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MÉMOIRE DESCRIPTIF
DÉPOSÉ A L'APPUI D'UNE DEMANDE
DE BREVET D'INVENTION la Société dite: IMPERIAL CHEMICAL INDUSTRIES LIMITED Bain salin et procédé pour le traitement thermique des aciers, ei produits résultant de ce traitement. Demande de brevet anglais du 3 Août 1944 en sa faveur et en faveur de Mr. F. D. WATERFALL.
La présente invention se rapporte au traitement thermi- que des aciers par des bains salins fondus perfectionnés, aux com- positions de ces bains, ainsi qu'aux produits résultant du traite- ment par ces bains.
Il est connu que des bains constitués par du chlorure de baryum anhydre fondu, tels qu'on les a utilisés pour la trempe des aciers, notamment des aciers rapides, à des températures de l'ordre de 1200 C à 1350 C. ont une tendance indésirable à décar- burer le produit traité dans ces bains, avec, pour conséquence, la formation d'une peau douce à la surface de l'acier. Cette tendance peut être réduite dans une mesure appréciable par l'addition d'une faible proportion, par exemple de 1% à 2%, de silice au chlorure de baryum. Il est également connu que la tendance décarburante des bains de chlorure de baryum fondu est diminuée par l'addition d'en- viron 5% à 15% de borax.
Cependant, l'addition soit de silice soit de borax au bain de chlorure de baryum ne conduit qu'à un effet par- tiel dans l'empêchement de la décarburation, notamment dans le cas où les pièces d'acier à traiter ont des dimensions qui exigent une immersion relativement prolongée dans le bain. On a observé en outre d'autres désavantages inhérents à l'application pratique de ces bains et contribuant à la difficulté de l'application de ces derniers.
Le brevet anglais n" 415.846 se rapporte à des bains sa- lins fondus contenant un oxyde métallique et du borax; un bain de ce genre peut comprendre, par exemple, du chlorure de baryum, du borax et de l'oxyde de magnésium. Avec des bains de ce type la dé- carburation est pratiquement exclue, mais ils ont le défaut d'atta- quer assez rapidement les revêtements en matière céramique des creusets et aussi d'entraîner la formation d'une quantité désagréa- blement grande de boue.
Suivant la présente invention un bain salin fondu, con- venable pour le traitement thermique des aciers, comprend du chlo- rure de baryum anhydre avec de faibles proportions de silice et d'un composé du bore, par exemple du borax anhydre. D'autres com- posés de bore pouvant être employés sont les borates d'autres mé- taux alcalins, l'acide borique et l'anhydride borique. Le bain est appliqué avantageusement à des températures comprises entre 970 C net 1350 C.
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L'addition combinée de silice et d'un composé de bore, tel que le borax, au chlorure de baruym, a pour conséquence soit de complètement supprimer la décarburation de l'acier soit de la réduire à une mesure négligeable. De plus, d'autres défauts caractérisant les bains à base de chlorure de baryum employés pour des traitements thermiques sont éliminés ou considérablement réduits lorsque le bain contient aussi bien de -La silice que du borax; ainsi la masse fondue composee de chlorure de baryum, de silice et de borax n'attaque pas les revêtements céramiques du four dans une mesure appréciable et la formation de boue est réduite à un degré satisfaisant.
Le chlorure de baryum est le constituant principal du bain suivant la présente invention. Le bain contient préférablement plus de 90% de chlorure de baryum avec une faible proportion de silice et une proportion légèrement superieure de borax. On emploie avantageusement pour la préparation de la composition du bain du chlorure de baryum anhydre, du borax hydraté et de la silice à l'état finement divisé; on peut cependant employer, si l'on veut, du borax anhydre au lieu du sel hydraté. Lorsqu'on chauffe la composition toute eau presente est chassee, de sorte que, de tcute façon, le bain salin fondu, tel qu'employé pour le traitement de l'acier, contient du borax seulement a l'état anhydre.
Une composition convenable peut être constituée de 90 à 96% de chlorure de baryum anhydre, de 1 à 2% de farine de silice et de 3 à 8% de borax hydraté, quoiqu'on puisse obtenir des compositions convenables si les limites des proportions présentes de silice et de borax sont élargies de 0,5 à 3% pour la silice et de 2 à 10% pour le borax. La composition préférée contient les trois constituants : rure de baryum anhydre, borax cristallin et farine de silice dans les proportions approximatives de 94%, 5% et 1% respectivement.
Toute autre combinaison quantitative des trois constituants essentiels, que l'on jugera avantageux dans des circonstances particulières, avec ou sans autres additions voulues quelconques, pouvant être employées. Il n'est toutefois pas désirable d'ajouter aux compositions des halogénures de métaux alcalins, puisque ces composés ont tendance à rendre le bain fondu excessivement fumant,quoiqu'il n'y ait pas d'objection à la présence accidentelle de traces de ces composés.
Les bains suivant la présente invention conviennent particulièrement pour la trempe des aciers rapides et des aciers pour matriçage à chaud et ils peuvent être employés avantageusement pour le traitement de grandes pièces d'acier, puisque le temps d'immersion prolongé requis pour des articles de dimensions relativement grandes n'entraîne pas une augmentation notable de la décarburation. Il a été trouvé ainsi que même dans le cas où de grands outils tranchants en acier rapide, pesant 20 à 25 kg. ou plus, sont traités de cette manière, la décarburation est négligeable. Les bains peuvent être employés aussi dans certains autres buts dans lesquels il faut employer un bain salin fondu à haute température par exemple pour le recuit de l'acier inoxydable austénitique.
Pour établir l'efficacité du bain salin fondu suivant la présente invention on exécuta des essais comparatifs de dureté Vickers avec des échantillons d'acier rapide, qui avaient été traités dans des bains composés de : (a) chlorure de baryum anhydre pur ; (b) 98% de chlorure de baryum anhydre et 2% de silice; (c) 92,6% de chlorure de baryum anhydre et 7,4% de borax hydrate; et (d) chlorure de baryum anhydre, 5% de borax hydraté et 1% de silice.
On constate-que la composition (d) donna les résultats les plus satisfaisants : lorsque le bain fut appliqué pendant de nom- @
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breux jours les variations de la dureté des échantillons d'acier, essayésde jour en jour, montraient moins d'irrégularité dans le cas de la composition (d) que dans l'un quelconque des trois autres cas, et le niveau général des résultats obtenus était le plus élevé avec la composition (d). Ainsi, les éprouvettes traitées dans le bain préparé à partir de cette composition accusaient seulement une faible décarburation ou aucune décarburation, ce qui était reconnaissable par l'absence d'une peau douce à la surface de l'acier.
De plus, les avantages obtenus avec le bain suivant l'invention sont supérieurs à ce qu'on pouvait attendre d'une com- binaison additive des bains antérieurement connus au chlorure de baryum et au borax, d'une part, et'au chlorure de baryum et $ la silice, d'autre part. Une autre série d'essais fut exécutée pour comparer un bain suivant l'invention, ayant la composition (d), avec un bain constitué d'environ 90% de chlorure de baryum et de faibles quantités de borax et d'oxyde de magnésium, tel que décrit dans le brevet anglais n 415.846.
Les résultats de ces essais ont montré qu'au point de vue de la suppression de la décarburation le bain suivant la présente invention était aussi efficace que le bain suivant le brevet anglais n 415.846, et dans certains cas même supérieur, sans avoir les défauts susmentionnés, caractéristiques pour le bain suivant ce brevet anglais.
Outre les avantages déjà mentionnés plus haut, à savoir, réduction de l'attaque exercée sur les revêtements céramiques et de la formation de boue, le bain suivant la présente invention offre l'avantage d'avoir une durée illimitée, les pertes subies par l'adhésion de la matière aux objets en acier, lors de l'enlèvement de ces derniers hors du bain après leur traitement dans ce dernier, étant compensées simplement par l'addition de nouvelles quantités de la composition initiale, aucune composition spéciale n'étant requise à cet effet. En outre, le bain suivant l'invention offre les avantages additionnels résidant dans la simplicité des conditions opératoires, car la composition peut être ajoutée au bain fondu rapidement et à toute température voulue, et dans le fait qu'il n'y a qu'une faible formation de fumées lors de l'addition.
Les exemples ci-dessous servent à illustrer l'invention sans la limiter, toutes les parties y indiquées étant des parties en poids.
EXEMPLE 1
On prépare un mélange de la composition suivante à partir de poudre de chlorure de baryum anhydre, de farine de silice et de petits cristaux de borax :
EMI3.1
<tb>
<tb> chlorure <SEP> de <SEP> baryum <SEP> 75,2 <SEP> parties.
<tb> fafine <SEP> dessillée <SEP> 0,8
<tb>
EMI3.2
ÉÉà(NÀ2ÉÔÎÎO H20) 4,0 " Ce mélange est fondu dans un creuset en céramique chauffé intérieurement par le passage d'un courant alternatif entre des électrodes immergées en acier doux. On fait monter la température du bain et on la maintient à 1200 C jusqu'à 1350 C pendant une période de 360 heures, le niveau du bain étant maintenu pendant ce temps à la hauteur requise par l'addition de nouvelles quantités du mélange de la composition indiquée plus haut. Pendant la période de chauffage on traite de petites éprouvettes d'acier rapide.
Après le traitement on soumet les éprouvettes à des essais de dureté Vickers au moyen de charges de 30 kg. et de 5kg.
Si la surface est douce, la charge de 5 kg. donnera des chiffres inférieurs à ceux obtenus avec la charge de 30 kg. Les résultats suivants sont typiques pour de nombreuses séries de données numériques obtenues pour la dureté :
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EMI4.1
<tb>
<tb> Acier <SEP> Temps <SEP> d'im- <SEP> Tempéra- <SEP> Dureé <SEP> Vickers
<tb> mersion <SEP> dans <SEP> ture <SEP> du
<tb>
EMI4.2
¯¯¯¯¯¯ le bain. bain. charge de 5k. charge de 30kg.
EMI4.3
<tb>
<tb>
46 <SEP> HSS <SEP> 1 <SEP> min. <SEP> 1230 C <SEP> 831 <SEP> 853
<tb> " <SEP> 5 <SEP> min. <SEP> 1230 C <SEP> 857 <SEP> 834
<tb> " <SEP> 10 <SEP> min. <SEP> 1230 C <SEP> 852 <SEP> 851
<tb> 18/4/1 <SEP> ) <SEP> 1 <SEP> min. <SEP> 1300 C <SEP> 873 <SEP> 892
<tb> HSS
<tb>
Exemple 2
On prépare un mélange de la composition suivante: chlorure de baryum (anhydre) 244,4 parties. farine de silice 2,6 " cristaux de borax 13,0 " Ce mélange est fondu dans un creuset du même genre que celui em- ployé dans l'exemple 1, mais d'une capacité plus grande. La température du bain est maintenue entre 1200 C et 1350 C pendant une pé- riode prolongée, le niveau de la masse fondue étant réglé de la manière requise par l'addition de nouvelles quantités du mélange susmentionné.
Des outils tranchants en acier rapide, de différentes dimensions et formes, sont traites dans le bain et sont soumis après le traitement a des essais de durete Vickers au moyen de char- ges de 5 kg. et de 30 kg. Les essais avec trois outils tranchants donnent les résultats suivants :
EMI4.4
<tb>
<tb> Poias <SEP> de <SEP> Acier <SEP> Temps <SEP> d'immer- <SEP> Température <SEP> Dureté <SEP> Vickers
<tb> l'outil <SEP> tran- <SEP> sion <SEP> dans <SEP> le <SEP> du <SEP> moyenne.
<tb> chant. <SEP> bain <SEP> salin. <SEP> bain <SEP> salin. <SEP> (après <SEP> refroidisse-
<tb>
EMI4.5
###########################ment brusque et
EMI4.6
<tb>
<tb> trempe <SEP> secondaire) <SEP> . <SEP>
<tb> charge <SEP> de <SEP> charge <SEP> de
<tb> 5 <SEP> kg. <SEP> 30kg.
<tb>
EMI4.7
4,30' kg. 18/4/1 2 t min. 1600"C 867 849
EMI4.8
<tb>
<tb> HSS
<tb> 3,741 <SEP> kg. <SEP> 16/15 <SEP> 1 <SEP> 3/4 <SEP> min. <SEP> 1280 C <SEP> 805 <SEP> 795
<tb> HSS
<tb> 6,574 <SEP> kg. <SEP> 18/4/1 <SEP> 2/7 <SEP> min. <SEP> 1300 C <SEP> 837 <SEP> 844
<tb> HSS
<tb>
EMI4.9
R E y E N D I a T I 0 N S ---------------------------
1.- Bain salin fondu pour le traitement thermique des aciers, caractérisé en ce qu'il comprend du chlorure de baryum anhydre avec de faibles proportions de silice et d'un composé de bore, par exemple du borax anhydre.
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