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Alliage dacier à coupe rapide.
Cette invention est relative aux alliages d'acier et elle concerne plus particulièrement les aciers connus géné- ralement sous le nom d'aciers à coupe rapide ou aciers rapides, employés dans la fabrication d'outils de coupe et de pièces exposées à l'usure. L'invention se rapporte notamment à pa- reils aciers contenant du molybdène en alliage, son principal but étant de procurer un acier rapide à haute teneur en molyb- dène, qui résiste particulièrement bien à la décarburation de sa surface pendant la production de l'acier et la fabrication d'outils et de pièces d'usure au moyen de cet acier, quand l'a- cier est nécessairement soumis à des températures élevées, par exemple au cours du forgeage, du laminage, de la trempe, de l'étirage, etc.
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Comme le savent bien les gens de métier, un grand nombre d'alliages d'acier, appelés communément aciers, sont sujets au phénomène de décarburation qui les rend impropres à beaucoup d'applications. Ceci est notamment vrai pour les aciers employés dans la fabrication d'outils de coupe et de pièces d'usure qui exigent une très grande dureté superfi- cielle laquelle ne peut s'obtenir si le carbone abandonne par décarburation la surface de l'outil même sur une très faible profondeur, de l'ordre d'un centième de millimètre.
On dit qu'un acier se décarbure quand, en raison des conditions dans lesquelles on le place, il se produit une diminution de la teneur en carbone à sa surface. Cette dimi- nution de la teneur en carbone à la surface s'accompagne d'un changement de la microstructure qui, dans le cas d'un grand nombre d'aciers de qualité, a pour résultat de créer une pellicule malléable.
L'allure de décarburation dépend de l'allure à la- quelle le carbone s'oxyde dans la zone superficielle et de la répidité avec laquelle le carbone sous-jacent diffuse dans la zone d'oxydation superficielle. Antérieurement, on a pro- posé d'écarter ce phénomène de décarburation en protégeant l'acier contre les atmosphères décarburantes au moyen d'enro- bages, aux températures élevées. Ces enrobages peuvent être constitués par un dépôt électrolytique de métal ou on peut les former en plongeant l'acier dans des sels fondus ou des solutions salines. On a aussi signalé que le phénomène de dé- carburation peut être écarté en réglant la composition de l'at- mosphère à laquelle l'acier est soumis aux températures éle- vées.
Tous ces procédés assurent un certain degré de protec- tion, mais ils soulèvent beaucoup d'objections étant soit trop coûteux, soit insuffisamment protecteurs, soit encore
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incertains au point de vue industriel pratique. Par exemple, l'emploi d'atmosphères de composition réglée n'est pas éco- nomique quand on veut empêcher la décarburation pendant le forgeage ou le laminage. Les enrobages déposés électrolytique- ment ne peuvent pas toujours être employés commodément en rai- son du coût qu'implique l'équipement requis à cet effet dans un grand nombre d'industries traitant les aciers à outils.
L'emploi de solutions salines ou de sels fondus est effi- cace dans les travaux de forge et dans les traitements ther- miques, mais il crée dans le four à recuire un état de mal- propreté indésirable et complique notablement la manipulation industrielle des aciers en cours de fabrication.
Comme le savent bien les gens de métier, la présen- ce du molybdène dans les aciers à coupe rapide accélère, en raison des caractéristiques inhérentes au molybdène allié au fer, l'allure de diffusion de carbone quand les aciers sont soumis à des températures élevées. Il a été universellement observé que les aciers à coupe rapide contenant du molybdène sont sujets au phénomène de décarburation et ce défaut empê- che à lui seul d'employer universellement des compositions qui autrement, au point de vue du coût et du rendement, sont supérieures aux compositions employées actuellement de maniè- re courante.
On a constaté que, concurremment à cette décar- buration, les aciers au molybdène soumis à des températures élevées en cours de forgeage, de laminage ou de traitement thermique émettent des fumées blanches abondantes qui sont de l'oxyde molybdénique. La présente invention non seulement empêche la décarburation de ces aciers aux températures éle- vées mais encore élimine ou réduit notablement la perte de molybdène de la couche superficielle par émission de cet oxy- de molybdénique.
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La présente invention vise la découverte d'additions alliables aux aciers à coupe rapide au molybdène, qui surmon- tent l'effet décarburateur du molybdène. En employant ces ad- ditions alliables, on peut soumettre des aciers à coupe ra- pide au molybdène à des températures élevées sans les protéger contre l'atmosphère oxydante régnant habituellement dans les fours, sans perte de carbone à la surface ni formation d'une pellicule malléable.
Plus spécialement, on a trouvé qu'en ajoutant à un acier à coupe rapide au molybdène une quantité de cuivre de 1,5 à 5 %, on retarde sensiblement l'allure de diffusion de carbone et qu'il est ainsi possible d'exposer à des atmosphè- res oxydantes à température élevée des aciers à coupe rapide contenant du molybdène et du cuivre, sans craindre une décar- buration et sans qu'il se forme une "pellicule malléable". En outre, on a trouvé qu'on peut ajouter la quantité précitée de cuivre sans sacrifier les qualités de coupe qui distinguent l'acier contenant du molybdène mais ne contenant pas de cuivre.
L'acier à coupe rapide conforme à la présente in- vention peut être sensiblement identique à celui décrit dans le brevet américain n .1.937.334 du 28 Novembre 1933 de Mon- sieur Joseph V. EMMONS, ayant pour objet: Alliage d'acier et articles faits en cet alliage", avec addition de cuivre et, éventuellement, d'autres éléments. De plus, comme il sera spécifié ci-après, le molybdène peut être remplacé entièrement ou partiellement par du tungstène dans l'acier couvert par le brevet ci-dessus, sans s'écarter de l'esprit de l'invention.
A titre d'exemple d'exécution de la présente invention on .a trou- vé satisfaisant un acier ayant la composition suivante :
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EMI5.1
<tb> Carbone <SEP> 0,80 <SEP> $ <SEP>
<tb>
<tb>
<tb> Manganèse <SEP> 0,50 <SEP> %
<tb>
<tb>
<tb> Silicium <SEP> 0,30 <SEP> % <SEP>
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<tb> Chrome <SEP> 4,00 <SEP> %
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<tb> Molybdène <SEP> 8,50
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<tb>
<tb> Vanadium <SEP> 1,00 <SEP> % <SEP>
<tb>
<tb>
<tb> Cuivre <SEP> 3,00 <SEP> %
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le restant étant constitué par du fer et les impuretés usuelles.
Le pourcentage de ces éléments peut varier, suivant les caractéristiques particulières qu'on veut obtenir, dans les limites suivantes:
EMI5.2
<tb> Carbone <SEP> 0,50 <SEP> % <SEP> à <SEP> 1,30 <SEP> % <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
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<tb> Manganèse <SEP> 0,30 <SEP> % <SEP> à <SEP> 0,80
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<tb> Silicium <SEP> 0,10 <SEP> % <SEP> à <SEP> 0',75 <SEP> %
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<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Chrome <SEP> 0,20 <SEP> % <SEP> à <SEP> 10,00 <SEP> %
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<tb>
<tb>
<tb>
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<tb> Molybdène <SEP> 0,60 <SEP> % <SEP> à <SEP> 15,00 <SEP> %
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<tb>
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<tb> Vanadium <SEP> 0,20 <SEP> % <SEP> à <SEP> 3,00 <SEP> %
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<tb>
<tb>
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<tb>
<tb> Cuivre <SEP> 1,50 <SEP> % <SEP> à <SEP> 5,00 <SEP> %
<tb>
le restant étant constitué par au rer et par les impuretés usuelles.
On a aussi trouvé qu'on peut ajouter à la composi- tion précitée, avec plus ou moins de succès, 0,02 à 0,50 % de bore. L'addition de 0,20 % de bore donne un résultat très satisfaisant. De même, on peut ajouter à la composition pré- citée, avec un résultat plus ou moins satisfaisant, 0,20 à 2,00 % de titanium, un pourcentage de 0,50 % étant entièrement satisfaisant. En outre on peut ajouter à la composition pré- citée, du tungstène qui procure certains avantages. Un pour- centage de 2,00 % de tungstène a été trouvé parfaitement sa- tisfaisant. Si on le désire, on peut ajouter dans les propor- tions mentionnées un, deux ou les trois éléments cités en der- nier lieu.
D'ordinaire on constate que le tungstène a sensi- blement le même effet que le molybdène, mais qu'il faut ap- proximativement deux fois autant de tungstène que de molybdè- ne pour obtenir le résultat voulu. En d'autres termes, quand une composition particulière de l'acier décrit contient 1 % de molybdène et qu'on désire le remplacer entièrement par du tungstène, il faut 2 % de tungstène pour obtenir le même effet'
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qu' avec le molybdène. Le tungstène n'a pas pour effet de fa- voriser une diffusion du carbone dans l'acier aussi rapide que le molybdène., mais on a trouvé très avantageuse l'addition de cuivre aux aciers à coupe rapide ayant approximativement la composition précitée sauf que le molybdène est partiellement ou entièrement remplacé par du tungstène.
Par conséquent, il rentre dans le cadre de la présente invention, d'employer du tungstène pour remplacer partiellement ou entièrement la te- neur en molybdène précitée, la quantité de molybdène remplacée l'étant par une quantité double de tungstène.
On a trouvé que des aciers ayant les compositions précitées ne forment pas de pellicule ou écorce malléable quand on les chauffe en vue du forgeage ou pendant les tra- vaux de forge, qu'ils ne se décarburent pas pendant le recuit précédant la trempe ou pendant la trempe et que leurs qualités en tant qu'outils de coupe sont égales ou supérieures à celles dun acier de composition analogue mais ne contenant pas de cuivre. On a aussi constaté que ces aciers se laissent for- ger plus facilement et avec moins de risque de fissuration qu'un acier de composition analogue mais ne contenant pas de cuivre.
Il est clair qu'on reste dans le cadre de l'inven- tion en ajoutant aux compositions précitées des éléments dont l'addition donne des résultats bien compris et prévus,dans des proportions correspondant au changement qu'on désire ainsi réaliser, et par conséquent il est clair qu'on peut apporter des changements bien définis à la composition précitée sans s'écarter de l'esprit de l'invention.
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