Brevet FR2962058A1 — publié le 20120106

[00021 Des pastilles de cmhurc peuvent e^`u'dcUonocnt être uù!i^c/s pour des 10 applications resiowit à l'usure, telles que des matériaux composites pour formel des trépans, par exemple des trepans de forage pourJc` knu.t/c`"u Jc` u`/uposidon de xur!ic dur, par exemple, des compositions de `ud.'ixge dur pour des trépans pour roches, ou des compositions de revêtement par arc-plasma de tungstène. Lorsqu'elles sont utilisées dans des applications de surfaçage dur, les pastilles de carbure sont essentiellement des pastilles de 15 carbure de tungstène cémentées ou frittées. !0003l Le brevet U.S. n" 4.q44.774 de Keshavan et al. divulgue du carbure de tungstène cémenté utilisé dans des matériaux de suri age dur. Le carbure de tungstène cémenté contient de petites particules de carbure de tungstene liées les unes aux autres avec du cobalt en des quantités comprises dans la gamme de 6 pour cent en masse à 8 pour cent en masse. Le carbure de 20 tungsteac cémenté est fabriqué en mélangeant du (.trbure de tunptene, une Liie organique et des poudres de cobalt: en prr^`:n! les poudres me!uogér, pour former un comprimé cru; et en ant le composite :'l des |rmpec/!uus pioches du point de [usi0O ~u cobalt. {( carbule cémenté dense phWm!`m(uuoi(C ùc!ixt'1mmiC ym11 !wn1CI Jc^!`xro`n!/`Jc`n/1`o/,2 d: !uo!2`(ÜucÜ1Iu8cü Jxn` upp!icKimI', dc `udu(u~c JmDxuU~^ `vn;x"i(iox, Jr `m1x\u~~ dmx`oL 25 \d~ T-.Sx sot) xV! K[ 1 1X1 -YkhsV~Vh u (i 100()41 !)/` J~~ ~umo!x/i"x u] u u/ wK d: u(t!iv` Jc !x."o rnmuUi"muU~ !`"III' /hri4xcr [.~`o!!c~ .!c `a/1vx.~ uw!uum .!/ r !x!i`unux ~rux!r~ `!uunii(C's J( Inuit n~ùx!h4vc !`uc\uop!L. h puer ~,x! u! m.^`r Jr ~vh.W !}uo~ /o !r`1111iqut2'tmu !`tx/J/(2 12 uxi`otr J/ k/u~`(üu c( xoc p`xxhc J~ u`kJi ."o! hl `!~/` onC SOlUtiOli ,litlli(IlIC pclldlllll -plu>Icw hL (.11 Ill 1)(IlIdIC hl ^ -( ruchuu d,111 un cilcur à vide. [0005] 1 ) l n , H pl o(A.Aie Cic 1 , 1 1 1 l l I a l l ( , 1 1 cll t LI \ [ 1111(211(2 au sommet d'une pas1111euse disque runtiIl puai 1nel 1 r,t,4111C', cruC~, Li ra,tIlILLI à disque touille typiquement dprt),,inuili\cmLnt 15 ie\ ()l'Anou pur mlnutc un an le qui est ,dmpiis cnnc 50° et 75 Hi lendit au plan hori/dittal ne [ lomelamai pidduit par coalescence des pal OL ulc', !disque lu pasnl Icuse tourne. Les plus glu nancles tournent à la périphérie extérieure de la cuve et sont facilement décllarpé~ hors de la eu u. [0006] Dans le procédé de granulation en tube, la poudre broyée et séeh c est amenée dans une pastilleuse à tube ou à tambour à une première extrémité pour formel' des pastilles crues. La pastilleuse à tambour tourne à approximativement 15 révolutions par minute pour provoquer une agglomération par coalescence de particules. Les agglomérés sont déchargés de façon continue à l'autre extrémité du tube. [0007] Dans le procédé de granulation en cuve comme dans le procédé de granulation en tube, les pastilles crues peuvent être dimensionnées. Les pastilles sous-dimensionnées peuvent être recyclées, et les pastilles surdimensionnées peuvent être écrasées et recyclées, en renvoyant les pastilles vers le granulateur avec les poudres. Les pastilles crues correctement dimensionnées sont ensuite frittées, et peuvent être cassées en pastilles individuelles si nécessaire. [0008] Bien que les procédés de granulation en cuve et en tube aient été utilisés efficacement pour fabriquer des pastilles de carbure avec de relativement grandes quantités de liant métallique, des tentatives pour fabriquer des pastilles de carbure contenant moins de 3 pour cent en masse de cobalt en utilisant Les procédés ont échoue. La plcscme in~ ention fournit un ede anlcliurc pour orn:1 (les pasiillc (le carbura L_oIllen,lia un Inini PIjl.dIlLiuc, tel que le cobalt, en une quantité de moins de 3 pour cent en masse. 1\ ) 2'4111I \ (2111.1(!I1 [00091 -t'In de Ilk' Ill\ ..'Ull.,1-(l(2 u 1011111111 nu pruuu lu piltll 11111(.1 1 pastilles (le carbure. comprenant lcs étapes sui\ urncs plcs ! un Illcl Brève description des dessins [0013] La Figure 1 est un organigramme d'un procédé de fabrication pour former des pastilles de carbure selon un mode de réalisation de la présente invention. 20 [0014] La Figure 2 est une vue en coupe longitudinale partiellement schématique de pastilles de carbure frittées qui sont produites selon la présente invention à l'intérieur d'un tube de mati! ,t utiliser comme une barre de sui uw dur . 10015 Lu 11plIt_1 InLltl ihorogiaphie Olt unulc, libres qui stult loi mecs lois de Pcarpe de liagnientation e la iguie 1. 25 1(1016 1 1 lt:tllL' tlik' fortiWes lors de l'étape de 1 la meure 1. 10017 Li Ik:_ure 5 t une 1 i..Itli ',ont Ic~rnlees 1 cic tape LIC il 1 (1.1' }t1 I Ii2tli 100181 6 Lei U11C qui illqitrc a microstructure d'une pastiho de curim: euittentuu 2 pour cent en Inuss capait 1uboqtiéc sel t uli mode de ré listitiiin de la 1 011, 100191 Figure 7 est une iiiiemphutugrupllie d'une section d'une composition de SLI11r',ILdp2 dur Iristilles de mu hure Iritices I;llvriquees selon. un mode de reall~uhui de lu plu 'mentit)," Des,rir rptiun dét, 1 Ice [00201 La pi ésente invention fotiolit un pi tuu2de pour fabriquer des pastilles de carbure 10 contenant de relativement petites quantités de liant méutllique. Les rustines de carbure frittées peuvent être produites selon le procédé qui est illustré dans la Figure 1. dans lequel des particules de carbure et des particules de liant métallique en une quantité de moins de 3 pour cent de la masse totale des poudres de carbure et de liant métallique sont mélangées les unes avec les autres avec une cire organique, par exemple, de la cire de paratfinc, pressées pour former un comprimé 15 cru, fragmentées ou éclusées pour former des granules, remuées pour former des pastilles crues sphériques, et frittées pour former des pastilles de carbure sphériques frittées denses. Lors de l'étape initiale de mélange, la poudre de carbure et la poudre de liant métallique peuvent être broyées avec une cire dans une solution organique pendant plusieurs heures, par exemple, environ 4 à 6 heures, et sont ensuite séchées sous vide. 20 [0021] Les poudres bro^ccs sont conduites dans une presse dans laquelle elles sont pressées peur former un comprime une billette crue. N'importe quel type approprié de presse peut Lure utilisé, tel qu'une presse uni-axiale qui applique une pression d'environ 10 \Wu à \ 11011 o \IF [00221 1_e comprimé ou lu billette cri7(el formée) est fruglireilré(e», par exemple. ras~~(eI. peur 1t»11111CI' dt:t, LI^:Ctlé', Illucs CW»lIri.: Cl de liant mdtullhiue, ei \eitrplc. comprime cru peut dure emiduit (IWO, tin er,lnulateur Ste4 es peur lainier l e s u u i u l t e r u l i u l t i t e u r Siel~e~ est une I Y I ; k : 1 1 1 1 1 L ' tell lt~iee l e mtuériuu pas~cl à potlï prodl.111C 2m s. riulules presontelli lies i MI,' lotil-\ dChOkk [LHIChWIN et leur [WHCI»('Ut riqIlLWkfilt c1rL' L'011IrriC entre (;bills 30 200 elle 111011 12 WL'MI)^ et LiHli\ \Sri\ H cm r,tr evchipie. entre le tam \S"1\1 40 environ (381 microns) et le tamis :AS 1 \1 16 environ (1 130 microns). Un échantillon de granules faeetté,, produits lors de l'étape de de la Hi2urc 1 est montré dans la nn,«l,plipt.o1apnIL dans ],«te sent Jisuuld plus complètement dans l'exemple ci des,ous [0023] Les granules f.keties sont alors profilés pour supprimer les horlls tranchants et pour former des pastilles crues ,uiondles ou sensINIemeni splicilques (dUlUCI1,111l lu (_,111-,L11C ut le liant Inctallique. L'étape de prolilage peut coniplend!c la soumission des g! «inuIL a un pluecde d'agitation, par exemple, dans un tambour de bloo ,Ige, suivi par un procédé de criblage pour obtenir des pastilles de taille uniforme. La taille des pastilles crues arrondies peut typiquement être comprise entre le tamis ASTM 40 environ (381 microns) et le tamis ASTM 16 environ (1130 microns), par exemple, autour du tamis ASTM 20 (860 microns). Un échantillon de pastilles arrondies et sensiblement sphériques produites lors de l'étape de profilage de la Figure 1 est montré dans la microphotographie représentée dans la Figure 4, comme cela sera discuté plus complètement dans l'exemple ci-dessous. [0024] Les pastilles crues sont alors frittées plutôt que d'être envoyées directement dans une presse pour former des pièces. L'étape finale implique un frittage des pastilles crues pour former des pastilles de carbure frittées denses arrondies ou sensiblement sphériques, dans lequel chaque pastille contient moins de 3 pour cent en masse de liant métallique sur la base de la masse de la pastille frittée. La température de frittage peut typiquement être comprise dans la gamme d'environ 1380°C à environ 1480°C, par exemple, environ 1450'C. Alternativement, un frittage sous vide à une température d'environ 1900°C peut être exécuté, suivi par un pressage isostatique à chaud dans une atmosphère inerte tel que l'argon, par exemple, à 10 MPa psi et 1900°C, ou à 200 MPa et 1500 'C. La taille des pastilles fi iuces .Irrond! peut tmllecment être comprise entre le tamis .AS 1 M 40 environ \STM (381 tui,ipilq et le unnis \STM 10 environ 25 (188 rr~icrl,n,i, par \eniple, «mima du tarai, AS y1 20 (860 mi, ^ 1 11 eLluinitllon r \HIC\ II IUPC\ alrt~llllles rl JUllus 101y du du Il (I(_' la 11»11C Mon(' (1.111\ la 1111(.I«)rlh)l( 1,lrlll..' 1,_pIC\('11RC d,lll\ la PlLlle 5, cura ule e I,1 sera dis,uie plus eumpl 1,nient (Hl\ (1 '\ \oLl\ 100251 Pans un mode ! c a l ! , aion de lHi^entliui I,« latin inetaHlec pull 11 30 des quantités e,uni 's dans tmute de 0 ou 0,1)1 polir («CM Masse d Un IU CHI el] InI.e,-e sur la luise de Il m,ts.c HIC du nléluiluu. Per C\ellylu. le lient nluuillnpiu petit C(IleellIr d Il \ 111011 (1,5 Ille'ee le CH A pour cent ell !luisis sur lu let su de lu musse iululu du 1Y,tll', Ull unulu de iileutllique cri 1 1 Cil Lllle (Tell \ »U Celle en ,11011[ee dnu le Illéatllee uH I\pRJMCIHClll cull]Prie dans I,t :ieullilne d'en ie,l» »7.1 1 CH \ ][(]Il kk.H) III I(Y) i octet IlLe, sur la hase de le qll,111lite L]ade dei IllClanuu. 1) ',CU( CellIelelalle d lu lion k 5 pour cent cil musse à enA 111 (1 ,)(),:-] pour cent cil in,tsse sur lu busc de la musse totale du mulunge. Duns un mode de réulls,ttion, le carluue csl pre,]CHt en une quai-mu.' d'eu v uli ')s pour cent en msse. tuisteui de carbure Ilittecs hr(lduttes selon le prucéde du la picsciue invention conuelinclit 10 des particules dures de carbure ci un liant metallique en des quantités similaires à celles qui sont décrites ci-dessus. Glace à la quantité de liant métallique relativement basse dans les pastilles de carbure fritiée, la dureté de celles-ci est accrue par rapport aux pastilles de carbure frittées qui présentent des quantités plus élevées de liant métallique pour une taille de grain donnée des particules dures de carbure. 15 [00261 Le carbure peut être sélectionné parmi le carbure de tungstène (WC), le carbure de di-tungstène (W2C), le carbure de titane (Ti), le carbure de tantale (TaC), le carbure de chrome (Cr3C2) et le carbure de vanadium (VC). Des borures tels que le diborure de titane (TiB2) peuvent optionnellement être ajoutés au(x) carbure(s) ou être utilisés seuls. Par exemple, le carbure peut contenir du carbure de tungstène (WC) avec jusqu'à 10 pour cent en masse de W2C. De la même 20 manière, du Cr3C en une quantité jusqu'à 2 pour cent en musse et/ou du carbure de vanadium (VC) en une quantité jusqu'à 0,5 pour cent en musse peuvent être ujoutés au carbure de tungstène (WC). D'autres éléments optionnels peuvent être ajoutés. tels que le Ni. le Ti, le Ta et le Nb en des quuntités jusqu 0,5 pour («mi en musse. Le cul bure peut cirr roumi crus In forme (le poudre avec une taille mu^enne de Hi ti,ulu d'un !Ilft Mil n \ iuui b} 11,,. 25 d'en\ iiun 2 ITILLIle, .1 CH 11011 4 Hla_ 1 les [00271 Lu Mn( métullique puni être ~éluu(Mime uparmi l e mit lu 1 i le nickel. Panier u! des méàmges de ceux-ii. I u Hunt lurtallicluc Duni éuu luurui 1])[111r]r Lllle J~OUdre préseilturu une mille nut^enne partielle (Tell \ muni (eelleerell emiroil IOO Illierde ,11 111011, _11\ lien 4. d,- I1la.1eles 100281 T.cs pastilles de carbure selon l'irlvcntikin peuvent être utilisées dans u' e lacluellc dC hltl,icur, ul~l)licali~ln~ résiHt lut a I UHUrc (.1111 I1111)Iltllle Ut1C Il1càdlllCtlllccll dC s11rtacc. c tl1)I)lletl(111l» ec~ITll)I1n11Clll IICs ;l1)1)1i J1I 111 dC I Clclllclll de llr~llcl_e dur. pal ire Lion ti de (Ull'_tilc11C et [far ir\V c't~Illhlltilll~~C ~l _1l11lcic \ ysC. I~cr Ht iilJ propl tétés Il1CCallllllles ullleliordcS, presentaut une meilleure résistance à l'usure. comparativement aux pastilles de carbure actuellement disponibles qui contiennent de plus grandes quantités de liant métallique, par exemple de cobalt, tout en maintenant la résistance et la ténacité requises nécessaires pour bénéficier d'une plus grande durée de service des outils sur lesquels les matériaux de surfaçage dur sont appliqués. [00291 Selon un mode de réalisation de la présente invention, les pastilles de carbure frittées selon l'invention peuvent être utilisées dans une barre de surfaçage dur 10 dans laquelle les pastilles sont contenues dans un tube de surfaçage dur 12 qui est montré de façon schématique dans la Figure 2 dans laquelle le diamètre et la longueur de la barre 10 ne sont pas dessinés à l'échelle. La barre de surfaçage dur 10 comprend un tube en feuille d'acier doux ou en fonte 12 qui contient des pastilles de carbure 14 fabriquées selon la présente invention. En plus des pastilles de carbure 14, d'autres matériaux typiquement utilisés dans des Inn rC", de Surfaçagc dur peuvent optionnellemcnt être incl rporés dans le tube 12, tels que dést)vv(.lants. ducs fondants et dcs liants résmcuy. Le dicnictre intérieur DI du tube 12 peul être CI 11011 Vculc 11L'11t cu111111C UIl yUrl,ic;l`_1C dur ur lC CUIhy c1101.1 y C~CIl1Cf1ty ldC c11u1»c. I11a1v CC'~l~Cllltllt 1)OLIl` ltHIrul1Cl LI 1y p Exemple [0033] Des pastilles de carbure frittées contenant des particules de carbure de tungstène et 2 pour cent en masse de liant métallique de cobalt ont été fabriquées. Une poudre de carbure de tungstène présentant une taille moyenne de particule d'environ 5 microns a été mélangée en une quantité de 98 pour cent en masse avec 2 pour cent en masse de poudre de cobalt présentant une taille moyenne de particule d'environ 1 micron. De la paraffine a été mdl,lnpcc avec la poudre en une quantité de 2 pour cent en 111x,vC du mdialncc ~lc f~luclrc dans un brovcur a boulets pendant environ 12 heurts. Le mdauac a Cte pieé dans une Iprcyyc uni-uvi,llt û lute hrcyyion de 50 MPa roui f111n1cr U11 Co1111)11111C Cru. I.0 1111)1 1111C Cru a C(c' 111iun1CIllC Cn 10I't;lult IC Cw11111,rinld cru ~I 1)d\ CI 1 traACry 1111 CrihlC CIL) "rallul,llCllr Stitkcv CIUi a LCravt' IL co111prdd11C trll 1pour It~rniCr t1Cy ralllllcy IacC1iCv prCyClll1111 ullc L l~C Ilh!\Cllll llc 1?arluCulc' ll Cu\ Ir(111 IiO llllc'i I1 v. 1.a 1'1'_'1110 Cyt llulc' 111icl 111101^I,11)11 c de . t'l'