Brevet FR2223472A1 — publié le 19741025

La présente invention concerne un produit fritt dur qui dans l'espace est doté d'une composition macroscopiquement varable et de propriétés physiques et mécaniques variables; elle concerne égalerent le procédé de fabrication de ce produit. L'invention permet la fabrication de composés durs artificiels tels que carbures, nitrures, borures, siliciures ou oxydes des métaux de transition, de préférence liés par une phase métallique, dotés des propriétés énoncées. Un connaît actuellement plusieurs catégories de produits frittés formés de composés durs, à structures et à propriétés macroscopiquement homogènes. Ces produits frittés, encore connus sous le nom de cermets, sont dotés de compositions et de propriétés macroscopiquement homogènes, la structure se décomposant en une phase non métallique, par exemple carbures, nitrures, borures, siliciurBet en une phase métallique servant de liant0 Dans le cas des carbures métalliques frittés, la phase non métallique comporte généralement du carbure de tungstène seul ou associé à d'autres carbures (carbures de titane et de tantale par exemple), dans des proportions variables. Les métaux assurant la liaison des grains de carbures sont principalement le cobalt, le nickel et le fer, Ils ont l'intérêt rassurer un bon mouillage des grains de carbure et une bonne agglomération du compact fritté.Le taux du métal liant détermine notamment les propriétés physiques du produit fritté. Ainsi, la dureté est une fonction inverse du taux de métal liant. Le besoin a été ressenti pour certains produits frittés durs de leur donner des conpositions et des caractéristiques variables en continu. On a pensé au départ fabriquer séparément des pièces distinctes en composés durs, dotées chacune d'une composition homogène, à les fritter séparément puis enfin les réunir par auto-soudage sans métal d'apport,à haute température. Cette méthode n'est pas satis faisant en raison de la diffusion du métal de liaison au voisinage de l'interface de soudage. En effet, les différentes pièces comportent des teneurs très différentes en métal liant. La diffusion locale qui se produit au moment du soudage provoque à ltinterface un effort de cisaillement qui nuit à la qualité du soudage t en cas de choc, il y a rupture au niveau de la soudure. Un premier-objet de l'invention est de fournir une pièce, à base d'un ou plusieurs composés durs joins un liant métallique, dont la composition (teneur en liant) varie en continu, dans le même sens ou non, et dont les propriétés physiques et mécaniques varient de façon concomitante0 Elle a ainsi pour but de fournir une pièce à composition et à propriétés variables selon au moins une direction (axe d'un barreau par exemple)0 Un objet de l'invent ion est notamment de fournir un barreau en carbure métallique fritté doté, d'un côté, d'une bonne résistance à la flexion et d'une bonne résilience, de l'autre côté, d'une bonne résistance à la compression0 Un autre objet de l'invention est de fournir un procédé de fabrication permettant d'obtenir des pièces à base de composés durs,ayant les caractéristiques précédentes, d'une manière économique, notamment sans usinage important et coûteux, Conformément à l'invention, le produit fritté selon l'invent ion comporte X - au moins une phase non métallique dure à structure granulaire, telle que carbures~ nitrures, borures, siliciures ou oxydes des métaux de transition, - au moins un composé métallique de liaison des grains de la phase non métallique,et est caractérisé par le fait que la concentration du ou des composés métalliques de liaison est macroscopiquement variable en continu. Le procédé selon l'invention est essentiellement caractérisé par le fait qu'il consiste t - à préparer au moins deux mélanges contenant chacun au moins une phase non métallique dure et au moins un métal, - à élaborer à partir de ces mélanges9 un produit cru compact, formé de zones sensiblement homogènes et compactes de ces mélanges, doté d'une géométrie tenant compte des retraits des différentes zones, des phénomènes de diffusion du métal et de la géométrie finale désirée, - à traiter thermiquement par frittage le produit. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description ci-après se référant aux dessins annexés. La figure 1 donne un diagramme de production de produits selon l'invention. La figure 2 donne les formes d'un barreau comportant initialement deux zones en o, à différents stades de la fabrication. La figure 3 donne la concentration du métal Uant dans le matériau. la préparation du matériau est très importante. Elle doit permettre d'obtenir des compositions homogènes I, Il .. N, formées chacunes de poudres des composés durs (carbures, etc.O) et d'un composé métallique servant à la liaison, présent selon les teneurs C1 , C2, On dans les dites compositions0 Ces mélanges sont généralement réalisés par broyage de l'ensemble des constituants0 Ce broyage a pour effet de revêtir chaque particule de composé dur d'une couche continue du métal de liaison. La compression à froid permet d'obtenir ensuite des corps compacts formés de différentes zones compactes homogenes des différentes compositions I, II etc... La figure 2a, montre un exemple de façonnage par compression à froid d'un barreau à deux zones. Deux masses granulées ll et 12 sont versées côte à cate dans la matrice 3, la masse granulée 11 ayant une composition I avec un taux pondéral C@ en métal liant, la masse granuléel2 ayant une composition II avec un taux pondéral en métal liant O2. Le pressage entre les pistons 4 et 5 donne un produit compact, un lubrifiant (paraffine ou acide stéarique) servant de liant temporaire0 La compression à froid peut s'effectuer sur une presse, par extrusion,par pressage isostatique. liin d'accroître la résistance du produit cru obtenu par compression, on effectue ensuite une opération de préfrittage. Les conditions de prefrittage doivent.être déterminées pour permettre lrusinage de la pièce0 Si le frittage était réalisé directement après le préfriX- tage, la géométrie de la pièce ne serait pas correcte0 La figure 2b donne par exemple la forme au barreau I après le préfrittage et le frittage. La géométrie de la pièce frittées non usinée après le préfrittage, résulte d'une part du retrait couramment observé au cours du frittage, pour chacune des différentes zones de composition, et d'autre part de la diffusion du ou des métaux liants des différentes zones de compositions0 Si le métal liant est identique dans deux zones adjacentes dont les teneurs en métal liant sont différentes, le métal liant diffuse de la zone dont la teneur est la plus élevée vers la zone à teneur la moins élevée. Pour que la géométrie finale du produit soit correcte, le produit préfritté est usiné (figure 2c)0 La géométrie du produit usiné tient compte des retraits des différentes zones au frittage et de la diffusion du métal liant entre les zones-adjacentes. Après usinage, le produit est frittée La structure finale du produit se caractérise par la variation de la teneur (ou éventuellement des teneurs) du métal (ou des métaux) de la matriceOde liaison. La figure 3 donne en ordonnée la variation de la teneur pondérale N% du métal liant selon l'axe du barreau pris en exemple ci-dessus. le graphique montre deux droites D1 et D2 correspondant à des teneurs initiales en cru du métal liant C1 et C2 des deux masses adjacentes situées de part et d'autre de l'interface 13. Après frittage, l'allure de la teneur pondérale en métal liant est donnée par la courbè C, conformément aux lois sur la diffusion. L'exemple non limitatif suivant montrera bien comment la présente invention peut etre mise en oeuvre. Cet exemple concerne une pièce linéaire (barreau) à deux zones, dont les compositions pondérales sont les suivantes : Composition I = carbure de tungstène : 85 % Cobalt 15 % Composition II = Carbure de tungstène s 95 % Cobalt 5 % La préparation des poudres, la compression, le préfrittage9 l'usinage le frittage final sont effectués dans les conditions déjà énoncées. Un barreau ainsi préparé possède une extrémité (correspon- dant à la composition I) doté dtune bonne résistance à la flexion et, dtune bonne résilience. L'extrémité correspondant à la composition II est doté d'une bonne résistance à la compression et d'une grande dureté. La densité passe d'une extrémité à l'autre de 13,70 à 15,00. Les autres propriétés physiques varient aussi d'une extrémité à l'autre. Bien entendu la description qui précède nta été donnée qu'à titre d'exemple et ne limite pas le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les détails d'exécution décrits par tous autres équivalents. C'est ainsi oue 1 mise en forme pour tenir compte des retraits des différentes zones de composition, des phénomènes de diffusion du métal liant et de la géométrie finale pourrait être réalisée directe-:ient au stade de la compression à froid en jouant par exemple sur les formes des poinçons de la presse. REVENDICATIONS 1.- Procédé de fabrication d'un produit fritté comportent une phase non métallique dure à structure granulaire telle que corbures, nitrures, borures, siliciures ou oxydes de métaux de transition et un composé métalique de liason des grains de la phase non métallique consistent à: - préparer deux mélanges contenant chacun au moins une phase non métaliques dure et un moins un composé métalique liant, - à élaborer à partir de ces mélanges un produit cru compact formé de zones sensibilement homogènes et compactes de ces mélanges, - à traiter thermiquement par frittage le produit, caractérisé par le fait qu'il consiste à l'élaborer un produit cru doté d'une gémétrie tenant compte des retraits des différentes zones, des phénorènez de diffusion du métal et de la géometrie finale désirée. 2.- Procédé de fabrication d'un produit fritté selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la mise à la forme du produit avant frittage est réalisée par un usinage, après un préfrittage.