Brevet FR2033394A1 — publié le 19701204

1". 2033394 La présente invention concerne des alliages à base de carbures liés par des métaux réfractaires et destinés à la fabrication d'outils de coupe et à d'autres applications qui exigent un maximum de dureté et de résistance à l'abrasion. 5 Les matériaux modernes à base de carburespour la fabrication d'outils sont constitués d'une phase de carbure dur, mécaniquement pulvérisé en dispersion dans une matrice (liant) d'un métal du groupe du fer, habituellement le cobalt ou le nickel. La phase de liant confère de la ténacité au matériau composite et facilite 10 également le frittage des particules du carbure. Par suite de la perte de résistance des phases liantes à base de métaux du groupe du fer, aux températures relativement basses, l'usure thermique peut devenir le facteur principal d'usure stux grandes vitesses de coupe et sur des outils usés; d'autre part les faibles températu-15 res dé fusion de ces phases de liaison empêchent également leur utilisation dans des produits composites résistant à l'abrasion aux températures supérieures à 800 à 1000°C. Les carbures coulés sans lianty par exemple les alliages eu-tectiques WgC + WC, ont joué un rôle important dans les mises au 20 point initiales d'outils en carbures et de matériaux pour matrices, mais les alliages de ce genre sont considérés comme périmés depuis l'apparition sur le marché de carbures plus tenaces, liés par du cobalt et fabriqués par des techniques de métallurgie des poudres. Malgré les caractéristiques avantageuses d'un procédé de cou-25 lée, y compris la possibilité de l'incorporer dans une technique de fabrication bon marché et la nécessité d'une mise de fonds relativement modérée, on n'a pas réussi à obtenir des matériaux coula-bles pour la fabrication d'outils dont les performances seraient équivalentes à celles des carbures liés par des métaux du groupe t 30 du fer. Les matériaux composites à base de carbures, qui font l'objet de l'invention, possèdent d'excellentes propriétés thermiques et de résistance aux chocs mécaniques, quand on les compare aux outils classiques en carbures liés par du cobalt. On aboutit à ce ré-35 sultat grâce à la formation d'une microstructure lamellaire à grain fin contenant une phase de monocarbure dure et une phase tenace de métal réfractaire. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, le produit composite à base de carbure comprend un système d'alliage de ko base d'un métal du Groupe IVa (Ti, Zr ou Hf), de tungstène et de 70 04211 2. 2033394 carbone, possédant une microstructure lamellaire à grain fin dérivant d'une composition eutectique ou quasi-eutectique pseudo-binai-re. La microstructure lamellaire possède une phase de coupe de monocarbure et une phase métallique, cette dernière étant riche en 5 tungstène et conférant de la ténacité au produit composite. La phase de monocarbure contient des proportions notables de tungstène et du métal du Groupe IVa. Dans une forme de réalisation préférée (composition hypereutectique) du produit composite à base de carbure selon l'invention, les grains de carbure primaire sont dis-10 persés dans toute la masse et la microstructure lamellaire. Les grains dispersés de carbure primaire améliorent notablement la capacité de coupe du produit composite lorsqu'on utilise ce dernier pour la fabrication d'un outil d'usinage. Les alliages à base de carbures selon l'invention peuvent ê-15 tre réalisés grâce à l'existence d'une composition eutectique pseudo-binaire (voir tableau X) dans les systèmes Ti-W-C, Zr-W-C, et Hf-W-C. La solidification du liquide eutectique fournit une phase métallique réfractaire et une phase de monocarbure qui, à l'état solide, constituent un ensemble équilibré à deux phases. La 20 coexistence de la phase métallique et de la phase de monocarbure dans la microstructure à l'état solide est indispensable pour la réalisation fondamentale de l'outil de carbure à liaison métallique selon l'invention et, d'autre part, les réactions eutectiques ou presque eutectiques constituent le mécanisme par lequel on obtient 25 la microstructure désirée comportant un mélange lamellaire à grain extrêmement fin des phases métalliques et de monocarbure, après un procédé de fabrication par fusion et coulée. TABLEAU X. Données de l'équilibre eutectique pseudo-binaire dans des systèmes typiques de Ti-W-C, Zr-W-C et Hf-W-C. Système d1 alliage Ti-W-C Zr-W-C Hf-W-C Température eutectique 2700°C 2850°C 2980°C Compositions en # atomiques. Liquide eutectique Métal-solution solide __ ( approximatif) Ti(21)-W(57)-C(22)* Ti(8)-W(92)-C( Zr(25)-W(55)-C(20)* Zr(3)-W(97)-C( Hf(21)-W(6l)-C(18)* Hf(4)-W Monocarbure-solution solide ( approximatif ) Ti(28)-W(33)-C(39) Zr(44)-W(l6)-C(40) .Hf(40)-W(20)-C(40) " * Concentrations en carbone î 1 ^ atomique, concentrations en métal î 2 f atomiques. 70 04211 2033394 Les compositions d'alliages à partir de systèmes Ti-W-C, même lorsqu'elles ne sont pas tout à fait des compositions eutectiques, vont malgré cela se solidifier suivant un mode presqu'isothermique et vont donc donner des microstructures acceptables ressemblant étroitement à celles des alliages eutectiques vrais. Ainsi, dans un tel système d'alliage, on dispose d'une latitude considérable pour modifier les propriétés des produits composites en changeant la composition globale des alliages, sans compromettre l'aptitude à la coulée et sans changer la morphologie fondamentale de la structure coulée dérivée de la réaction eutectique ou quasi-eutectique pseudo-binaire. On dispose d'une latitude beaucoup moindre pour changer les compositions d'alliages Zr-W-C et Hf-W-C, et dans chacun de ces deux derniers systèmes, on a pu constater que la solidification apparaît sur un intervalle relativement étendu de températures lorsque les compositions s'écartent de plus de 10 % atomiques environ, du côté du zirconium ou de l'hafnium, par rapport à la composition d'un eutectique pseudo-binaire. De ce fait, la microstructure de ces deux derniers systèmes, contenant une trop forte proportion de zirconium ou d'hafnium, sera composée de grains plus gros et les produits composites seront moins bien appropriés pour des applications d'outillage. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressor-tiront de la description qui va en être faite ci-après en se référant au dessin annexé sur lequel : - la Fig. 1 est une photomicrographie, avec un grossissement de mille fois, d'un système typique métal du groupe XVa (dans ce cas le titane)-tungstène-carbone [Ti(21 )-W(57)-C(22) $ atomiques],; - la Fig. 2 est une photomicrographie, avec un grossissement de cinq-cents fois, d'un second système métal du groupe XVa-tungstène-carbone mais ayant une composition légèrement différente [Ti(23)-W(52)-C(25) $ atomiques}, système dans lequel des grains du carbure primaire sont dispersés dans la totalité de la microstructure lamellaire; - la Fig. 3 est un graphique présentant des courbes comparatives d'usure que l'on obtient en travaillant sur m tour de l'acier inoxydable 3^7 à. l'aide d'outils coulés en alliage selon l'invention, ainsi qu'à l'aide d'outils formés de carbures du commerce des types C-2 et C-50 (de qualité supérieure)} - la Fig. k est un diagramme d'une composition ternaire montrant les zones désirées pour les compositions d'alliages de base 70 04211 2033394 Ti-W-C selon l'invention; et, - la Fig. 5 est un diagramme de compositions ternaires montrant les zones désirées pour les compositions d'alliages de base Zr-W-C et Hf-W-C selon l'invention. 5 On prépare avantageusement les produits composites selon l'in vention par fusion et coulée de manière à obtenir une microstructure lamellaire à grain fin d'une phase de monocarbure et d'une phase de métal réfractaire, par solidification d'un liquide eutectique ou quasi-eutectique. Une microstructure lamellaire à grain fin, qui 0 est typique de la présente invention, est représentée sur la Fig. 1 le métal étant indiqué par la couleur foncée alors que le carbure est d'une couleur claire. Bien que la photomicrographie de la Fig. 1 représente seulement le système titanë-tungstène-carbone, elle peut être considérée comme représentative des microstructures la-5 mellaires formées de chacun des trois systèmes d'alliages fondamentaux de la présente invention. Pour des applications d'outils de coupe en carbures, on a trouvé souhaitable que les grains du carbure primaire soient dispersés dans toute la microstructure lamellaire, cosune on peut le voir sur la Fig. 2. Les photomicrographies des 0 systèmes à base d'hafnium et de zirconium sont analogues à celles des Fig. 1 et 2. La présence de grains de carbure primaire dans la structure lamellaire améliore notablement l'utilisation des produit composites à base de carbures pour la fabrication d'outils de coupe Les diagrammes ternaires des Fig. 4 et 5 représentent des com-5 positions appropriées d'alliages de base servant à la fabrication de produits composites selon l'invention. En se référant à la Fig. 4 qui concerne des alliages tungstène-titane-carbone, on voit que les compositions préférées sont celles situées à l'intérieur de la zone interne hachurée E, F, G, H. La zone plus étendue A, B, C, D 0 englobe des compositions qui sont légèrement moins avantageuses mais toujours acceptables pour certaines applications. De même, sur la. Fig. 5» la zone interne hachurée E, F, G, H correspond aux compositions les plus avantageuses d'un système à base d'hafnium ou à base de zirconium. La zone plus étendue A, B, C, D englobe des pro-5 duits composites un peu moins avantageux mais néanmoins acceptables Les microstructures lamellaires comprises dans les zones E, F, G, H sur les Fig. 4 et 5, comprennent des grains de carbure primaire en dispersion dans toute la micro structure. Ces grains de carbure primaire améliorent les caractéristiques de coupe des produits com— 0 posites quand on les utilise dans des machines-dutils; cependant, 70 04211 é. 2033394 une trop forte proportion de grains de carbure primaire contribue à l'écaillage de l'outil lui-même. Les compositions comprises dans les zones plus étendues A, B, C, D, au-dessus des zones préférées E, F, G, H présentent également une certaine tendance à l'écaillage. 5 Un tel phénomène est admissible pour certaines applications des machines-outils et ne prête absolument pas à objection pour d'autres applications, lorsqu'on recherche une grande dureté et une forte résistance à l'abrasion. Au-dessous des zones préférées E, F, G, H, mais en dedans des zones A, B, C, D des Fig. k et 5, on observe O une tendance à l'accumulation des grains du métal primaire dans la microstructure lamellaire. Le métal primaire réduit la valeur du produit composite à base de carbure lorsqu'on l'emploie pour des outils de coupe. A la droite des zones préférées E, F, G, H mais en dedans des zones A, B, C, D (aussi bien sur la Fig. k que sur la 5 Fig. 5)» on observe une tendance à la formation de grains de sous-carbures dans la micro structure lamellaire. Les sous-.carbures sont moins durs que les monocarbures et conviennent donc moins aux applications d'usinage. Les zones hachurées internes E, F, G, H des Fig. h et 5 contiennent les grains de carbure primaire en des pro-0 portions désirées pour la plupart des applications d'usinage sur machines-outils. On a utilisé des procédés de fusion et coulée, de pulvérisation à l'arc au plasma ainsi que des procédés de métallurgie des poudres pour préparer les produits composites métal/monocarbure 5 basés sur des alliages Ti-W-C, Zl*-W-C et Hf-W-C selon l'invention. Une technique consistant à fondre et à couler les alliages dans des moules refroidis a permis de produire des produits composites dont les propriétés mécaniques et le comportement comme matériaux d'outils sont les meilleurs. L'expérience a prouvé qu'une fusion à cu-0 lot, en utilisant un arc à électrode non-consommable (tungstène) ou à électrode consommable, constitue le procédé le plus efficace et le plus sûr pour obtenir des bains de fusion nécessaires à la coulée. La fusion des charges dans des creusets en graphite chauffés par résistance ou par induction s'est également révélée possible 5 avec les alliages de base Ti-W-C, bien qu'on soit obligé de prendre soin d'éviter une absorption excessive de carbone après une exposition prolongée des alliages aux températures hypereutectiques. D'autres techniques qui semblent prometteuses sont la fusion continue d'agglomérés pré-frittés dans un concentrateur à courants de Fou-O cault et le chauffage et la fusion par résistance d'alliages dans 70 04211 7. 2033394 une Installation dont le récipient est constitué par la partie solidifiée de l'alliage lui-même. La coulée centrifuge de la masse fondue est plus avantageuse que la coulée dans des moules fixes, car la technique continue ré-5 duit au minimum les problèmes de la formation de retassures et, grâce à la grande vitesse de coulée par un tel procédé, on est en mesure de couler à la forme désirée des pièces d'une forme complexe. D'autres nombreuses utilisations possibles des alliages selon l'invention sont notamment : les revêtements durs pour des char- . 10 rues, des lames pour bulldozers, des paliers et aussi des noyaux de pénétration introduits dans les projectiles chargés de percer des blindages. L'application de revêtements durs sur des objets de diverses formes, par une technique de fusion au plasma et de pulvérisation d'alliages pulvérulents selon l'invention s'est également 15 révélée possible. La technique de pulvérisation à l'arc au plasma permet également de préparer des poudres d'alliage dont le refroidissement est extrêmement rapide et dont par conséquent les grains sont très fins, ces poudres pouvant ensuite être agglomérées en des produits de formes diverses par des techniques de métallurgie des 20 poudres. XI est essentiel, quelle que soit la technique de fabrication, de refroidir rapidement la phase liquide eutectique ou quasi-eutectique, de préférence à la température du système particulier pour assurer la formation d'une microstructure lamellaire à grain fin 25 selon l'invention. On peut également produire des corps denses à partir de poudres par un procédé de pressage à chaud et aussi par compression à froid et frittage, avec incorporation, de préférence, d'un adjuvant de frittage. Les poudres peuvent être constituées de carbures et 30 de métaux mélangés en des proportions appropriées, mais on préfère que les poudres soient des matières préalablement alliées qu'on prépare par pulvérisation d'un alliage fondu et rapidement refroidi. Les métaux du groupe du fer ou leurs alliages, ainsi que les alliages contenant du manganèse et du cuivre peuvent jouer le rôle 35 d'adjuvants de frittage. Parmi ces métaux, on citera tout spécialement le nickel, ainsi que les alliages de fer et de nickel, car ces métaux semblent conférer les meilleures propriétés de résilien-ce et de résistance aux chocs, mais pour la fabrication d'outils de coupe, les matériaux frittés sont moins bons que les alliages ko coulés. 70 04211 8. 2033394 On va maintenant étudier l'incorporation, d'autres éléments d'alliage dans les alliages de base j métal du Groupe XVa (Ti, Zr et Hf)-V-C selon l'invention. On peut modifier de façon très poussée les alliages ternaires 5 des trois systèmes fondamentaux selon l'invention, en incorporant d'autres métaux dans lesdits alliages. Dans certains cas, on obtient ainsi une remarquable amélioration des performances des produits composites. Dans ce qui suit, on va résumer les effets des diverses compositions d'alliages, en ce qui concerne le comporte-10 ment des outils de coupe lors d'un travail au tour de l'acier inoxydable 3^7 î (1) Les alliages à base de Ti-W-C fournissent des outils dont le comportement de coupe est le meilleur en ce qui concerne la vie de l'outil. La composition optimale de ce système fondamental doit 15 être aussi proche que possible de la composition Ti-W-C (23-52-25 % atomiques) qui est légèrement hypereutectique. Les alliages situés vers le côté tungstène du mélange eutectique pseudo-binaire possèdent un degré d'usure légèrement plus élevé que les alliages de cette composition optimale, mais en même temps ils ont une sta-20 bilité des arêtes et une résistance à la fissuration un peu meilleures. Les alliages situés vers le côté titane du mélange eutectique possèdent de. bonnes caractéristiques d'usure mais tendent à provoquer la soudure des copeaux aux grandes vitesses de coupe. Les alliages qui contiennent plus de 28 $ atomiques de carbone sont 25 sujets à l'écaillage des arêtes. Les alliages qui contiennent moins de 22 $ atomiques de carbone sont hypoeutectiques, contiennent une phase de métal primaire et sont sujets à une forte usure. (2) Le tungstène peut être partiellement ramplacé par du molybdène (par exemple jusqu'à 20 $ atomiques de l'alliage de base) 30 sans aucunement détériorer le comportement. De petites quantités de chrome (jusqu'à 10 $ atomiques de l'alliage de base) peuvent également remplacer le tungstène, mais si la quantité de chrome est plus élevée, les produits composites deviennent plus fragiles. (3) Les métaux du Groupe XVa peuvent être remplacés les uns 35 par les autres dans n'importe quel rapport désiré, dans leurs alliages respectifs de base* Un faible niveau d'alliage (1 à 5 % atomiques) d'un système Ti-W-C avec Zr ou Hf prolonge la vie de l'outil; une concentration plus élevée se traduit par un abaissement progressif des performances jusqu'au niveau constaté avec des al- 40 liages ternaires Zr-W-C ou Hf-W-C. D'une façon générale, le ou les 70 04211 9" 2033394 métaux du Groupe XVa ne doivent pas être substitués en une quantité supérieure à 20 $ atomiques de l'alliage de base. Plus précisément, le ou les métaux d'alliage du Groupe XVa ne représenteront pas plus de 5 i° atomiques de l'alliage de base. 5 (4) Le remplacement du tungstène par du vanadium en line quan tité ne dépassant pas 10 $ atomiques de l'alliage de base réduit la sensibilité à la fissuration mais détériore quelque peu le comportement et la résistance des arêtes. La tendance à l'écaillage des arêtes est accrue par l'incorporation de plus de 5 i° atomiques de 10 niobium ou de tantale, bien que les caractéristiques de formation de cratères et de soudure des copeaux soient améliorées. D'une façon générale, il n'est pas recommandé d'incorporer des métaux du Groupe XVa en une quantité de plus de 5 $ atomiquès (et mieux encore, en une quantité ne dépassant pas 2 $ atomiques). *5 (5) On ne constate aucun changement notable du comportement de coupe lorsqu'on remplace le tungstène par un maximum de 10 fo atomiques de rhénium. Le remplacement du tungstène par un maximum de 20 $ atomiques de rhénium semble également acceptable. (6) Des incorporations de faibles proportions de métaux du 20 groupe du fer (Co, Ni et Fe), de manganèse, de cuivre et de métaux des terres rares, à raison d'un maximum de 3 atomiques du produit composite au carbure selon l'invention, ne semblent provoquer aucun changement notable. (7) Les alliages eutectiques ou légèrement hypereutectiques 25 Zr-W-C et Hf-W-C sont plus tenaces que les alliages Ti-W-C mais subissent une usure plus rapide quand on les utilise dans des outils de coupe. Les alliages selon l'invention, y compris les métaux d'alliages considérés comme avantageux, comprennent donc normalement au 30 moins 90 $ atomiques du produit composite au carbure. D'une façon générale, le pourcentage atomique des matières inertes doit rester à une valeur au-dessous de 3 à 5 ^ du produit composite au carbure. La phase de métal réfractaire dans la microstructure lamellaire selon l'invention a typiquement un point de fusion d'environ 35 2700°C et il s'agit d'une amélioration nette par rapport à la température de fusion des outils de coupe classiques à base de cobalt, température qui est d'environ 1400°C. La vitesse du refroidissement de l'alliage selon l'invention pendant sa fabrication détermine la grosseur des grains. Avanta-40 geusement, on effectue le refroidissement à raison d'au moins 20°C 70 04211 10. 2033394 par seconde pour obtenir un grain généralement fin. Un refroidissement plus lent donne un produit dont le grain est plus gros. On préfère que le refroidissement se fasse à une vitesse de plus de 30°C par seconde. 5 Les résultats d'essais préliminaires indiquent que la résistan ce à la rupture transversale d'un produit eutectique coulé en alliage Ti-W-C est comprise entre un minimum de 155 et un maximum supérieur à environ 246 kg/mm , selon les conditions de fabrication. Pour la plupart des essais qui ont pour but de contrôler le 10 comportement des alliages en tant qu'outils de coupe, on a utilisé un tour du modèle LeBlonde et on a effectué un usinage rectiligne d*éprouvettes cylindriques. Pour chaque essai, on usine l'alliage en carbure pour former une mise pouvant être bloquée dans un porte-outil ordinaire, ou bien on brase des trépans de profils irrégu-15 liers sur des porte-outils en acier et ensuite on rectifie à la géométrie voulue sur une meule en diamant du type K.O. Lee. Le matériau d'essai est un acier inoxydable recuit 347 sous forme d'une barre ayant 7*6 cm de diamètre et 45,6 cm de longueur. On enlève la surface jusqu'à une profondeur de 1,27 mm avant de commencer 1'— 20 essai avec les alliages expérimentaux. Dans l'essai normalisé, on coupe l'acier à une vitesse superficielle de 122 m/minute, avec une profondeur de coupe de 1,27 mm et une avance de 0,254 mm par révolution. La géométrie de l'outil pour l'essai normalisé est la suivante : angle de dégagement arrière, 0°; angle de dégagement laté-25 ral, 5° j angle de dépouille latérale, 5°> angle de dépouille terminale, 5°î angle terminal du jeu latéral, 25°. On évalue dans les conditions indiquées ci-dessus un certain nombre d'outils de coupe connus dans l'industrie. Outre les exemples ci-après, certains essais supplémentaires sont résumés dans 30 le tableau XI. La Fig. 3 représente graphiquement les courbes d'usure comparatives qu'on obtient lors du travail au tour d'un acier inoxydable 347 avec les outils coulés selon l'invention et aussi avec des outils en carbures commerciaux C-2 et C-50 (qualité supérieure). 35 On remarquera que les outils coulés selon l'invention possèdent line résistance à l'usure équivalente à celle des meilleurs outils en alliage C-50. D'autre part, on a trouvé que les alliages selon l'invention possèdent une ténacité équivalente à celle des outils C—2. On voit donc que les outils coulés selon l'invention cumulent 40 les meilleures qualités des outils tenaces en C-2 et des outils 70 04211 2033394 résistant à l'usure en C-50. Les exemples non limitatifs suivants servent à illustrer l'invention. EXEMPLE 1. 5 On prépare par fusion à l'arc dans un four à électrode non- consommable, sous une pression d'hélium de 0,5 atmosphère, un bouton en alliage Ti-W-C (19-58-23 $ atomiques) et on laisse la masse fondue se solidifier sur un creuset en cuivre refroidi à l'eau. Un examen métallographique de l'alliage indique la présence d'une très 10 petite quantité de grains de monocarbure primaire dans une matrice lamellaire eutectique. La largeur moyenne des lamelles de la structure eutectique est d'environ 1 micron. La dureté Rockwell A est de 86. On brase l'outil sur un porte-outil en acier doux, on le rectifie jusqu'à la géométrie de l'outil normalisé et on le soumet 15 à l'essai sur un tour pour usiner de l'acier inoxydable 3^-7, dans les conditions usuelles qui ont été décrites plus haut. En se basant sur une usure des flancs de 0,41 mm, la vie utile de l'outil est de quarante-cinq minutes; l'outil présente une usure localisée (cratère) de 0,71 m» à l'extrémité du flanc de coupe. 20 EXEMPLE 2. Par la même technique que dans 1'exemple 1, on prépare un alliage Ti-Zr-W-C (20,5-2,5-52t25 $ atomiques) qui est l'alliage normalisé RI de la Fig. 3* La dureté Rockwell A est de 87 et un examen métallographique indique la présence d'une petite quantité de mono-25 carbure primaire dans une matrice eutectique (sensiblement identique à la microstructure représentée sur la Fig. 2). La largeur moyenne des lamelles de ce mélange eutectique est d'environ 0,4 micron. La matrice hétérogène de la photomicrographie représentée sur la Fig. 2 est on eutectique de métal et de carbure, les ilôts 30 blancs ou clairs indiquant le carbure primaire. On observe une usure uniforme de 1,78 microns par minute au cours d'un essai de quarante minutes d'usinage au tour d'une éprouvette en acier inoxydable 3^7, les conditions étant celles qui ont été indiquées plus haut; en extrapolant, on détermine ainsi que la vie utile de cet 35 outil est de cent-quatre-vingt-dix minutes (0,4l mm d'usure des flancs). Après quarante minutes de coupe, la formation de cratères dans l'outil est négligeable. EXEMPLE 3. On prépare un alliage coulé à l'arc : Hf-W-C (27-51-22 $ ato 70 04211 12. 2033394 miques) contenant une petite quantité de grains de carbure primaire en plus de la microstructure lamellaire eutectique. La vie utile de l'outil au cours du même essai normalisé sur l'acier inoxydable 3^7 est de quinze minutes, les caractèie^u l'usure des arêtes étant né-5 gligeablesà la fin de l'essai. EXEMPLE k. On soumet à l'essai de stabilité des arêtes l'alliage indiqué dans l'exemple 2 et un autre alliage coulé à l'arc : Ti-Hf-W-C (20,5-2,5-52—25 % atomiques) et pour cela on augmente progressive-10 ment les avances tout en maintenant une vitesse superficielle de 122 m/minute et une profondeur de coupe de 1,27 Les deux outils fonctionnent de façon sûre à des vitesses d'avancement allant jusqu'à 1,27 mm par révolution. A des vitesses plus élevées, les arêtes de l'outil manifestent certains signes d'écaillage. 15 EXEMPLE 5. On établit le comportement des matériaux coulés à base de carbures pour outils lors de coupes profondes et pour cela on effectue un autre essai en utilisant les mêmes alliages que dans l'exemple h et une vitesse constante de coupe de 122 m/minute. On maintient 20 une profondeur constante de coupe de 6,35 mm au cours de tous les essais et pendant ce temps on augmente progressivement la vitesse, en partant de 0,127 mm par révolution. On ne constate aucune rupture à des vitesses d'avancement allant jusqu'à 0,760 mm par révolution, après quoi on doit interrompre l'essai en raison de l'absence 25 d'une puissance suffisante dans le tour. EXEMPLE 6. On pulvérise en grains d'une dimension inférieure à 50 microns un alliage coulé à l'arc : Ti-W-C (19-58-23 $ atomiques) et on mélange intimement ces grains avec 3 $ en poids de poudre de nickel. v \ "2 30 On agglomère le mélange à froid sous une pression de 5»62 kg/mm dans des matrices en acier et ensuite on fritte pendant une heure à 1500°C sous vide. Un examen métallographique fait ressortir une structure dense composée de grains de monocarbure arrondis et noyés dans une matrice métallique. La vie utile de l'outil au cours d'une 35 opération normalisée d'usinage de l'acier inoxydable 3^7 est de quatorze minutes. L'outil a une plus grande usure par formation de cratères qu'un alliage coulé de la même composition. EXEMPLE 7. On fabrique un outil composite et pour cela on'revêt un bord 70 04211 2033394 10 d'une mise d'un outil en acier M-2 avec une plaquette ayant 2 mm de largeur, 5 mm de longueur et 1,27 mm d'épaisseur, cette plaquette étant formée d'un alliage coulé normalisé R1 (Ti-Zr-W-C : 20,5-2,5-52-25 io atomiques). On fixe la pointe en carbure à la pièce rapportée en acier par brasage. Lors d'un essai d'usinage normal de l'acier inoxydable 347 (conditions normalisées décrites ci-dessus), on constate que le comportement est le même que celui d'un outil en carbure plein; cependant, par suite de la conductivité thermique plus faible de l'acier de base par rapport à la conductivité des alliages coulés en carbure, on constate un échauffement plus fort des pointes de l'outil et, par conséquent, une usure plus poussée de l'outij. composite, à mesure de l'augmentation de la charge totale sur l'outil par l'accroissement de la profondeur de coupe ou de la vitesse d'avancement. TABLEAU IX. Liste de données obtenues lors de 1'usinage sur un tour de l'acier inoxydable 347» en utilisant des alliages coulés Ti(Zr,Hf)-¥-C et des alliages # disponibles dans le commerce en carbures C-2 et C—50. Composition de l'alliage (%> atomique) V tb Ti(26)-W(5l)-C(23) 127 3 Ti(2l)-¥(56)-G(23) 101 4 Ti(20)-V(55)-C(25) " 76 3 Ti(23)-W(52)-C(25) 76 5 Ti(26)-W(49)-C(25) 101 6 Ti(25)-W(48)-C(27) 101 5 Ti(22)-¥(51)-C(27) 101 4 Ti(23,5)-Zr(2,5)-W(49)- C(25) 101 5 Ti(!7,5)-Zr(2,5)-¥(55)- C(25) 101 4 Ti(20,5)-Zr(2,5)-V(52)- C(25> toi 8 Ti(20,5)-Hf(2,5)—W(52)— C(25) 127 8 Ti(23)-Ta(2,5)-V(5U5)- C(23) 178 5 Hf(22)—W(6û)-C(18) 152 5 ¥. U 3,6 2 4,8 5 11,2 Remarques 65 Légère tendance à la soudure 6,35 65 3,3 110 4,1 75 2,3 160 1,5 160 Légère tendance à l'écaillage 2,5 HO 1,8 160 4,1 75 1,8 190 130 Alliage Rî Alliage R2 65 Légère tendance à l'écaillage 25 70 04211 14. 2033394 TABLEAU II (suite) Composition de l'alliage ($ atomique) wb tb ¥u tl Remarques Hf(25)-W(55)-C(20) 101 4 6,35 50 Légère tendance à l'écaillage Hf(25)-W(48)—C(27) 101 4 . 6,35 50 — Zr(25)-W(55)-C(20) 178 4 18 20 — Zr(28)-W(47)-C(28) 152 5 7,6 40 Alliages du commerce "Carboloy 370" (Type C-50) 76 3 2 160 — "Carboloy 883" (Type C-2) - - 28 10 — Définition des paramètres î Wjj = Usure jusqu'à la transition d'usure (microns) Tg = Temps jusqu'à la transition d'usure (minutes) Wg. = Vitesse uniforme d'usure (microns/minute) T^ = Vie de l'outil obtenue par extrapolation (en minutes) pour une usure d'outil de 0,51 mm. * Les données indiquées concernent des nuances particulières d'acier inoxydable. Les résultats varient d'une nuance à l'autre sur les aciers inoxydables du même type; cependant les rapports comparatifs restent les mêmes que dans le tableau. 70 04211 15. 2033394 - REVENDICATIONS. - 1 - Un produit composite au carbure, caractérisé en ce qu'il comprend un alliage de base formé d'un métal du Groupe IVa, de tungstène et de carbone présentant une microstructure lamellaire à 5 grain fin et dérivant d'une composition eutectique ou quasi-eutectique pseudo-binaire, ladite microstructure lamellaire comportant une phase de monocarbure et une phase métallique riche en tungstène et conférant de la ténacité au produit composite, la phase de monocarbure contenant des quantités significatives de tungstène et du 10 métal du Groupe IVa. 2 - Un produit composite suivant la revendication 1, caractérisé en ce que des grains de carbure primaire sont dispersés dans toute la masse de la microstructure lamellaire. 3 - Un produit composite suivant la revendication 1, caracté- 15 risé en ce que le métal du Groupe IVa est le titane, le zirconium ou l'hafnium. 4 - Un produit composite suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un alliage de base titane-tuhgstène-car-bone situé dans la zone Aj B, G, D du diagramme ternaire de la 20 Fig. 4; 5 - Un produit composite suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un alliage de base titane-tungstène-carbone situé dans la zone E, F, G, H du diagramme ternaire de la Fig. 4. 25 6 - Un produit composite suivant la revendication 1, caracté risé en ce qu'il comprend un alliage de base zirconium-tungstène-carbone situé dans la zone A, B, C, D du diagramme ternaire de la Fig. 5- 7 - Un produit composite suivant la revendication 1, caracté- 30 risé en ce qu'il comprend un alliage de base zirconium-tungstène- carbone situé dans la zone E, F, G, H du diagramme ternaire de la Fig. 5. 8 - Un produit composite suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un alliage de base hafnium-tungstène- 35 carbone situé dans la zone A, B, C, D du diagramme ternaire de la Fig. 5. 9 - Un produit composite suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il conprend un alliage de base hafnium-tungstène-carbone situé dans la zone E, F, G, H du diagramme ternaire de la 40 Fig. 5. 70 0421! 16. 2033394 10 - Un. produit composite suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la phase métallique de la microstructure a tan point de fusion supérieur à 2700°C. 11 - Un produit composite suivant la revendication 1, caracté-5 risé en ce que l'alliage de base (métal du Groupe IVa-tungstène- carbone) contient en outre des substituants d'alliage d'un caractère avantageux et ledit alliage représente au moins 90 $ atomiques > du produit composite. 12 - Un produit composite suivant la revendication 1 ou 5» 10 caractérisé en ce que le tungstène est partiellement remplacé par du molybdène qui représente un maximum de 20 $ atomiques de l'alliage de base. 13 - Un produit composite suivant la revendication 1 ou 11, caractérisé en ce que le tungstène est partiellement remplacé par 15 du chrome qui représente tin maximum de 10 $ atomiques de l'alliage de base. 14 - Un produit composite suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le métal du Groupe IVa est un mélange d'au moins deux métaux choisis parmi le titane, le zirconium et l'hafnium. 20 15 - Un produit composite suivant la revendication 1 ou 14, caractérisé en ce que le métal principal du Groupe IVa, qui est choisi parmi le titane, le zirconium, le hafnium et les mélanges de deux ou plusieurs de ces métaux, représente Tin maximum de 20 % atomiques de l'alliage de base. 25 lé - Un produit composite suivant la revendication 1 ou 11, caractérisé en ce que le tungstène est partiellement remplacé par du rhénium qui représente un maximum de 20 % atomiques de l'alliage de base. 17 - Un produit composite suivant la revendication 1 ou 11, 30 caractérisé en ce que le tungstène est partiellement remplacé par un autre élément d'alliage choisi parmi le vanadium, le niobium, le tantale et les mélanges de ces derniers, ledit élément d'alliage représentant un maximum de 5 $ atomiques de l'alliage de base. 18 - Un produit composite suivant la revendication 1, caracté- 35 risé en ce que l'alliage de base y compris les substituants d'alliage représente au moins 95 % du produit composite, le complément étant essentiellement constitué d'éléments inertes. 19 - Un procédé d'usinage d'un objet caractérisé en ce qu'on met l'objet en contact avec un outil de coupe au carbure ayant une 40 micro structure lamellaire caractérisée par une phase de monocarbur*? 70 04211 2033394 et tuxe phase métallique formée à partir d'un alliage de base comprenant un métal du Groupe XVa, du tungstène et du carbone, la phase métallique étant riche en tungstène et conférant de la ténacité au composite et la phase de monocarbure contenant des proportions im-5 portantes à la fois du métal du Groupe IVa et de tungstène. 20 - Un procédé suivant la revendication 19, caractérisé en ce que des grains de carbure primaire sont dispersés dans la micro-structure lamellaire. 21 - Un procédé suivant la revendication 19, caractérisé en ce 10 que le métal du Groupe IVa est le titane. 22 - Un procédé suivant la revendication 19, caractérisé en ce que l'alliage de base est tel que défini à l'une quelconque des revendications 4 à 9« 23 - Un procédé suivant la revendication 19, caractérisé en ce 15 que l'alliage de base y compris les substituants d'alliage représente au moins 90 $ atomiques du produit composite au carbure. 24 — Un procédé suivant la revendication 19, caractérisé en ce que le tungstène est partiellement remplacé par du molybdène et ledit molybdène représente un maximum de 50 $ atomiques de l'allia- 20 ge de basé. 25 - Un procédé suivant la revendication 19» caractérisé en ce que le tungstène est partiellement remplacé par du chrome et ledit chrome représente jusqu'à 10 $ atomiques de l'alliage de base. 26 - Un procédé suivant la revendication 19, caractérisé en ce 25 que le métal du Groupe IVa est un mélange d'au moins deux métaux qui sont le titane, le zirconium et l'hafnium. 27 - Un procédé suivant la revendication 19 ou 26, caractérisé en ce que le métal principal du Groupe IVa est le titane, alors que le zirconium, l'hafnium ou leurs associations représentent jusqu'à 30 20 ia atomiques de l'alliage de base. 28 - Un procédé suivant la revendication 19» caractérisé en ce que le tungstène est partiellement remplacé par du rhénium et ce rhénium représente jusqu'à 20 /6 atomiques de l'alliage. 29 - Un procédé suivant la revendication 19, caractérisé en ce 35 que le tungstène est partiellement remplacé par un autre élément d'alliage choisi parmi le vanadium, le niobium, le tantale et les mélanges de ces derniers, cet élément d'alliage représentant jusqu'à 5 $ atomiques de l'alliage de base. 30 - Un procédé suivant la revendication 19» caractérisé en ce 40 que l'alliage de base représente au moins 95 $ dugproduit composite, 70 04211 18. 2033394 le complément étant essentiellement constitué d'éléments inertes. 31 - Un procédé suivant la revendication 30, caractérisé en ce que lesdits ingrédients inertes sont choisis parmi le fer, le cobalt, le nickel, le manganèse et le cuivre. 5 32 - Un procédé de préparation d'un produit composite au carbu re, caractérisé en ce qu'on prépare une masse fondue d'un alliage de base eutectique ou quasi-eutectique pseudo-binaire à partir d'un métal du Groupe XVa, de tungstène et de carbone, et on refroidit rapidement cette masse fondue de manière à obtenir un produit com-10 posite au carbure ayant une microstructure lamellaire à grain fin caractérisée par une phase de monocarbure et une phase métallique, la phase métallique étant riche en tungstène et conférant de la ténacité au produit composite, et la phase de monocarbure contenant des quantités notables à la fois de tungstène et du métal du Groupe 15 IVa.