard alloy.
Exemple 3
On réalise un composite diamanté à base d'alliage dur (94 Z en masse de carbure de tungstène et 6 % en masse de cobalt), avec du diamant naturel a grosseur de grains de 0,6 mm, le taux de diamant etant de 25 % en volume.Example 3
A diamond composite based on a hard alloy (94% by mass of tungsten carbide and 6% by mass of cobalt) is produced, with natural diamond with a grain size of 0.6 mm, the diamond content being 25 % in volume.
Le composite diamanté est obtenu de la même ma nière que dans l'exemple 1. The diamond composite is obtained in the same way as in Example 1.
Le mélange de départ est constitué par 8,9 g de prémélange d'alliage dur (8,37 g de carbure de tungstène-et 0,53 g de cobalt) et 3,5 carats de diamant naturel. The starting mixture consists of 8.9 g of hard alloy premix (8.37 g of tungsten carbide and 0.53 g of cobalt) and 3.5 carats of natural diamond.
La précompression à froid du mélange diamanté en briquette est réalisée sous une pression de 75 MPa. Cold precompression of the briquette diamond mixture is carried out under a pressure of 75 MPa.
Le prétraitement thermique de la briquette est réalise dans une atmosphère d'hydrogène à une température de 600 "C avec un maintien isotherme de 25 min. The thermal pretreatment of the briquette is carried out in a hydrogen atmosphere at a temperature of 600 "C with an isothermal hold of 25 min.
La compression a chaud de la briquette est exécutée à une température de 1300 OC, sous une pression de 50 kbar, la vitesse de montée de la pression étant de 60 kbar/ min, la vitesse de montée de la température de 600 "C/min et le maintien en régime de 10 min. The hot compression of the briquette is carried out at a temperature of 1300 OC, under a pressure of 50 kbar, the rate of rise of the pressure being 60 kbar / min, the rate of rise of the temperature of 600 "C / min and the maintenance in regime of 10 min.
Le refroidissement du composite diamanté obtenu est réalisé à une vitesse de 1000 "C/min, avec enlèvement conjugué de la pression à une vitesse de 20 kbar/min. The diamond composite obtained is cooled at a speed of 1000 "C / min, with combined removal of the pressure at a speed of 20 kbar / min.
Le composite diamanté, obtenu sous la forme d'un produit fini, est caractérisé par une grande résistance à l'usure (la consommation spécifique de diamant s'élève à 1,8 mg par kg de meule en corindon électrofondu). Le nombre de grains de diamant rompus s'élève à 57 X du nombre total de grains de diamant dans la section du produit, ce qui témoigne d'une forte adhérence du diamant à l'alliage dur. The diamond composite, obtained in the form of a finished product, is characterized by a high resistance to wear (the specific consumption of diamond amounts to 1.8 mg per kg of molten corundum wheel). The number of broken diamond grains amounts to 57 X of the total number of diamond grains in the product section, which shows a strong adhesion of the diamond to the hard alloy.
De la sorte, le procédé faisant lrobjet de l'invention permet d'obtenir un composite diamanté sous la forme de produits finis a grande résistance à l'usure, et avec une forte adherence des grains de diamant a l'alliage dur. De plus, le procédé réduit notablement les dépenses d'énergie nécessaires, diminue la main-d'oeuvre nécessaire pour la fabrication des produits, accroit la durée de service des chambres à haute pression. In this way, the process forming the object of the invention makes it possible to obtain a diamond composite in the form of finished products with high wear resistance, and with high adhesion of the diamond grains to the hard alloy. In addition, the process significantly reduces the energy costs required, decreases the manpower required to manufacture the products, increases the service life of the high pressure chambers.
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