Brevet FR2339677A1 — publié le 19770826

La présente invention concerne l'élaboration des alliages durs à base de carbonitrures de titane. tes alliages en question peuvent entre utilisés de la manière la plus efficace pour la fabrication des outils de coupe, dans l'industrie des métaux où l'on emploie actuellement des alliages durs déficitaires et onéreux à base de carbure de tungstène (,). On note actuellement une tendance dans l'industrie moderne à remplacer le tungstène dans la composition des alliages durs. tes succès les plus importants dans ce domaine ont été acquis en utilisant, à titre de substance de base des alliages durs, des carbures et des nitrures de titane ainsi que de leurs solutions cristallisées (solides). On cornait en métallurgie un alliage à base de carbure de titane avec un agglomérant au nickel-molybdène, qui, par sa dureté, sa charge de rupture à la flexion et ses caractéristiques de coupe des aciers se trouve au niveau des caractéristiques susdites pour les nuances appropriées d'alliages à base des solutions cristallisées de carbure de titane et de carbure de tungstène TiC-WC et de carbure de tungstène WC L'emploi, comme base d'alliages, d'une solution cristallisée de carbures et de nitrures de titane (de carbonitrures) répondant à la formule chimique générale TiCxNy est encore plus prometteur. On note à ce propos que les caractéristiques de coupe des alliages à base de TiCxNy sont supérieures aux caractéristiques analogues des alliages durs à base de carbure de titane TiC. On connaît déjà en métallurgie un alliage à base de carbonitrure de titane avec un agglomérant au nickel-molybdène répondant à la formule suivante : TiC0,4N0,6 + 11,5 Ni + 3,5 Mo. Cet alliage a une charge de rupture à la flexion élevée, égale à 125 kgf/mm2. Toutefois, ledit alliage a une dureté modérée de 87 HRA. On connaît également un alliage àbase de carbonitrure de titane avec un agglomérant à base de nickel molybdène de composition suivante : TiC0,6N0,4 + 11,5Ni + 3,5 Mo. Cet alliage présente une haute dureté de 91 HRA, mais sa charge de rupture à la flexion est modérée (85 kgf/mm2). Ces caractéristiques permettent de mettre en oeuvre lesdits alliages pour l'usinage des métaux par enlèvement de matière. Toutefois, par leurs caractéristiques physiques et mécaniques, lesdits alliages sont inférieurs à d'autres alliages à base d'une solution cristallisée de carbure de titane avec carbure de tungstène TiC-wU et de carbure de tungstène WC avec un agglomérant à base de cobalt, car on n'arrive pas à obtenir simultanément pour les alliages connus une haute dureté et une forme charge de rupture à la flexion, et d'atteindre, par conséquent de hautes caractéristiques en service. Le but de la présente invention est d'éviter les difficultés susdites. On s'est donc proposé de créer un alliage dur à base de carbonitrure de titane, dans lequel les proportions des constituants seraient choisies de manière à obtenir un alliage d'une haute dureté et présentant simultanément une forte charge de rupture à la flexion, tout en ayant de bonnes caractéristiques en service dans l'usinage des matériaux, caractéristiques qui seraient au niveau mme dans certains cas supérieurs aux caractéristiques des alliages à base de solution cristallisée de carbure de titane avec du carbure de tungstène TiC et de carbure de tungstène WC. La solution consiste à créer un alliage dur à base de carbonitrure de tungstène, contenant du nickel et du molybdène, lequel, suivant l'invention, contient (en poids) 9,5 à 49,5% de nickel 2,5 à 20,5 de molybd-+ne, la teneur en carbone étant linitée à 0,6% en poids, le carbonitrure de titane TiCXQfy ayant les proportions suivantes de constituants : x 0,45 à 0,55, y 0,41 à 0,55. Un écart par défaut des proportions des constituants par rapport aux limites inférieures ou par excès par rapport aux limites supérieures conduit respectivement soit à l'augmenstation de la dureté et à la diminution de la charge de rupture à la flexion de l'alliage, soit à l'augmentation de la charge de rupture à la flexion, et à la diminution de la dureté de l'alliage. Cela entraîne a son tour la baisse des caractéristiques de coupe des alliages durs en comparaison des caractéristiques de même nom des alliages durs à base d'une solution cristallisée de carbure de titane avec du carbure de tungstène TiC-WC, ét de carbure de tungstène WC. Il est avantageux que dans l'alliage dur à base de carbonitrure de titane le carbonitrure de titane contienne de l'oxygène à raison de 0,01 à 3,5% en poids et qu'il-soit caractérisé par les proportions suivantes des constituants : TiCxNyOz, z étant compris entre 0,003 et 0,14, et x+y+z étant égal à 1. Cela permet d'aboutir à un pliage d'une haute dureté et à une charge de rupture à la flexion élevée ayant aussi des caractéristiques de service avantageuses qui dépassent celles des alliages durs à base de carbure de tungstène WC et de la solution cristallisée du carbure de titane et du carbure de tungstène TiC - vC. L'alliage en question a d'ailleurs une faible porosité de 0,1 à 0,3%, une structure à grains fins de la phase carbonitrure et une distribution homogène de l'agglomérant métallique. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre de plusievrs exemples de réalisation concrets mais non limitatifs. EXEMPLE 1 On prend une charge composée de 15, en poids de Ni (nickel) 5% en poids de Mo (molybdène) et 80% en poids de carbonitrure de titane TiC0,5N0,5 contenant 0,300 en poids de carbone libre. On broie ce mélange dans un milieu d'alcool éthylique, dans un broyeur à boulets garni intérieurement d'un alliage dur Jusqu'à ce que la finesse des particules soit de 0,5 à 1,5 micron. Après le broyage on dessèche le mélange, on le triture avec une solution à 3% de caoutchouc synthétique, on dessèche, on granule et on moule sous pression des ouvrages sous forme de pastilles pour outils de coupe. On fritte ensuite les ouvrages dans un four discontinu à vide ou dans rrn four continu à vide à une température de 1500 C pendant 40 minutes sous une pression résiduelle de 5.10- à 10- mm de Hg. L'alliage obtenu a une dureté de 92 HRA, une charge de rupture à la flexion de 120 kgf/mm2, une porosité de 0,2% et une structure à grains fins homogène. Les essais montrent que la tenue à l'usure des outils de coupe fabriqués à partir de l'alliage suivant l'invention, dans la coupe de finition des aciers à haute teneur en carbone et d'aciers alliés est de 1,2 à 10 fois plus élevée que celle des nuances correspondantes des alliages durs connus à base de carbure de tungstène WC. EXEMPLE 2. On prend une charge contenant 22,5% en poids de Ni, 7,5% en poids de Mo et 70% en poids de carbonitrure de titane Ti C0,55N0,44O0,01 contenant 0,2% en poids de carbone libre. Le processus de préparation de l'alliage est analogue à celui qui est décrit dans l'exemple 1. On effectue le frittage à une température de 14600C pendant 40 minutes sous une pression résiduelle de 5.10-1 à 10- mm de Hg. On obtient en définitive un alliage d'une dureté de 9oHRA, d'une charge de rupture à la flexion de 156 kgf/mm2, d'une porosité de 0,1% et d'une structure à grain fin de la phase carbonitrure. L'alliage obtenu est destiné à l'usinage de serifinition des aciers, et par sa tenue à l'usure dépasse de 2 à 5 fois les nuances correspondantes des alliages à base de solution cristallisée de carbure de titane et de carbure de tungstène TiC EXEMPLE 3. On prend une charge contenant 30% en poids de Ni, 10% en poids de Mo et 60% en poids de carbonitrure de titane TiC0,447N0,55O0,003 comprenant 0,34 en poids de carbone libre. Le processus de préparation de l'alliage est analogue à celui de l'exemple 1. On fritte l'alliage dur à une température de 14500C pendant 40 minutes sous une pression résiduelle de 5.10- à 10- mm de Hg. On obtient un alliage d'une dureté de 89 HRA d'une charge de rupture à la flexion de 182 kgf/mm2, d'une porosité de 0,1% et d'une structure homogène à grains fins. L'alliage est destiné à l'usinage d'ébauche et discontinu des aciers, et il est capable de remplacer les alliages connus à base de solution solide de carbure de titane et de carbure de tungstène TiC - WC et de carbure de tungstène WC en dépassant par ses caractéristiques en service ces derniers. EXEMPLE 4. ON prend une charge contenant 9,5% en poids de Ni, 2,5% en poids de Mo et 88% en poids de carbonitrure de titane TiC0,5N0,5 contenant 0,1% en poids de carbone libre Le processus de préparation préalable de l'alliage est analogue à celui de l'exemple 1. On fritte l'alliage à une température de 1 5200C pendant 60 minutes sous une pression résiduelle de 10 mm de Hg; L'alliage dur obtenu a une dureté de 93 HRA , une charge de rupture à la flexion de 110 kgf/mm2, et est destiné à l'usinage de finition des aciers. EXEMPLE 5. On prend une charge contenant 49% en poids de Ni, 4,9% en poids de Mo et 46,1% en poids de-carbonitrure de titane TiC0,51N0,48 contenant 0,3% en poids de carbone libre. processus de préparation préalable de l'alliage est analogue à celui décrit dans l'exemple 1. On fritte l'alliage dans un four à vide à une température de 1390 C pendant 30 minutes sous une pression résiduelle de 5.10 mm de Hg. On obtient un alliage d'une dureté de 87 à 88 HRA et d'une charge de rupture à la flexion de 200 à 220 kgf/mm2. L'alliage est destiné à la fabrication de matrices, de filières pour le travail à chaud et à froid des métaux. EXEMPLE 6. On prend une charge contenant 20,5 en poids de Ni, 20,50 en poids de Mo et 59,' en poids de carbonitrure de titane TiC0,54N0 4500,01 contenant 0,25% en poids de carbone libre. processus de préparation de l'alliage est analogue à celui décrit dans l'exemple 1. On effectue le frittage à une température de 14500C pendant 80 minutes sous une pression résiduelle de 10- mm de Hg. On obtient un alliage d'une dureté de 88 à 89 kgf/mm2 et d'une charge de rupture à la flexion de 140 kgf/mm2. EXEMPLE 7. On prend une charge contenant 22,5% en poids de Ni, 7,5% en poids de Mo et 70% en poids de carbonitrure de titane TiC0,44N0,4200,14 contenant 0,6 en poids de carbone libre. Le processus de préparation préalable de l'alliage est analogue à celui décrit dans l'exemple 1. On fritte l'alliage à une température de 14500C pendant 60 minutes sous une pression résiduelle de 10 1 mm de Hg. On obtient un alliage d'une dureté de 92 HRA, d'une charge de rupture à la flexion de 130 kgf/mm2, d'une porosité de 0,2% et d'une structure homogène à grains fins. L'alliage dur obtenu a une haute stabilité lorsqu'il est utilisé pour la coupe continue ou discontinue des aciers. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés 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. Alliage dur à base de carbonitrure de titane, d type contenant du nickel et du molybdène, caractérisé en ce qu'il contient, en poids : 9,5 à 49,5,' de nickel, 2,5 à 20,5% de molybdène, la teneur en carbone étant limitée à 0,6% en poids, et le carbonitrure de titane de formule TiCxNy dans laquelle : x = 0,45 à 0,55 y = 0,41 à 0,55 ledit carbonitrure de titane contenant en outre éventuellement de l'oxygène. 2. Alliage dur à base de carbonitrure de titane suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le carbonitrure de titane contient de l'oxygène à raison de 0,01 à 3,5% en poids, et que les proportions de ses constituants répondent à la formule TiCxNyOz, dans laquelle z = 0,003 à 0,14 , x+y+z = t.