Brevet FR2291286A1 — publié le 19760611

L' invention concerne de nouvelles compositions d'alliages durs. On sait que les alliages durs frittés sont constitués par exemple de mélanges de poudres de carbures, nitrures métalliques et de métaux ou alliages de liaison, en proportionsvariables, que l'on fritte à haute température. Les qualités mécaniques de ces produits les rendent aptes, en particulier, à la fabrication d'outils pour la coupe des métaux. Les alliages durs de l'invention sont composés d'une phase dure (70 à 97 % du poids de l'alliage) contenant au moins 73 % de nitrure de tantale TaN x (0, 66C xq Z de l'un au moins des métaux fer, cobalt, nickel, et weventuellement au moins l'un des métaux cbrome, molybdène, tungstene. La proportion de phase dure représente de preféfence, 85 à 94 Z du poids de l'alliage. La présence de metal du groupe du chrome dans le liant améliore la résistance mécanique et la résistance à la corrosion de l'alliage dur fritté. La forme la plu8 stable de nitrure de tantale est le Ta2N hexagonal, dont la dureté est de l'ordre de 1700 HV. Nais la forme TaN cubique a une dureté de l'ordre de 3000 HV qui permet d'obtenir des pièces frittées dont la dureté dépasse 1600 HV, ce qui est particulierement intéressant pour lesoutils de coupe. Le mono nitrure de tantale cubique TaN (0,664 x 41), que l'on appellera nitrure cubique dans la suite du texte, n'est stable qu'au-dessus de 1500 CC et que et sous forte pression d'azote, lia forme stable dans les conditions ordinaires a la structure hexagonale. Pour le fabriquer, on traite du TaN hexagonal en autoclave à 17000C au moins, pendant 1 heure, sous une pression d'azote d'au moins 5 bars et l'on refroidit rapidement, pour conserver à froid, grâce à un phénomène de trempe, la forme obtenue à chaud. Les alliages durs frittés de l'invention peuvent être préparés à partir d'un mélange de poudres des constituants, que l'on mettra en forme et que l'on chauffera entre 1400 et 1700 OC sous une pression d'azote de 30 à 200 bars pendant plus d'une heure, et que l'on refroidira rapidement. Mais il et avantageux defritter un mélange de poudres de liant et de solutions solides contenant du nitrure de tantale cubique. Pour cela on phare donc préalablement les poudres de cristaux mixtes de la façon suivante. On mélange du nitrure de tantale hexagonal en poudre et au moins un carbure ou nitrure cubique en poudre de métaux des groupes 4A et 5A, et on chauffe entre 1500 et 1800 OC sous une pression d'azote de.20 à 200 bars pendant au moins 2 heures, puis on refroidit rapidement pour tremper les cris- taux mixtes obtenus.La demanderesse a constaté,n effet, que le nitrure de tantale cubique, lorsqu'il est. en solution solide avec d'autres composés cubiques, a moins tendance à se transformer soit en nitrure hexagonal lorsqu'on le chauffe pour l'amener à la température de frittage, soit en héminitrure Ta2N si la pression d'azote n'est pas suffisante au cours du frittage. Les exemples suivants illustrent diverses compositions d'alliages durs sel-on l'invention et leur fabrication. Exemple 1 - 91 parts de nitrure de tantale hexagonal sont mélangées avec 1 part de carbure de titane sous forme de poudre fine broyées,comprimées (0,5 à 2 t/cm2) et chauffées à 1600O sous une pression de 30 bars d'azote dans un autoclave avec résistance graphite. Après refroidissement rapide et augmentation de la pression à 100 bars, on obtient un produit de couleur jaune et de structure cubique. Le produit concassé est mélangé avec 7 parts de nickel et 1 y:,r part de fer sous forme de poudre, broyage liquide dans un broyeur à billes ; il est ensuite séché et comprimé puis fritté de nouveau dans un autoclave de construction appropriée, à 15000C sous une pression d'azote de 150 bars pendant plus de 2 h.Les plaquettes en alliage dur obtenues avaient une structure cubique, une dureté de 1850 Vickers et une résistance à la flexion de 100 à 120kg/mn2. Nremple 2 - 75 parts de nitrure de tantale hexagonal obtenu par traitement de poudre de tantale avec de l'ammoniac gazeux 8,13500, ont été mélangées avec 10 parts de carbure de tantale, broyées- et chauffées à 15000C pendant 4 h sous pression d'azote de 50 bars. Il en a résulté une solution solide homogène à phase cubique. 85 parts de la solution solide précitée, concassées, ont été mélangées avec 12 parts de nickel et 3 parts de molybdène, les deux sous forme de poudre, broyées dans un attritor et traitées comme dans l'exemple 1. Le frittage a été fait à 14500 sous une pression d'azote de 80 bars pendant 3 h. L'alliage dur obtenu avait une dureté de 1700 à 1750 EV et unQWésistance à la flexion de 130 à 150 kg/mm2. Exemple 3 - 83 parts de nitrure de tantale, 10 parts de nitrure de titane et 2 parts de carbure de titane, ont été transformées en solution solide homogène selon l'exemple 2 ; comne liant ont été utilisées 5 parts du mélange nickel - cobalt 80/20 sous forme de poudre. Un frittage a été fait à 16000 pendant 4 h sous pression de 100 bars d'azote. La dureté obtenue a été de 1780 à 1850 HV, la résistance à la flexion de 110 kg/nm2. Exemple 4 - Un mélange de 70 parts de nitrure de tantale cubique préparé selon ltexemple 1, 10 parts de nitrure de hafnium et 10 parts de carbure de niobium ainsi que 10 parts de poudre de liant cobalt - tungstène (90/10) a été broyé, et des plaquettes ont été élaborées selon une technique connue. Après frittage à 16500C pendant 6 h et sous pression de L50 bars d'azote, il résulte un alliage dur contenant une phase dure homogène. Dans certains frittages, apparaissent des traces d'une phase cubique séparée composée de carbure de hafnium et carbure de niobium. La dureté a été de 1600 à 1650 HV, la résistance à la flexion de 100 à 120 kg/mi2. Exemple 5 - 70 parts de nitrure de tantale hexagonal, 10 parts de carbure de titane, 10 parts de nitrure de titane , ont été traitées à 17000C sous pression de 200 bars d'azote pendant 3 h, il résulte des cristaux mixtes homogènes de phase cubique. 10 parts de poudre de liant nickel - molybdène 80/20 ont été ajoutées, le broyage a été tint sous hexane, et la poudre séchée, comprimée et frittée à 16000C sous pression de 60 bars d'azote pendant 2 h. Ensuite, pendant 2 h suppleentaires, la pression a été portée à 150 bars d'azote. La dureté obtenue aété de 1700 à 1750e 7EV, la résistance à la flexion de 120 à 130 kg/mm2. REVENDICATIONS 1) Alliage-dur frittéb constituéa en poids de 70 à 97 % d'une base dure contenant au moins de 73Zde nitrure de tantale cubique, (le reste éventuel de la phase dure étant formé d'au moins un autre composé métallique carbure ou niture, de structure également cubique, des métaux des groupes 4A et 5A) et de 3 à 30 Z d'un liant contenant au moins 70 Z de l'un au moins des métaux choisis parmi fer, nickel, cobalt et éventuellement au plus 30 Z d'au moins un métal choisi parmi chrome, molybdène, tungstène. 2) Alliage dur selon la revendication 1, constitué de 85 à 94 Z de phase dure et de 6 à 15 Z de liant. 3) Alliage dur selon l'une des revendications 1 ou 2, oa la- phase dure contient des cristaux d'au moins une solution solide de nitrure de tantale cubique et d'au moins un autre des constituants de structure cubique. 4) Procédé de fabrication d'alliages durs selon la revendication 3, où l'on mélange des poudres d'au moins une solution solide contenant du nitrure de tantale cubique et au moins un autre carbure ou nitrure cubique des métaux des groupes 4A et 5A et avec de la poudre de liant, on fritte à une température de 1400 à 1700 OC sous une pression d'azote de 30 à200 bars, et on refroidit rapidement. 5) Procédé de fabrication de solutions solides de nitrure de tantale cubique et d'au moins un autre nitrure ou carbure de structure cubique des métaux des groupes 4A et 5A pour mettre en oeuvre le procédé selon la revendication 4, où l'on mélange des poudres de nitrure de tantale hexagonal et d'au moins un autre de ces constituantst on chauffe à température de 1500 à 1800 C sous pression d'azote de 20 a 200 bars,et on refroidit rapidement.