Brevet FR2317252A1 — publié le 19770204

La présente invention concerne des cermets à base d'oxyde d'aluminium et plus précisément des cermets comprenant des combinaisons d'oxyde d'aluminium et de diborures des métaux de transition réfractaires du groupe IV. Ces cermets peuvent aussi contenir d'autres additions d'alliage comprenant des carbures, nitrures et carbonitrures des métaux de transition et des métaux du groupe du fer. Un mode de réalisation avantageux de cermets selon l'invention comprend le borure TiB2, des additions d'alliage TiC, TiN et Ti(C,N), avec de petites quantités de MgO qui facilitent le frittage. On dispose actuellement dans le commerce de matières céramiques pour outils de coupe à base d'oxyde d'aluminium contenant habituellement de petites quantités de MgO et d'autres oxydes métalliques qui facilitent le frittage. Malgré l'excellente résistance à l'usure des outils céramiques de coupe,su supérieures par exemple à celle des matières classiques telles que les carbures, ils n'ont cependant ouvert que des débouchés limités étant donné leur faible résistance mécanique et aux chocs thermiques et leur mauvaise propriété de résistance à la fatigue. Des additions d'alliages de métaux et de carbures (comme indiqué par exemple dans la revue des matières céramiques pour outils de coupe de E.D. Whitney, Powder Metallurical International, vol. 6, n 2, 1974, page 73ff) ont permis des perfectionnements considerables, mais seul un contrôle précis de la quantité et de la nature des éléments d'alliage et des paramètres de fabrication a rendu possibles des résistances mécaniques et des ténacités permettant aux cermets de concurrencer les matières classiques utilisées pour l'usinage dans certains cas, notamment des fontes.Cependant, un inconvénient important est leur coft élevé de fabrication car une compression à chaud est nécessaire à l'obtention des propriétés optimales et les outils voulus de configuration particulière sont réalisés par découpe des ébauches comprimées à chaud à l'aide de roues diamantées, puis par meulage des éléments découpés afin qu'ils aient la configuration géométrique finale de 11 outil. Malgré les propriétés intéressantes des borures des métaux de transition, notamment leur dureté et leur stabilité élevées, ces composés n'ont que des débouchés pratiques limités. La difficulté principale de l'utilisation de ces matières fragiles est essentiellement leur réactivité élevée, notamment avec les métaux du groupe du fer, et elle a conduit à 11 échec les tentatives d'utilisation de borures frittés ou cémentés par mise en oeuvre des principes utilisés de façon satisfaisante pour les carbures réfractaires des métaux de transition. Les matières composites sans liant ou non frittées du système TiC-TiB2 (comme décrit dans l'article de R. Kieffer et F. Benesovsky, Hartstoffe und Hartmetalle, Springer, Vienne, 1965) et les matières composites TaN-ZrB2 comprimées à chaud (Y. Murata et E.D. Whitney, Bulletin of the American Ceramic Society, 48, 1969, p. 698) ont déjà été proposées pour la réalisation d'outils de coupe, mais leurs mauvaises propriétés de fatigue et de résistance mécanique ont empêché l'utilisation industrielle de ces cermets. Liinvention concerne une composition de matière a' base d'oxyde d'aluminium et de diborures de métaux réfractaires, ayant d'excellentes caractéristiques de résistance mécanique et de résistance à la fatigue thermomécanique, par rapport aux cermets. et aux céramiques du commerce. L'invention concerne aussi une composition de matière à base d'oxyde d'aluminium, de diborures de métaux réfractaires et de carbures et de carbonitrures de métaux réfractaires, possédant d'excellentes caractéristiques de résistance à l'usure et à la fatigue thermomécanique par rapport à celles des cermets et céramiques du commerce. Elle concerne aussi des compositions à base oxydeborure stables dans les conditions de frittage sous vide et qui peuvent donc zetre mises en forme, sans réduction des caractéristiques, par les techniques classiques de la métallurgie des poudres. L'invention concerne aussi des cermets à base d'oxyde d'aluminium et de diborures des métaux de transition, ayant une résistance mécanique et une résistance à la déformation thermique qui sont suffisantes, avec les caractéristiques chimiques nécessaires, si bien qu'ils peuvent former des outils d'usinage notamment des superalliages avec des vitesses élevées de coupe. Plus précisément, l'invention concerne un cermet dont la teneur en oxyde d'aluminium n'est pas inférieure à 48 % en poids. Le diborure d'un métal réfractaire forme 5 à 50 % du poids de la composition et on le choisit dans le groupe qui comprend TiB2, ZrB2 et HfB2, la composition pouvant aussi contenir jusqu'à 20 96 en poids d'un diborure d'un métal choisi dans le groupe qui comprend le vanadium, le niobium, le tantale;; le chrome, le molybdène et le tungstène, le carbure ou carbonitrure réfractaire contenant un métal réfractaire de transition des groupes IV (titane, zirconium et haf-nium), V (vanadium, niobium et tantale) et VI (chrome, molybdène et tungstène), les métaux du groupe IV étant les plus avantageux, les carbures et carbonitrures pouvant former Jus- qu'à 35 96 du poids de la composition- ; les métaux du groupe du fer peuvent former jusqu'à 4 % du poids de la composition qui peut contenir de l'oxyde de magnésium en quantité pouvant atteindre 3 % du poids de la composition, cet oxyde facilitant le frittage. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est une photomicrographie grossie 1 000 fois de la microstructure d'un cermet contenait 68,5 % en poids de Al203, 1,5 O/o en poids de MgO et 30 % en poids de TiB2, préparé par frittage sous vide à 17100C - la figure 2 représente la microstructure, grossie 1 000 fois, d'un cermet contenant 59,5 % en poids de Al203, 0,5 % en poids de MgO, 29 % en poids de TiB2 et Il Çb en poids de TiC, fritté à 18200C sous atmosphère d'azote - les figures 3a et 3b représentent respectivement l'usure moyenne du coin et du flanc et la profondeur de cratère pour un cermet Al203-TiB2, lors de l'usinage de l'acier 4340, en fonction du temps - la figure 4 représente l'usure du cratère des cermets Al203-TiB2 en fonction de la teneur en TiB2 lors de l'usinage de l'acier 4340 - la figure 5 représente le temps moyen de coupe obtenu jusqu'à la fracture du bord des cermets Al203-TiB2, en fonction de la teneur en TiB2, lors de l'usinage d'acier 4340 ; et - la figure 6 est une courbe d'usure d'un cermet contenant 69 % en poids de Al203, 1 en poids de MgO et 30 % en poids de TiB2 lors de l'usinage d'Inconel 625. Les ingrédients utilisés pour la préparation des cermets selon l'invention sont des poudres des oxydes et des borures, carbures, nitrures et carbonitrures des métaux de transition, préalablement alliés ; les métaux du groupes du fer sont ajoutés sous forme de poudres élémentaires. Quel que soit le procédé utilisé pour la préparation de la composition du cermet, il est important que les conditions soient telles que les constituants soient bien répartis uniformément dans le mélange. Cette caractéristique s'applique en particulier à l'oxyde de magnésium dont le r31e principal est de faciliter le frittage et qui n'est présent qu'en quantité relativement faible dans le mélange. Une répartition satisfaisante de MgO dans le mélange peut wetre obtenue par broyage lorsque la dimension des grains de la poudre de l'ingrédient oxyde de magnésium est suffisamment faible (inférieure à O2jt) mais la préparation d'un mélange d'oxydes préalablement homogénéisés de façon séparée est recommandée lorsque la poudre est trop grossière. La préparation de ces mélanges préalablement homogénéisés d'oxydes peut être réalisée par différents procédés bien connus, par exemple par décomposition thermique de mélanges contenant du sulfate d'aluminium hydraté et des carbonates basiques de magnésium, ou par hydrolyse des nitrates hydratés d'aluminium et de magnésium puis par calcination du produit à une température dépassant légèrement 1 0000C. Un at- tre procédé qui donne des mélanges homogènes d'oxydes, comprend l'évaporation de solutions complexées par le glycol et l'acide citrique de sels d'aluminium et de magnésium, de préférence des nitrates, formant une matière solide vitreuse homogène qui est alors enflammée et chauffée à l'air afin qu'elle donne le mélange des oxydes purs sans sous-produits organiques et minéraux. Les poudres des carbures utilisées pour la fabrication des cermets selon l'invention sont des produits du commerce ; on prépare les nitrures par combinaison directe des poudres des métaux élémentaires, à l'aide d'azote gazeux, à une température comprise entre 1200 et 1700 C ; des carbonitrures préalablement alliés des métaux de transition du groupe IV sont préparés par chauffage de l'ingrédient carbure et nitrure intimement mélangé pendant plusieurs heures à 2200-2400 C, sous une pression partielle d'azote, alors que le procédé de fabrication des carbonitrures contenant des métaux réfractaires de transition des groupes IV et VI comprend la nitruration de mélanges de poudres de carbure d'un métal du groupe IV et d'un métal du groupe VI, avec de l'azote gazeux à une température comprise entre 1450 et 16500C.On prépare des carbures et nitrures stoechiométriques à partir des composés stoechiométriques par addition de la quantité nécessaire de poudre métallique et par homogénéisation du mélange à une température comprise entre 1800 et 21000C sous vide (lorsque les ingrédients de l'alliage sont des carbures) ou sous gaz inerte (lorsque les ingrédients d'alliage sont des nitrures). Mis à part les paramètres de fabrication de routine, la sélection des ingrédients et les additions d'alliage ainsi que leur granulométrie, de mweme que des conditions de broyage (mélange) et de frittage, ont une influence importante sur la microstructure et les constituants des phases donc sur les propriétés du cermet fritté. Bien qu'on ne puisse pas donner de directives généralement valables étant donné que chaque application particulière a ses propres critères, et que le procédé de fabrication et les paramètres à choisir dépendent de la composition globale en plus des compositions et des granulométries des ingrédients individuels, les observations qui suivent, reposant sur des propriétés mesurées et des caractéristiques des cermets selon l'invention, peuvent constituer des directives qui caractérisent les cermets entrant dans le cadre de l'invention. Les cermets ayant les meilleurs propriétés sont ceux dans lesquels l'oxyde et la phase métallique forment deux réseaux continus qui s'imbriquent, I'oxyde ayant une très petite dimension de grains et la phase métallique ayant une structure granulaire double comprenant des grains relativement petits (inférieurs-à 1,5,) et des grains plus gros dont le diamètre peut atteindre 8 r,, , constituant de préférence 28 à 35 % en volume du cermet environ.Parmi les cermets entrant dans le cadre de l'invention, les combinaisons qui contiennent, en plus de l'oxyde d'aluminium et de l'oxyde de magnésium, uniquement des diborures des métaux de transition du groupe IV, en particulier TiB2, possèdent les meilleures propriétés de frittage, sont stables dans des conditions de frittage sous vide et ont aussi les meilleures résistances à la flexion de tous les cermets étudiés.Cependant, les matières composites oxyde-borure présentent aussi une croissance granulaire rapide lors d'un chauffage à plus de 50 à 700C au-delà des températures normales de frittage de 1725 C. Pour des concentrations en borures inférieures à 30 % en volume, une croissance excessive des grains peut provoquer une rupture de la continuité tridimensionnelle du réseau des borures, indiquée par la réduction de la conductivité électrique du cermet et la détérioration de la résistance mécanique à moins de 4 200 bars.La discontinuité du squelette des borures provoque aussi une relaxation des contraintes de compression appliquées à la phase oxyde d'aluminium, et le diagramme caractéristique de franges observé le long des limites des grains d'alumine dans les structures à deux squelettes qui stimbriquent en lumière polarisée est absent dans les cermets ayant des grains isolés de diborures. La stabilité des phases d'alliage vis-à-vis de la croissance granulaire est nettement améliorée par des additions de-carbures et de nitrures, mais ces additions imposent aussi des températures plus élevées de frittage et en général une atmosphère formée par un gaz inerte au cours du frittage, car ces additions peuvent provoquer des interactions indésirables avec l'oxyde d'aluminium, sous vide, à des températures dépassant 1450 à 1500 C. Pour des concentrations élevées de carbures stoechiométriques ou presque stoachiomé- triques, la technique de frittage sous pression (compression à chaud) est préférable étant donné que les plus faibles tempé ratures nécessaires à la densification complète favorisent une réduction des interactions indésirables entre la phase des carbures et la phase de l'oxyde. La réduction de l'activité du carbone dans les monocarbures ayant de larges plages d'homogénéités, tels que TiC, par réduction de la teneur en carbone, réduit la tendance à l'interaction et améliore aussi le comportement au frittage les propriétés caractéristiques de ces cermets fabriqués par compression à froid et frittage sous gaz inerte sont égales à celles des cermets fabriqués par compression à chaud et sont supérieures en général à celles des outils fabriqués à partir des carbures stoechiométriques par l'un ou l'autre des deux procédés. Pour des raisons non encore élucidées, la résistance mécanique et les propriétés lors de l'utilisation sous forme d'outils, des cermets préparés à partir de nitrures et ayant de grands défauts d'azote, sont moins bonnes que celles des cermets fabriqués avec des composés stoechiométriques ou proches. Les tableaux et graphiques qui suivent correspondent aux caractéristiques d'un grand nombre d'outils ayant des compositions différentes, entrant dans le cadre de l'invention, concernant des cermets préparés spécialement à titre de comparaison et un cermetclassique Al203-TiC représentant les meilleures matières céramiques pour outils de coupe actuellement disponibles. On utilise trois conditions différentes d'essai, l'une d'usinage d'acier 4340, l'une d'usinage du superalliage Inconel 625 et l'une d'usinage du superalliage "Inconel" 718. On les appelle conditions A, B et C d'essais. Sauf indication contraire, les conditions d'essai indiquées dans les tableaux sont les suivantes. Condition d'essai A (essai dtusure et de fatigue thermomécanique) Acier 4340, dureté Rockwell C Ru=22 à 29, vitesse de coupe 305 m/min, vitesse d'avance 0,386 mm/tr, profondeur de coupe 1,27 mm, pas de fluide de refroidissement. Elément raporté SNG 433 ou SNG 633, bord de coupe aiguisé. Condition d'essai B (essai d'usinabilité de superalliage) "Inconel" 625, traité par recuit en solution, Rc = 29-35, vitesse de coupe 244 m/min, vitesse d'avance 0,178 mm/tr, profondeur de coupe 2,54 mm, pas de fluide de refroidissement. Elément rapporté SNG 633, bord aiguisé ou légèrement poli (rayon de-bord inférieur à 0,05 mm). Condition d'essai G (essai d'usinabilité de superalliage) "Inconel" 718, traité par recuit en solution, Rc = 27-32, vitesse de coupe 244 m/min, vitesse d'avance 0,178 mm/tr, profondeur de coupe 2,54 mm, pas de fluide de refroidissement. Elément rapporté SNG 433 ou SNG 633, bord aiguisé ou légèrement poli (rayon du bord inférieur à 0,05 mm). Les 8 exemples qui suivent sont représentatifs de certaines compositions selon l'invention et correspondent à 5 compositions particulières et à leur fabrication. EXEMPLE 1 On mélange soigneusement 64,00 O/o en poids de Al203, 1,00 56 en poids de MgO et 35 % en poids de TiB2, par broyage au broyeur à boulets pendant 30 h, avec un fluide de broyage qui est du naphta ou de l'eau. La suspension de poudre subit alors un séchage, puis on ajoute 6 % en poids de paraffine qui constitue un adjuvant de compression, avant hmogénéisa- tion de la matière dans un mélangeur et compression du mélange en poudre sous forme de pièces, à une pression de 420 bars. On entasse les ébauches à l'état cru dans des granulés d'oxyde d'aluminium ou sur des plaques de graphite revêtues de TiB2, on chasse la cire pendant un cycle de 3 h à 3500C sous vide, on assure un séchage .préalable pendant 1 h à 15000C, puis on assure un frittage à la densité maximale pendant un cycle d'une heure à 1700-17300C, sous vide. Le produit fritté a une dureté Rockwell A RA d'environ 94 et une résistance moyenne à la flexion de 9 450 bars. EXEMPLE 2 On place la suspension séchée de poudre de la composition de l'exemple 1 dans des moules de graphite et on comprime à chaud pendant 20 min à 1600-i7000C à une pression de 210 bars. On met alors l'élément comprimé à chaud à la forme voulue par découpe par la roue diamantée. La dureté Rockwell A du cermet comprimé à chaud est d'environ 94 et la résistance moyenne à la flexion est de 8540 bars. EXEMPLE 3 On traite un mélange contenant 63,50 % en poids de Al203, 1,50 56 en poids de MgO, 30 56 en poids de TiB2 et 5 S en poids de TiN comme décrit dans l'exemple 1 et on le fritte en 1 h et 30 min à 17200C sous vide. La dureté du cermet fritté est d'environ RA = 93,5 et la résistance moyenne à la flexion est de 7700 bars. EXEMPLE 4 On traite un mélange contenant 60 % en poids de Al203, 1,70 56 en poids de MgO, 10 56 en poids de TiB2 et 28,3 56 en poids de carbonitrure (Tî0,83Lo0,17) (Co,86N0,i4)o,9î comme décrit dans l'exemple 1, on fait subir un frittage préalable aux ébauches dont la cire a été chassée pendant 1 h à 14500C sous vide, puis on les fritte pendant 2 h à 1810-18300C dans une atmosphère contenant 99 56 en volume d'hélium et 1 '$ en volume d'azote. La dureté du cermet fritté est RA = 93 environ et la résistance moyenne à la flexion est de 7910 bars. EXEMPLE 5 On comprime à chaud la suspension séchée de poudre ayant la composition de l'exemple 4 pendant 30 min à 18000C dans des moules de graphite, et on coupe les ébauches formées à la configuration voulue. La dureté du cermet comprimé à chaud est RA = 92 environ, la résistance moyenne à la flexion étant de 8610 bars. EXEMPLE 6 On traite un mélange contenant 59,40 % en poids de Al203, 1,60 56 en poids de MgO, 18 % en poids de TiB2 et 21 56 en poids de TiC0,65 comme décrit dans l'exemple 1, puis on fait subir aux ébauches dont la cire a été chassée, un frittage préalable d'une heure à 135b0C sous vide, puis un frittage pendant 2 h à 18250C sous hélium à pression ambiante La dureté Rockwell des cermets frittés est Rua = 93,2 environ et la résistance moyenne à la flexion est de 8850 bars g EXEMPLE 7 On comprime à chaud la suspension séchée de poudre ayant la composition de l'exemple 6 pendant 25 min à 18000C dans un récipient de graphite, et on découpe l'ébauche obtenue à la configuration voulue.La dureté du cermet comprimé à chaud est RA = 94 environ, et la résistance moyenne à la flexion est de 8400 bars. EXEMPLE 8 On traite un mélange contenant 43,70 56 en poids de Al203, 1,30 % en poids de MgO et 55 56 en poids de HfB2 comme décrit dans l'exemple 1, et on fritte pendant 1 h à 17500C sous vide. Le cermet fritté a une dureté RA de 93 environ et une résistance moyenne à la flexion de 7770 bars. Les résultats des essais et les caractéristiques des compositions d'alliages décrites dans ces exemples, d'autres outils selon l'invention et d'un outil connu Al203-TiC, soumis aux conditions d'essai indiquées précédemment, figurent dans les tableaux I, Il et III et sont représentés sur les figures 3a, 3b, 4, 5 et 6. Les figures 3a et 3b représentent d'une part l'usure moyenne du coin et des flancs et d'autre part la profondeur du cratère, en fonction du temps de coupe d'un outil, ayant une composition globale comprenant 63,3 56 en poids de Al203, 1,756 en poids de MgO et 35 % en poids de TiB2, dans la condition d'essai A. La figure 4 représente la vitesse moyenne de formation de cratères dans les outils préparés à partir de cermets Al203(Mg0)-TiB2 en fonction de la teneur an TiB2, dans la condition d'essai A. La figure 5 représente la variation du temps moyen de coupe jusqu'à la fracture du bord, en ordonnées (fatigue) pour les outils préparés à partir de cermets Al203(Mg0)-TiB2, en fonction de la teneur an TiB2, et elle indique aussi le temps de coupe jusqu'à fracture du bord d'un outil connu et d'une matière composite connue Al203-TiC comprimée à froid et frittée, dans la condition d'essai A. Ces outils connus sont repérés par les traits interrompus repérés par les flèches. TABLEAU I - Usure des outils des exemples 1 à 8, comparés à un carmet du commerce. Conditions d'assai A. Outil Temps total de Entaille au Usure du Usure de Ligne d'é- Profendeur Remarques coupe, min coin, coin, flanc, oaillage, du cratère, Exemple 1 10,57 - 200 230 230 13 " 30,02 Exemple 2 10,00 - 230+ 250 280 13 " 29,80 écaillé écaillé 480 530 n.d. dracture du coin Exemple 3 6,9 écaillé écaillé 250 250 Exemple 4 7,1 écaillé écaillé 200+ 230 du coin Exemple 5 10,17 - 180 180+ 200 114 " 14,30 écaillé écaillé 230 250 n.d. fracture du coin Exemple 6 8,10 écaillé écaillé 150 200 du coin Exemple 7 10,08 - 180 160+ 200 13 " 19,60 75 écaillé 350 430 n.d. fracture du coin Exemple 8 10,36 - 250 280 330 14 fracture du coin " 17,61 du flanc Cermet Al2O3 TiC 10,11 - 180- 180+ 200 10 " 12,32 écaillé écaillé 230 250 14 fracture du coin Tableau II - Usure des outils des exemples 1 à 8 et d'autres outils d'essai, comparés à un cermet du commerce. Condition d'essi B. Outil Temps total de Entaille du Usure du Usure du Entaille à Usure ar- Profondeur Remarques coupe, main coin, coin, flanc, la ligne rière des du cratère, d'écailla- bords ge Exemple 1 3,78 150 450 900 350 50 53 Exemple 2 3,93 230 550 1100 480 50 (50) Exemple 3 3,25 300 200 400 950 25 43 Exemple 4 3,17 400 450 580 1150 25 38 Exemple 5 3,63 250 230 400 650 38 50 Exemple 6 3,34 250 400 550 800 50 (50) Exemple 7 4,01 200 530 800 1050 50 55 Exemple 8 3,43 400 600 1100 400 55 50 écaillé Outil A 4,33 200 280 400 780 69 (69) Outil B 4,16 150 500 1000 900 64 (64) Outil C 4,47 150 550 900 600 50 (50) Cermat Al2O3 Tic 1,41 150 100 300 400 - 20 fissure à la ligne d'écaillage " 1,43 150 écaillé - - flene brisé Outil A : exemple 3, fritté sous pression Outil A : 69 Al2O3, 1,0 MgO, 30 TiB2, fritté sous vide Outil C : 72 Al2O3, MgO, 27 TiB2, fritté sous vide TABLEAU III - Usure des outils des exemples 1 à 8. Condition d'essai C. Outil Temps total de Entaille au Usure du Usure du Entaille à Usure ar- Profondeur Remarques coupe, min coin, coin, flane, la ligne rière des du cratère, d'écailla- bords ge, Exemple 1 3,46 300 250 400 330 - réguli re du bord Exemple 3 3,25 500 200 400 1900 - écaillé Exemple 5 2,86 300 300 250 1500 - grossière d'usure au coin Exemple 7 2,35 1250 250 250 1050 - importante au coin La figure 6 représente la variation de l'usure moyenne du coin et du flanc d'un outil ayant une composition globale contenant 69 % en poids de Al203, 1 56 en poids de MgO et 30 56 en poids de TiB2, en fonction du temps de coupe lors de l'usinage d"'Inconel" 625 dans les conditions suivantes vitesse de coupe 305 m/min, avance 0,130 /tir, profondeur de coupe 1,27 mm, pas de fluide de refroidissement. Configuration de ltoutil SNG 433, bords aiguisés. On note sur les courbes des figures 3a, 3b, 4, 5 et 6 et sur les tableaux I à III que les outils selon l'invention ont une excellente résistance à la fatigue lors de l'usinage des aciers par rapport aux outils céramiques destinés à des applications analogues, les vitesses de formation de cratère étant sensiblement égales à celles de l'outil du commerce, alors que les vitesses d'usure du flanc sont en moyenne légèrement supérieures au cours de la période d'usure des outils. Les bonnes caractéristiques des superalliages pour des vitesses élevées de retrait de métal et sans fluide de refroidissement indiquent une résistance mécanique élevée des bords et une résistance élevée à la déformation thermique des cermets selon l'invention.On pense que l'acide borique, formé par oxydation superficielle du borure du cermet au cours de l'usinage, constitue un lubrifiant entre l'outil et la pièce et contribue donc aux bonnes caractéristiques des matières pour outils lors de l'usinage des superalliages avec des vitesses élevées de coupe. Les tableaux IV et V qui suivent contiennent les résultats obtenus avec un certain nombre d'outils préparés à partir de compositions selon l'invention, dans la condition d'essai A. On note d'après les résultats que de nombreux alliages des tableaux IV et V, même lorsqu'ils sont fabriqués dans des conditions optimales, ne sont pas compris dans les plages de compositions qu'on considère comme concurrentielles pour les matières existantes d'outil, dans le domaine envisagé d'application, mais on a incorporé ces compositions afin qu'elles indiquent clairement les limites utiles des alliages selon l'invention. Le tableau VI contient les résultats obtenus avec des outils fabriqués en matière composite sans borure toujours dans la condition d'essai A. TABLEAU IV - Liste de cermets oxyde-borure (durée d'outil dans la condition d'essai A) Composition globele du cermet, Procédé de Temps moyen de cou- Remarques % en poids fabrication (*) pe avant fracture du bord, min 84,5 Al2O3, 0,5 MgO, 15 TiB2 vide 4,6 traces de porosité " PS 4,3 TiB2 grossier " gaz 2,3 faible porosité, gros sier 84,0 Al2O3, 1,00 MgO, 15 TiB2 vide 6,0 " PS 6,0 " gaz 4,6 tracee de porosité 83,5 Al2O3, 1,5 MgO, 15 TiB2 vide 7,3 " PS 6,6 " gaz 4,2 79,5 Al2O3, 0,5 MgO, 20 TiB2 vide 6,6 " PS 5,0 grains grossiers " gaz 2,4 79,0 Al2O3, 1,0 MgO, 20 TiB2 vide 9,5 " PS 9,0 " gaz 6,6 78,5 Al2O3, 1,5 MgO, 20 TiB2 vide 9,3 " PS 10,0 " gaz 5,6 grains grossiers 78,0 Al2O3, 2,0 MgO, 20 TiB2 vide 8,0 " PS 7,0 " gaz 4,3 grains grossiers TABLEAU IV (suite) Composition globale du cermet, Procédé de Temps moyen de cou- Remaroues % en poids fabrication (*) pe avant fracture du bord, min 74,5 Al2O3, 0,5 MgO, 25 TiB2 vide 7,5 " PS 6,2 grains grossiers " gaz 6,6 grains grossiers 69,5 Al2O3, 0,5 MgO, 30 TiB2 vide 14 " PS 17 " gaz 9 faible porosité 69,0 Al2O3, 1,0 MgO, 30 TiB2 vide 22 " PS 14 grain grossier " gaz 12 68,5 Al2O3, 1,5 MgO, 30 TiB2 vide 26 " PS 16 grain grossier " gaz 19 68,0 Al2O3, 2, OMgO, 30 TiB2 vide 18 " PS 15 " gaz 19 67,0 Al2O3, 3,0 MgO, 30 TiB2 vide 18 " PS 14 " gaz 16 65,0 Al2O3, 5,0 MgO, 30 TiB2 vide 13 " PS 8,8 " gaz 11 - TABLEAU IV (suite) Composition globale du cermet, Procédé de Terps moyen de cou- Remarques % en poids fabrication (*) pe evant fracture du tour, min 65,0 Al2O3, 5,0 MgO, 30 TiB2 vide non essayé porosité " PS 5,6 " gaz non essayé porosité 64,5 Al2O3, 0,5 MgO, 35 TiB2 vide 11 faible porosité " PS 31 " gaz 9,6 faible porosité 64,0 Al2O3, 1,0 MgO, 35 TiB2 vide > 30 pas essayé jusqu'à destruction " PS 30 " gaz 16 grain grossier 63,5 Al2O3, 1,5 MgO, 35 TiB2 vide 48 " PS 34 " gaz 11 grain grossier 63,0 Al2O3, 2,0 MgO, 35 TiB2 vide 35 " PS 41 " gaz 14 grain grossier 61,5 Al2O3, 0,5 MgO, 38 TiB2 vide 46 pas essayé jusqu'à destruction " PS 6 faible porosité 61,0 Al2O3, 1,0 MgO, 38 TiB2 vide 43 " PS 18 grain grossier TABLEAU IV (suite) Composition globale du cermet, Procédé de Temps moyen de cou- Remarques % en poids febrication (*) pe avant frecture du tord, min 60,5 Al2O3, 1,5 MgO, 38 TiB2 vide 35 " PS 29 60,0 Al2O3, 2 MgO, 38 TiB2 vide 33 " PS 36 66,5 Al2O3, 0,5 MgO, 43 TiB2 vide 26 " PS 26 66,0 Al2O3, 1,0 MgO, 43 TiB2 vide 29 " PS 26 65,5 Al2O3, 1,5 MgO, 43 TiB2 vide 37 " PS 16 grain grossier 49,5 Al2O3, 0,5 MgO, 50 TiB2 vide 19 49,0 MgO, 1,0 MgO, 50 TiB2 vide 26 " PS 19 48,5 MgO, 1,5 MgO, 50 TiB2 vide 23 39,5 Al2O3, 0,5 MgO, 60 TiB2 vide 8,6 39,0 Al2O3, 1,0 MgO, 60 TiB2 vide 4,9 24,5 Al2O3, 0,5 MgO, 75 TiB2 vide 2,9 " PS 1,4 faible porosité 24 Al2O3, 1,0 MgO, 75 TiB2 vide 3,6 " PS 1,9 traces de porosité 65,0 Al2O3, 1,0 MgO, 34 ZrB2 vide 9,4 " PS 4,6 porosité TABLEAU IV (suite) Composition globale du cermet, Procédé de Temps moyen de cou- Remarques % en poids fabrication (*) pe avant fracture du bord, min 64,5 Al2O3, 1,5 MgO, 34 ZrB2 vide 8,4 " PS 3,6 traces de porosité 51,0 Al2O3, 1,0 MgO, 48 HfB2 vide 12 " PS 13 39,5 Al2O3, 0,5 MgO, 60 HfB2 vide 21 " PS 16 63,5 Al2O3, 1,5 MgO, 35 VB2 vide 1,4 poreux " PS 6,6 55,7 Al2O3, 1,3 MgO, 43 VB2 vide 1,9 poreux 59,0 Al2O3, 1,0 MgO, 40 NbB2 vide 3,2 faible porosité 58,5 Al2O3, 1,5 MgO, 40 NbB2 vide 2,6 " 49,0 Al2O3, 1,0 MgO, 50 NbB2 vide 1,4 " 48,5 Al2O3, 1,5 MgO, 50 NbB2 vide pas essayé très poreux 44,0 Al2O3, 1,0 MgO, 55 TaB2 vide 3,2 grain grossier 34,0 Al2O3, 1,0 MgO, 65 TaB2 vide 1,4 poreux, grain gros sier " PS 6,4 64,0 Al2O3, 1,0 MgO, 35 CrB2 vide pas essayé très poreux " PS 5,8 54,0 Al2O3, 1,0 MgO, 45 CrB2 vide pas essayé très poreux " PS 4,2 44,0 Al2O3, 1,0 MgO, 55 MoB2 vode 1,9 poreux " PS 3,8 - TABLEAU IV (suite) Composition globale du cermet, Procédé de Temps moyen de cou- Remarques % en poids fabrication (*) pe avant fracture du bord, min 50,0 Al2O3, 1,0 MgO, 25 TiB2, 24 HfB2 vide 23 64,0 Al2O3, 1,0 MgO, 25 TiB2, 10 CrB2 PS 21 60,0 Al2O3, 1,0 MgO, 25 TiB2, 14 ZrB2 vide 18 64,0 Al2O3, 1,0 MgO, 25 TiB2, 10 VB2 PS 19 44,0 Al2O3, 1,0 MgO, 40 HfB2, 15 CrB2 vide pas essayé poreux " PS 22 44,0 Al2O3, 1,0 MgO, 42 HfB2, 13 NbB2 vide 4,4 poreux " PS 17 * vide = fritté sous vide entre 1650 et 1730 C PS = fritté sous pression entre 1600 et 1780 C gaz = fritté en atmcsphère de gaz rare à pression embiante TABLEAU V - Liste de cermets oxyde-borure ayant des additions d'alliege (durée des outils dans la condition d'essai A. Composition globale du cermet, Procédé de Temps moyen de cou- Remarques % en poids febrication (*) pe avant fracture du bord, min 64,0 Al2O3, 1,0 MgO, 30 TiB2, 5 TiN vide 6,5 faible porosité " PS 27 " gaz 21 64,0 Al2O3, 1,0 MgO, 25 TiB2, 10 TiN0,67 vide 5,6 " PS 7,3 " gaz 6,9 62,4 Al2O3, 1,6 MgO, 18 TiB2, 18 TiN vide 3,2 faible porosité " gaz 8,9 59,5 Al2O3, 0,5 MgO, 10 TiB2, 30 TiN vide 4,4 " gaz 8,2 59,5 Al2O3, 0,5 MgO, 29 TiB2, 11 TiN vide 2,2 faible porosité " gaz 2,9 faible porosité 50 Al2O3, 1,50 MgO, 24,25 TiB2, porte porosité en 24,25 Ti(N0,5N0,5) gaz 6,6 surface " PS 9,6 62,5 Al2O3, 1,5 MgO, 18 TiB2, forte porosité en 18 Ti(C0,5N0,5) 0,8 gaz 4,3 surface " PS 11 64,0 Al2O3, 1,0 MgO, 30 TiB2, 5 TiC0,55 vide 8,7 traces de porosité " PS 32 " gaz 28 - TABLEAU V (suite) Composition glotale du carmat, Procédé de Temps moyen de cou- Remarques % en poids fabrication (*) pe avant fracture du bord, min 64,0 Al2O3, 1,0 MgO, 25 TiB2, 10 TiC0,92 vide " PS 24 " gaz 27 64,0 Al2O3, 1,0 MgO, 20 TiB2, 15 TiC0,90 vide " PS 22 " gaz 20 64,0 Al2O3, 1,0 MgO, 10 TiB2, 35 TiC gaz 3,9 faible porosité " PS 7 59,5 Al2O3, 0,5 MgO, 29 TiB2, 11 TiC gaz 16 " PS 6 grain grossier 60,7 Al2O3, 1,3 MgO, 24 TiB2, 14 (Ti0,83 Mo0,17) (C0,86 N0,14) 0,91 gaz 23 " PS 5,5 grain grossier 40,0 Al2O3, 1 MgO, 49 HfB2, 11 TiN vide 6,9 " PS 17 " gaz 19 40 Al2O3, 1 MgO, 49 HfB2, 11 TiC0,92 gaz " PS 16 62,5 Al2O3, 30 TiB2, Ni, 1,5 Mo vide 17 défaillance finale par usure 57,5 Al2O3, 20 TiB2, 6 Ni, 15 TiN, 1,5 Mo vide 7,9 faible porosité " gaz 6,1 " TABLEAU V (suite) Composition globale du cermet, Procédé de Temps moyen de cou- Remarques % en coids fabrication (*) pe avant fracture du bord, min 57,5 Al2O3, 20 TiB2, 6 Ni, 15 TiC, 1,5 Mo vide 14 faible porosité " gaz 3 faible porosité 63 Al2O3, 33 TiB2, 4 Fe vide 19 défaillance finale par usure " gaz 6,9 faible porosité 62 Al2O3, 32 TiB2, 6 WC vide 21 " gaz 9 grain grossier (*) légende, voir tableau IV TABLEAU VI - Liste de cermets sans borure fabriqués à titre de comparaison (dur6e d'outil dans la condition d'essai A). Composition globale du cermet, Procédé de Temps moyen de cou- Remarque % en poids fabrication (*) pe avant fracture du bord, min 78,5 Al2O3, 1,5 MgO, 20 TiB gaz 5,8 - " PS 7,6 64,0 Al2O3, 0,5 MgO, 35,5 TiC gaz 4,6 faible porosité " PS 10,6 64,0 Al2O3, 1,0 MgO, 35 TiC0,92 gaz 10,2 " PS 11,2 63,5 Al2O3, 1,5 MgO, 35 TiC gaz 8,1 " PS 10,8 59,5 Al2O3, 0,5 MgO, 40 TiC gaz 4,4 faible porosité " PS 8,6 58,5 Al2O3, 1,5 MgO, 40 TiC gaz 9,1 " PS 6,4 grain grossier 63,0 Al2O3, 1,7 MgO, 35,3 TiN vide 5,4 " PS 9,4 " gaz 8,9 50,0 Al2O3, 1,5 MgO, 48,5 TiN vide pas essayé " PS 7,6 " gaz 6,3 68,7 Al2O3, 30, 3 TiN PS 14 bord chanfreiné 66,2 Al2O3, 2 Ni, 0,5 Mo, 30,3 TiN PS pas essayé poreux, grain grossier 70 Al2O3, 30 TiC(C0,5N0,5) PS 9,9 - TABLEAU VI (suite) Composition globale du cermet, Procédé de Temps moyen de cou- Remarques % en poids prépration (*) pe avant fracture du bord, min 63,3 Al2O3, 2 Ni, 0,5 Mo, 34 (Ti0,83 Mo0,17) (C0,86 N0,14)0,91 PS 0,9 poreux 60 Al2O3, 1,5 MgO, 38,5 (Ti0,83 Mo0,17) (C0,86 N0,14) 0,91 gaz 13,2 " PS 6,7 grain grossier 50 Al2O3, 1,5 MgO, 48,5 (Ti0,83 Mo0,17) (C0,86 N0,14) 0,91 gaz 10,1 " PS 8,6 60 Al2O3, 1,5 MgO, 38,5 (Ti0,75 Mo0,25) (C0,80 N0,20) 0,90 gaz 6,2 " PS 10,2 60 Al2O3, 1,5 MgO, 38,5 (Ti0,7 Mo0,3) (C0,82 N0,18) 0,85 gaz 1,9 " PS 3,6 63,5 Al2O3, 1,5 MgO, 35 (Ti0,8 Mo0,1 Cr0,1) (C0,8N0,2) gaz 8,0 " PS 4,1 grain grossier 69 Al2O3, 32 Ti(N0,75 O0,25) PS 2 fines fiasures dans l'outil 68 Al2O3, 32 Ti(C0,75 O0,25) PS 2 " 45 Al2O3, 0,5 MgO, 54,5 HfC PS 7,5 44,5 Al2O3, 0,5 MgO, 55 HfN PS pas essayé poreux TABLEAU VI (suite) Composition globale du cermet, Procédé de Temps moyen de cou- Remarque % en poids bréparation (*) pe avant fracture du bord, min 46,5 Al2O3, 0,5 MgO, 53 Hf(C0,5 N0,5) PS 4 54,5 Al2O3, 0,5 MgO, 45 (Hf0,75 Ti0,25 (N0,75 O0,25) PS pas essayé fines fissures dans l'outil 60 Al2O3, 40 ZrN PS 4,4 60 Al2O3, 40 (Zr0,75 Ti0,25) (N0,75 O0,25) PS 9,1 64 Al2O3, 36 (Ti0,5 Nb0,5)N PS 11 65 Al2O3, 35 (Ti0,5 V0,5)N PS 6,8 67 Al2O3, 33 T(Ti0,75 Nb0,25) (N0,75O0,25) PS 10,5 65 Al2O3, 0,5 MgO, 34,5 (Ti0,82 Cr0,18) (C0,82 N 0,18) PS 7,5 65 Al2O3, 35 (Ti0,78 Cr0,22) (C0,78 N0,22) PS 5,5 65 Al2O3, 35 (Ti0,65 Cr0,35) (C0,65 N0,35) PS 5,0 50 Al2O3, 50 (Ti0,78 Cr0,22) (C0,78 N0.22) PS 7,0 29 Al2O3, 71 (Ti0,78 Cr0,22) $(C0,78 N0,22)PS 6,6 80 TiC, 20 TiB2 gaz 1,6 rupture à la ligne d'écaillage 80 TiN, 20 TiB2 gaz 2,3 " Cermet du commerce Al2O3-TiC (PS) 12 bords charfreinés ré usinés afin qu'ils soient aiguisés On considère dans les paragraphes qui suivent, les effets des différentes additions d'alliage sur l'usinabilité, les propriétés et les caractéristiques des cermets selon l'invention. 1. L'addition de MgO améliore le frittage des compositions selon l'invention mais les concentrations élevées ont tendance à accroître la formation d'entailles dans les outils. Les concentrations optimales de MgO sont d'environ 0,2 à 0,6 56 du poids de la quantité de Ale03 pour les cermets destinés à ventre fabriqués par frittage sous pression, et ere 1 et 2 56 en poids de la quantité d'alumine dans le cas des matières préparées par compression à froid et frittage. 2. La résistance à l'usure et à la formation de cratères des outils diminue lorsque la teneur en borure augmente. Les cermets contenant les borures des métaux réfractaires de transition du groupe IV donnent les meilleures caractéristiques bien que la présence de quantités plus faibles, en général inférieures à 20 56 du poids du diborure d'un métal du groupe IV, de diborures d'autres métaux réfractaires de transition, puisse être tolérée sans variation importante des caractéristiques. L'utilisation de borures ne contenant qu'un métal des groupes V et VI comme constitue ants borure dans les compositions d'alliage n'est pas recommandée, notamment à cause des mauvaises propriétés de frittage et de résistance mécanique de ces compositions.La vaporisation de l'ingrédient métal des cermets ayant des concentrations élevées de VB2 et CrB2 au cours du frittage sous vide provoque habituellement une porosité élevée et on met donc avantageusement ces compositions en forme par frittage sous pression. 3. Les additions des carbures, des nitrures et des carbonitrures ont un effet très prononcé sur la stabilité visà-vis de la croissance granulaire dans les alliages, mais accroissent les températures de frittage nécessaires à une densification complète et, notamment dans le cas des carbures, nécessitent l'utilisation d'une atmosphère de frittage formée par un gaz inerte. Parmi les composés disponibles des métaux de transition, les carbures, carbonitrures et nitrures des métaux de transition du groupe IV qui peuvent entre alliés à de petites quantités de métaux de transition des groupes V et VI, sont avantageux. Les cermets contenant des quantités importantes de ZrN et N:fM présentent un frittage difficile à la densité maximale et on les met donc avantageusement en forme par frittage sous pression. 4. L'addition de petites quantités de métaux ferreux (moins de 4 56 en poids) eventuellement alliés avec de petites quantités de métaux réfractaires de transition tels que le molybdène, le tungstène et le chrome, permet un abaissement de 50 à 750C de la température de frittage des cermets contenant des borures. Les outils préparés à partir de cermets alliés par un métal ferreux présentent une bonne durée avant fatigue et résistent moins bien à l'usure que les qualités qui ne contiennent pas un métal du groupe du fer. Les additions des métaux ferreux aux compositions des cermets contenant des proportions élevées de carbure, de nitrure ou de carbonitrure, ne sont possibles que lorsque les compositions doivent être frittées sous pression ; lors du chauffage d'éléments comprimés à froid avec de telles compositions, jusqutà la température de frittage, l'alliage ferreux a tendance à migrer vers la surface des pièces, tinté rieur des pièces frittées restant poreux. 5. On peut utiliser avantageusement des outils composites comprenant une couche d'un substrat tenace en carbure et une mince couche d'un cermet (moins de 0,7 mm), réduisant ainsi la sensibilité globale à la fracture des cermets dans les applications d'usinage. Un procédé qui convient à la formation de l'outil composite comprend l'électrodépo- sition d'une mince plaque de cermet brut de frittage ou prévalablement usiné, à l'aide de nickel, et le brasage de la plaque revalue sur le substrat de carbure, à l'aide d'un alliage Cu-Ni-Ti. Les caractéristiques d'usure des outils composites préparés de cette manière sont équivalentes à celles des outils en cermetspleins. Les résultats indiqués dans les tableaux et sur les figures sont représentatifs de nombreux autres alliages entrant dans le cadre de l'invention, réellement préparés et essayés. Il est évident d'après la comparaison des caractéristiques, que les compositions selon l'invention représentent un perfectionnement important des caractéristiques globales des outils connus utilisés pour l'usinage des aciers, notamment des outils d'usinage des superalliages avec des vitesses élevées d'enlèvement. Il est bien entendu que l'invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir de son cadre. REVENDICATIONS Composition de matière, du type qui comprend de l'oxyde d'aluminium, de l'oxyde de magnésium, des diborures de métaux réfractaires de transition, des nitrures et des carbures de métaux réfractaires de transition et des métaux d'alliage choisis dans le groupe qui comprend les métaux du groupes du fer, le chrome, le molybdène et le tungstène, ladite composition étant caractérisée en ce qu'elle contient au moins 48 % en poids d'oxyde d'aluminium, 5 à 50 % en poids des diborures des métaux réfractaires de transition, 0 à 35 % en poids de nitrures et carbures de métaux réfractaires de transition, et O à 6 56 en poids de métaux d'alliage. 2. Composition selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle est sous forme d'une matière frittée, l'oxyde d'aluminium et les ingrédients supplémentaires combinés formant deux réseaux séparés et continus mais imbriqués dans la structure frittée. 3. Composition selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que les diborures des métaux réfractaires de transition sont des diborures d'un métal choisi dans le groupe qui comprend le titane, le zirconium'et le hafnium. 4. Composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'elle contient 0,3 à 3 56 en poids d'oxyde de magnésium. 5. Composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les nitrures et carbures de métaux réfractaires sont des nitrures et carbures de métaux choisis dans le groupe qui comprend le titane, le zirconium, le hafnium, le vanadium, le niobium, le tantale, le chrome, le molybdène et le tungstène. 6. Composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que les diborures des métaux de transition sont sous forme, à raison de 20 % en poids au maximum, d'un diborure d'un métal choisi dans le groupe comprenant le vandium, le niobium, le tantale, le chrome, le molybdène et le tungstène, le reste du diborure d'un métal de transition étant un diborure d'un métal choisi dans le groupe qui comprend le titane, le zirconium et le hafnium. 7. Procédé de préparation d'une composition de matière selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend la préparation d'un mélange d'ingrédients d'alliage sous fluide ou gaz inerte, jusqu'à ce que le mélange ait une consistance uniforme et ait la granulométrie voulue, la compression du mélange à la configuration voulue, puis la frittage des ébauches ainsi formées à une température comprioeentre 1650 et 183O0C, sous vide ou en atmosphère de gaz inerte. 8. Procédé de préparation d'une composition de matière selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend la préparation d'un mélange des ingrédients d'alliage sous fluide ou gaz inerte, jusqu'à ce que le mélange ait une consistance uniforme et ait la granulométrie voulue, le frittage sous pression du mélange pendant 15 à 60 min à une température comprise entre 1650 et 1830 C, et la mise de l'ébauche ainsi formée à la configuration voulue par découpe à la configuration et à la dimension voulues. 9. Procédé selon l'une des revendications 7 et 8, caractérisé en ce qu'il comprend de plus la fixation d'une mince plaque formée par l'ébauche frittée sur un outil de coupe en carbure afin que l'ensemble forme un outil composite de coupe.