Brevet FR2123363A1 — publié le 19720908

La présente invention concerne des machines-outils et plus spécialement une pièce rapportée perfectionnée pour machineoutil qui présente de meilleures caractéristiques de résistance à l'usure par rapport aux pièces rapportées sur des outils de la technique antérieure. Il est courant dans le domaine des machines-outils d'utiliser comme outil de coupe une pièce rapportée qui peut être jetée après usage et qui est en un matériau très dur tel que le carbure de tungstène. Normalement, de tels outils de coupe en carbure sont formés de fines particules de carbure de tungstène collées ensemble par un liant tel que le cobalt. La dureté de l'outil de coupe augmente avec de plus grandes proportions de particules de carbure de tungstène,mais la résistance aux chocs de ltoutil de coupe diminue avec de plus grandes proportions des particules de carbure de tungstène.On sait que l'addition de petites quantités de carbure de titane et de carbure de tantale augmente la résistance à l'usure et à l'affaissement ainsi que la dureté à chaud et la résistance à une déformation thermique de tels outils de coupe en carbure fritté. Un récent perfectionnement dans le domaine des outils de coupe en carbure a consisté à recouvrir la surface externe de la pièce rapportée d'un mince enduit de carbure de titane. Des pièces rapportées en carbure de titane proprement dites sont utilisées depuis quelques temps dans le domaine des machinesoutils mais, étant donné que ce matériau est extr#mement fragile, leur utilisation a été limitée à des outils de finition qui ne sont utilisés que pour de très faibles coupes. Toutefois, on a constaté que lorsqu'un enduit de carbure de titane est fortement lié à une base moins rigide en carbure de tungstène, le carbure de titane fragile peut absorber les chocs normaux d'usinage sans se briser.Il s'est avéré que de telles pièces rapportées recouvertes de carbure de titane peuvent Etre utilisées à des vitesses d'usinage de 20 % supérieures à celles utilisées avec des pièces rapportées normales en carbure de tungstène frittées ces pièces rapportées ont en même temps une longévité à peu près double de celle des pièces rapportées en carbure non enduit. Selon la présente invention, on a découvert que des pièces rapportées sur des outils en carbure recouvertes d'un mince enduit de nitrure métallique tel que le nitrure de titane donnent un rendement égal ou supérieur à celui de pièces rapportées sur des outils qui sont enduites de carbure de titane. Ce meilleur rendement est tout à fait inattendu,car le nitrure de titane est beaucoup plus mou que le carbure de titane. Par exemple, la 2 microdureté du carbure de titane est de 2800 kg/mm , tandis que celle celle du nitrure de titane ntest que de 1700 kg/mm2. La raison de ce meilleur rendement d'usinage avec les pièces rapportées revêtues de nitrure n'a pas été entièrement élucidée. Toutefois, on présume que le meilleur rendement est dû au fait que le nitrure de titane est moins facilement mouillé par les alliages métalliques du groupe du fer que le carbure de titane. Ainsi, les particules de nitrure de titane du revêtement sont moins sujettes à un enduisage ou un mouillage par la matière de la pièce en cours drusinage. Ce mouillage, lorsqu'il se produit, provoque une augmentation du frottement entre l'outil de coupe et la pièce à usiner, ce qui a pour conséquence une élévation de la température de la pointe de l'outil. Ainsi, on présume que la pièce rapportée recouverte de nitrure maintient la pointe de l'outil à une température plus basse que la pièce rapportée recouverte de carbure de titane et présente ainsi une plus grande longévité à cause de la moins grande usure à chaud, m#me si l'enduit est en réalité plus mou que l'enduit de carbure de titane. tes exemples suivants sont donnés à titre illustratif,mais non limitatif, de l'invention. EXEMPLE1 On prépare pour des essais comparatifs un groupe de pièces rapportées sur outils par ailleurs#dentiqnes en carbure de tungstène de C-5. On enduit certaines des pièces rapportées avec du carbure de titane. On enduit d'autres pièces avec du nitrure de titane à une épaisseur de 6,6 microns. On laisse un troisième groupe sans ltendnire. Avant ltenduisage, les pièces rapportées frittées présentent toutes la composition nominale suivante : 74,50 % de carbure de tungstène, 9,50 % de cobalt, 6,00 tes pièces rapportées sont toutes des pièces carrées rectifiées ayant des bords de 12,7 mm, une épaisseur de 4,76 mm et un rayon d'angle de 1,19 mm. De telles pièces rapportées sont disponibles #VNTmAod/l e dans le commerce, par exemple sous la- marque déposée " SNG-433 " de Firth Sterling. On a effectué les essais comparatifs sur de l'acier du type "SAE-4340" d'une dureté Rockwell égale à 30. tes conditions d'usinage de l'essai ont été les suivantes : une vitesse d'avance de 0,4216 mm par révolution, une profondeur de coupe de 2,54 mm et une vitesse superficielle de 131 m par minute. Au cours des essais comparatifs, la durée d'usinage pour développer une profondeur de cratère de 0,0889 mm a été de 3 minutes pour la pièce rapportée non enduite, de 18 minutes et demie pour la pièce rapportée enduite de carbure de titane et de 22 minutes et demie pour la pièce rapportée enduite de nitrure de titane. La durée d'usinage nécessaire pour développer une usure frontale de 0,5 mm a été de 8 minutes et demie pour la pièce rapportée sans enduit, de 15 minutes pour la pièce rapportée enduite de carbure de titane et de 19 minutes et demie pour la pièce rapportée enduite de nitrure de titane. EXEMPLE 2 On prépare un groupe de pièces rapportées sur outils en carbure de tungstène de C-7 par ailleurs identiques pour les soumettre à des essais comparatifs. La composition nominale de ces pièces rapportées frittées est la suivante : 70,00 % de carbure de tungstène, 4,80 % de cobalt, 1#,80 %0 de carbure de titane et 13,20 % de carbure de tantale. tes dimensions de la pièce rapportée sont les mêmes que celles indiquées dans l'exemple 1 ci-dessus. Ces pièces rapportées en carbure sont disponibles dans le commerce et sont vendues par Firth Sterling sous leur désignation commerciale "T-25" et leur modèle "SN#-433'. Certaines de ces pièces rapportées ont été enduites de carbure de titane selon la technique antérieure. D'autres, selon la présente invention, ont été recouvertes d'un enduit de nitrure de titane à une épaisseur de 10,4 microns et un troisième groupe des pièces rapportées a été laissé sans enduit à des fins d'essais d'usinage comparatifs. Ces essais d'usinage ont été effectués de nouveau sur de l'acier du type "SAE-4340" ayant une dureté Rockwell égale à 30. Dans cet essai, les conditions d'usinage ont été les suivantes : une vitesse d'avance de 0,4216 mm par révolution, une profondeur de coupe de 2,54 mm et une vitesse superficielle de 201 m par minute. Au cours de ces essais, la durée d'usinage nécessaire pour développer une profondeur de cratère de 0,0889 mm sur les pièces rapportées a été de 1 minute et demie avec la pièce rapportée sans enduit, de 6 minutes avec la pièce rapportée enduite de carbure de titane et de 7 minutes et demie avec la pièce rapportée enduite de nitrure de titane. te temps d'usinage nécessaire pour développer une usure frontale de 0,025 mm a été de 4 minutes et demie pour la pièce rapportée sans enduit, de 3,3 minutes pour la pièce rapportée enduite de carbure de titane et de 4 minutes pour la pièce rapportée enduite de nitrure de titane. Ainsi, d'après les exemples ci-dessus, on se rend compte que les pièces rapportées par ailleurs identiques durent sensiblement plus longtemps lorsqu'elles sont recouvertes de nitrure de titane que lorsque les mêmes pièces rapportées sont enduites de carbure de titane. Toutefois, outre cette plus grande longévité, la présente invention offre plusieurs autres avantages. te procédé d'enduisage des pièces rapportées sur outils avec du carbure de titane est relativement difficile. L'enduit de carbure de titane est habituellement produit par réaction entre le méthane et le tétrachlorure de titane à l'état gazeux dans une chambre sous vide à une température d'environ 10000C. te carbone du méthane se combine avec le titane en remplaçant le chlore et la vapeur de carbure de titane se condense sur la surface de ltoutil et se diffuse dans cette dernière. Ce procédé présente deux inconvénients principaux. Tout d'abord, il doit être conduit sous vide, ce qui augmente les difficultés pratiques qu'il entra#ne. Egalement, le procédé donne un sous-produit indésirable. Le chlore déplacé se combine avec les atomes d'hydrogène du méthane gazeux pour former du gaz chlorhydrique, ce qui pose un grave problème de corrosion. Pour pallier la difficulté#i-dessus qui est relativement complexe et difficile à surmonter,il est beaucoup plus facile d'enduire des pièces rapportées avec du nitrure de titane. Par exemple, les pièces rapportées peuvent être enduites en les plaçant dans un four, en balayant l'air du four avec un courant d'azote et en introduisant ensuite de l'hydrogène gazeux et en chauffant à une température d'environ 10000C. Lorsque les pièces rapportées sont à cette température, le tétrachlorure de titane est alors évaporé dans le courant d'hydrogène introduit et l'azote est également ajouté au courant d'hyarogène. La quantité d'azote ajoutée est suffisante pour autre en excès stoechiométrique par rapport à celle nécessaire pour transformer le tétrachlorure de titane en nitrure de titane dont la vapeur se condense alors sur la surface de la pièce rapportée et s'y diffuse. En variante, on peut suivre le procédé d'enduisage avec du nitrure métallique décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique NO 2 865 791. Ainsi, ces procédés sont avantageux par rapport à ceux utilisés pour l'application d'un enduit de carbure de titane, en ce sens qu'aucun four à vide n'est nécessaire et qu'aucun sous-prodit corrosif n'est engendré. Un autre avantage de la pièce rapportée enduite de nitrure de titane par rapport à la pièce rapportée enduite de carbure de titane réside dans le fait que l'enduit de nitrure présente une coloration or distincte. Cette différence de couleur inhérente permet de distinguer facilement la pièce rapportée enduite d'une autre non enduite. Ceci peut autre d'une très grande utilité dans un atelier d'usinage en permettant à un ouvrier de reconnattre rapidement les pièces rapportées enduites et non enduites. En plus du nitrure de titane, les pièces rapportées selon la présente invention pourraient être enduites avec d'autres nitrures des métaux des groupes IV et V tels que nitrure de zirconium, le nitrure dthafnlum, le nitrure de niobium, le nitrure de tantale et le nitrure de vanadium. Cependant, à l'heure actuelle, la forme de réalisation préférée de l'invention utilise un enduit de nitrure de titane à cause de la facilité avec laquelle il est appliqué et des frais relativement faibles que cela entratne. Il ne semble pas qu'une limite particulière soit imposée à lrépaissenr de l'enduit de nitrure appliqué à la pièce rapportée pour autant que l' épaisseur dudit enduit soit suffisante pour recouvrir entièrement la surface. Une pièce rapportée recouverte d'un enduit plus épais présente une plus grande longévité étant donné que l'enlèvement par usure de l'enduit exige plus de temps. La limite supérieure de l'épaisseur semble autre déterminée par le début de l'écaillage de l'enduit. Actuellement, on présume que la plage optimale de l'épaisseur de l'enduit de nitrure est comprise entre 5 et 12 microns. Naturellement, l'invention n'est pas limitée à la forme de réalisation décrite et est susceptible de recevoir diverses variantes entrant dans le cadre et l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1. Pièce rapportée pour machine-outil,caractérisée en ce que ladite pièce rapportée de base est recouverte d'une mince couche adhérente d'un enduit de nitrure métallique. 2. Pièce rapportée selon la revendication 1, caractérisée en ce que le nitrure métallique est choisi dans le groupe comprenant un nitrure d'un métal du groupe IV et un nitrure d'un métal du groupe V. 3. Pièce rapportée selon la revendication 2, caractérisée en ce que le nitrure métallique est choisi dans le groupe comprenant le nitrure de titane, le nitrure de zirconium, le nitrure d'hafnium, le nitrure de niobium, le nitrure de tantale et le nitrure de vanadium. 4. Pièce rapportée selon la revendication 1, caractérisée en ce que le nitrure métallique est le nitrure de titane. 5. Pièce rapportée selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que l'épaisseur de la couche de nitrure de titane est comprise entre 5 et 12 microns. 6. Pièce rapportée selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la pièce rapportée de base est une pièce rapportée en carbure fritté. 7. Pièce rapportée selon la revendication 6, caractérisée en ce que la pièce rapportée de base est une pièce rapportée en carbure de tungstène fritté.