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Procédé de fabrication d'objets de différentes sortes, comportant des applications ou des insertions de métal dur.
Il est déjà connu, pour des objets des natures les plus différentes, et de préférence pour les outils, instruments de travail ou autres objets, de prévoir des applications de métal dur, aux endroits qui se trouvent soumis à une fatigue spécialement importante. L'application du métal dur avait lieu en général du fait que des lamelles des métaux durs utilisés, de préférence formés à base des carbures, borures, nitrures de métaux lourds, etc.. étaient soudées sur les pièces métalliques intéressées .
On était toutefois limité à des dimensions relativement réduites,
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car, indépendamment du fait qu'il était tres difficile, sinon impossible, de souder sans tensions, sur un support, des pièces de métal dur de fortes dimensions, et en particulier celles de forme compliquée, il était encore impossible de produire des pièces de métal dur importantes, et uniformes ou régulières dans leurs compositions; de plus, de telles pièces tendent à présenter des retraits 1+réguliers;et en outre se prêtent fréquemment à la formation de criques..
Elles ne sont pas non plus exemptes de tensions internes ,
Pour écarter cet inconvénient, on a déjà proposé, lorsqu'il s'agissait de pourvoir d'applications en métal dur des surfaces importantes, de souder lesdites appli- cations à l'autogène, par points, au moyen de baguettes de soudure, mais ce procédé ne s'est pas non plus répandu dans la pratique. En premier lieu, on forme de la sorte une surface très inégale et irrégulière, qui doit être Soumise à un tra- vail relativement difficile de rectification par meulage.
En outre, et en particulier dans le cas d'actions d'échauffe- ment irrégulières, il se produit des criques de tension, et autres manifestations analogues, si bien que fréquemment la plaque soudée à l'autogène se rompt ou se détache.
La présente invention a pour but de réaliser un procédé qui ne présente pas ces inconvénients, et d'après lequel on peut pourvoir d'applications de métal dur de forme quelconque des objets de nature également quelconque, sans donner naissance à des tensions internes et sans qu'on soit en aucune façon limité quant aux dimensions des applications de métal dur.
A cet effet, et conformément à l'invention, le métal dur est introduit sous forme pulvérulente ou granu- leuse dans un moule de coulée correspondant à la forme de l'objet terminé, aux endroits et sous une forme ainsi que
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sous une épaisseur correspondant à la disposition des appli- cations de métal dur sur la pièce terminée, après quoi le moule est rempli du métal de support, si bien que le métal de support liquéfié entre en liquation avec la poudre de métal dur et que simultanément, au cours de la même opéra- tion de travail, on forme l'objet à fabriquer dans le métal de support .
On peut appliquei différents procédés pour empêcher que la position de la poudre de métal dur tout d'abord introduite dans le moule soit modifiée au cours de la coulée du métal de support. Dans une forme de réalisation préférée, le métal dur est entouré par un treillis de pro- tection, par exemple une toile métallique, une tôle perforée, etc.. au travers duquel peut passer le métal de support coulé, mais qui s'oppose d'autre part à ce que la position de la poudre de métal lourd soit modifiée pendant la coulée .
On peut aussi utiliser une tôle mince, non perforée, en particulier lorsqu'on procédera à la coulée successive de deux métaux différents, savoir un premier métal qui se trouve dans la zone voisine du métal dur, et un second métal plus en arrière .
Suivant une autre forme de réalisation, le métal dur introduit dans le moule est soumis à une liquation préalable, de manière à le solidifier provisoirement, et ce n'est qu'ensuite qu'il est réuni au métal de support, par la coulée de celui-ci dans le moule .
Un autre moyen en vue de la solidification de la poudre de métal dur introduite dans le moule, avant la coulée subséquente du métal de support, consiste dans le- traitement avec des combinaisons de métaux sous forme gazeuse, facilement dissociables thermiquement, métaux d'un
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point de fusion peu élevé, par exemple avec les combinaisons carbonyl du groupe fer, facilement dissociables thermi- quement, éventuellement avec liquation subséquente .
Dans certains cas, et en particulier lorsqu'il s'agit de formes très compliquées, il peut aussi être judi- cieux de procéder à une liquation préalable de la poudre de métal dur, suivant la forme désirée de la garniture, avant de l'introduire dans le moule de coulée. Attendu que, dans l'application de ce procédé, on n'est en aucune façon lié à des limites extrêmes déterminées de dilatation des garni- tures de métal lourd, on peut en appliquant ce procédé pourvoir certaines pièces d'applications de métal dur pré- sentant de très importantes surfaces de travail, pièces que, jusqu'à présent, l'on ne pouvait garnir de métal dur, du fait que des garnitures de métal dur de dimensions aussi importantes ne pouvaient être obtenues et que leur soudure était trop difficile et trop onéreuse .
Enfin, il est encore possible d'obtenir tout d'abord un corps de métal dur de la forme qu'il doit présen= ter en tant qu'application ou incorporation sur ou dans l'outil terminé, du fait qu'on introduira la poudre de métal dur dans un moule correspondant, après quoi on y coulera le métal de support, qui entre en liquation avec la poudre métallique ; on obtient de la sorte une pièce garnie de métal dur, présentant la forme désirée .
L'introduction de la poudre de métal dur dans le moule peut être effectuée par le fait qu'on versera dans le moule la poudre présentant la grosseur de grain désirée .
On peut aussi, et en particulier lorsqu'on veut utiliser une poudre de métal dur très fine, former la couche de métal dur par électrophorèse, contre la paroi intérieure du moule, rendu électriquement conducteur ,
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Le dessin montre à titre d'exemple plusieurs formes de réalisation de l'invention. Dans ce dessin :
La Fig. 1 est une coupe passant par un moule de coulée destiné à la production d'une filière d'étirage ,
La Fig. 2 est une coupe passant par un moule de coulée destiné à la fabrication d'une plaque de support pour presse à briquettes de lignite .
La Fig. 3 est une coupe transversale passant par un moule de coulée destiné à la fabrication d'une dent de drague .
La Fig. 4 montre une coupe transversale pas- sant par un moule destiné à la fabrication d'une tête de fraise .
Dans l'exemple de réalisation qui fait l'- objet de la Fig. l,on a désigné en 1 un moule de coulée établi en une matière réfractaire, et de préférence en charbon de cornue. Le moule peut présenter une forme quelconque et être établi en une pièce ou en plusieurs parties . Le moule représenté, devant servir à la fabrication d'une filière d'étirage, est cylindrique et présente en son centre un axe 5 qui correspond approximativement comme diamètre au perçage ou orifice de'la filière d'étirage terminée , L'intérieur de la cavité du moule est divisé en deux parties par un cylindre 3 fermé à sa partie supérieure, et formé d'une tôle perforée ou d'une toile métallique , La partie 2 qui environne le noyau 5 doit être constituée par un métal dur, alors que par contre la partie extérieure désignée en 6 doit être formée d'acier coulé,
ou autre métal analogue , La chambre Intérieure 2 est donc remplie du métal dur entrant en considération, sous forme granuleuse.
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On utilise par exemple des carbures de métaux, dont la grosseur de grain est choisie suivant les applications particulières .
Suivant l'invention, on peut adopter une granulation quelconque . Lorsque la chambre intérieure est remplie de carbure, et que le réseau enfermant le métal dur, établi de préférence en une matière voisine du métal exté- rieur, c'est-à-dire de l'acier coulé, par exemple en tôle d'acier ou en fil d'acier, a été mis en place, ce réseau 3 est assujetti dans le moule de coulée, par exemple au moyen d'une pointe de métal 4. L'espace libre 6 est alors rempli du métal choisi, par exemple d'acier, de fer ou d'un autre métal approprié,, tel que : nickel, cuivre, ou encore un allia- ge métallique.
De préférence, on chauffera préalablement le moule , Il est encore possible d'introduire à froid dans le moule le métal qui doit occuper la chambre 6 du moule, puis de chauffer ce moule jusqu'à ce que le métal entre en fusion en remplissant alors la chambre 6. La masse de métal liquéfiée pénètre alors par les orifices dans le réseau 3, et vient entrer en liquation avec la poudre métallique 2.
La matière dont le réseau 3 est constitué ou bien entre elle-même en fusion, ou bien l'on utilise de préférence une matière qui, à la température de fusion du métal coulé, présente encore une certaine solidité, afin que, par l'action de ce réseau, les grains du métal dur se trouvent encore retenus .
Après refroidissement, le moule est ouvert ou brisé, et l'on obtient ainsi une filière d'étirage qui agit bien, mécaniquement, comme filière et qui se compose d'une partie intérieure formée de métal dur, et d'une mon- ture périphérique en acier coulé. On réalise de plus l'avantage de ne donner naissance à aucune tension interne,
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et de plus, aucune tension interne ne se manifeste non plus en cas d'échauffement dans la limite des températures norma- les; cette filière d'étirage agit comme un tout cohérent .
La poursuite du traitement de la pièce fabri- quée, après la coulée, dépend des cas particuliers de sa être destination. Il peut/dans certains cas nécessaire de maintenir les pièces chauffées pendant un temps prolongé, après leur obtention, ou de les traiter spécialement, à la manière d'une trempe, ou encore de les étonner aussitôt .
Il est recommandable de secouer le moule pendant la coulée, afin que les grains du carbure métallique se tassent convenablement, à l'intérieur de la chambre délimitée par le réseau , La grosseur des grains est choisie d'après la compacité et la résistance à l'usure désirée pour l'objet à fabriquer .
La Fig. 2 montre un moule destiné à une plaque de support pour presse à briquettes de lignite . L'intérieur du moule est ici divisé en deux parties par une plaque de tôle 7 qui répond par sa forme à la forme extérieure de l'objet à fabriquer . La chambre inférieure 8 est destinée à recevoir la poudre de métal dur, par exemple les grains de carbure de tungène . La hauteur de cette chambre corres- pond à l'épaisseur de la garniture de métal dur à obtenir .
La tôle 7 est maintenue au moyen des pointes métalliques 9 dans le moule 10, à nouveau constitué.par du charbon ou une autre matière analogue, et l'on coule le métal de' support dans la chambre supérieure 11. Ce métal passe par les trous de la tôle 7 et entre en liquation avec le métal dur. On obtient à nouveau, de cette façon, un corps exempt de tensions comportant une garniture de métal, sans qu'on soit en aucune façon limité, en ce qui concerne les dimensions et la forme de cette garniture .
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La Fig. 3 représente un moule de coulée 12, également constitué en une matière réfractaire., de préfé- rence charbon ou stéatite, ce moule étant destiné à la fabrication d'une dent de drague . Le métal dur granulé est placé dans la chambre 13, et celle-ci est séparée du restant de la cavité du moule de coulée, par un réseau 14 formé par une tôle ou par une toile métallique . Le réseau 14 est maintenu par les pointes 15. Le moule est ici divisé en deux parties par une cloison transversale 16. Dans la partie supérieure, on introduit le métal 17 à couler, par exemple sous forme de tiges, après quoi le moule est introduit dans le four. Le métal coule et parvient dans la chambre 18, depuis laquelle-il arrive en contact avec la poudre de métal dur 13, en traversant le réseau 14.
L'invention s'applique de façon particu- lièrement satisfaisante aux cas où il s'agit de fabriquer des objets d'une forme compliquée, par exemple une tête de fraise. Le moule de coulée qu'on utilisera alors est montré en coupe à la Fig. 4. On forme à l'intérieur du moule les chambres 21., au moyen des tôles perforées 20, lesdites chambres étant garnies de la poudre de métal dur.
Les tôles peuvent aussi, dans ce cas, être maintenues dans le moule par les pointes 22, par exemple. La chambre inté- rieure 23 est alors remplie du métal de support, et âpres avoir brisé le moule, on ohtient la tête de fraise terminée.
Pour séparer la poudre de métal dur du métal coulé, on peut, comme on l'a déjà mentionné, choisir de préférence une matière dont le point de fusion est légèrement plus élevé que celui du métal à couler . On peut aussi choisir des métaux qui s'allient avec le métal. de support, ou également ceux qui ne permettent pas un
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tel alliage. C'est ainsi que par exemple, lorsqu'on utilise du fer ou de l'acier comme métal de support, on choisira le molybdène ou autre métal analogue pour former la toile ou la tôle de séparation, ce métal n'entrrant pas en fusion mais s'alliant aussi bien au métal de support qu'au métal dur.
L'opération de coulée proprement dite peut être effectuée de manière quelconque. On peut couler le métal à l'intérieur du moule, couler dans le moule froid ou dans le moule réchauffé, ou bien on peut aussi procéder à la fusion dans le moule lui-même, tout le moule étant rempli de la marne matière, ou bien une matière de qualité supérieure, par exemple un acier fondu plus.tenace, étant tout d'abord coulé dans les parties voisines de la garniture de métal dur, le restant du moule étant alors occupé par un métal moins coûteux, par exemple du fer fondu .
Un avantage particulier du procédé décrit est qu'on effectue la fabrication complète de 1!objet terminé en une seule opération, de sorte qu'indépendamment du fait qu'on obtient une pièce exempte de tensions, pou- vant présenter des garnitures de formes quelconques, en des endroits quelconques et possédant une section quelconque, les frais de fabrication sont eux-mêmes très notablement diminués .
S'il s'agit de la fabrication d'objets d'une forme particulièrement compliquée, dans lesquels le métal dur peut difficilement être introduit sous forme pulvéru- lente aux endroits du moule de coulée auxquels devront correspondre plus tard les garnitures ou les insertions de métal dur, on pourra, dans ces cas, presser à froid la poudre de métal dur dans un moule particulier, répondant @ à la forme de la garniture terminée, solidifier ainsi le
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métal dur, ou encore provoquer sa liquation par la chaleur, après quoi on introduira la garniture formée par pression ou liquation préalable dans le moule de coulée destiné à l'objet complet, ladite garniture étant assujettie aux endroits convenables .
L'objet terminé présente alors les mêmes propriétés que si la poudre de métal dur avait été introduite en vrac, attendu que la garniture de métal dur pressée ou liquatée préalablement absorbe en surface le, métal de support .
On a déjà mentionné que le métal de support ne doit pas nécessairement être introduit à l'état liquide dans le moule, et qu'au contraire, il pouvait être fondu dans le moule lui-même. Dans le cas de formes particulièrement compliquées, on peut aussi introduire dans le moule un corps moulé, de la forme correspondant à celle de l'objet terminé, puis chauffer assez fortement le moule pour que le corps entre à nouveau en fusion et que le métal fondu puisse se liquater avec les parties en métal dur mises en place aux endroits convenables ,
Au lieu d'introduire directement la poudre de métal dur dans le moule, on peut aussi former cette couche de métal dur par électrophorèse .
Dans ce cas, on forme tout d'abord, par report d'un modèle, un moule négatif de l'objet à produire, par exemple des éléments d'une matrice pour presse à caoutchouc à contours particulièrement marqués, en partant d'une masse plastique appropriée, par exemple stéatite ou gallite. Ce moule négatif est séché et cuit, le retrait devant être naturellement prévu.
La paroi interne du moule cuit est ensuite revêtue de graphite ou de noir de fumée très fin, sur sa sur- face, de telle façon que même ses plus petits pores soient comblés, et qu'on réalise en même temps une couche
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bonne conductrice de l'électriqité. cette couche de graphite peut alors, bien que dans beaucoup de cas ceci ne soit pas nécessaire, être recouverte d'une mince couche, dont l'épais- seur de quelques @ sera souvent suffisante, formée d'un métal du groupe du fer, par exemple de cobalt, par vaporisation d'électrodes ou par électrolyse .
La couche de métal dur est alors précipitée au moyen d'une suspension de poudre métallique très finement divisée, par électro- phorèse, et sous une épaisseur quelconque, en même temps que sous une densité uniforme, sur la paroi intérieure du moule rendu bon conducteur de l'électricité par l'effet de la couche de graphite . L'épaisseur de cette couche peut varier depuis quelques centièmes de millimètres jusqu'à quelques millimètres . Comme agents de suspension, on pourra utiliser l'eau ou encore des liquides organiques, comme par exemple des alcools et les cétones . La solidi- fication de la couche, avant la coulée ultérieure, peut également dans ce cas être réalisée directement par liqua- tion.
On peut toutefois aussi, tant dans le cas de l'in- troduction décote de la poudre de métal dur, pour remplacer le réseau, mais en particulier aussi lors de l'introduc- tion de la poudre de métal dur par électrophorèse, et en vue de la solidification, exposer la couche à l'action..)de com- binaisons de forme gazeuse, facilement dissociables themmi- quement, des métaux qui possèdent un point de fusion plus bas que le métal qui forme la couche lui-même . On a obtenu des résultats très satisfaisants avec les combinaisons carbonyl facilement dissociables thermiquement, du groupe du fer. De préférence, ce traitement est effectué sous une dépression, de sorte que les vapeurs de carbonyl pénètrent facilement et profondément dans les pores du dépôt métallique.
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La couche de métal est alors portée à la température qui correspond à la température de dissociation de la composi- tion carbonyl utilisée, c'est-à-dire à environ 1000 C. pour le nickel-carbonyl par exemple. Afin que la dissociation et la séparation du métal ne s'effectuent pas seulement sur la zone extérieure de la couche de métal, le moule portant la couche de métal dur est convenablement chauffé par l'extérieur, ou seulement lorsque la couche de métal froide et encore poreuse a été complètement pénétrée par les vapeurs de carbonyl et par conséquent saturée, de sorte que la dissociation des vapeurs de carbonyl s'effectue tout d'abord sur la ligne de contact de la couche métalli- que avec le moule, apres quoi, et en même temps que la chauffage se propage, depuis l'intérieur vers l'extérieur,
tous les cristaux métalliques se trouvent uniformément enrobés et réunis entre eux .
On peut encore réaliser une zone d'action particulièrement profonde de la vapeur de carbonyl et un remplissage tres poussé correspondant des pores encore existants, par le fait que d'une part on augmentera conti- nuellement la dépression dans la vapeur de carbonyl, pendant la dissociation, pour ensuite l'abaisser et d'autre part par le fait que la température de dissociation sera ainsi modifiée qu'elle passera alternativement'au-dessus et au- dessous du point de dissociation du carbonyl correspondant .
Le moule préparé de cette manière, et compor- tant la couche de métal lourd formée dans celui-ci, est alors introduit dans un four approprié, par exemple un four électrique à tube de carbone, et de préférence en présence de gaz inertes ou dans une atmosphère réductrice, afin d'éviter des oxydations, puis on le porte à une température
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légèrement inférieure à la température de fusion du métal de liaison introduit dans la couche de métal lourd par les vapeurs de carbonyl. Du fait de ce traitement, on produit par liquation une couche de métal lourd extrêmement compacte et ductile, qui est reliée à un métal de support approprié, par exemple par coulée de celui-ci . On obtient ainsi l'objet terminé, qu'on libère du moule après refroidissement .
De plus, on peut, conformément à l'invention, établir tout d'abord un corps de métal dur de la forme qu'il doit présenter, comme application ou insertion pour la pièce terminée. On introduit alors de la poudre de métal dur dans un moule approprié, puis on y coule le métal de sup- port qui entre en liquation avec la poudre de métal et donne naissance à une couche de métal dur de la forme désirée .
La garniture ou insertion de métal dur ainsi réalisée est alors introduite dans le moule de coulée qui correspond à l'objet terminé, puis on coule dans ce moule le métal de sup- port, de la même nature que le métal préalablement entré en liquation dans la couche de métal dur. On obtient de la sorte un objet cohérent, attendu que le métal de support entré en liquation avec le métal dur entre à nouveau en fu- sion au moins superficiellement, et est ainsi réuni intime- ment au métal de support ultérieurement coulé.
On peut aussi, pour la coulée du métal qui suit la couche de métal dur, adopter un autre métal voisin du métal liquaté, et présentant approximativement les mêmes coefficients de di- latation ; on peut aussi couler tout d'abord dans le moule une couche du même métal, puis ensuite une couche d'un autre métal possédant sensiblement le même coefficient de dila- tation.
Lorsqu'on utilise deux métaux différents
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pour établir le corps de support, savoir un métal qui entre en liquation avec le métal dur, et un second métal qui forme une couche derrière la couche de métal dur, il est judicieux, pour en-fermer la poudre de métal dur, d'utiliser une tôle mince non perforée .L'introduction du métal de support s'ef- fectue alors en deux endroits, savoir : une première fois en avant de la tôle, et ensuite derrière celle-ci. Il faut alors veiller à utiliser, pour la tôle, un métal qui entre en alliage avec les métaux de support adoptés .
On peut utiliser directement les carbures, nitrures ou borures de métaux durs, ou autres corps analogues, mais il est également possible d'introduire ou de déposer dans le moule une couche d'un mélange intime du métal pur et de carbone susceptible de réaction, ou de former des couches alternées de ces deux Corps, se trouvant réciproquement à peu près dans le rapport stoechiométrique de la combinaison de carbure désirée; après quoi, dans un four approprié et sous l'action de la température nécessaire à la formation de la combinaison correspondente on passera à la combinaison de carbure désirée .
Cette transformation est par exemple possi- ble aussi par le fait qu'une couche de métal lourd, par exem- ple de tungstène, formant un carburé, produite suivant le procédé et qui possède, vis à vis du carbone, une affinité très grande, est transformée en carbure dans des gaz ou vapeurs contenant du carbone, par exemple l'acétylène ou le gaz d'- éclairage ,convenablement sous une certaine dépression. La poursuite du traitement d'une couche de carbure produite de cette manière s'effectue alors de la même façon, indiquée ci-dessus, qu'une couche de métal dur .
Dans beaucoup de cas, la liquation d'une cou- che de métal dur traité au moyen d'une vapeur de carbonyl
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peut 9tre évitée, lorsque le métal de support possède un point de fusion suffisamment élevé, et est laissé dans le moule, pendant un temps prolongé, à l'état de fusion.
Une combinaison très intime entre la couche déposée et le métal ae support est réalisé par le fait que l'on procède à la coulée de ce dernier,dans le vide, en dé- truisant la dépression par introduction d'un gaz inerte ou ré- ducteur, avant même -La solidication uu métal de support .
Le traitement par le carbonyl peut être sup- primé dans les cas où on produit une couche du métal dur dont les cristaux Nont déjà. entourés par une mince enveloppe d'un métal à bas point de fusion.
Comme métal de support, on peut utiliser un métal quelconque, mais de préférence un métal du groupe du fer, c'est-à-dire outre le fer, le nickel, le cuivre, le laiton ou leurs alliages. On utilisera, de préférence, un métal qui forme avec la couche de métal lourd des alliages ou des cristaux complexes. On peut aussi procéder en gar- nissant la couche de métal lourd liquaté, avant la coulée du métal de support;.d'une couche métallique intermédiaire qui, comme par exemple le cuivre, entrera en combinaison voulue avec l'aluminium faisant officie de métal de support, alors que ce n'est pas le cas, ou seulement dans une mesure nsuf- fisante, par exemple pour le tungstène, lorsqu'une couche formée dans ce métal est mise directement en contact avec l'aluminium qui constitue le métal de support .
La coulée du métal de support dans le moule s'effectue, pour autant qu'on procède à une liquation de la couche de métal lourd, au mieux immédiatement après que cette liquation est terminée et avant le refroidissement de la couche de métal dur au-dessous du rouge incandescent ou en tous cas notablement au-dessous du point de fusion du mé- tal de support.
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Le procédé qui faitl'objet de l'invention est applicable aux pièces de formes les plus,différentes,, et destinées aux usages les plus divers ; iln'est donc pas limité aux outils, mais s'applique encore aux pièces de machines, par exemple aux cylindres de moteurs, sièges de soupapes pour moteurs, surfaces de portée ou de roulement pour roues, engrenages, ou autres .
EMI16.1
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A method of manufacturing objects of different kinds, comprising hard metal applications or inserts.
It is already known, for objects of the most different natures, and preferably for tools, work instruments or other objects, to provide hard metal applications, in places which are subjected to particularly significant fatigue. The application of the hard metal took place in general because lamellae of the hard metals used, preferably formed on the basis of carbides, borides, heavy metal nitrides, etc., were welded to the metal parts concerned.
However, we were limited to relatively small dimensions,
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because, apart from the fact that it was very difficult, if not impossible, to weld without tension, on a support, hard metal parts of large dimensions, and in particular those of complicated shape, it was still impossible to produce parts of hard metal important, and uniform or regular in their compositions; furthermore, such pieces tend to show regular 1 + indentations; and furthermore frequently lend themselves to the formation of cracks.
They are also not free from internal tensions,
To avoid this drawback, it has already been proposed, when it was a question of providing hard metal applications on large surfaces, to weld said applications with autogen, by spots, by means of welding rods, but this process has not become widely used in practice either. In the first place, this forms a very uneven and irregular surface, which must be subjected to the relatively difficult work of grinding.
In addition, and particularly in the case of irregular heating actions, tension cracks and the like occur, so that frequently the autogenous welded plate breaks or comes off.
The object of the present invention is to achieve a process which does not have these drawbacks, and according to which it is possible to provide hard metal applications of any shape with objects of also any nature, without giving rise to internal stresses and without that we are in no way limited as to the dimensions of hard metal applications.
For this purpose, and in accordance with the invention, the hard metal is introduced in powder or granular form into a casting mold corresponding to the shape of the finished object, at the locations and in a shape as well as
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under a thickness corresponding to the arrangement of the hard metal applications on the finished part, after which the mold is filled with the support metal, so that the liquefied support metal liquifies with the hard metal powder and simultaneously , during the same working operation, the object to be manufactured is formed in the support metal.
Various methods can be applied to prevent the position of the hard metal powder first introduced into the mold from being altered during the casting of the support metal. In a preferred embodiment, the hard metal is surrounded by a protective mesh, eg, wire mesh, perforated sheet, etc., through which the cast support metal can pass, but which opposes itself. on the other hand that the position of the heavy metal powder is changed during casting.
It is also possible to use a thin, non-perforated sheet, in particular when the successive casting of two different metals will be carried out, namely a first metal which is located in the zone adjacent to the hard metal, and a second metal further back.
According to another embodiment, the hard metal introduced into the mold is subjected to a preliminary liquation, so as to solidify it temporarily, and it is only then that it is joined to the support metal, by the casting of this one in the mold.
Another means for the solidification of the hard metal powder introduced into the mold, before the subsequent casting of the support metal, consists in the treatment with combinations of metals in gaseous form, easily thermally dissociable, metals of a
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low melting point, for example with carbonyl combinations of the iron group, easily thermally dissociable, possibly with subsequent liquation.
In certain cases, and in particular when it comes to very complicated shapes, it may also be judicious to carry out a preliminary liquation of the hard metal powder, according to the desired shape of the filling, before the filling. introduce into the casting mold. Whereas, in the application of this method, one is in no way bound to determined extreme limits of expansion of the heavy metal linings, it is possible by applying this method to provide certain parts with pre-hard metal applications. - feeling very large working surfaces, parts which, until now, could not be lined with hard metal, because hard metal linings of such large dimensions could not be obtained and their welding was too difficult and too expensive.
Finally, it is still possible to obtain first of all a hard metal body of the form that it should present as an application or incorporation on or in the finished tool, since the hard metal powder in a corresponding mold, after which the support metal will be poured into it, which enters into liquation with the metal powder; in this way a part lined with hard metal is obtained, having the desired shape.
The introduction of the hard metal powder into the mold can be effected by the fact that the powder having the desired grain size will be poured into the mold.
It is also possible, and in particular when it is desired to use a very fine hard metal powder, to form the hard metal layer by electrophoresis, against the inner wall of the mold, made electrically conductive,
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The drawing shows by way of example several embodiments of the invention. In this drawing:
Fig. 1 is a section passing through a casting mold intended for the production of a drawing die,
Fig. 2 is a section passing through a casting mold intended for the manufacture of a support plate for a lignite briquette press.
Fig. 3 is a cross section passing through a casting mold for the manufacture of a dredge tooth.
Fig. 4 shows a cross section passing through a mold for the manufacture of a milling head.
In the exemplary embodiment which is the subject of FIG. 1 denotes a casting mold made of a refractory material, and preferably of retort carbon. The mold can have any shape and be made in one piece or in several parts. The mold shown, to be used in the manufacture of a drawing die, is cylindrical and has at its center an axis 5 which corresponds approximately in diameter to the bore or orifice of the finished drawing die. The mold cavity is divided into two parts by a cylinder 3 closed at its upper part, and formed of a perforated sheet or a metal mesh, Part 2 which surrounds the core 5 must be made of a hard metal, while on the other hand the outer part designated in 6 must be made of cast steel,
or other similar metal, The inner chamber 2 is therefore filled with the hard metal entering into consideration, in granular form.
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For example, metal carbides are used, the grain size of which is chosen according to the particular applications.
According to the invention, any granulation can be adopted. When the inner chamber is filled with carbide, and the network enclosing the hard metal, preferably established in a material close to the outer metal, that is to say cast steel, for example sheet metal. steel or steel wire, has been put in place, this network 3 is secured in the casting mold, for example by means of a metal tip 4. The free space 6 is then filled with the chosen metal, by example of steel, iron or another suitable metal, such as: nickel, copper, or even a metal alloy.
Preferably, the mold will be heated beforehand.It is still possible to introduce cold into the mold the metal which is to occupy the chamber 6 of the mold, then to heat this mold until the metal melts, then filling. chamber 6. The mass of liquefied metal then enters through the orifices into network 3, and comes into liquation with the metal powder 2.
The material of which the lattice 3 is formed either between itself in fusion, or else one uses preferably a material which, at the melting temperature of the cast metal, still has a certain solidity, so that, by the action of this network, the grains of the hard metal are still retained.
After cooling, the mold is opened or broken, and thus a drawing die is obtained which works well, mechanically, as a die and which consists of an inner part formed of hard metal, and a frame. cast steel peripheral. We also realize the advantage of not giving rise to any internal tension,
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and in addition, no internal voltage is manifested either in the event of heating within the limit of normal temperatures; this drawing die acts as a coherent whole.
The continued treatment of the manufactured part after casting depends on the particular cases of its destination. It may / in certain cases necessary to keep the parts heated for a prolonged time, after they have been obtained, or to treat them specially, in the manner of quenching, or even to surprise them immediately.
It is advisable to shake the mold during the casting, so that the grains of the metal carbide settle down properly, inside the chamber delimited by the network, The grain size is chosen according to the compactness and resistance to water. wear desired for the object to be manufactured.
Fig. 2 shows a mold for a support plate for a lignite briquette press. The interior of the mold is here divided into two parts by a sheet metal plate 7 which corresponds by its shape to the external shape of the object to be manufactured. The lower chamber 8 is intended to receive the hard metal powder, for example the grains of tungene carbide. The height of this chamber corresponds to the thickness of the hard metal lining to be obtained.
The sheet 7 is held by means of the metal spikes 9 in the mold 10, again constituted by charcoal or another similar material, and the supporting metal is poured into the upper chamber 11. This metal passes through them. holes of the sheet 7 and enters into liquation with the hard metal. In this way, there is again obtained a stress-free body comprising a metal lining, without being in any way limited as regards the dimensions and shape of this lining.
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Fig. 3 shows a casting mold 12, also made of a refractory material, preferably carbon or soapstone, this mold being intended for the manufacture of a dredge tooth. The granulated hard metal is placed in the chamber 13, and the latter is separated from the remainder of the cavity of the casting mold, by a network 14 formed by a sheet or by a wire mesh. The network 14 is maintained by the points 15. The mold is here divided into two parts by a transverse partition 16. In the upper part, the metal 17 to be cast is introduced, for example in the form of rods, after which the mold is introduced. in the oven. The metal flows and reaches the chamber 18, from which it comes into contact with the hard metal powder 13, passing through the network 14.
The invention applies particularly satisfactorily to cases where it is a question of manufacturing objects of a complicated shape, for example a milling head. The casting mold which will then be used is shown in section in FIG. 4. Chambers 21. are formed inside the mold by means of perforated sheets 20, said chambers being lined with hard metal powder.
The sheets can also, in this case, be held in the mold by the points 22, for example. The inner chamber 23 is then filled with the support metal, and after breaking the mold, the finished cutter head is held.
In order to separate the hard metal powder from the cast metal, one can, as already mentioned, preferably choose a material whose melting point is slightly higher than that of the metal to be cast. You can also choose metals that combine with the metal. support, or also those that do not allow a
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such alloy. Thus, for example, when iron or steel is used as the support metal, molybdenum or other similar metal will be chosen to form the sheet or the separating sheet, this metal not entering into fusion. but allying equally well with the support metal as with the hard metal.
The actual casting operation can be carried out in any way. We can pour the metal inside the mold, pour in the cold mold or in the heated mold, or we can also proceed to the fusion in the mold itself, all the mold being filled with the material marl, or well a higher quality material, for example a more tenacious molten steel, being first of all cast in the neighboring parts of the hard metal lining, the remainder of the mold then being occupied by a less expensive metal, for example iron melted.
A particular advantage of the described process is that the complete manufacture of the finished article is carried out in a single operation, so that regardless of the fact that a tension-free part is obtained, which can have any shaped gaskets. , in any places and having any section, the manufacturing costs are themselves very significantly reduced.
If it is a question of the manufacture of articles of a particularly complicated shape, into which the hard metal can hardly be introduced in powder form at the places of the casting mold to which the linings or the insertions must correspond later. hard metal, in these cases it is possible to cold press the hard metal powder in a particular mold, corresponding to the shape of the finished lining, thus solidifying the
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hard metal, or else cause its liquation by heat, after which the lining formed by pressure or prior liquation will be introduced into the casting mold intended for the complete object, said lining being secured at the suitable places.
The finished article then has the same properties as if the hard metal powder had been introduced in bulk, since the hard metal lining, pressed or liquated beforehand, absorbs the support metal on the surface.
It has already been mentioned that the support metal does not necessarily have to be introduced in the liquid state into the mold, and that, on the contrary, it could be melted in the mold itself. In the case of particularly complicated shapes, it is also possible to introduce into the mold a molded body, of the shape corresponding to that of the finished object, then heat the mold strongly enough so that the body melts again and the metal molten can liquidate with the hard metal parts in place in suitable places,
Instead of directly introducing the hard metal powder into the mold, this hard metal layer can also be formed by electrophoresis.
In this case, first of all, by transferring a model, a negative mold of the object to be produced, for example elements of a die for a rubber press with particularly marked contours, is formed, starting from a suitable plastic mass, for example soapstone or gallite. This negative mold is dried and fired, with the shrinkage naturally expected.
The internal wall of the baked mold is then coated with graphite or very fine carbon black on its surface, so that even its smallest pores are filled in, and at the same time a layer is produced.
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good conductor of electricity. this layer of graphite can then, although in many cases this is not necessary, be covered with a thin layer, the thickness of a few @ will often be sufficient, formed of a metal of the iron group, for example of cobalt, by vaporization of electrodes or by electrolysis.
The hard metal layer is then precipitated by means of a suspension of very finely divided metal powder, by electrophoresis, and under any thickness, at the same time as under a uniform density, on the inner wall of the mold made good conductor. of electricity by the effect of the graphite layer. The thickness of this layer can vary from a few hundredths of a millimeter to a few millimeters. As suspending agents, it is possible to use water or else organic liquids, such as for example alcohols and ketones. The solidification of the layer, before the subsequent casting, can also in this case be carried out directly by liquidation.
However, it is also possible, both in the case of the introduction of the hard metal powder, to replace the network, but in particular also during the introduction of the hard metal powder by electrophoresis, and in In view of solidification, expose the layer to the action of gaseous, easily thermally dissociable combinations of metals which have a lower melting point than the metal which forms the layer itself. Very satisfactory results have been obtained with the easily thermally dissociable carbonyl combinations of the iron group. Preferably, this treatment is carried out under a vacuum, so that the carbonyl vapors easily and deeply penetrate the pores of the metal deposit.
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The metal layer is then brought to the temperature which corresponds to the dissociation temperature of the carbonyl composition used, that is to say to approximately 1000 ° C. for nickel-carbonyl for example. In order that the dissociation and separation of the metal does not take place only on the outer area of the metal layer, the mold carrying the hard metal layer is suitably heated from the outside, or only when the metal layer is cold and still porous has been completely penetrated by the carbonyl vapors and therefore saturated, so that the dissociation of the carbonyl vapors takes place first on the contact line of the metal layer with the mold, after which, and at the same time as the heating spreads, from the inside to the outside,
all the metallic crystals are found uniformly coated and united together.
It is also possible to achieve a particularly deep action zone of the carbonyl vapor and a corresponding very thorough filling of the still existing pores, by the fact that, on the one hand, the depression in the carbonyl vapor will be continuously increased, during the dissociation, then lowering it and on the other hand by the fact that the dissociation temperature will be so modified that it will pass alternately above and below the point of dissociation of the corresponding carbonyl.
The mold prepared in this way, and having the heavy metal layer formed therein, is then introduced into a suitable furnace, for example an electric carbon tube furnace, and preferably in the presence of inert gases or in a reducing atmosphere, in order to avoid oxidation, then it is brought to a temperature
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slightly below the melting temperature of the bonding metal introduced into the heavy metal layer by the carbonyl vapors. As a result of this treatment, an extremely compact and ductile heavy metal layer is produced by liquation, which is bonded to a suitable support metal, for example by casting thereof. The finished object is thus obtained, which is released from the mold after cooling.
In addition, according to the invention, it is possible, in accordance with the invention, to first establish a hard metal body of the shape which it is to present, as an application or insert for the finished part. Hard metal powder is then introduced into a suitable mold, followed by pouring the support metal therein, which liquates with the metal powder and gives rise to a hard metal layer of the desired shape.
The hard metal insert or insert thus produced is then introduced into the casting mold which corresponds to the finished object, then the supporting metal, of the same nature as the metal previously liquated in the mold, is poured into this mold. the hard metal layer. In this way a coherent object is obtained, as the support metal which has come into liquation with the hard metal again melts at least superficially, and is thus intimately united with the subsequently cast support metal.
It is also possible, for the casting of the metal which follows the hard metal layer, to adopt another metal close to the liquated metal, and having approximately the same coefficients of expansion; it is also possible to first pour into the mold a layer of the same metal, then a layer of another metal having substantially the same coefficient of expansion.
When using two different metals
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In order to establish the support body, namely a metal which goes into liquation with the hard metal, and a second metal which forms a layer behind the hard metal layer, it is advisable, to close the hard metal powder, to use a thin non-perforated sheet. The support metal is then introduced in two places, namely: once in front of the sheet, and then behind it. Care must then be taken to use, for the sheet, a metal which alloys with the support metals adopted.
Hard metal carbides, nitrides or borides, or other similar substances, can be used directly, but it is also possible to introduce or deposit in the mold a layer of an intimate mixture of pure metal and carbon capable of reaction, or to form alternate layers of these two bodies, lying reciprocally in approximately the stoichiometric ratio of the desired carbide combination; after which, in a suitable oven and under the action of the temperature necessary for the formation of the corresponding combination, the desired carbide combination will be changed.
This transformation is for example also possible by the fact that a layer of heavy metal, for example tungsten, forming a carbide, produced according to the process and which has, with respect to carbon, a very high affinity, is converted to carbide in gases or vapors containing carbon, for example acetylene or the lighting gas, suitably under a certain vacuum. Further processing of a carbide layer produced in this way is then carried out in the same way, indicated above, as a hard metal layer.
In many cases, the liquation of a layer of hard metal treated with carbonyl vapor
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can be avoided, when the support metal has a sufficiently high melting point, and is left in the mold, for an extended time, in the molten state.
A very intimate combination between the deposited layer and the supporting metal is achieved by the fact that one proceeds to the casting of the latter, in the vacuum, by destroying the depression by the introduction of an inert or reduced gas. ductor, even before -Solidication uu support metal.
The carbonyl treatment can be omitted in cases where a hard metal layer is produced, the crystals of which already do not. surrounded by a thin shell of low melting point metal.
As the support metal, any metal can be used, but preferably a metal from the iron group, that is to say besides iron, nickel, copper, brass or their alloys. Use will preferably be made of a metal which forms complex alloys or crystals with the heavy metal layer. It is also possible to proceed by lining the layer of liquated heavy metal, before the casting of the support metal;. With an intermediate metal layer which, for example copper, will enter into a desired combination with the aluminum acting as the metal. support, when this is not the case, or only to an insufficient extent, for example for tungsten, when a layer formed in this metal is brought into direct contact with the aluminum which constitutes the metal of the support. support.
The casting of the support metal in the mold takes place, provided that a liquation of the heavy metal layer is carried out, at best immediately after this liquation is complete and before the cooling of the hard metal layer. below glowing red or in any event significantly below the melting point of the carrier metal.
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The process which is the subject of the invention is applicable to parts of the most, different shapes, and intended for the most diverse uses; it is therefore not limited to tools, but also applies to machine parts, for example to engine cylinders, valve seats for engines, bearing or running surfaces for wheels, gears, or the like.
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