Brevet FR2432544A1 — publié le 19800229

La présente invention, due à Gabriel Mikhailovich SVERDLOV, Galina Nikolaevna TYATENKO, Mikhail Vladimirovich PIKUNOV,Svetlana Tanovna ROGOVA, Galina Zakharovna OBUKHOVA, Vitaly Pavlovich FEDULAEV,Anatoly Alexeevich OVCHINNIKOV, Nadezhda Petrovna Alexeeva, concorde la fabricatinn des outils de coupe, et plus précisément des mélanges abrasifs pour la fabrication d'outils de coupe. L'invention peut être utilisée de manière efficace pour la fabrication des meules à agglomérant métallique; En outre, l'invention peut être utilisée pour la fabrication des bâtons rodoirs, des têtes de rectification et d'autres types d'outils abrasifs. On connaît un mélange, pour la fabrication des outils de coupe à agglomérant métallique, qui contient un alliage cuivreétain (80S en poids de cuivre). Le procédé de fabrication des outils de coupe à partir mélange connu comprend des opérations de frittage du mélange à une température de 680 C et de pressage à la même température sous une pression de 1,5 t/cm. Les outils de coupe fabriqués à partir du mélange connu se caractérisent par une haute tenue (l'usure spëcifiquA des diamants utilisés pour la rectification des alliages durs est de G,2 à 0,5 mg/g), mais leurs propriétés de coupe ne sont pas suffisamment bonnes. Par exemple, en cas de rectification d'un alliage dur à la meule diamantée fabriquée à partir du mélange connu, la profondeur de coupe ne dépasse pas 0,04 mm/passe et le rendement 360 mm /mn. Les propriétés de coupe des outils s'altèrent rapidement au cours de meulage et il se produit un "lustrage" des outils qui nécessitent des dressages fréquents. Les inconvénients principaux du mélange connu résident dans le fait que le procédé de fabrication des outils de coupe à partir de ce mélange est compliqué du fiait qu'on est obligé de travailler avec des températures et des pressions élevées qui provoquent des déformations thermiques importantes et une usure ra pide des moules et qui sont préjudiciables à la précision de fabrication des outils; en outre, les outils' ainsi obtenus ont des propriétés de coupe médiocres. La haute- température du traitement thermique et du pressage à chaud nécessaire pour la fabrication des outils à partir du mélange connu est déterminée par la composition et par la température de frittage de l'alliage à. base de cuivre servant d'agglo mérant dans le mélange connu. Les propriétés de coupe médiocres des outils fabriqués à partir de cette masse connue résultent, elles aussi, des propriétés physico-mécaniques de l'agglomérant métallique. La solution solide à base de cuivre (phase a ) contenue dans l'agglomérant connu présente une haute plasticité, alors que sa fragilité est insuffisante pour que l'outil de coupe travaille au régime d'auto-affûtage quand les grains d'abrasif émousses sont arrachés en mettant à découvert de nouveaux grains. I1 en résulte un rendement faible et un "lustrage" rapide des outils de coupe. Le but de l'invention est d'éviter les inconvénients précités. Dans le cadre de l'invention on s'est proposé de créer un mélange abrasif pour les outils de coupe comprenant un agglomérant métallique qui permette de fabriquer des outils de coupe à agglomérant métallique suivant un procédé plus simple et plus économique que le procédé connu, et d'améliorer en même temps leus propriétés de coupe. Le but visé est atteint par la création d'un mélange abra- sif pour les outils de coupe à agglomérant métallique, qui, selon l'invention, contient en tant qu'agglomérant métallique, du gal- lium ainsi que, séparément ou en combinaison, des métaux tels que cuivre, nickel, chrome, cobalt, séparément ou en combinaison avec des métaux diminuant la température de fusion du gallium. On connaît la propriété du gallium d'entrer facilement en réaction chimique avec certains éléments du tableau périodique de Mendéléiev, tels que les métaux du groupe 1, du sous-groupe 2 (cuivre, argent, or), les métaux du groupe 8 (fer, cobalt, nickel, ruthénium, rhodium, palladium, osmium, iridium, platine) et avec d'autres métaux (avec le chrome, par exemple). Quand on mélange le gallium liquide avec les poudres finement dispersées de ces métaux, le processus de formation des composés intermétalliques commence à une température voisine du point de fusion du gallium (29,75 C). Si, au lieu du gallium, on utilise ses alliages facilement fusibles à base d'étain et d'indium, le mélange réactionnel peut être préparé à la température ambiante. La formation des composés intermétalliques à base de gallium se traduit par la solidification du mélange réactionnel, la vitesse de cette solidification dépendant du degré de dispersion de la poudre métallique introduite dans le mélange. La vitesse du processus peut être sensiblement augmentée par un traitement thermique du mélange à une température de 50 à 200"C. C'est cette propriété du gallium de former des composés intermétalliques à basses températures qui a été utilisée pour atteindre le but visé. parmi les métaux précités en tant que matières de remplissage pour la fabrication d'un agglomérant métallique à base de gallium ou de ses alliages à étain et à indium, on choisit ceux qui sont les plus accessibles et qui se caractérisent en même temps par une haute réactivité avec le gallium, et notamment cuivre, nickel, chrome et cobalt. Comme l'ont démontré les expériences, le mélange fer-gallium est à déconseiller pour les raisons technologiques, alors que l'utilisation , en tant que matière de remplissage, des métaux rares ou précieux telsq:argent,or, palladium, platine, ruthénium, rhodium, osmium ou iridium n'est pas raisonnable. Du fait que l'agglomérant contient du gallium en combinaison avec du cuivre, du nickel, du chrome ou du cobalt, on arrive d'une part à simplifier considérablement le procédé technologique de fabrication des outils abrasifs à agglomérant métallique et à le rendre bien moins coûteux, grâce à une plus basse température de traitement thermique; d'autre part, la capacité de coupe des outils s'accroît nettement grâce à la présence dans l'agglomérant métallique des composés intermétalliques fragiles que le gallium forme avec le cuivre, le nickel, le chrome et le cobalt. Des recherches qui ont été faites, il ressort que la température de frittage au cours de fabrication des outils de coupe est réduite de 6800C à 2000C; les outils abrasifs ainsi obtenus présentent de hautes caractéristiques de travail: par exemple, la profondeur de meulage d'un alliage dur peut être portée de 0,04 mm/passe à 1,0 mm/passe et le rendement, de 360 mm3/mn à 2000 mm3/ mn. Il a été constaté que le mélange abrasif à agglomérant métallique comprenant du gallium doit contenir (pourcentage en poids): 70 à 95% d'agglomérant métallique 5 à 30% d'abrasif Si la teneur du mélange en abrasif est inférieure à 5% en poids, on obtient des outils à propriétés de coupe médiocres, alors qu'une teneur en abrasif supérieure à 30% conduit à une diminution de la tenue à l'usure des outils. Il est le plus avantageux d'utiliser un mélange contenant 15% en poids d'abrasif, ce qui correspond à une concentration volumique de 25% des grains d'abrasif dans la couche travaillante de l'outil. La composition de l'agglomérant métallique peut être choisie dans les proportions suivantes (pourcentage en poids) gallium - 32 à 75% métaux: cuivrenickel,chrome, cobalt, séparément ou en combinaison - 25 à 68% étain, indium, séparément ou en combinaison - Jusqu'à 20% La gamme indiquée des teneurs de l'agglomérant métallique en gallium (32 à 75% en poids) est déterminée par le fait qu'à l'intérieur de cette gamme, les outils de coupe fabriqués à partir du mélange selon l'invention possèdent des propriétés de résistance mécanique satisfaisantes. Tout écart en plus ou en moins par rapport à la gamme indiquée des teneurs en gallium conduit à une diminution de la résistance mécanique et donc de la tenue à l'usure des outils. L'une des compositions du mélange abrasif les plus préférables au point de vue technologique peut être la suivante (pourcentage en poids): gallium - 576 nickel - 33% étain - 10% D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description détaillée qui suit, d'un exemple de réalisation. La masse abrasive pour la fabrication des outils de coupe selon l'invention contient un abrasif et un agglomérant métallique comprenant du gallium et des métaux du groupe cuivre, nickel, chrome,cobalt utilisés séparément ou en combinaison avec de l'é- tain ou de l'indium. Le fait que l'agglomérant métallique contient du gallium, métal rare facilement fusible et chimiquement très actif, combiné avec du cuivre, du nickel, du chrome ou du cobalt1 permet de simplifier et de rendre moins coûteux le procédé de fabrication des outils de coupe, ainsi que d'améliorer la capacité de coupe des outils. Les avantages que le mélange selon l'invention, comparé au mélange connu, présente tant au point de vue des régimes de fabrication des outils qutau point de vue de leurs propriétés, ont été prouvés par les expériences. On a préparé des échantillons --pour les essais à partir du mélange selon l'invention dont les compositions sont indiquées dans le tableau 1. On a utilisé en tant qu'abrasif une poudre de diamants synthétiques d'une granulométrie de 80 à 1O0,u. En tant qu'agglomérant métallique, on a utilisé des mélanges de gallium (échantillons N- 28 3, 7, 10) des mélanges d'alliage gallium-étain contenant 11% en poids d'étain (échantillons Nos 1, 4, 6, 8), des mélanges d'alliage gallium-indium contenant 24,8% en poids d'indium (échantillon N05) et des mélanges de triple alliage: gallium (67,0% en poids) - indium (20,5% en poids) -étain (12,5% en poids) (échantillon N09) avec les poudres de cuivre, de nickel, de cobalt, de chrome ainsi qu'avec des mélanges des poudres nickel-cobalt (échantillon N09) et nickelchrome (échantillon N 10). Toutes les poudres utilisées possédaient une granulométrie inférieure à 40/u. Les échantillons pour les essais ont été fabriqués par pressage du mélange abrasif sous une pression de 1,5 t/cm et par frittage à 2000C. I1 a été constaté que les outils de coupe fabriqués à partir du mélange abrasif selon l'invention se prêtent le mieux à l'usinage des alliages durs au régime de meulage profond. Les échantillons fabriqués à partir du meulage abrasif selon l'invention ont été essayés au meulage d'un alliage dur à base de carbure de tungstène avec une profondeur de coupe variant entre 0,1 et 1,0 mm/passe. Le liquide d'arrosage utilisé au cours des essais était une solution aqueuse à 3% de bicarbonate de sodium. TABLEAU 1 Compositions des échantillons pour essais du mélange abrasif N Teneur Proportion des composants de l'agglomérant métallique, % en poids d'échantillon en abrasif, Gallium Métaux du groupe : Etain, % en poids cuivre, nickel, chrome, cobalt indium 1 20 65 nickel - 25 étain - 10 2 15 40 nickel - 60 3 15 34 cuivre - 66 4 30 60 cuivre - 30 5 5 50 cobalt - 35 éyain - 10 6 5 50 chrome - 40 indium - 15 7 30 70 cuivre - 30 étain - 10 8 15 57 nickel - 33 étain - 10 nickel - 25 étain - 5 9 10 45 45 10 cobalt - 20 indium - 5 nickel - 25 10 10 55 45 chrome - 20 Pendant les essais, on a fait varier le rendement de meulage entre 600 et 2000 mm3/mn par variation de la vitesse de déplacement longitudinal et de la largeur de la plaque meulée en alliage dur. L'indice de tenue à l'usure des échantillons essayés est l'usure spécifique de l'abrasif. Les résultats des essais des échantillons sont regroupés dans le tableau 2. -TABLEAU 2 Caractéristiques de coupe des échantillons pour les essais utilisés pour le meulage profond d'un alliage dur à base de carbure de tungstène N d'échantillon Profondeur de Débit de meulage Usure spéci coupe,mm/passe mm3/mn fique de l'abrasimg/g 1 1,0 960 0,2 2 1,0 1200 0,4 3 0,6 800 0,5 4 0,4 2000 0,5 5 0,1 600 0,3 6 0,1 600 0,3 7 1,0 1360 0,3 8 0,4 2000 0,5 9 1,0 1400 0,25 10 1,0 1240 0,15 Si le mélange selon l'invention comprend en tant qutabra- sif la poudre de nitrure de bore cubique ou d'autres matières dures ou extra-dures, on peut obtenir des résultats comparables à ceux figurant dans le tableau 2. L'utilisation du mélange abrasif selon l'invention permet de diminuer de 3,4 fois la température de frittage et de pressage à chaud pendant la fabrication des outils de coupe, ce qui rend le procédé de fabrication des outils bien plus simple et moins coûteux. La qualité des outils fabriqués se trouve améliorée, la profondeur de coupe limite augmente de 25 fois et le rendement de meulage, de 5,5 fois, tandis que la tenue à l'usure des outils de coupe reste sensiblement la même (0,2 à 0,5 mg/g que celle des outils fabriqués à partir du mélange abrasif connu. Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'applicatiön et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés; elle en embrasse au contraire, toutes les variantes. -REVENDICATIONS 1.- Mélange abrasif pour la fabrication des outils de coupe à agglomérant métallique, caractérisé par le fait qu'il comprend du gallium en tant qu'agglomérant métallique ainsi que, séparément ou en combinaison, des métaux du groupe comprenant: cuivre,nickel, chrome,cobalt, séparément ou en combinaison avec des métaux diminuant la température de fusion du gallium. 2.--- Mélange abrasif selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend de l'étain et/ou de l'indium en tant que métaux diminuant la température de fusion du gallium. 3.- Mélange abrasif selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il contient (pourcentage en poids) agglomérant métallique - 70 à 95% abrasif - 5 à 30 4.- Mélange abrasif selon la revendication 3, caractérisé par le fait qu'il contient de la poudre de diamant en tant qu'abrasif. 5.- Mélange abrasif selon la revendication 31 caracherise par le fait que l'agglomérant métallique possède la composition chimique suivante (pourcentage en poids: gallium - 32 à 75 métaux: cuivre, nickel, chrome, cobalt séparément ou en combinaison - 25 à 68% étain, indium,séparément ou en combinaison - jusqu'à 20% 6.- Mélange abrasif selon la revendication 5, caractérise par le fait que l'agglomérant métallique possède la CQmposition chimique suivante (pourcentage en poids): gallium - 57% nickel - 33% étain - 10%