Brevet FR2278435A1 — publié le 19760213

L'invention concerne les matériaux extra-durs artificiels, notamment les procédés de fabrication de grains abrasifs agrégés. Les grains agrégés sont des agrégats constitués par deux ou plus de deux grains élémentaires de matériau abrasif liés entre eux par un matériau faisant office d'agglomérant. L'agglomérant peut entre, en particulier, un métal (alliage), un verre. Les métaux (alliages) assurant un agrégation plus forte, aussi sont-ils préférés aux verres. Les grains a agrégés sont utilisés pour fabriquer divers genres d'outils coupants (par exemple des meules et autres outils abrasifs) destinés à l'usinage des matériaux durs. L'invention est un perfectionnement des grains agrégés par un agglomérant métallique. Actuellement, on connaît un procédé de fabrication de grains de diamant agrégés, consistant en ce qu'non mélange de poudre de diamant et de telle ou telle poudre métallique, notam- ment de nickel, de cuivre, de cobalt ou de leurs alliages, dans lesquels, en règle générale, le cuivre est le constituant principal, est comprimé, puis fritté; les poudres métallique et de diamant sont prises dans une proportion telle que soit assuré le remplissage du volume entre les particules de diamant. Le produit fritté obtenu, se présentant sous la forme d'un corps abrasif dense, est concassé après refroidissement, ce qui donne en définitive des grains de diamant agrégés (conférer par exemple, brevet de Grande-Bretagne nO 491 659). Le principal inconvénient du procédé décrit consiste en ce que les grains agrégés obtenus sont caractérisés par une Strtfr ture compacte équiaxiale, ce qui n'assure pas leur forte retenue dans la matrice de l'outil, surtout si elle est organique. Un inconvénient non moins important de ce même procédé est l'agrégation insuffisaniient robuste des grains, due à la faible cohésion des grains abrasifs, notamment de diamant, avec le métal; il s' ensuit, en utilisation, la destruction rapide des grains agrégés en grains élémentaires. On connait aussi un procédé de fabrication de grains de diamant agrégés consistant à comprimer à chaud un mélange de poudres de diamant et de nickel (conférer, par exemple, brevet de Grande Bretae3ne nO 247 764). Ce procédé a les inconvénients du procédé décrit plus haut. Fn outre, on connait un procédé de fabrication de grains de diamant agrégés consistant à métalliser les grains élémentaires de diamant par électrolyse, d'ordinaire avec du cuivre ou du nickel; quand la quantité de métal déposée sur les grains abrasifs est suffisante, les grains s'agrègent (conférer, par exemple, brevet de Grande Bretagne nO 247 764). Ce procédé présente aussi les inconvénients des procédés décrits plus haut. Le but de l'invention était de supprimer les inconvénients indiqués des procédés connus. On s'est proposé de créer un procédé de fabrication de grains abrasifs agrégés qui -assurerait les conditions pour la formation d'une structure poreuse dans le produit fritté, avec accumulation préférentielle du métal aux joints des grains. Dans ce cas, en concassant ensuite le produit fritté on obtient des grains agrégés à surface développée, ce qui assure une forte retenue des grains agrégés dans la matrice de l'outil. La solution consiste en ce que, lors de la fabrication des grains abrasifs a agrégés par frittage du mélange de poudres abrasive et métallique en présence d'une phase liquide et concassage du produit fritté obtenu, d'après l'invention on fritte un mélange de poudres se trouvant à l'état pulvérulent libre. Pour assurer la mouillabilité voulue des grains élémentaires par le métal et une cohésion plus forte des grains élémentaires entre eux, on réalise le frittage du mélange en présence d'additions de titane et/ou de zirconium, et/ou de chrome, et/ou de vanadium et/ou de silicium.Grâce au frittage des poudres à l'état pulvérulent libre qui se produit avec formation de pores, les additions indiquées constituent à la surface des particules abrasives une mince pellicule qui leur est chimiquement liée et qui contribue à la cicatrisation de divers défauts de la surface des grains abrasifs et, de la sorte, augmente la résistance des grains élémentaires de 1,5 à 2 fois et assure une forte soudure des grains entre eux. D'une manière concrète, les additions sont ajoutées au taux de 5 à 10% par rapport au poids de la poudre métallique principale. Ci-après, sera donnée une description détaillée de l'invention, illustrée par des exemples concrets de réalisation du procédé avec les caractéristiques des grains abrasifs agrégés obtenus ainsi que par un dessin représentant schématiquement, à grande échelle, un agrégat de grains abrasifs obtenu par le procédé faisant l'objet de l'invention. Pour la fabrication des grains abrasifs a agrégés, on utili- se des poudres abrasives, par exemple de diamant, de nitrure de bore cubique, de carbure de bore, etc., qui peuvent être prises séparément ou en mélanges. La finesse des poudres abrasives est sans importance pour l'invention, c'est-à-dire qu'elle peut être quelconque parmi celles en usage. L'agglomérant peut être un métal ou un alliage quelconque, par exemple le cuivre, l'étain, le nickel, le cobalt, le fer, etc., ainsi que les alliages cuivre-argent, cuivre-étain, etc. L'emploi des métaux et alliages sus-indiqués pour la fabrication des grains abrasifs agrégés par frittage est suffisamment connu, aussi ne donne-t-on pas ici les compositions des alliages employés, vu que le procédé n'exige pas le recours à des compositions spéciales vis-à-vis de celles connues. Dans la réalisation du procédé faisant l'objet de l'invention, la poudre abrasive et la poudre métallique peuvent être mélangées dans les mêmes proportions que celles d'ordinaire en usage dans les procédés similaires. Ces proportions se situent entre 4/1 et 1/5 (en volume), le numérateur correspondant à la quantité de poudre abrasive, et le dénominateur, à la quantité de poudre métallique. Les proportions considérées optimales pour le procédé proposé sont celles situées entre 4/1 et 1/5. Le métal ou l'alliage agglomérant est choisi, comme on le sait, selon la nature de la substance abrasive. Le mode de sélection du métal agglomérant est montré plus bas dans les exemples. Le frittage des poudres abrasive et métallique est très avantageusement effectué en présence d'additions telles que le titane, le silicium, le zirconium, le chrome, le vanadium. La nature de 11 addition et sa quantité sont choisies selon la nature de l'abrasif. Ainsi, par exemple, pour la poudre de diamant il est avantageux d'employer en tant qu'addition le titane. Pour les mélanges de poudres de diamant et de carbure de bore, il est préférable d'additionner du zirconium. Plus bas, dans les exemple, on montre comment les additions sont sélectionnées selon le genre de poudre abrasive. Les additions sont pratiquement ajoutées à raison d'une seule. Leur utilisation en combinaison ne donne aucun effet favorable. Les additions sous forme de poudre sont d'ordinaire ajoutées à la poudre de métal agglomérant avant son mélange avec la poudre abrasive. Les additions peuvent aussi être ajoutées après mélange de la poudre de métal agglomérant avec la poudre abrasive. La quantité d'addition recommandée est de 5 à 10% du poids de la poudre de métal agglomérant, c'est-à-dire du poids de la poudre métallique principale. Le mélange de poudres préparé ainsi ou autrement est soumis au frittage à l'état pulvérulent libre, dans un milieu protecteur ou sous vide, à une température telle que le métal agglomérant fonde, c'est-à-dire que le frittage est exécuté en présence de la phase liquide du métal agglomérant. On sait que la température de frittage dépend de la nature du métal agglomérant et de l'abrasif et qu'elle est d' ordinaire de 800 à 12000C. Pendant le frittage on maintient la température au niveau nécessaire jusqu'à fusion complète du métal agglomérant. Le produit fritté obtenu a une structure poreuse. Après refroidissement sous vide, on concasse le produit fritté à l'air par voie ordinaire, et l'on obtient ainsi des grains agrégés, constitués par des grains élémentaires 1 réunis entre eux par le métal 2. Les grains agrégés obtenus par le procédé faisant l'objet de l'invention ont une surface fortement développée, comme le montre le dessin annexé Le fort développement de la surface des grains abrasifs fabriqués d'après l'invention résulte de la structure poreuse du produit fritté. La formation de pores dans la masse des poudres frittées contribue, surtout en présence des additions sus-indiquées de titane, zirconium, chrome, silicium, vanadium, à la formation à la surface des grains abrasifs de pellicules minces 3, adhérant fortement à la surface des grains abrasifs élémentaires 1. Ceci assure le renforcement des grains élémentaires eux-mêmes dans le grain agrégé, ainsi que leur forte jonction entre eux, ce qui se traduit par une augmentation de la résistance du grain agrégé tout entier d'au moins 1,5 fois. Grâce au fort développement de leur surface, les grains agrégés fabriqués par le procédé faisant l'objet de l'invention sont maintenus dans la matrice de l'outil bien plus fortement que les grains agrégés à surface réduite. L'augmentation de la résistance des grains agrégés eux-mêmes, ainsi que de leur retenue dans la matrice de l'outil, augmente la durée de service de l'coutil réalisé avec ces grains. Exemple 1 Pour le frittage on a pris une poudre de diamant au grain de 100/80 microns et une poudre d'alliage constitué par 72% en poids d'argent et 28% de cuivre. La poudre de diamant et la poudre d'alliage ont été prises dans la proportion 3/1 (le numérateur correspond à la quantité de poudre de diamant). Le frittage a été exécuté en présence d'une addition de titane, au taux pondéral de 7% par rapport au poids de la poudre métallique principale, à une température de 9000C, dans le vide. Les grains agrégés obtenus après concassage du produit fritté étaient caractérisés par une surface fortement développée et une forte liaison des grains primaires (élémentaires) entre eux. Les grains ont été utilisés pour fabriquer des meules à agglomérant organique que l'on a essayées sur des alliages durs.Les essais ont été exécutés avec une vitesse de rotation des meules de 25 m/s, une avance longitudinale de 2 m/mn et une avance transversale de 0,02 mm par course aller et retour. La consommation spécifique de diamant s'est élevée à 0,06-0,08 mg/g. Exe=Dle 2 Pour le frittage on a pris un mélange abrasif constitué par 60% de poudre de diamant et 40% de carbure de bore, et un alliage en poudre constitué par 80% de cuivre et 20% d'étain, La poudre abrasive et la poudre d'alliage ont été prises dans la proportion 1,5/1 (ici et dans les exemples suivants, le numérateur correspond à la poudre abrasive). Le frittage a été exécuté en présence d'une addition de titane, au taux pondéral de 10% par rapport au poids de la poudre métallique principale, à une température de 10000C, sous vide. Les grains a agrégés obtenus étaient aussi caractérisés par une surface développée et une forte liaison des grains primaires (élémentaires) entre eux. Des meules à agglomérant organique, fabriquées avec ces grains agrégés, ont été essayées dans l'affûtage d'outils multicoupes en alliage dur; la meule attaquait simultanément les parties en alliage dur et en acier de l'outil. La vitesse de rotation de la meule était de 20 à 30 m/s, l'avance longitudinale de 2 m/mn, l'avance transversale de 0,04 mm par course aller et retour. La consommation spécifique de diamant pour l'affûtage des outils s'est élevée à environ 0,3 mg/g. Exemple 3 Pour le frittage on a pris en tant qu'abrasif une poudre de nitrure de bore cubique au grain de 125/100 microns et une poudre d'alliage constitué par 80%o de cuivre et 20% d'étain. La proportion de poudre abrasive et de poudre d'alliage était de 1,2/1. Le frittage a été exécuté en présence d'une addition de zirconium, au taux pondéral de 10% par rapport au poids de la poudre métallique principale, à une température de 10500C, sous un vide non inférieur à 2.10-5 mm Hg, pendant 25 minutes. Les grains agrégés obtenus étaient caractérisés par une surface développée et une grande résistance. On les a utilisés pour fabriquer des meules à agglomérant organique. Les essais des meules ont été exécutés par usinage d'éprouvettes en acier à teneur en carbone de 0,7 à 0,95%, avec une vitesse de rotation de la meule de 30 m/s, une avance longitudinale de 1 m/mn et une avance transversale de 0,02 mm par course aller et retour. La consommation spécifique de nitrure de bore cubique s'est élevée à 0,2-0,26 mg/g. Exemple 4 Pour le frittage on a pris un mélange de poudres abrasives constitué par 70% de nitrure de bore cubique au grain de 125/100 microns et 30% de corindon artificiel au grain de 100/80 microns, et une poudre d'alliage constituée par 95% de cuivre et 5% de nickel. La proportion de poudre abrasive et de poudre métallique était de 1/1. Le frittage a été exécuté en présence d'une addition de chrome au taux de 6% par rapport au poids de la poudre métallique principale, à une température de 12000C, sous vide, pendant 30 minutes. Les grains agrégés obtenus après concassage du produit fritté avaient une surface développée et étaient caractérisés par une forte liaison des grains élémentaires entre eux. Les grains agrégés ont été utilisés pour fabriquer des meules à ag glomérant organique. Les meules ont été essayées par usinage d'éprouvettes en acier dur à teneur en carbone de 0,7 à 0,95%. La vitesse de la meule était de 20 à 30 m/s, l'avance longitudinale de 2 m/mn et l'avance transversale de 0,03 mm par course aller et retour. La consommation spécifique d'abrasif pour l'usinage des éprouvettes s'est élevée à 0,4 mg/g. Exemple 5 Pour le frittage on a pris un mélange constitué par 75% de poudre de diamant au grain de 160/125 microns et 25% de poudre de carbure de silicium au grain de 100/80 microns, et une poudre de cuivre. La proportion de poudre d'abrasif et de poudre métallique était de 1/1. Le frittage a été exécuté en présence d'une addition de silicium au taux de 10% par rapport au poids de la poudre métallique principale, à une température de 100000, sous vide, pendant 40 minutes. les grains agrégés obtenus étaient caractérisés par une surface développée et une forte liaison des grains élémentaires entre eux. Les grains agrégés ont été utilisés pour fabriquer des meules à agglomérant organique. Les meules ont été essayées par usinage d'éprouvettes en alliage dur simultanément avec le support en acier à teneur en carbone de 0,4 à 0,5%. La vitesse de rotation des meules était de 25 m/s, l'avance longitudinale de 1 m/mn et l'avance transversale de 0,02 zm par course aller et retour. La consommation spécifique de diamant s'est élevée à environ 0,3 mg/g. Exemple 6 Pour le frittage on a pris un mélange de poudres abrasives constitué par 60% de poudre de diamant au grain de 100/80 microns et 40% de poudre de carbure de silicium au grains de 63/50 microns, et une poudre d'alliage, constitué par 90% de cuivre et 10% de nickel. La proportion de poudre abrasive et de poudre métallique était de 1/1,2. Le frittage a été exécuté en présence d'une addition de vanadium au taux de 8%, à une température de 12000C, sous un vide de 1 à 2.10-5 mm Hg, pendant 30 minutes. Les grains agrégés obtenus, caractérisés par une surface développée et une grande résistance, ont été utilisés pour fabriquer des meules à agglomérant organique. De tels grains peuvent aussi être utilisés indépendamment, en tant qu'abrasif principal. Les meules ont été essayées par usinage d'éprouvettes en acier dur à teneur en carbure de 0,7 à 0,95%. La vitesse de rotation des meules était de 30 m/s, l'avance longitudinale de I m/mn, l'avance transversale de 0,04 mm par course aller et retour. La consommation spécifique de diamant s'est élevée à 0,6 mg/g. REVENDICATIONS 1.- Procédé de fabrication de grains abrasifs agrégés par frittage d'un mélange de poudres abrasive et métallique en présence d'une phase liquide et concassage du produit fritté obtenu, caractérisé, en ce que l'on fritte un mélange de poudres se trouvant à l'état pulvérulent libre. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le mélange de poudres soumis au frittage contient une addition de titane et/ou de zirconium, et/ou de chrome, et/ou de vanadium, et/ou de silicium. 3.- Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le taux de l'addition est de 5 à 10% par rapport au poids de la poudre métallique principale.