<Desc/Clms Page number 1>
"Procédé de fabrication d'alliages durs".
La matière oonnue sous la dénomination de "metal dur" et utilisée en première ligne pour les outils de coupe, de filetage et d'étirage, se compose d'un mélange ou d'un alliage de carbures de métaux difficilement fusibles, tels que par exemple le tungstène et le molybdène. Aussi bien dans le métal dur produit par frittage que dans celui produit par fusion et alliage, on a jusqu'ici considéré le carbure comme le support de la dureté, et pour cette raison on a dans les deux cas observé une teneur en carbone rigoureusement déterminée dans la matière première.
Ainsi dans l'un des métaux produits par frittage les plus connus, la teneur en carbone est par exemple de 3 à 7 %, et dans un alliage pro-
<Desc/Clms Page number 2>
duit par fusion, également connu, la teneur en carbone est rigoureusement fixée de 3 à 4 1/2 %. Avec les métaux produits par frittage on doit en outre - vu la nature par- ticulière d'un tel mélange non homogène - veiller avec le plus grand soin au bon choix d'un métal de support ou métal auxiliaire, frittant facilement, tandis qu'avec les alliages produits sur le fondant, on croit tenir - par fusion dans le vide et par l'addition de matières désoxydan- tes - un moyen de production d'un métal dense et dur.
Bien que par l'observation de toutes ces mesures on ait réussi à produire une matière à usiner d'une grande dureté, ce ne sont toujours que des moyens auxiliaires arti- ficiels avec lesquels la texture des métaux durs devient peu naturelle et non organique. Tout au contraire, la pré- sente invention part de la notion que la réunion de métaux difficilement fusibles en métaux complexes durs, sans addi- tion de corps non métalliques ou métalloides, ou avec des additions seulement faibles de ces corps, et que la réunion des métaux complexes durs en un métal dur et dense, puissent toujours s'obtenir lorsque la charge est chauffée considé- rablement au-dessus du point de fusion des élément-s de l'alliage, et que le métal en fusion homogène est refroidi brusquement et se trouve oomprimé sous haute pression pen- dant le refroidissement.
De même qu'il est connu de tremper des alliages de fer et de carbone d'une teneur convenable en carbone, par le moyen d'un refroidissement soudain, on a aussi déjà refroidi dans de l'eau glacée, ensemble avec le creuset, des carbures de tungstène ou de molybdène fondus.
Lais une compression simultanée du carbure de molybdène n'a pas eu lieu dans ce cas.
<Desc/Clms Page number 3>
Avec le procédé selon l'invention, on pourra uti- liser comme matière de départ tous métaux et métaux auxi- liaires jusqu'ici connus pour la fabrication de métaux durs; l'avantage du procédé réside pourtant avant tout en ce que celui-ci n'est pas lié à l'emploi de ces métaux sous forme de carbure, mais que l'on puisse aussi avec des métaux purs, tels que le molybdène, le vanadium, le titane et le tungstène, produire des combinaisons qui, seules ou plusieurs ensemble, fournissent un métal à outils homogène, excessivement dur.
Le trait caractéristique et la nouveauté du procédé consistent encore en ce que la fabrication des métaux de départ purs comme tungstène, le molybdène, le vanadium, le titane par réduction de leurs oxydes qui jusqu'ici s'opérait séparément, a lieu main- tenant ensemble avec la fusion de l'alliage de métal dur et en une seule opération. L'utilisation de la même chaleur pour la réduction et pour la fusion des éléments d'alliage, rend le procédé particulièrement économique.
D'après l'invention, on utilise pour le procédé de fusion, comme source de chaleur, un mélange intime d'alu- minium finement distribué, avec les oxydes des métaux à allier et à comprimer ultérieurement, donc une thermite en poudre. Le creuset qui contient les métaux à allier, ordi- nairement un creuset en charbon, est rigoureusement adapté à la forme de la pièce à fabriquer, et il est fermé par un couvercle bien joint. Ce creuset formant moule rempli des métaux d'alliage est maintenant placé dans une quantité de thermite mesurée selon la quantité de chaleur à produire, de façon à s'en trouver entouré de tous côtés, et le tout est ensuite réuni sous forme de balle par le moyen d'une masse plastique de matière réfractaire ou d'argile.
Pour l'intro- duction de l'un des mélanges d'allumage connus et pour
<Desc/Clms Page number 4>
l'issue des scories et des gaz de la masse de thermite, on ménage des ouvertures appropriées dans l'enveloppe réfractaire.
Le procédé préparé de cette façon se développe main- tenant en trois phases qui en partie coincident dans le temps. Après l'allumage de la thermite en poudre, il résul- te d'abord une rapide et vigoureuse réduction de ses oxydes métalliques, et les métaux eux-mêmes s'unissent en fondant et forment une masse solide impénétrable dans laquelle est moyé le creuset en charbon. Par la haute température de plus de 3000 degrés Celsius qui se produit avec l'oxy- dation de l'aluminium, et par la forte quantité de chaleur qui, avec cela, devient libre, la charge du creuset est si- multanément fondue en peu de temps, fortement surchauffée, et elle forme un alliage intime.
Après que la thermite (dont la quantité, ainsi qu'il a été dit ci-dessus, est propor- tionnée à la quantité de chaleur nécessaire à la fusion et au surchauffage), est brûlée, le corps métallique aom- pact qui emprisonne le creuset de charbon est, d'après l'invention, refroidi brusquement; comme bains de trempe conviennent l'eau à la température normale, l'eau glacée ou encore, selon la dureté de l'alliage à obtenir, d'autres bains. Par suite de ce refroidissement brusque, le métal obtenu avec la thermite par réduction et entourant le creu- set en charbon, se contracte si fort que ledit creuset et le métal intimement allié qui s'y trouve à l'intérieur, sont portés sous une pression extrêmement élevée pendant le refroidissement. Le métal est ainsi comprimé et se présente comme un corps de métal dur, solide, homogène et dense.
Après son refroidissement, le corps métallique tiré de la thermite est cassé, et le creuset de charbon avec son con-
<Desc/Clms Page number 5>
tenu est mis à nu. Le métal tiré de la thermite, composé des métaux de départ à allier ultérieurement de nouveau dans le creuset et à comprimer, pourra ensuite être pulvé- risé et traité pour la nouvelle charge. C'est une chose évidente que par l'emploi simultané de différents oxydes métalliques dans la thermite, il est possible de créer aussi par le prooédé une sorte d'alliage préalable, que l'on pourra purifier par une seconde fusion successive, et oomprimer en vue d'obtenir un métal dur de grande valeur.
Mais par le procédé selon l'invention, il est toujours possi- ble d'obtenir un métal dur, extraordinairement dense et homogène, et d'obtenir encore en une seule phase de travail et en utilisant la même chaleur, de la façon la plus simple avec des matières brutes sous forme d'oxydes, un produit de départ pur et utile. Le procédé permet aussi - avant tout par suite des fortes pressions qui règnent lors du refroi- dissement - de fondre et d'allier des métaux que l'on ne pouvait pas jusqu'ici avec les moyens dont on disposait, réunir pour en faire un métal dur utile.
Voioi quelques exemples qui rendront plus claire la façon de procéder:
Les oxydes par exemple du titane, du bore ou du cobalt, sont mélangés par quantités telles donnant de la thermite que lors de la réduction on obtienne un alliage de 45 % de titane, 40 % de bore et 15 % de cobalt. Le mélan- ge est ensuite additionné de la quantité d'aluminium né- cessaire pour la réduction, et pour favoriser la réaction, on ajoute encore des corps qui cèdent de l'oxygène, tels que des chlorates ou des perchlorates.
Un autre mélange avantageux se oompose des oxydes du tungstène, du silicium, du titane, du vanadium et du
<Desc/Clms Page number 6>
cobalt, en proportions calculées de façon que l'on obtienne un alliage de 70 % de tungstène, 13 % de silicium, 10 % de titane, 0,5 % de vanadium et 6,5 % de oobalt.
Les alliages obtenus par la déflagration de la masse de thermite sus-indiquée sont broyés et portés dans un creuset de charbon comme l'on en emploie de manière connue pour la fusion d'alliages durs. La forme du creuset est con- venablement d'avance adaptée à la forme à donner aux objets à fabriquer en métaux durs. Après que le creuset aura été pourvu d'un couvercle qui ferme hermétiquement et qui fait saillie sur sa paroi, il sera placé dans la masse de thermite ci-dessus décrite, et l'ensemble sera ensuite entouré par une enveloppe (récipient) de matières réfractaires, de l'argile par exemple. Il est évident que la thermite peut se composer aussi des corps connus, tels que l'oxyde de fer et l'aluminium.
Après que l'allumage de la thermite aura eu lieu, et après la déflagration qui ne dure que quelques secondes, le corps enveloppé de la masse réfractaire est refroidi brusquement dans de l'eau ou par un autre moyen approprié.
La durée de l'opération de refroidissement varie avec l'agent réfrigérant employé; elle peut atteindre jusqu'à 100 secondes.
REVEMDICATIOINS.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
<Desc / Clms Page number 1>
"Process for the production of hard alloys".
The material known under the name of "hard metal" and used in the first line for cutting, threading and drawing tools, consists of a mixture or an alloy of hardly fusible metal carbides, such as by example tungsten and molybdenum. Both in the hard metal produced by sintering and in that produced by fusion and alloying, carbide has hitherto been considered as the support for hardness, and for this reason we have observed in both cases a strictly determined carbon content. in the raw material.
Thus in one of the most well-known metals produced by sintering, the carbon content is, for example, from 3 to 7%, and in a pro-
<Desc / Clms Page number 2>
Duct by fusion, also known, the carbon content is rigorously fixed from 3 to 4 1/2%. In the case of metals produced by sintering, moreover, due to the special nature of such an inhomogeneous mixture, the greatest care must be taken in the correct choice of a support metal or auxiliary metal, which sinter easily, while with the alloys produced on the flux, it is believed to hold - by vacuum melting and the addition of deoxidizing materials - a means of producing a dense and hard metal.
Although by observing all these measurements we have succeeded in producing a material to be machined with great hardness, they are still only artificial aids with which the texture of hard metals becomes unnatural and inorganic. On the contrary, the present invention starts from the notion that the union of hardly fusible metals into hard complex metals, without the addition of non-metallic bodies or metalloids, or with only weak additions of these bodies, and that the union hard complex metals to a hard dense metal, can still be obtained when the charge is heated considerably above the melting point of the elements of the alloy, and the homogeneous molten metal is cooled sharply and is compressed under high pressure during cooling.
Just as it is known to quench iron and carbon alloys of a suitable carbon content, by means of sudden cooling, it has also already been cooled in ice water, together with the crucible, fused tungsten or molybdenum carbides.
But simultaneous compression of the molybdenum carbide did not take place in this case.
<Desc / Clms Page number 3>
With the process according to the invention, all metals and auxiliary metals heretofore known for the production of hard metals can be used as starting material; however, the advantage of the process lies above all in that it is not linked to the use of these metals in the form of carbides, but that it is also possible with pure metals, such as molybdenum, vanadium, titanium and tungsten, produce combinations which, singly or in combination, provide a homogeneous, excessively hard tool metal.
The characteristic feature and the novelty of the process still consist in that the manufacture of the pure starting metals such as tungsten, molybdenum, vanadium, titanium by reduction of their oxides which hitherto took place separately, now takes place. together with the melting of the hard metal alloy and in one operation. The use of the same heat for the reduction and for the melting of the alloying elements makes the process particularly economical.
According to the invention, for the melting process, as heat source, an intimate mixture of finely distributed aluminum with the oxides of the metals to be alloyed and subsequently compressed, and therefore a powdered thermite, is used. The crucible which contains the metals to be alloyed, usually a carbon crucible, is strictly adapted to the shape of the part to be manufactured, and it is closed by a tightly sealed cover. This crucible forming a mold filled with alloy metals is now placed in a quantity of thermite measured according to the quantity of heat to be produced, so as to be surrounded by it on all sides, and the whole is then united in the form of a ball by by means of a plastic mass of refractory material or clay.
For the introduction of one of the known ignition mixtures and for
<Desc / Clms Page number 4>
After the slag and gases from the thermite mass, suitable openings are made in the refractory casing.
The process prepared in this way now develops in three phases which partly coincide in time. After the ignition of the powdered thermite, there first results a rapid and vigorous reduction of its metallic oxides, and the metals themselves unite in melting and form an impenetrable solid mass in which the crucible is mediated. in charcoal. By the high temperature of over 3000 degrees Celsius which occurs with the oxidation of aluminum, and by the high amount of heat which, with this, becomes free, the crucible charge is simultaneously melted in little time, strongly overheated, and it forms an intimate alloy.
After the thermite (the quantity of which, as has been said above, is in proportion to the quantity of heat necessary for fusion and superheating), is burnt, the metallic body aom- pacts which traps the coal crucible is, according to the invention, suddenly cooled; water at normal temperature, ice water or, depending on the hardness of the alloy to be obtained, other baths are suitable as quenching baths. As a result of this sudden cooling, the metal obtained with the thermite by reduction and surrounding the charcoal crucible contracts so strongly that said crucible and the intimately alloyed metal which is therein are carried under a extremely high pressure during cooling. The metal is thus compressed and appears as a hard metal body, solid, homogeneous and dense.
After its cooling, the metallic body drawn from the thermite is broken, and the coal crucible with its con-
<Desc / Clms Page number 5>
held is laid bare. The metal drawn from the thermite, made up of the starting metals to be alloyed later in the crucible and compressed, can then be pulverized and treated for the new charge. It is obvious that by the simultaneous use of different metallic oxides in thermite, it is also possible to create by the process a kind of preliminary alloy, which can be purified by a second successive fusion, and to compress. in order to obtain a hard metal of great value.
But by the process according to the invention, it is still possible to obtain a hard metal, extraordinarily dense and homogeneous, and still to obtain in a single working phase and using the same heat, in the most simple with raw materials as oxides, a pure and useful starting material. The process also allows - above all as a result of the strong pressures which prevail during cooling - to melt and alloy metals that one could not hitherto with the means available, bring together to make one. hard metal useful.
Here are some examples that will make it clearer how to proceed:
The oxides, for example of titanium, of boron or of cobalt, are mixed in quantities such as to give thermite that during the reduction an alloy of 45% titanium, 40% boron and 15% cobalt is obtained. To the mixture is then added the quantity of aluminum necessary for the reduction, and to promote the reaction, substances which give up oxygen, such as chlorates or perchlorates, are further added.
Another advantageous mixture consists of the oxides of tungsten, silicon, titanium, vanadium and
<Desc / Clms Page number 6>
cobalt, in proportions calculated such that an alloy of 70% tungsten, 13% silicon, 10% titanium, 0.5% vanadium and 6.5% oobalt is obtained.
The alloys obtained by the deflagration of the mass of thermite indicated above are crushed and carried in a coal crucible as is used in a known manner for the melting of hard alloys. The shape of the crucible is suitably adapted in advance to the shape to be given to the articles to be manufactured in hard metals. After the crucible has been provided with a lid which closes hermetically and which protrudes from its wall, it will be placed in the mass of thermite described above, and the whole will then be surrounded by an envelope (container) of materials. refractories, for example clay. It is obvious that thermite can also consist of known bodies, such as iron oxide and aluminum.
After the ignition of the thermite has taken place, and after the explosion which lasts only a few seconds, the body enveloped in the refractory mass is suddenly cooled in water or by some other suitable means.
The duration of the cooling operation varies with the refrigerant employed; it can be up to 100 seconds.
REVEMDICATIOINS.
** ATTENTION ** end of DESC field can contain start of CLMS **.