Brevet FR2285206A1 — publié le 19760416

La présente invention concerne des matériaux présentant une dureté améliorée et utilisés dans la productian des outils, pour la fabrication des crayons de dressage, des plaques, des galets, ainsi que des couronnes de forage, des élargisseurs et des burins ou analogues. Cette invention se rapporte plus précisément à un matériau de dureté améliorée, composé d'une matrice en alliage dur, renfermant des grains de diamant ou de bronze, et destiné essentiellementf à la fabrication des outils travaillant dans des conditions d'usure intense par abrasion. On connaît déjà des matériaux de dureté élevée, contenant du diamant et obtenus par frittage de la matrice dure composée de poudres de tungstène et de matériaux de liaison : cobalt ou nickel avec diamant. Par exemple, dans le brevet déposé en République Fédérale Allemande n 919669, est proposé un tel matériau avec des grains de diamant d'une grosseur allant jusquJà-l mm. En prenant des grains de diamant d'une telle grosseur, mais sans fixer des exigences strictes quant aux autres paramètres du matériau (caractère d'emplacement des grains dans la matrice, teneur volumique en grains etc.) il n'est pas possible de garantir l'obtention d'un matériau à grande résistance à l'usure, comparable avec celle des gros cristaux naturels de diamant. Dans le brevet britannique n 901835, -les prsprlStés du constituant principal des diamants ne sont pas stipulées tout à fait ; on y indique seulement la nécessité d'utiliseri8 poudre de diamant. Même le matériau de dureté élevée, proposé pvo be.brevet français n 1317508, dans lequel sont mentionnées la grosseur des grains de diamant l'coutil de coupe se trouve alors réduit et les grains de diamant se détériorent d'une manière intense. réalisation pratique des solutions techniques,décrites par exemple dans les différents brevets, demandera, évidemment, la réalisation d'une série importante d'études en ce qui concerne l'établissement de l'interaction de tels paramètres du matériau comme marque de l'alliage dur (dureté), grosseur des grains de diamant, concentration des diamants dans le matériau, régimes de fabrication, etc. Les essais, faits par les auteurs ont fait apparaître que la matrice en alliage dur a une influence prépondérante sur la capacité de travail des grains de diamant et, par conséquent, de l'outil lui-même. En outre, il ne faut pas oublier que la température, dans la zone de destruction de l'abrasif, s'élève considérablement en cas d'apparition des surfaces d'émoussement sur les gros diamants naturels, ce qui provoque l'usure intense des diamants. En conséquence, le but de la présente invention est d'éliminer les inconvénients mentionnés ci-dessus des matériaux de l'art antérieur. On s'ést posé le problème d'élaborer des prescriptions précises, en ce qui concerne les paramètres principaux du matériau de dureté élevée, qu'on pourrait également obtenir par les procédés de l'art antérieur, mais qui est tel, dans les conditions de l'invention, qu'il présente une plus grande résistance à l'usure. Pour la mise en oeuvre due l'invention, le matériau de dureté élevé, qui comporte une matrice en alliage dur renfermant des grains de diamant, est choisi de telle façon que les grains de diamant aient une grosseur de moins de 0,8 mm et soient répartis, dans une proportion de 25% au minimum du volume du matériau, régulièrement dans le volume de la matrice, dont la dureté HRA est supérieur à 85. L'observation de ces exigences permettra d'obtenir un matériau de dureté très élevée présentant les caractéristiques désirées de grande résistance à l'usure. Conformément à un autre mode de-réalisation de l'invention, le matériau de dureté élevée, fabriqué par le procédé connu, par exemple, par pressage à chaud du mélange en alliage dar - matrice avec les grains de diamant initiaux, est caractérisé par le fait que le rapport entre le poids des grains initiaux, mis en oeuvre dans la fabrication des matériaux, et le poids des grains qui peuvent être extraits par récupération à partir du matériau fini, est tel que la perte en diar;.nt, lors de la fabrication du matériau, ne dépasse pas 1% du poids des diamcnts initiaux. Le diamant et l'alliage dur sont des matériaux qui diffèrent, considérablement, par leur nature. Ainsi, par exemple, si l'alliage dur est fritté à 1460 C, les diamants se graphitisent à partir de 8e.oOC et réagissent chimiquement avec les métaux les entourant en particulier avec le cobalt. La capacité de travail du matériau proposé n'est assurée qu'à condition que la zone (épaisseur) de destruction des diamants, au cours de la fabrication de l'outil, ne modifie pas notablement les propriétés physico-mécanioues de la matrice en alliage dur. Il est plus facile d'exprimer, quantitativementss cette condition par les pertes pondérales en diamants qui ne doivent pas dépasser, comme il a été indiqué plus haut, 1% en poids. De la sorte, l'objet essentiel de l'invention consiste à réaliser, autour des diamants d'une grosseurdemomsde 0,8 mm, une couche ayant une dureté HRA au moins égal à 89, la grandeur représentative de la destruction des diamants, en cours de fabrication, étant limitée à 10p en poids. Dans ce cas, la teneur du matériau en diamants ne doit pas être inférieure, comme il a été indiqué, à 25% en volume. La combinaison des paramètres indiqués est déterminante, concrète, et aboutit, en comparaison avec les matériaux déjà connus contenant des diamants, aux modifications qualitatives qui assurent, au matériau selon l'invention, une résistance à l'usure presque égale à celle des gros diamants naturels. 1'outillage doté des pièces d'intercalation ou analogues en matériaux selon l'invention présente de très bonnes caractéristiques d'utilisation et n'est pas moins résistant, dans beaucoup de cas, que les outils armés de gros diamants naturels, en ce qui concerne la résistance à l'usure, tout en présentant par ailleurs une meilleure capacité de coupe. Ia fabrication de l'élément de travail ( 10 x 70), à partir du matériau selon l'invention, pour l'armement d'un crayon de dressage peut être expliquée par l'exemple suivant. On prend le mélange d'alliage dur (WC = 94% et Co = 6%) et les poudres de diamant d'une grosseur 500/400, dans le rapport pondéral 12:1, respectivement. Après avoir réalisé leur mélange intime, on verse 9,5 g du mélange dans un moule en graphite à action bilatérale, dont l'enceinte cylindrique a une dimension de 10 mm. Le moule est disposé sur une presse à chaud. Le chauffage jusqu'à 14200C est réalisé gracie au passage du courant à travers le mélange à fritter. La pression final du pressage à chaud de 200 kg/cm2 assure le retrait de la matrice en alliage dur jusqu'à l'obtention d'une porosité nulle. Après le refroidissement, l'article fritté est retiré du moule, puis nettoyé du graphite et peut être alors fixé, par exemple, sur le corps du crayonne dressage. Il est à noter que les conditions opératoires indiquées pour le pressage à chaud et la méthode proprement dite de liaison des diamants et de l'alliage dur sont, en fait, connues elles ne font pas en conséquence, l'objet de la présente invention. En utilisant les renseignements connus dans le domaine de l'industrie des poudres, l'homme de l'art peut obtenir un matériau armé de ou renfermant des grains de diamant. Cependant, si l'on ne respecte qu'une partie des conditions opératoires que nous avons établies, la haute capacité de travail du matériau ne sera pas assurée. Par exemple, si les grains de grosseur 500/400 sont enrobas d'une matrice de dureté HEA 81, cette dernière n'assurera pas l'intégrité des diamants pendant toute la durée éventuelle de leur exploitation, c'està-dire jusqu'à l'usure complète. Si la matrice est d'une dureté HRA égale à 90 et si les diamants ont une grosseur de 1,5 mm les diamants seront serrés par une couche rigide et ne se détériorent pas. Cependant, après l'apparition des surfaces planes sur leurs sommets, les grains seront usés rapidement, comme il a été indiqué plus haut En outre, il n'est pas assuré une haute capacité de coupe de l'outil.En présence de la matrice avec dureté requise et des grains de grosseur admissible, mais de pourcentage faible de diamant dans le volume (moins de ?5%), des zones d'usure locale, ctest-à-dire des irrégularités sur la surface utile du matériau apparattront. Il est à signaler que c'est seulement dans le cas où les exigences mentionnées cindessus et concernant les rapports de dureté de la matrice, de la grosseur des grains, de la teneur en diamant ainsi que la grandeur représentative de leur destruction sont satisfaites que l'on peut obtenir un matériau de haute qualité et de dureté satisfaisant, dont la capacité de travail n'est pas inférieure à celle de gros diamants naturels. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple, en particulier elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Matériau de dureté très élevée, comportant une matrice en alliage dur, armée de ou renfermant des grains de diamant, caractérisé en ce que les grains de diamant ontune grosseur de moins de 0,8 mm et sont répartis, dans une proportion de 25% du volume du matériau régulièrement dans le volume de la matrice, dont la dureté HRA est supérieure à 85. 2. Matériau selon la revendication 1, du type obtenu par un procédé connu en soi tel que, par exemple, par pressage à chaud du mélange d'alliage dur-matrice avec les grains de diamant initiaux, caractérisé en ce que le rapport des poids desdits grains initiaux mis en oeuvre dans la fabrication des matériaux, et des grains de diamant qui peuvent être retirés par récupération du matériau fini, est tel que les pertes en diarant, lors de la fabrication du matériau, n'excèdent pas 1% du poids des diamants initiaux.