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" Nouvel alliage perfectionné"
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L'invention Ol3t l'oll.1.Livo à un nouvel allia/u I)UL':f"Jc1.,j,o!ln.) de fer, de carbone, de silicium, de manganèse et de chrome , qui, par un nouveau traitement thermique, acquiert une propriété de grande valeur pratique que 1'en peut faire varier pour satis- faire à divers desiderata,.
à savoir, celle d'offrir une très grande résistanoe à l'usure ou a l'abrasion , et qui par corsé- quent est particulièrement approprié à la fabrication de produits d'espèces diverses, tels que par exemple, les appareils pour écraser , broyer, draguer, etc., qui sont soumis pendant leur fonctionnement, à des forces qui ordinairement oausent une usure considérable des parties auxquelles ces forces sont appliquées.
On a déjà fabriqué des alliages contenant les éléments pré- cités, mais la présente invention ambrasse deux particularités inoonnues jusqu'ici, à savoir primo l'emploi avantageux de pro- portions de carbone et de chrome plus élevées que jusqu'à pré- sent parapport aux proportions des autres éléments mentionnés,et secundo un traitement thermique qui surmonte toutes les diffioul- tés antérieures et donne naissance à des propriétés nouvelles et utiles non atteintes jusqu'à présent dans un alliage de l'espè-
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oe considérée.
Le nouvel alliage perfectionné se compose de fer, de préférence pauvre en soufre et en phosphore, et contenant du carbone, du silicium, du manganèse et du chrome et, éven- tuellement , un petit pourcentage d'un ou plusieurs autres éléments, par exemple du nickel ou du tungstène ou du nickel et du tungstène qui peuvent être présents comme impuretés dans le fer ou l'acier ou dans d'autres dos composants utili- sés comme métaux de base pour la production du nouvel alliage.
Les pourcentages dans les limites desquels on peut faire varier la composition, suivant les conditions à remplir,sont, en plus du fer , de l'ordre de grandeur suivant , à savoir :
C d'environ 2,00 % à environ 3,00 %
Si " 0 , 30 % " 1, 20 % lin " 0, sa % " 1, 30 ;
Cr " 1,75 % " 4,00% le phosphore ne doit pas dépasser environ 1,00 % et le soufre ne doit pas excéder 0,15 %.
Cette composition est fondée sur les considérations sui- vantes. Le rapport entre le carbone et le silicium est destiné à réduira le caractère cassant; plus le pourcentage de c@r@one est Grand, plus le pourcentage de silicium doit être faille.
La teneur en manganèse est déterminée par les considérations usuelles, en particulier par la teneur.en soufrs. Elle doit être assez élevée pour assurer la transformation de la masse du soufre en sulfure de manganèse. Le ohrcme est présent afin de produire la formation de carbure de chroume, en plus car- bure de fer qui est nonmalement présent dans la gen@ue riche en fer qui forme le métal de base de l'alliage. Une fai de teneur en phosphore est désirable , afin d'éviter, autant que possible, la présence d'aires séparées de l'e@tectique fer-phos- phare et la fragilité résultant,
de la présence de ces airs.
Bien qu'une teneur maximum d' environ 1,00 % en phosphore soit admissible, il est en tous cas préférable de maintenir la teneur
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te cet élément aussi faible que possible.
La proportion de chaque élément présent doit être équili- b rée par rapporta celledesautres pour obtenir lesmeilleurs résultats.
Par exemple, on a constaté qu'un alliage contenant , en plus du far et en dehors des autres éléments présents seulement comme impuretés, environ 2,00 % à environ 2,50 % de carbone, environ 0,70 % de silicium et environ 1,75 à environ 2,00 % de chrome, donne de très bons résultats.
L'alliage peut être constitué par exemple' en Cuisant fondra de la mi braille d'acier au carbone ordinaire , pauvre en sou- fre et en phosphore, dans n'importe quel four de fusion oonve- nable, par exemple un four rotatif Sesoi, la charge étant prépa- rée conformément à la pratique ordinaire pour obtenir de Dons moulages, les quantités nécessaires de carbone, de silicium, de manganèse et de chrome étant ajoutées et soigneusement mé- langées avec l'acier fondu, pur produire un alliage de la com- position décrite ci-dessus.
Le carbone et autres matières d'addition peuvent être a- 'joutées sous n'importe quelle forme convenable , par exemple, le charbon à l'état d'anthracite, le silicium à l'état de ferro- silioiura , le chrome à l'état de ferro-ohrome, et le manganèse à l'état de ferro-manganèse.
Quand on produi l'alliage dans un four de fusion rotatif Sosoi chauffée au poussier d'anthracite, la mitraille d'acier au carbone restera au fond du four et sera, par la rotation du four, soigneusement brassée et rapidement fondue, le natal étant proté-é par une couche de soorie, du contact direct avec la flamme résultant de la combustion du poussier. Dans ce cas, le carbone peut avantageusement être ajouté sous forme d'anthra- cite au métal $fondu produit par la fusion de la mitraille, et y sera soigneusement mélangé par la rotation du four .
Le pourcentage du carbone dans le métal fondu est alors vérifié par essai d'un échantillon de celui-ci et, si o'est né-
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ces3,...ir'}, 0''': pUUrornt:L F est ajusta à 1;> vr...lt3ur ..:e'lUi::;0, pr l'addition d'une nouvelle quantité d'anthracite, ou inverse-
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nient, par l'addition de plus de mitraille d'acier doux.
I{:l:::..r.è. le pourcentage nécessaire de carbone est présent, les q@anti-
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tés nécessaires de silioiuci, de manganèse et de chrome sont ajoutées au métal fondu et y sont bien mélangées par la. rota- tion du four, après (1uoi- 1\ allias;;) en fusion amsi nrod'.1-e )ui est très liquide, est lâcha et coulé suivant les besoins par toute méthode convenable.
Ou bien on peut faire fondre de la mitraille d'acier doux
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au oar ol1e ordinaire dans u.n four électrique ou dans un four Siemens, et les quantités nécessaires de oarbonede silicium, de manganèse et de chrome sous toute forme convenable , par exem-
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ple sous forme de fonte brute et/ou de ferro-alliaces ,a'}ut93 au métal fondu pour 1$mr former 11 é.Üli"'.CG voulu, qui est ensui- te lâché conne précédemment pour former les pièces moulées voulues.
Un alliage de la composition exposée ci-dessus, produit de la manière déorite, est une fonte synthétique
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contenant du ohrome. Il peut être moule faoileuent pour former des pièces moulées de n'importe quelles formes et dimensions voulues, Biais quand il est froid, à oe stade il sera Iras cas- sant.
Pour donner les caractéristiques voulues à l'alliage, à ,savoir, celles d'offrir une grande résistance à l'usure
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ou à l'abrasion sans être trop cassant, les pièces iï'1i?P3 0 tenues , partir -3# l' ::,lliac;:è sont 801.11':;1363 à un t-#îte,.i=3t thermique propre à faire disparaître la. structure noyau den- Û1.1. frll: (J 3.-::Ç' nt:. 0-:
J.')I,--nt 'f'i3.'L . dell cri3taux pr'sr: t.3 dans l'alliage, qui sont caractéristiques d'un alliage de la com- position énoncée, et cause leur transformation en petits cris-
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taux équiaxes de composition homogène, et donne ainsi à toute la ruasse une structure de ténacité intercristailine qui confère à l'alliage la propriété d'une grande résistance à
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l'abrasion.
Ce traitement thermique peut être réalisé comme suit :
Une pièce moulée préparée conformément au procède décrit
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plus 111.t,\1', E3,a t ohmzf:f5a dans un ±<>u # oonv.n;u.n, t, .;]. 'lU'qn four de recuit, à une haute te1.1pératurG, par exemple à envi- ron 950 C, tout en étant protégée de l'action directe de la flamme. La pièce rnoulée est maintenue à cette -bure pen dant un laps de temps convenable, par exemple pendant environ 3 à 30 heures, suivant l'épaisseur de la section de la pièce moulée, le laps de temps étant-d'autant plus long que la sec- t,ion est plus épaisse, et on la laisse ensuite refroidir len- tement, par exemple, dans le four, qu'on laisse refroidir len- tement dans ce but, ou bien dans une chambre séparée.
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Par ce traitement theimique, des pièces moulées,formées, de l'alliage décrit, sont rendues eapables d'offrir une très grande résistance à l'usure ou à l'abrasion en cours deservioe.
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On sait que la fonte du }'"&'Qu)h blanche ou fonte refroi- die rapidement, et l'acier au manganèse ont été employés pour offrir di la, résistance 1,LL)rauîol-l. pour our,bzilli;3 lanr;;err, ' comme par exemple lorsque le métal est sujet à s'étendre, on a employé des aciers au chrome et nickel. Toutefois, suivant le présent brevet on admet qu'une pièce moulée en fonte au chrome ordinaire de la composition énoncée plus haut et sou- mise au traitement thermique décrit oi-dessus n' a pas été pro- posée antérieurement, et que les propriétés physiques résultant de cette fabrication n'ont pas été obtenues antérieurement ave oun alliage de la composition décrite ici.
REVENDICATIONS.
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"New perfected alloy"
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The invention Ol3t l'oll.1.Livo to a new alloy / u I) UL ': f "Jc1., J, o! Ln.) Of iron, carbon, silicon, manganese and chromium, which , by further heat treatment, acquires a property of great practical value which can be varied to satisfy various desiderata.
namely, that of offering a very high resistance to wear or abrasion, and which therefore is particularly suitable for the manufacture of products of various species, such as, for example, crushing devices, crushing, dredging, etc., which are subjected during their operation to forces which ordinarily cause considerable wear to the parts to which these forces are applied.
Alloys containing the aforementioned elements have already been manufactured, but the present invention embraces two features hitherto unknown, namely firstly the advantageous use of higher proportions of carbon and chromium than hitherto. in relation to the proportions of the other elements mentioned, and secondly a heat treatment which overcomes all the previous difficulties and gives rise to new and useful properties not achieved until now in an alloy of the species.
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oe considered.
The new and improved alloy is composed of iron, preferably low in sulfur and phosphorus, and containing carbon, silicon, manganese and chromium and possibly a small percentage of one or more other elements, for example. nickel or tungsten or nickel and tungsten which may be present as impurities in iron or steel or in other components used as base metals for the production of the new alloy.
The percentages within which the composition can be varied, depending on the conditions to be met, are, in addition to iron, of the following order of magnitude, namely:
C from about 2.00% to about 3.00%
If "0, 30%" 1, 20% lin "0, its%" 1, 30;
Cr "1.75%" 4.00% phosphorus should not exceed about 1.00% and sulfur should not exceed 0.15%.
This composition is based on the following considerations. The ratio of carbon to silicon is intended to reduce brittleness; the greater the percentage of c @ r @ one, the greater the percentage of silicon must be.
The manganese content is determined by the usual considerations, in particular by the sulfur content. It must be high enough to ensure the transformation of the mass of sulfur into manganese sulphide. The ohrm is present to produce the formation of chroume carbide, in addition to the iron carbon which is not usually present in the iron rich gene which forms the base metal of the alloy. A low phosphorus content is desirable, in order to avoid, as far as possible, the presence of separate areas of the iron-phosphorus e @ tectic and the resulting brittleness,
of the presence of these tunes.
Although a maximum content of about 1.00% phosphorus is permissible, it is in any case preferable to maintain the content.
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te this element as low as possible.
The proportion of each element present must be balanced against that of the others to obtain the best results.
For example, it has been found that an alloy containing, in addition to far and apart from other elements present only as impurities, from about 2.00% to about 2.50% carbon, about 0.70% silicon and about 1.75 to about 2.00% chromium gives very good results.
The alloy can be made, for example, by firing ordinary carbon steel braille low in sulfur and phosphorus in any suitable melting furnace, for example a Sesoi rotary furnace. , the filler being prepared in accordance with ordinary practice for obtaining donations, the necessary quantities of carbon, silicon, manganese and chromium being added and carefully mixed with the molten steel to produce an alloy of the composition described above.
The carbon and other additives can be added in any suitable form, for example, charcoal in the anthracite state, silicon in the ferro-siliura state, chromium in the state of anthracite. state of ferro-ohrome, and manganese in the state of ferro-manganese.
When the alloy is produced in a Sosoi rotary smelter heated with anthracite dust, the carbon steel scrap will remain at the bottom of the furnace and will, by the rotation of the furnace, be carefully stirred and quickly melted, the natal being protected by a layer of soorie, from direct contact with the flame resulting from the combustion of the dust. In this case, the carbon can advantageously be added in the form of anthracite to the molten metal produced by the melting of the scrap, and will be thoroughly mixed there by the rotation of the furnace.
The percentage of carbon in the molten metal is then checked by testing a sample thereof and, if it is
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ces3, ... ir '}, 0' '': pUUrornt: LF is adjusted to 1;> vr ... lt3ur ..: e'lUi ::; 0, pr addition of a new quantity of anthracite, or reverse-
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deny, by adding more mild steel scrap.
He re. the necessary percentage of carbon is present, the q @ anti-
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The necessary teas of silio, manganese and chromium are added to the molten metal and are mixed well therein. Rotation of the furnace, after (1uoi- 1 \ allias ;;) molten amsi nrod'.1-e) ui is very liquid, is released and poured as needed by any suitable method.
Or we can melt some mild steel scrap
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in an electric furnace or in a Siemens furnace, and the necessary quantities of silicon carbon, manganese and chromium in any suitable form, for example.
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In the form of pig iron and / or ferro-alloys, a '} ut93 with molten metal for 1 $ mr to form 11 desired CG, which is then released as previously to form the desired castings .
An alloy of the composition set out above, produced in the Deorite manner, is a synthetic cast iron
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containing ohrome. It can be molded easily to form molded parts of any shape and size desired, but when it is cold it will be breakage at this stage.
To give the desired characteristics to the alloy, namely, those of offering a high resistance to wear
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or abrasion without being too brittle, the parts iï'1i? P3 0 held, from -3 # l '::, lliac;: è are 801.11':; 1363 at a t- # ite, .i = 3t thermal proper to remove the. kernel structure den- Û1.1. frll: (J 3 .- :: Ç 'nt :. 0-:
J. ') I, - nt' f'i3.'L. dell cri3taux near: t.3 in the alloy, which are characteristic of an alloy of the stated composition, and cause their transformation into small cris-
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equiaxed rates of homogeneous composition, and thus gives the whole ruasse a structure of intercrystalline toughness which gives the alloy the property of high resistance to
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abrasion.
This heat treatment can be carried out as follows:
A molded part prepared in accordance with the process described
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plus 111.t, \ 1 ', E3, a t ohmzf: f5a in a ± <> u # oonv.n; u.n, t,.;]. The annealing furnace, at a high temperature, for example at about 950 ° C., while being protected from the direct action of the flame. The rolled part is kept at this -bure for a suitable period of time, for example for about 3 to 30 hours, depending on the thickness of the section of the molded part, the period being all the longer as the section is thicker, and then allowed to cool slowly, for example, in the oven, which is allowed to cool slowly for this purpose, or in a separate chamber.
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By this chemical treatment, castings, formed, of the described alloy, are made able to offer a very high resistance to wear or abrasion in service.
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It is known that the cast iron of white or cast iron cools rapidly, and manganese steel have been used to provide strength 1, LL) rauîol-1. for our, bzilli; 3 lanr ;; err, 'as, for example, when the metal is subject to spreading, chromium and nickel steels have been employed.However, according to the present patent it is admitted that an ordinary chromium iron casting of the The composition set forth above and subjected to the heat treatment described above has not been previously proposed, and the physical properties resulting from this manufacture have not previously been obtained with an alloy of the composition described herein.
CLAIMS.
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