Brevet FR2616447A1 — publié le 19881216

La présente invention concerne la fabrication d'outils abrasifs utilisés pour usiner les matériaux naturels de construction et-d'autres matériaux non métal- liques difficiles à travailler et a notamment pour object des liants métalliques à base de cuivre pour la fabrica- tion de la couche active d'un outil abrasif. On connaîit un liant métallique à base de cuivre pour la fabrication de la couche active d'un outil abrasif, dont la composition en % en poids est la suivante: Etain 8 à 12% Fer 8,5 à 12% Cobalt - 13 à 28% Mélange du diborure de titane ou du borure double de titane-chrome et d'hydrure de titane en rapport pondéral de 1-2/1 respectivement 4,5 à 24% Cuivre faisant le complément à 100 (SU,A,985111). La couche active d'un outil abrasif à base du liant métallique indiqué est caractérisée par une faible résis- tance à l'usure en cas d'utilisation de l'outil à un rende- ment élevé. Ainsi, par exemple, la couche active d'une scie diamantée, d'un diamètre de 320 mm, utilisée pour couper-du granite et ayant une vitesse d'avance de 1000 mm/mn, présente une résistance à l'usure de 7,4 m2 de granite, la consommation spécifique de diamants synthétiques d'une - grosseur du grain de 400/315 étant de 3,2 carats par mètre carré de granite. On s'est donc proposé de mettre au point une composi- tion de liant métallique à base de cuivre qui permettrait d'élever la résistance à l'usure de la couche active de l'outil abrasif dans le cas de son utilisation pour l'usinage à un rendement élevé. Le problème ainsi posé est résolu à l'aide d'un liant métallique à base de cuivre pour la fabrication de la couche active d'un outil abrasif comprenant de l'étain, du cobalt, de l'hydrure de titane, caractérisé en ce qu'il contient supplémentairement de l'hexaborure de lanthane, le rapport des constituants étant le suivant, en % en poids: Etain 13 à 17% Cobalt 2 à 9,9% Hydrure de titane 7 à 10% Hexaborure de lanthane 0,01 à 0, 09% Cuivre faisant le complément à 100 L'introduction de l'hexaborure de lanthane dans le liant métallique revendiqué permet d'obtenir une couche active d'un outil abrasif à structure à grains fins ce qui contribue, à son tour, à élever les propriétés de résistance de la couche active et, par conséquent, sa résistance à l'usure. Ainsi, par exemple, la limite de la résistance à la flexion de la couche active à base du liant métallique revendiqué atteint 589 MPa pour une température de 4000C et 461 MPa pour une température de 500 C, ce qui signifie qu'elle est de 1,8 à 2,5 fois supérieure à la limite de la résistance à la flexion de la couche active à base du liant métallique connu. Dans le cas d'une scie diamantée (disque de 320 mm de diamètre) utilisée pour couper le granite et ayant une vitesse d'avance de 1000 mm/mn, la résistance de la couche active à base du liant métallique revendiqué atteint 25,1 m2 de granite, ce qui signifie qu'elle est de 3 fois supérieure à la résis- tance à l'usure de la couche active d'une scie diamantée à base du liant métallique connu et que la consommation spécifique des diamants synthétiques ayant une grosseur des grains de 400/315 ne dépasse pas 1,47 carats par mètre carré de granite. 26 16447 Comme il a été indiqué ci-dessus, le liant métallique revendiqué contient de l'étain en une quantité de 13 à 17% en poids. La réduction de la teneur du liant en étain au- dessous de 13% en poids aboutit à une porosité plus élevée de la couche active, ce qui a pour résultat la baisse de la solidité de ladite couche et, par conséquent, la diminution de sa résistance à l'usure. Lorsque la teneur du liant en étain dépasse 17% en poids, des combinaisons chimiques fragiles se forment en quantité élevée pendant le processus de fabrication de la couche active d'un outil d'abrasion, ce qui aboutit également à la baisse de sa résistance à l'usure. Lorsque la teneur du liant métallique revendiqué en cobalt est inférieure à 2% en poids, il se produit une augmentation du retrait de la couche active pendant le processus de sa fabrication. L'augmentation de la teneur en cobalt au-dessus de 9,9% en poids aboutit à l'augmenta- tion de la température de concrétion du liant pendant la fabrication de la couche active d'un outil abrasif, ce qui nuit à la résistance des grains de diamant. Lorsque la teneur du liant métallique revendiqué en hydrure de titane est inférieure à 7% en poids, ceci aboutit à une diminution de la solidité de maintien des grains de diamant dans la couche active d'un outil abrasif, ce qui est nuisible à la résistance à l'usure de ladite couche active. Lorsque la teneur en hydrure de titane est supérieure à 10% en poids, ceci provoque le retrait de la couche active et sa fissuration pendant le processus de sa fabrication. Lorsque la teneur du liant métallique revendiqué en hexaborure de lanthane est inférieure à 0,01% en poids ou supérieure à 0,09% en poids, il s'avère impossible d'obtenir une couche active d'un outil abrasif caractérisée par une structure à grains fins, ce qui aboutit à la diminution des propriétés de résistance de la couche active et, en particu- lier, de sa résistance à l'usure. La teneur indiquée du liant métallique revendiqué en cuivre permet de donner les propriétés physiques et mécani- ques requises à la couche active d'un outil abrasif. Le liant métallique revendiqué à base de cuivre est préparé en mélangeant, dans un malaxeur, des constituants en poudre pris à des proportions déterminées. Pour réaliser la couche active d'un outil abrasif à l'aide du liant obtenu, il faut y additionner les grains d'un abrasif. L'addition des grains de matériau abrasif peut avoir lieu pendant le mélange des constituants du liant. On peut utiliser comme abrasif, par exemple, le diamant, le nitrure cubique de bore, le carbure de bore, le carbure de tungstène, le carbure de titane ou leurs mélanges. En règle générale, l'abrasif est utilisé en une quantité égale à 5 à 40% de la masse du liant métallique. Le mélange obtenu du liant métallique avec l'abrasif est soumis à un traitement suivant une technologie connue dans la métallurgie des poudres, qui consiste notamment à comprimer le mélange dans un moule sous une pression de 4900 à 6870 bars, à retirer les agglomérés des moules et à exécuter une concrétion thermique sous vide à une tempé- rature comprise entre 870 à 1000 C pendant 30 à 60 minutes. Après cela, il faut refroidir la couche active obtenue d'un outil d'abrasion, exécuter son usinage mécanique et la mettre sur le corps de l'outil abrasif. Le tableau 1 qui suit donne les différentes composi- tions du liant métallique revendiqué et la composition du liant métallique connu conforme au certificat d'auteur SU, A, 985111. Tableau 1 n de la com- Teneur en constituants, % en poids 6 position du liant métal- Etain Cobalt Hydrure Hexabo- Cuivre Fer Mélange lique de titane rure de diborure lanthane de titane/ hydrure de titane (rapport pondéral 1: 1) I 16,09 9,9 7 0,01 67 - - II 13 2,91 10 0,09 74 - - III 17 2 8 0,05 72,95 - - IV 8 27 - - 40 12 13 (conforme à SU, A, 985111) En utilisant le liant métallique revendiqué (composi- tions I à III) et le liant métallique connu (composition IV), on a réalisé les couches actives de scies diamantées (disques de 320 mm de diamètre). Pour cela, on a mélangé - chacun des liants indiqués à des diamants synthétiques d'une grosseur-des grains de 400/315, la quantité de diamants étant égale à 7,5% de la masse du liant métallique. On a soumis les mélanges obtenus à un moulage sous pression (5890 bars), puis-on a retiré des moules des agglomérés représentant des segments ayant une longueur de 40 mm, une largeur de 4 mm, une hauteur de 6 mm et un rayon de 160 mm et on a exécuté leur concrétion thermique dans un four à vide à une température de 980 C pendant 40 minutes. Puis, on a procédé au refroidissement des couches actives en forme des segments, à leur usinage mécanique et à leur fixation sur les disques d'acier des scies. Le diamètre des disques était de-320 mm. Les scies auxquelles étaient fixées les couches actives ont été soumises à l'essai de sciage du granite à l'aide d'une fraiseuse au régime de coupe suivant: vitesse d'avance de la scie de 1000 mm/mn, vitesse circonférencielle de la scie (du disque) de 20,9 m/s, profondeur de pénétra- tion par passe de 30 mm, refroidissement à l'eau, débit d'eau: de 8 à 10 1/mn. Les résultats des essais sont réunis au tableau 2. Tableau 2 n0 de la composi- Résistance à Consommation spéci- tion du liant l'usure de la couche fique des diamants métallique active du disque de de la couche active, scie, m2 de granite carats/m2 de granite I 16,1 1,47 II 20,3 1,15 III 25,1 0,94 IV 7,4 3,20 (conforme à SU, A, 985111) Comme il ressort du tableau 2, la résistance à l'usure des couches actives des disques de scie à base du liant métallique revendiqué (compositions I à III) est supérieure de 2 à 3 fois à la résistance à l'usure de la couche active à base du liant métallique connu (composition IV). La consommation spécifique des diamants des couches actives à base du liant métallique revendiqué est 2 à 3 fois plus petite devant la consommation spécifique des diamants de la couche active à base du liant métallique connu. Les scies dont les disques portaient une couche active à base du liant métallique revendiqué (compositions I à III) ont été soumises à l'essai dans les conditions indiquées à la seule différence que la vitesse d'avance était de 1250 mm/mn. Les résultats des essais sont donnés au tableau 3. Tableau 3 n de la compo- Résistance à l'usure Consommation spécifi- sition du liant de la couche active que des diamants de métallique du disque de scie, la couche active, m2 de granite carats/m2 de granite I 13,2 1,76 II 13,0 1,78 III 15,0 1,56 Ainsi, le liant métallique revendiqué permet de réaliser une couche active d'un outil abrasif caractérisée par une résistance à l'usure élevée dans les conditions d'utilisation de l'outil pour l'usinage à-un rendement élevé. REVENDICATION Liant métallique à base de cuivre pour la fabrication de la couche active d'un outil abrasif contenant de l'étain, du cobalt, de l'hydrure de titane, caractérisé en ce qu'il contient supplémentairement de l'hexaborure de lanthane, le rapport des constituants (en % en poids) étant le suivant: Etain 13 à 17% Cobalt 2 à 9,9% Hydrure de titane 7 à 10% Hexaborure de lanthane 0,01 à 0,09% Cuivre faisant le complément à 100.