Brevet FR2415668A1 — publié le 19790824

La presente invention se rapporte a une pièce d'usure en métal dur, en particulier pour outils, qui comporte, sur un corps de base en métaldur, un revetement consistant en composés du titane avec le carbone et l'azote. Elle comprend également un procédé pour la préparation de ces pièces en métal dur. On utilise des pièces en métal dur à la fois pour le façonnage avec enlèvement de copeaux et pour le façonnage sans enlèvement de copeaux. Pour accroître la durée de service de ces pièces, on peut leur appliquer, comme décrit dans le brevet autrichien n0 318.934, une couche de revêtement qui consiste en un nitrure ou en un carbonitrure de métaux des groupes iVa à VIa de la Classification Périodique des Eléments, de préférence le titane. Comme les carbures déjà connus antérieurement, les nitrures ou carbonitrures sont déposés à la surface de la pièce de métal dur par décor position à la chaleur d'un mélange gazeux chargé d'halogénures métalliques. Les revêtements à base de nitrures ou de carbonitrures auraient une résistance accrue a l'usure provoquée par le copeau sur sa surface de dégagement et conduiraient par conséquent à une meilleure durée de service des plaques de coupe en métal dur. Dans le brevet autrichien n0 312.952, on part de la constatation qu'en raison d'un mécanisme différent dans l'usure de la surface de dégagement et l'usure de la surface libre, un revêtement des pièces de métal dur uniquement avec du nitrure de titane ou uniquement avec du carbonitrure de titane ne peut conduire dans la pratique aux meilleurs résultats. Pour cette raison et selon ce brevet, on applique sur les pièces en métal dur un revêtement consistant en composés du titane avec du carbone et l'azote dans des conditions telles que, au voisinage du corps de base, la teneur en carbone est maximale, alors qu'au voisinage de la surface libre, c'est la teneur en azote qui est maximale. Toutefois, cette structure de la couche de matière dure a un inconvénient : la couche de phase eta produite a la surface du corps de base lors de la formation du carbure de titane conduit a une fragilisation du revêtement. La demanderesse a cherché å éviter cette difficulté et à mettre au point une pièce d'usure en métal dur portant, sur un corps de base en métal dur, un revêtement constitué de composés du titane avec du carbone et de l'azote, qui présenterait une résistance améliorée à la fois à l'usure provoquée par le copeau sur sa surface de dégagement et à l'usure de la surface libre, ainsi qu'une ténacité accrue par rapport à celle des reve tements connus. D'autres buts et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description ci-après. Ces buts et avantages ont été atteints conformément à l'invention dans une pièce d'usure en métal dur telle que définie ci-dessus mais dans laquelle le revêtement présente la teneur maximale en azote au voisinage du corps de base et la teneur maximale en carbone au voisinage de la surface libre. Dans un mode de réalisation préféré, on place entre le corps de base et le revetement consistant en nitrure de titane et carbure de titane une couche de transition ou couche limite en carbonitrure de titane. L'invention comprend en outre un procédé de préparation des pièces d'usure en métal dur décrites ci-dessus par déposition de composés du titane en phase gazeuse sur un corps de base en métal dur. Ce procédé se caractérise en ce que l'on fait d'abord agir sur le corps de base un mélange azote-halogénure de titane-hydrogène exempt d'hydrocarbures, et il se forme alors à la surface limite du carbonitrure de titane par prélèvement de carbone à la surface du métal dur, puis, toujours en faisant agir le mélange azote-halogénure de titane-hydrogène, on dépose des nitrures sur la couche de carbonitrure, et finalement on fait agir un mélange hydrocarbure-halogénure de titane-hydrogène, et il se forme alors par déposition une couche extérieure qui consiste en carbure de titane pur. De préférence, on opère en remplaçant peu à peu l'azote du mélange gazeux contenant un halogénure de titane par un hydrocarbure, en particulier le méthane. Dans le procédé selon l'invention, il se forme en première couche une couche de carbonitrure de titane car du carbone provenant de la surface du corps de base en métal dur diffuse dans la couche de nitrure qui se dépose, ceci sans formation d'une couche de phase eta qui amoindrirait la ténacité du revêtement. En meme temps l'adhérence est améliorée. En continuant de faire agir le mélange azote-halogénure de titane-hydrogène, on dépose encore du nitrure de titane et finalement, en remplaçant l'azote par un hydrocarbure, en particulier le méthane, on dépose une couche extérieure de carbure de titane. Dans la couche du revêtement, la ténacité diminue régulièrement de la couche de nitrure de titane à la couche de carbure de titane alors que la résistance à l'usure, comparativement à une pièce de métal dur revêtue directement de carbure de titane, augmente continuellement. Si, par conséquent, on travaille par enlèvement de copeaux une pièce à l'aide de la pièce d'usure en métal dur selon l'invention, la pression du copeau est absorbée par le carbure de titane, c'est-à-dire la plus dure des couches, elle se propage au travers de la couche de nitrure de titane un peu plus tenace et est ensuite transmise au corps de base en métal dur encore plus tenace. De cette manière, la couche intermédiaire de nitrure de titane exerce une sorte de fonction d'amortissement qui amoindrit l'usure de la couche extérieure dure par le copeau en dégagement. En même temps cependant, le carbure de titane, en raison de sa dureté, offre la meilleure résistance à l'usure de la surface libre. Ainsi donc, la structure en couches décrite permet de parvenir à une production et à une durée de service optimales spécialement lors du travail avec enlèvement de copeaux de pièces en aciers peu alliés et non alliés. L'exemple suivant illustre l'invention sans toutefois la limiter; dans cet exemple, les indications de parties et de Z s'entendent en poids sauf mention contraire. Exemple Après introduction des pièces de métal dur à revêtir dans le four, on chasse l'air du four par balayage à l'aide d'un courant de gaz sec consistant en azote et hydrogène chargé de chlorure de titane par passage dans un récipient de saturation rempli de Tical4. On porte ensuite la température à 9000C et on règle le débit d'hydrogène à pression normale à 250 I/h et le débit de l'azote à 950 l/h. On maintient ces conditions pendant 4 heures, toujours en saturant le mélange gazeux de tétrachlorure de titane. On porte ensuite la température à l.0100C et on remplace peu à peu l'azote par du méthane jusqu a ce qu'un mélange gazeux d'hydrogène et de méthane saturé de tétrachlorure de titane traverse le four sous une pression de 8 kPa, ce qui demande 2 heures. Le débit d'hydrogène est de 330 l/h et celui du méthane de 15 l/h, La durée de séjour des pièces de métal dur du début de revêtement par le carbure de titane pur jusqu'à la fin est de 5 heures. La couche appliquée de cette manière sur les corps de base en métal dur est épaisse au total de 7 microns. L'examen graphique du revêtement montre une couche de nitrure de titane de 2 microns d'épaisseur, puis une couche de carbonitrure de titane de 1 micron et finalement une couche de carbure de titane de 4 microns d'épaisseur. Lors du travail avec enlèvement de copeaux, le revêtement selon l'invention permet de parvenir à une augmentation de production d'environ REVENDICATIONS 1. Pièce d'usure en métal dur, en particulier pour outils, consistant en un corps de base en métal dur portant un revêtement constitué de composés du titane avec du carbone et de l'azote, la pièce se caractérisant en ce que le revetement présente la teneur maximale en azote au voisinage du corps de base et la teneur maximale en carbone au voisinage de la surface libre. 2. Pièce d'usure en métal dur selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte une couche de transition ou couche limite en carbonitrure de titane entre le corps de base et le revêtement consistant en nitrure de titane et carbure de titane. 3. Procédé de préparation d'une pièce d'usure en métal dur selon la revendication 1 par déposition de composés du titane en phase gazeuse sur un corps de base en métal dur, le procédé se caractérisant en ce que l'on fait d'abord agir sur le corps de base un mélange azote-halogénure de titane-hydrogène exempt d'hydrocarbures, et il se forme alors à la surface limite du carbonitrure de titane par prélèvement de carbone à la surface du métal dur, en poursuivant l'action du mélange azote-halogénure de titane-hydrogène on provoque la déposition de nitrure sur la couche de carbonitrure et finalement on fait agir un mélange hydrocarbure-halogénure de titane-hydrogène, provoquant ainsi la déposition d'une couche extérieure consistant en carbure de titane pur. 4. Procédé selon la revendication 3; caractérisé en ce que, dans le mélange gazeux contenant un halogénure de titane, on remplace peu à peu l'azote par un hydrocarbure, en particulier par le méthane. 50 Z par rapport à des plaques de coupe à évitement revêtues uniquement de carbure de titane ou de nitrure de titane; simultanément7 on constate une moins forte tendance aux ruptures.