<Desc/Clms Page number 1>
Alliages d'acier.
L'invention concerne un alliage d'acier susceptible de prendre la structure martensitique à la trempe et destiné particulièrement à la fabrication des objets trempés résistant à la corrosion, tels que les instruments à pointe et les instruments à arête tranchante.
Les aciers au chrome résistant à la corrosion qui sont susceptibles de prendre la structure martensitique à la trempe sont constitués d'une manière générale par un alliage de base dont la composition est comprise entre les limites approximatives suivantes :
<Desc/Clms Page number 2>
carbone 0,20 à 2,50 % chrome 8 à 22 % fer maximum environ 90 % .
Au point de vue de la résistance à la corrosion, la teneur limite inférieure en chrome de tous ces aciers peut être située au voisinage de 12%. Si les conditions de résisLance à la corrosion sont moins rigoureuses, la teneur en chrome peut être légèrement moindre. La limite supérieure de la teneur en chrome est égale à 20% environ, en considération de l'aptitude à la trempe des aciers.
La teneur en carbone qui convient le mieux aux diffé- rentes catégories d'applications est déterminée principalement par la dureté maximum qu'on cherche à obtenir par la trempe, et aussi par les qualités cherchees du tranchant de l'instru- ment. La dureté maximum qu'on peut obtenir par la trempe augmente avec la teneur en carbone, mais en même temps les opérations de façonnage et d'usinage de l'acier à chaud et à froid deviennent plus difficiles.
Si l'acier doit servir à la fabrication d'objets à arête tranchante mince possédant une durée suffisante pour les applications pratiques, il faut que la teneur en carbone soit au moins égale à 0,50% et de préférence pas inférieure à 0,70%. D'une manière générale, en augmentant la teneur en carbone, on obtient un tranchant meilleur, mais si on considère la possibilité d'usiner l'acier par laminage et étirage à froid et la difficulté d'obtenir des carbures dans un état de division suffisamment fine, on ne peut guère admettre une teneur en carbone supérieure à 1,35% pour cette application. L'amélioration du tranchant qui résulte de l'augmentation de la teneur en carbone s'explique par l'augmentation de la quantité de carbures durs et résistant à l'usure.
Mais d'une manière générale, lorsque la teneur en carbures augmente, la résistance à la cor-
<Desc/Clms Page number 3>
rosion de l'acier diminue, car la teneur en chrome des carbures devient si forte que cette teneur diminue dans la matrice.
D'après les diagrammes d'équilibre existants des alliages du système fer-chrome-carbone, deux carbures peuvent exister dans l'intervalle des teneurs considéré, à savoir, un carbure trigonal (Cr Fe)7 C3 et un carbure cubique (Cr Fe)4C , ou probablement d'une manière plus correcte (Cr Fe)23C6. Aux températures supérieures à 800 C. environ, le carbure trigonal seul peut exister, lorsque l'état d'équilibre est atteint, tandis, qu' aux températures inférieures à 8000 C environ, le carbure cubique apparaît en même temps que le carbure trigonal.
On peut en conclure d'une manière générale que pour une seule et même teneur en carbone, la proportion en poids de carbures en phase cubique doit être de 1,5 à 1,8 fois supérieure à celle qu'on obtient lorsque les carbures sont en phase trigonale. D'autre part, en raison de la proportion plus for te en carbure cubique, ce carbure peut provoquer par sa présence, pour une certaine teneur de l'acier en chrome, un appauvrissement en chrome de la matrice, pouvant avoir peur conséquence une moindre résistance à la corrosion.
Suivant l'invention , on peut obtenir les carbures ou au moins la plus grande partie de ces carbures en phase cubique en incorporant à un acier au chrome contenant de 0,20 à 1,35 % de carbone et 8 à 22% de chrome, un autre élément d'alliage consistant en molybdène, cobalt et cuivre. L'acier suivant l'invention est donc caractérisé principalement en ce que, outre l'al- liage de base ayant la composition indiquée ci-dessus et contenant les proportions normales en manganèse, silicium, phosphore et soufre des fers et aciers du commerce, il contient un élément d'alliage composite formé de molybdène, cobalt et cuivre, la proportion de chacun de ces éléments étant au moins égale à 0,20% et ensemble à 0,60 % au moins, et étant au plus égale à 15% du poids de l'acier ainsi allié.
Le molybdène peut être remplacé en
<Desc/Clms Page number 4>
totalité ou en partie par le tungstène.
Des essais ont démontré que la résistance à la cor- rosion de l'alliage d'acier suivant l'invention n'est pas affectée, mais au contraire est améliorée à l'état de recuit de l'acier et surtout à l'état de trempe. On ne pouvait s'attendre à cette double action exercéepar cet élément d'alliage composite formé de molybdène, cobalt et cuivre, car l'addition d'une faible quantité d'un de ces éléments seuls ne donne pas lieu à une modification appréciable du diagramme d'équilibre du système ferchrome-carbone seul.
Outre l'avantage d'une amélioration de la résistance à la corrosion résultant de cette addition d'éléments d'alliage composites, on en retire l'avantage d'une augmentation de la quantité de carbures pour une teneur en carbone donnée et par suite de la dureté et de la résistance à l'usure à l'état de trempe, et on a découvert aussi que le carbone cubique complexe qui se forme dans ces conditions peut être plus facilement obtenu à l'état de fine dispersion au moment du façonnage du métal.
Comme les carbures de chrome sont particulièrement résistants à l'action des agents chimiques, on les obtient à l'état de résidu non dissous, si l'on dissout l'acier recuit par exemple dans l'acide chlorhydrique dilué.
Un effectue la solution de préférence dans une atmosphère d'acide carbonique pour éliminer le risque de l'oxydation des carbures par l'oxygène de l'air. A la suite d'un grand nombre a'essais; on a constaté que dans le cas d'un acier ou chrome c ontenant environ 1% de carbone et de 13 à 14,% de chrome, mais aucun autre élément d'alliage ajouté volontairement, la proportion des carbures atteint de 7 à 8 % du poids de l'acier.
Une autre addition de faibles quantités denanganèse, de cobalt ou de cuivre ne modifie pas sensiblement la proportion de carbures. D'autre part, on obtient une certaine augmen- Lation de cette proportion par une addition de tungstène ou de
<Desc/Clms Page number 5>
molybdène. Mais si, suivant l'invention, on fait à l'alliage une addition composite de molybdène, cobalt et cuivre en proportion d'1% par exemple de chacun de ces métaux, la teneur en carbures de l'acier augmente et devient égale à 18 ou 19% . Cette augmentation de la teneur en carbures est tout à fait surprenante, car ni le cobalt, ni le cuivre par eux-mêmes n'augmentent la teneur en carbures.
L'examen aux rayons Rontgen des résidus de carbures a donné les résultats suivants : dans un acier au chrome du type précité ne contenant pas d'élément d'alliage supplémentaire, les carbures consistent en parties à peu près égales de carbure trigonal et de carbure cubique, étant ainsi conforme aux conditions du diagramme d'équilibre. Mais on a observé que le résidu de carbures d'un acier au chrome auquel on a ajouté 1'.élément composite de molybdène, cobalt et cuivre, consiste d'une manière pratiquement complète en carbure cubique, quoique ledit acier ait subi un chauffage prolongé à une température d'environ 860 C c'est à dire à une température à laquelle, suivant les diagrammes d'équilibre existants, le carbure trigonal seul devrait exister.
La forte résistance a la corrosion de l'acier du type précité contenant l'élément molybdène, cobalt, cuivre s'explique en partie, ainsi qu'on le suppose, par les résultats d'analyses suivants obtenus avec des résidus de carbures :
EMI5.1
C ô Fe% Coi Carbures d'un acier au chrome avec addition de Mo-Co-Cu 5,64 40,7 47,3 Carbures d'un acier au chrome sans addition d'éléments d'alliage supplémentaires bzz0 .86,5 63,4
Il résulte de la proportion beaucoup plus forte en fer et moindre en chrome des carbures de l'alliage d'acier complexe suivant l'invention que la différence de potentiel électrolytique entre le carbure et la matrice est plus faible que dans l'acier au
<Desc/Clms Page number 6>
chrome simple.
Dans ce cas, l'acier initial avait la composition suivante :
EMI6.1
<tb>
<tb> carbone <SEP> 1,02%
<tb> manganèse <SEP> 0,41%
<tb> silicium <SEP> 0,19%
<tb> chrome <SEP> 12, <SEP> 9%
<tb> molybdène <SEP> 0,95%
<tb> cobalt <SEP> 1,49%
<tb> cuivre <SEP> 1,00%
<tb>
L'analyse du résidu de carbure de cet acier correspond à la formule :
22,44 6,00 (Cr Fe Mu Mo Co) valeur qui, en raison de la précision possible de l'analyse, correspond d'une manière extrêmement remarquable avec la formule Lhéorique (Cr Fe)23C6 , et qui est aussi d'accord avec les resultats de l'examen aux rayons Rontgen,
On peut remarquer que l'addition de cuivre paraît avoir une importance essentielle au point de vue de la notable augmentation de la résistance à la corrosion ainsi que de la formation du carbure cubique cherché.
En ce qui concerne la teneur en manganèse, on peut faire remarquer que la teneur en manganèse de l'acier suivant l'invention doit être inférieure à 0,65 %, car avec l'élément d'alliage composite en question, on peut obtenir un degré de dureté rnaxi- mum plus élevé au-dessaus de cette limite que si la teneur en manganèse est plus forte.
Un alliage d'acier suivant l'invention convenant particulièrement à la fabrication d'instruments à tranchant trempé fin, tels que les lames de rasoirs et instruments chirurgicaux, contient:
EMI6.2
<tb>
<tb> carbone <SEP> 0,70 <SEP> à <SEP> 1,35 <SEP> % <SEP>
<tb> chrome <SEP> 10 <SEP> à <SEP> 18 <SEP> ; <SEP>
<tb> molybdène <SEP> 0,20 <SEP> à <SEP> 2 <SEP> % <SEP>
<tb> cobalt <SEP> 0,20 <SEP> à. <SEP> 2%
<tb> cuivre <SEP> 0,20 <SEP> à <SEP> 2%
<tb> @
<tb>
<Desc/Clms Page number 7>
Pouf des applications spéciales, il peut être avantageux de modifier quelqué peu les propriétés mécaniques et autres des alliages d'acier, par une addition d'autres éléments d'alliage en supplément de l'élément composite molybdène-cobalt-cuivre.
L'acier' suivant l'invention peut-.donc contenir des pourcentages supérieurs à 0,05 %'d'un ou plusieurs des éléments d'alliage suivants :glucinium, bore, aluminium, titane, vanadium, arsenic, sélénium, zirconium, niobium; étain, antimoine, tantale, uranium.