Brevet FR2379613A1 — publié le 19780901

La présente invention concerne un alliage à base de carbure de vanadium et son procédé de fabrication. On connaît déjà les aciers rapides dont la teneur globale en carbures est de 20 à 30 %. Ces aciers rapides présentent l'avantage d'être transformables (par forgeage, laminage etc), d'être usinables et d'être sensibles aux traitements thermiques. Toutefois la composition de ces aciers rapides ne peut pas être modifiée au-delà d'une certaine teneur en éléments d'alliages et en particulier celle du vanadium. La teneur de ce dernier dans les aciers rapides varie généralement de I,5 à 8 % en poids. Or le vanadium a la propriété d'une part d'augmenter les caractéristiques d'abrasion et d'autre part d'augmenter la dureté car le vanadium forme des carbures nettement plus durs que ceux des autres éléments présents dans les aciers rapides.La limite de la teneur en vanadium en temps qu'élément d'alliage est due au fait qu'au cours de la fusion se forment de gros carbures primaires non dissous et non transformables. Cette limite est aussi valable dans le cas des aciers rapides préparés dans la voie de la métallurgie des poudres. En effet on utilise une poudre atomisée et une atomisation de l'alliage liquide donne aussi des gros carbures primaires. Du fait de la teneur limite en vanadium relativement faible, la dureté maximale que l'on peut obtenir avec les aciers rapides est de l'ordre de 63HRC. On connaît par ailleurs les carbures durs frittés dont la teneur globale en carbures est de 85 à 90 7. Ces carbures offrent l'avantage d'avoir une dureté bien supérieure à celle des aciers rapides puisqu'elle peut atteindre 80HRC mais ils présentent des inconvénients à savoir qu'ils ne sont ni transformables-ni usinables et par ailleurs ils sont insensibles aux traitements thermiques. La présente invention concerne un alliage de composition nouvelle lui donnant des propriétés intermédiaires entre celle des aciers rapides et des carbures durs frittés et présentant les avantages respectifs de ces deux catégories de corps. A cet effet cet alliage à base de carbure de vanadium est caractérisé en ce qu'il comporte de IO à 40 7 en poids de carbure de vanadium, de 6 à I2 % en poids de carbure de tungstène , de 0,5 à I,5 % en poids de carbone et du fer pour le reste. De préférence la teneur én carbure de vanadium est voisine de 25 %. La présence du carbure de vanadium en proportions importantes donne à l'alliage suivant l'invention une dureté élevée et des propriétés d'abrasion. La dureté que l'on peut obtenir pour cet alliage est comprise entre 70 et 77 HRC. Comme on l'a vu précédement la teneur en carbure de vanadium peut atteindre 40 %. Dans ce cas on obtient un accroissement de dureté mais le produit obtenu est plus difficilement transformable. Le carbure de tungstène présent dans l'alliage facilite le frittage rentre partiellement en solution avec le fer et le carbure de vanadium. L'alliage suivant l'invention peut être transformé par forgeage, laminage etc, il est usinable, sensible aux traitement thermiques et il présente une structure homogène, comme les carbures durs frittés. Des essais ont été effectués avec des alliages ayant la composition suivante a) WC I2 % VC 25 7 C 0,5 à 1,2 % Fe complément b) WC 6 7 VC 25% C I à 1,5 7 Fe complément Ces alliages ont été réalisés en utilisant un procédé de métallurgie analogue à celui employé pour la fabrication de carbures du type CO + WC, c'est-à-dire un mélange des éléments constitutifs suivi d'une compression et d'un frittage On utilise comme matériaux de départ, de la poudre de fer de granulométrie 5 - IO Z (fer,carbonyle) de la poudre de carbure de tungstène de qualité industrielle (grosseur des particules I,5 r en moyenne), de la poudre de carbure de vanadium dont la grosseur des particules est de I,5 à 2 r , et du graphite à haute pureté très fin. On met ces éléments/suivant suivant les quantités respectives indiquées en a et b ici dessus, dans un récipient puis on les mélange pendant 40 heures. On effectue le mélange en milieu liquide comportant par moitié de l'eau etc moitié de l'alcool éthylique. On sèche ensuite la poudre dans une étuve sous vide à 1100 C. On effectue enfin la compression des pièces de différentes dimensions dans des matrices (compression unilatérale, bilatérale ou isostatique). Dans le cas des échantillons considérés on effectue une compression unilatérale sous une charge de 75 000 N/cm2. On effectue le frittage à la température de I2200C pendant 2 heures dans une atmosphère d'hydrogène comportant I % de CH4. Cette atmosphère favorise la désoxydation et évite la décarburation des échantillons. On a également essayé une autre atmosphère ayant la composition suivante : N2 75 7, R2 23 %, CE4 2 %.L'avantage de cette dernière atmosphère est qu'une légère nitruration a lieu et qu'en outre un dépôt et une diffusion superficielle de carbone se produisent qui protègent les éprouvettes contre une décarburation excessive au cours de la transformation ou des traitements thermiques. I1 est à noter que l'alliage suivant l'invention, comme cela est le cas des aciers rapides, est très sensible à la décarburation. On forge ensuite les éprouvettes ainsi frittées, qui ont une densité uniforme de l'ordre de 91 à 96 %, dans des matrices permettant de donner une forme aux éprouvettes proche des dimensions souhaitées. La température de forgeage est de II50 OC et l'atmosphère du four de forge légèrement réductrice. Après le forgeage on trempe les éprouvettes à l'huile. Après forgeage la densité des éprouvettes est de 98 à 99 7. La dureté des éprouvettes forgées est déjà de 70 à 72 HRC. Des traitements thermiques additionnels (trempe de II50 à I2300 suivie de revenus de 400 à 6000C)conduisent à des modifications de la dureté et de la structure, sans affecter la grosseur des grains. La dureté peut oestre diminuée ou augmentée encore jusqu'à une valeur de 75 à 77 HRC. Le inÀintien à la température avant la trempe conduit en outre à une densification des éprouvettes. L'alliage suivant l'invention peut être avantageusement utilisé pour la réalisation de petits outils de coupe rapide travaillant dans des conditions difficiles. Cet alliage a par ailleurs des propriétés abrasives excellentes et son prix de revient est relativement bas et il peut constituer des outils économiques du fait qu'il ne nécessite pas d'usinage. R E V E N D I C A T I O N S I - Alliage à base de carbure de vanadium caractérisé en ce qu'il comporte de IO à 40 % en poids de carbure de vanadium, de 6 à I2 7 en poids de carbure de tungstène, de 0,5 à 1,5 % en poids de carbone et du fer pour le reste. 2 - Alliage suivant la revendication I caractérisé en ce qu'il comporte environ 25 % en poids de carbure de vanadium. 3 - Procédé de fabrication d'un alliage à base de carbure de vanadium suivant la technique de la métallurgie des poudres caractérisé en ce que l'on mélange, en milieu liquide,t de 10 à 40 % en poids d'une poudre de carbure de vanadium, de 6 à I2 % en poids d'une poudre de carbure de tungstène, de 0,5 à I,5 7 de poudre de graphite à haute pureté très fin et de la poudre de fer pour former le complément à cent pour cent, on sèche ensuite la poudre dans une étuve sous vide à IIOOC environ, on comprime la poudre dans une matriceeton effectue un frittage de la poudre comprimée à une température de I2200C pendant 2 heures environ. 4 - Procédé suivant la revendication 3 caractérisé en ce qu'on effectue le frittage sous une atmosphère d'hydrogène comportant -I % en volume de C H4. 5 - Procédé suivant la revendication 3 caractérisé en ce qu'on effectue le frittage dans une atmosphère comprenant essentiellement de l'azote et de l'hydrogène et ayant par exemple la composition 75 % N2, 23 % H2, et 2 7 CR4. 6 - Procédé suivant l'une quelconque des revendications 3 à 5 caractérisé en ce qu'après frittage on forge les éprouvettes dans des matrices à une température de l'ordre de II5Q C et dans une atmosphère de préférence légèrement réductrice, puis après forgeage on effectue une trempe à l'huile des éprouvettes. 7 - Procédé suivant la revendication 6 caractérisé en ce qu'après la trempe à l'huile on effectue des traitements thermiques trempe de II50 à I2300 suivie de revenus de 400 à - 6000 C) pour modifier la dureté et la structure.