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" Aciers spéciaux graphitiques ".
La présente invention se rapporte à des alliages ferreux ,et plus particulièrement à un acier graphiti que nouveau ainsi qu'aux produits ouvrés et/ou thermiquement traités qui en sont faits.
Au cours de ces dernières années on a élaboré des aciers graphitiques destinés à divers usages,, tels qu'éléments mobiles de valves, bielles d'accouplement, mtrioes et autres appliaa- tions où l'on reoherohe particulièrement une haute résistance à l'usure et un faible coefficient de frottement. Ces aciers se distinguent également par leurs bonnes propriétés à l'usinage.
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Les aciers graphitiques commerciaux antérieurs avaient en général une teneur en carbone de 1,5 % et plus et contenaient environ 0,8 % de silicium et environ 0,25 % de molybdène. On trouve également dans le commerce un acier graphitique de composition d'ailleurs similaire mais contenant environ 0,5 % de molybdène et environ 2,8 % de tungstène pour 'des usages exigeant une résistance de coeur relativement élevée.
La plupart des aciers graphitiques qu'on trouvait jusqu'à présent dans le commerce étaient caractérisés, dans leur forme graphitisée, par la présence de 0,8 % on plus de carbone sous forme combinée; en d'autres termes, ils ont la teneur en carbone des aciers eutectoîdes et nypereutectoides et présentent des propriétés physiques analogues à ces aciers lorsqu'on les soumet à un traitement thermique. Les aciers graphitiques antérieurs pré- sentaient les mânes défauts que les aciers au carbone ordinaire quant à la distorsion et au gauchissement lorsqu'on essayai de les durcir par des traitements impliquant l'emploi de tempé- ratures relativement élevées suivi d'un refroidissement accéléré.
De plus, la dureté qu'ils peuvent avoir acquise par le traite- ment thermique se perd si les pièces sont surchauffées en service, et elles ne récupèrent pas cette dureté par refroi- dissemnt.
On a trouvé qu'en pe t préparer des aciers spéciaux graphi- tiques possédant des propriétés intéressantes et utiles pour maintes applications en outre de celles auxquelles on a déjà affecté les aciers graphitiques en ajoutant des proportions judicieusement dosées d'aluminium,, ,de chrome et de molybdène à des compositions d'acier allié contenant 1 à 2 % de carbone et du silicium en quantités suffisantes pour favoriser une graphi- tisation partielle au carbone en l'absence des autres compléments
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d'alliage spécifiés.
Plus particulièrement, on a trouvé que lorsque du chrome et des éléments stabilisateurs de carbure analogues, tels que du manganèse et du vanadium, existent en proportions mesurées ainsi qu'il sera précisé ci-après, il est possible de contrôler leur tendance à empêcher la graphitisation du carbone présent lorsqu'on soumet l'acier à un traitement ther- mique approprié en ajoutant pour cela de l'aluminium et réglant convenablement les quantités et proportions relatives d'alumi- nium et de silicium présents. Cela permet de produire des aciers spéciaux possédant des propriétés physiques extrêmement satis- faisantes après travail à chaud suivi d'un traitement thermique de graphitisation qui les rend propres à maints usages avec ou sans traitement complémentaire.
On a trouvé de plus que les nouveaux aciers spéciaux ainsi obtenus sont susceptibles d'acquérir un haut degré de dureté de nitruration lorsqu'on les traite convenablement et qu'on les nitrure ensuite suivant la technique bien connue à cet effet.
L'invention prévoit également qu'on peut convertir lesdits aciers spéciaux en produits nitrurés possédant la grande dureté superficielle des aciers nitrurés ainsi que des propriétés d'auto-lubrification et de résistance à l'usure encore meil- leures que celles des aciers graphitiques antérieurement connus.
L'un des objets de la présente invention est de réaliser un acier spécial perfectionné possédant les propriétés physiques désirables et les aptitudes à l'amélioration par trà tement thermique approprié et par nitruration ainsi qu'il vient d'être dit.
L'invention vise également à réaliser un acier spécial perfectionné susceptible d'être travaillé et façonné à chaud puis traité thermiquement à l'effet d'y créer une structure /
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physique caractérisée par la présence de carbone graphitique libre réparti dans une masse composée principalement de ferrite et contenant 0,2 à 0,8 % de carbone combiné, cet acier étant susceptible, dans cet état, d'acquérir une/grande dureté super- ficielle à la suite d'un traitement de nitruration.
L'invention a encore pour objet de créer un acier spécial graphitisable perfectionné susceptible d'être travaillé à chaud et de réagir à un traitement thermique de graphitisation des- tiné à lui donner uns structure physique caractérisée par la présence de graphite réparti plus ou moins uniformément et d'or- dinaire en grande partie sous une tome nodulaire dans une masse d'acier ferritique, cet acier possédant une bonne combinaison de charge de rupture, de limite élastique et de ductilité à l'état graphitisé.
D'autres avantages et objets seront mis en lumière au cours de la description qui va suivre, dans laquelle on se ré- ferera au dessin ci-annexé dont les figures 1 et 2 sont des microphotographies grossies 100 et 500 fois respectivement et montrant, pour une composition d'acier typique entrant dans le cadre de la présente invention et dénommée ci-après coulée n 4965-A2, la. microstructure d'une coupe longitudinale d'un spéoimen. prélevé dans une barre de 25 mm de diamètre laminée à chaud, préalablement trempée à partir de la température de 900 C et soumise ensuite à un tra tement thermique de graphitisation d'une durée de 5 heures.
Les figures 3 et 4 sont des microphotographies similaires représentant, avec un grossissement de 100 et de 500 fois res- pectivemetn, la microstructure d'une coupe longitudinale d'un spécimen analogue de la même composition d'acier ayant subi un traitement thermique identique d'une durée de 10 heures.
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Les figures 5 et 6 sont des microphotographies similaires représentant, avec un grossissement de 100 et de 500 fois res- pectivement, la microstructure d'une coupe longitudinale d'un autre spécimen analogue de la même composition d'acier après avoir subi un traitement thermique analogue d'une durée de 15 heures.
Les figures 7 et 8 sont des microphotographies semblables à celles des figures 5 et 6 et montrent encore un autre spécimen identique de la même composition d'acier après avoir subi un traitement thermique identique d'une durée de 20 heures.
Les figures 9 et 10, 11 et 12, 13 et 14, 15 et 16 sont des microphotographies représentant, toujours avec des grossissements de 100 et 500 fois respectivement, pour une autre exposition d'acier entrant dans le cadre de la présente invention et qui sera dénommée coulée n EX-2054., la microstructure de coupes longitudinales de quatre specimens identiques portant les apel- lations Echantillons BS-10, -11,, -12, et -18 et tirés d'une 'barre laminée à chaud de 25 mm de diamètre et soumise à un trai- tement thermique de graphitisation d'une durée de 5 heures (B3-10), 10 heures (B3-11), 15 heures (BE-12) et 20 heures (B3-13).
La figure 17 est un graphique montrant les courbes de la dureté-profondeur des deux compositions d'acier précitées obte- nues par nitruration des spécimens représentés aux figures 1 et 2, 9 et 10 et soumises à un traitement thermique de graphitisa- tion d'une durée de 5 heures.
Les figures 18 à 21 sont des microphotographies/d'une autre composition d'acier couverte par l'invention dénommée ci-après "Acier A", vue en coupe longitudinale; la figure 18 montre la microstructure, grossie 100 fois, de la couche superficielle et
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du coeur; les figures 19 et 20 montrent avec un grossissement de 500 fois la microstructure de la couche superficielle et du coeur respectivement; la figure 21 montre, grossie 100 fois, la répar- titi.on du graphite dans la section transversale du coeur, le tout aprèstraitement thermique de graphitisation et nitruration.
Les compositions d'alliage suivant la présente invention ont une teneur en carbone comprise entre 1 et 2 % et de préfé- rence, pour la plupart des usages, entre 1 et 1,5 %. Elles con- tiennent également 0,5 à 2,5 % d'aluminium, 0,5 à 1,75 % de si- licium, 0,2 à 0,6 % de chrome, 0,2 à 0,75 % de molybdène et 0,2 à 1% de manganèse. Facultativement du vanadium peut également être présent en proportions de 0,1 à 0,3 %. Le restait de l'al- liage est constitué par du fer, à part de petites quantités de soufre, de phosphore et d'autres éléments présents à titre d'im- puretés dans les proportions normalement introduites avec la ferraille employée pour préparer l'alliage.
Pour aboutir aux combinaisons et proportions des éléments précédemment énumérés telles qu'elles assurent les meilleurs résultats pour un usage déterminé il importe de choisir et de proportionner les éléments promoteurs de nitruration, stabilisa- teurs de carburation et promoteurs de graphitisation de manière à assurer que le carbone présent dans la composition résultante demeure à peu près complètement ou principalement sous forme combinée ou sous forme de solution solide à la suite des opé- rations de coulée et de solidification aussi bien que pendant les opérations subséquentes de réchauffage et de maintien à telle température opératoire et, au moins dans une large mesure, pendant le travail à chaud,
'mais aussi de manière à permettre la décomposition au carbure lorsqu'on porte l'acier ainsi tra- vaillé à chaud à une température supérieure à la zone de transe
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formation et qu'on l'y maintient jusqu'à ce qu'il ait à peu près été amené à. l'état austénitique, puis qu'on le trempe ou qu'on le refroidit à l'air et qu'on le porte ensuite à une température approchant sans l'atteindre la zone de transformation, autrement dit inférieure au point Aol pour la composition considérée, pour le maintenir à cette température pendant une période relative- ment brève de 5 à 20 heures. D'ordinaire, il est préférable d'effectuer ce traitement the rmique final de graphitisation à une température comprise entre 780 C et le point Ac1.
L'aluminium joue un rôle particulièrement important dans les compositions d'acier spécial suivant l'invention parce qu'il agit à la fois comme agent promoteur de nitmration et comme agent graphitisant. Chacun sait que l'aluminium agit comme graphitisant et que le chrome est éminemment apte à re- tarder cette action. On a apporté un soin particulier à régler les proportions de silicium et d'aluminium en tant qu'agents de graphitisation par rapport au chrome et au manganèse afin d'ob- tenir la microstructure désirée dans le produit thermique trai- té.
On sait également que le chrome favorise la dureté de ni- truration et que les aciers de nitmration le plus communément employés contiennent 1 à 2 % de chrome. Toutefois, l'adjonction d'aussi forts pourcentages de chrome à un acier possédant d'ail- leurs des propriétés gmphitiques se traduit par une stabili- sation du carbure à un degré tel qu'on ne peut la contrebalancer par l'adjonction d'aluminium et de silicium, éléments graphi- tisants, en proportions qui sans cela assureraient une micro- structure satisfaisante du point de une de la graphitisation et donne raient en marne temps naissance à une composition se prêtant bien à l'usinage et à la nitratation.
n s'ensuit qu'il tant être prudent; dans l'emploi du chrome dans les compositions
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suivant la présente invention et ne pas dépasser une proportion de 0, 6 %.
On a préconisé le molybdène comme agent de graphitisation mais l'expérience indique que son pouvoir sous ce rapport est modéré. Assurément le molybdène contribue quelque peu à opérer le durcissement par nitruration et à accroître la profondeur de la couche durcie. 11 contribue dans une plus large mesure à améliorer les propriétés physiques des aciers spéciaux suivant la présente invention. Il s'ensuit qu'on peut utilement ajouter du molybdène dans une gamme de pourcentage plutôt large sans craindre qu'il soit gênant quant à la possibilité de régler à volonté le rapport entre le carbone combiné et le carbone gra- phitique dans le produit final thermiquement traité. D'ordinaire, il suffira d'une proportion de molybdène comprise entre 0,2 et 0,45 %.
Le vanadium, est un élément générateur de carbure, mais on peut l'employer à faible dose avec de bons résiliaispour amé- liorer l'aptitude à la nitruration et les propriétés physiques de l'alliage. Le vanadium en proportions variant entre 0,1 et 0,3 % sert à améliorer la structure de grain et les propriétés physiques et, de plus ; agit favorablement sur l'aptitude à la nitruration. Des pourcentages plus élevés ne sont, en général, pas désirables à cause de la tendance à la formation de carbures réfractaires au traitement thermique de graphitisation. Bien entendu, si l'on ajoute à la fois du vanadium et du chrome, il faudra régler le pourcentage global de manière à atténuer autant que possible la tendance à la formation de carbures stables.
On devra employer le silicium en proportions modérées, aussi bien parce qu'il complète l'action graphitisante de l'aluminium que parce qu'une augmentation de la teneur en sili-
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cium 'tend à diminuer 1' aptitude au forgeage de la composition.
Lorsqu'on emploie des proportions d'aluminium comprises dans la partie supérieure de la zone indiquée il faudra diminuer d'autant la proportion de silicium. Sans cela il tend à se former du carbone libre dans l'alliage brut de fonderie, et oela rend le produit moins apte au forgeage.
Le manganèse peut aussi exister en proportions supérieures à. cellequi se trouvent ordinairement dans un acier au carbone, et plus précisément en proportion quelconque entre environ 0,2 et 1 %. Le manganèse peut remplacer partiellement le chrome qu'on pourrait sans cela employer pour améliorer la cureté de nitruration, et il a l'avantage de servir de générateur decar- bure contrebalançant dans une certaine mesure l'action graphi- ti sante de l'aluminium et au silicium, maisil ne tend pas, comme le chrome, à stabiliser lescarbures à un point qui em- pêche les carbures de se décomposer pour produire du carbone a l'état graphtique lorsqu'on soumet l'alliage à un traitement thermique de graphitisation.
On établira de la façon optimum les proportions des élé- ments promoteurs de nitrurations de carburation et de graphiti- sation de manière que l'acier spécial brut de couléecontienne tout au plus d'infimes quantités de carbone libre et qu' il n'ait que peu sinon pasde tendance à former au carbone graphitique pendant le réchauffage à la température de forgeage et pendant cette opération elle-même. En même temps, il faut que le carbone combiné se prête à un traitement thermique de graphitisation et à une facile décomposition avec formation de carbone graphiti- que, afin que le produit résultant de ce traitement thermique de graphitisation ait une teneur en carbone combiné comprise entre 0,2 et 0,8%, le surplus étant bien réparti sous forme
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de nobles ou de paillettes.
Si l'on a soigneusement à l'esprit le comportement réciproque des divers éléments indiqués aiuant à leur aptitude à favoriser la nitruration, à former du carbure et quant à l'aptitude de ces carbures à réagir au traitement thermique de graphitisation tendant à former une structure gra- phitique voulue, il devient relativement facile de déterminer par un petit nombre d'essais préliminaires comment il faut faire varier les proportions relatives de ces éléments dans les limi- tes sus-indiquées de manière à obtenir le résultat désiré.
Les compositions comprises dans les limites ci-après pos- sèdent des propriétés très intéressantes nonsseulement du point de vue de leur aptitude à la nitruration et à un usinage facile à l'état non nitruré consécutif à un traitement thermique de graphitisation, mais aussi parce qu'elles se prêtent bien au forgeage et qu'ellessont caractérisées par une ténacitéet une limite élastique relativement élevées:
Carbone total 1,25- 1,50 %
Mn 0,40 - 0,60 %
Si 1,25 - 1,50
A1 1. 00-1,50%
Cr 0,20 - 0,40 %
Mo 0,20 - 0,30 %
Coulée n 4965-
A titre d'exemple spécifique on a fondu au four électrique une coulée d'environ 225 kg. Après coulée en lingots on a trans- formé le métal par laminage en barres de 25 mm de diamètre.
De ces barreson a enlevé environ 15/10 de mm avant de letraiter thermiquement, afin d'éviter les fissures de durcissement.
La coulée avait la composition suivante :
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Carbone 1,31% Manganèse 0,53 % Silicium 1,20% Chrome 0,43% Molybdène 0,26 % .aluminium 1,49 %
On a soumis des tronçons de longueur suffisante pour des essais à la traction à une trempe à l'huile à partir d'une tem- pérature de 1000 C suivie d'un revenu à une température de 746 C pendant des périodes variables. On a déterminé le carbone graphi- tique sur les spécimens thermiquement traités. Les tableaux I et II donnent les résultats obtenus.
Tableau 1
EMI11.1
<tb> : <SEP> Dureté <SEP> :Carbone: <SEP>
<tb>
<tb> Echantillon <SEP> : <SEP> Traitement <SEP> thermique <SEP> :Rockwell: <SEP> graphi-:
<tb>
<tb> : <SEP> n <SEP> : <SEP> "C" <SEP> "tique"
<tb>
EMI11.2
:------.¯----:---------------------------:---------:--------:
EMI11.3
<tb> :C1-1H <SEP> 1000 <SEP> C <SEP> 1 <SEP> h. <SEP> trempe <SEP> huile <SEP> 19 <SEP> 0,78 <SEP> : <SEP>
<tb>
<tb> 746 C <SEP> 5 <SEP> h.
<tb>
EMI11.4
:
C1 - 18 10001 0 1 1 h trempe huile : 17 0,84 :
EMI11.5
<tb> 746 C <SEP> 10 <SEP> ho
<tb>
<tb> : <SEP> : <SEP> :
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> :C1- <SEP> 14 <SEP> : <SEP> 1000 C <SEP> 1 <SEP> ho <SEP> trempe <SEP> huile <SEP> : <SEP> 15 <SEP> 0,84 <SEP> : <SEP>
<tb>
<tb>
<tb> 7469 <SEP> C <SEP> 15 <SEP> h.
<tb>
<tb>
<tb>
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<tb>
<tb>
<tb> ci <SEP> - <SEP> 15 <SEP> : <SEP> 1000 <SEP> C <SEP> 1 <SEP> h. <SEP> trempe <SEP> huile <SEP> : <SEP> 14 <SEP> 0,87 <SEP> :
<tb>
<tb>
<tb> : <SEP> : <SEP> 746 <SEP> C <SEP> 20 <SEP> h. <SEP> : <SEP> : <SEP>
<tb>
Tableau II
EMI11.6
<tb> Limite: <SEP> charge <SEP> de:
<tb>
<tb> Echantillon <SEP> élastique <SEP> rupture <SEP> : <SEP> Allongement <SEP> : <SEP> Striction
<tb>
<tb> : <SEP> n <SEP> : <SEP> kg/cm2 <SEP> kg/cm2 <SEP> sur <SEP> 50 <SEP> mm <SEP> :
<SEP>
<tb>
EMI11.7
:----¯.¯-----:--------:-----------:------¯.¯----:-----------:
EMI11.8
<tb> Cl <SEP> - <SEP> 1H <SEP> : <SEP> 5915 <SEP> 7628 <SEP> 17,5% <SEP> 19,4 <SEP> % <SEP> : <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> CI-18 <SEP> 5118 <SEP> 7065 <SEP> 17,0% <SEP> 17,4 <SEP> % <SEP> : <SEP>
<tb>
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<tb>
<tb> c1- <SEP> 14 <SEP> 5026 <SEP> 6855 <SEP> : <SEP> 16,5 <SEP> % <SEP> 18,6 <SEP> % <SEP> : <SEP>
<tb>
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<tb>
<tb>
<tb>
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<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> CI <SEP> - <SEP> 16 <SEP> 5019 <SEP> 6749 <SEP> : <SEP> 18,0% <SEP> 21,5%
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> : <SEP> : <SEP> : <SEP> ; <SEP> : <SEP>
<tb>
<tb>
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<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
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Résultats de nitruration.
On a trampé à l'huile à partir de 10000 C et revenu à 746 C pendant 5 heures, puis nitruré à 524 C pendant 48 heures un spécimen afin de déterminer la courbe de dureté en fonction de la profondeur. On trouvera les résultats à la figure 17.
On observera que les propriétés de dureté sont excellentes.
Coulée N EX-2054.
On a composé une autre coulée contenant des pourcentages de carbone et de chrome un peu moins élevés. On a converti le produit obtenu en barres de 25 et 50 mm par laminage. La chaude était ainsi composée:
Carbone 1,17
Manganèse 0,52
Phosphore 0,016
Soufre 0,011
Silicium 1,28 .Aluminium 1,35
Chrome 0,22
Molybdène 0,23
Tableau III.
EMI12.1
: Éohàntilion : : fiuieté : carb3ne n Traitement thermique : Ropkwell graphiti- : 8¯¯¯¯¯¯-------.-------------------------. C . nue w ¯¯i¯w.¯...¯.¯,.¯¯¯¯¯¯.¯¯..¯..¯¯¯..¯..e,. w.¯ - ¯...¯¯:¯....¯ ¯..
EMI12.2
<tb> :
<tb>
<tb> :B3- <SEP> 10 <SEP> : <SEP> 1000 <SEP> C <SEP> 1 <SEP> h. <SEP> trempe <SEP> huile: <SEP> 9,5 <SEP> 0,86
<tb>
<tb> : <SEP> 7460 <SEP> C <SEP> 5 <SEP> h.
<tb>
EMI12.3
; B3 - il : 10000 C l.h. trempe huile: 8,5 0,91
EMI12.4
<tb> : <SEP> 7469 <SEP> C <SEP> 10 <SEP> h.
<tb>
EMI12.5
: B3 - 12 : 00 C lh. trempe huile: 7,3 1,01
EMI12.6
<tb> 746 <SEP> C <SEP> 15 <SEP> h.
<tb>
<tb>
<tb>
:B3- <SEP> 13 <SEP> :1000 <SEP> C <SEP> 1 <SEP> h, <SEP> trempe <SEP> huile: <SEP> 6,5 <SEP> 1,13
<tb>
<tb> 746 <SEP> C <SEP> 20 <SEP> h.
<tb>
<Desc/Clms Page number 13>
EMI13.1
<tb>
Limite <SEP> : <SEP> Charge <SEP> de
<tb>
<tb> Echantillon <SEP> élastique <SEP> rupture <SEP> Allongement <SEP> : <SEP> Striction
<tb>
EMI13.2
no kg/cm : kg/cm2 mr 50 mn : ###j.## #### ##### ###.## ..####
EMI13.3
<tb> :B3-10 <SEP> 5062 <SEP> 6397 <SEP> 18,8% <SEP> 23,0%
<tb>
EMI13.4
BS - 11 4907 6102 19,3% 26p4 %
EMI13.5
<tb>
<tb>
EMI13.6
BS - 12 4668 5884 18,5% z : : B3 - 13 4738 5863 z 21,5 - ¯¯¯¯J!¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯
Les figures 9 à 16 inclusivement montrent les microstruc- tares de sections longitudinales préparées sur les éprouvettes de traction. On remarquera qu'on a obtenu dans tous les cas une excellente répartition de petites zones de carbone graphitique ou " de revenu ".
On a nitruré pendant 48 heures à la température de 524 C des spécimens préalablement traités thermiquement et graphitisés suivant la technique indiquée pour le spécimen B3- 10. On a obtenu un résultat très satisfaisant ainsi que le révèle la courbe de dureté en fonction de la profondeur que montre la fi- gure 17.
L'aptitude à l'usinage du métal après graphitisation par- tielle pour les diverses périodes indiquées a été excellente, et tous les spécimens présentaient une bonne combinaison de charge de rupture et de ductilité.
On aura une idée plus précise du comportement de diverses proportions des constituants d'alliage précités comprises dans les limites définies par la présente invention en considérant le tableau suivant qui donne les analyses de plusieurs autres coulées ainsi que le degré de graphitisation obtenu :
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Tableau IV Analyses d'aciers alliés.
EMI14.1
<tb> :A <SEP> : <SEP> C: <SEP> D: <SEP> E <SEP> : <SEP> F
<tb>
EMI14.2
:------:---:------:------:--------:
EMI14.3
<tb> Carbone <SEP> total <SEP> 1,50: <SEP> 1,13 <SEP> : <SEP> 1,31 <SEP> : <SEP> 1,41 <SEP> : <SEP> 1,44 <SEP> : <SEP>
<tb>
<tb> : <SEP> Carbone <SEP> graphitique <SEP> : <SEP> 1,05 <SEP> : <SEP> 0,60 <SEP> : <SEP> 0,73: <SEP> 0,71 <SEP> : <SEP> 1,11
<tb>
<tb>
EMI14.4
MAnganèse 0,54 : 0,58 : 0,59 s 0,58 : 0,34 :
EMI14.5
<tb> Silicium <SEP> 1,37 <SEP> :
<SEP> 1,72 <SEP> : <SEP> 1,61 <SEP> : <SEP> 1,53: <SEP> 1,49 <SEP> : <SEP>
<tb>
<tb> : <SEP> : <SEP> : <SEP> : <SEP> : <SEP> : <SEP> :
<tb>
<tb> Aluminium <SEP> :1,59 <SEP> :1,29 <SEP> : <SEP> 1,09 <SEP> : <SEP> 1,22 <SEP> : <SEP> 1,92 <SEP> : <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Chrome <SEP> 0,33 <SEP> : <SEP> 0,30 <SEP> : <SEP> 0,42 <SEP> : <SEP> 0,55 <SEP> : <SEP> 0,34 <SEP> : <SEP>
<tb>
EMI14.6
Molybdène 0, 30 : 0, 85 : 0,33 0,3 : 0,28 :
Réchauffés à température de forgeage au voisinage de 1010 C puis forgés à cette température, refroidis à l'air, réchauffés ensuiteet maintenuspendant 1 heure à 1000 c, puis refroidis à l'air et finalement réchauffés à 816 C pendant cinq heures, les aciers "A" et "E" du tableau précédent ont présenté les propriétés physiques suivantes :
EMI14.7
A E ;¯¯¯¯¯..¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯;..¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯..;
EMI14.8
<tb> Charge <SEP> de <SEP> rupture <SEP> 7065 <SEP> kg/cm2 <SEP> 8155 <SEP> kg/cm2
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Limite <SEP> élastique <SEP> 5048 <SEP> kg/cm2 <SEP> 5343 <SEP> kg/om2
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Striction <SEP> 41,8% <SEP> 28,0%
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Allongement <SEP> 23,5% <SEP> 15,5%
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Dureté <SEP> Rockwell <SEP> "C" <SEP> 13,5 <SEP> % <SEP> 20,0 <SEP> % <SEP>
<tb>
EMI14.9
Dureté Brinell 187 -------
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On a obtenu les valeurs ci-dessus sur des coulées préparées par fusion dans un four à induction et coulées en lingots d'en- viron 18 kg. mesurant environ 114 x 114 x 300 mm.
On a réchauffé ces lingots et on les a convertis par forgeage en barres rondes d'environ 25 mm, qu'on a refroidies à l'air et soumises ensuite au traitement thermique précédemment indiqué.
Comme on le voit d'aprèsles figures 20 et 21 le produit résultant de ce traitement est caractérisé par une micro structure dans laquelle une partie du carbone, ordinairement 0,2 à 0,8 % suivant la composition, existe sous forme combinée, le restant du carbone étant bien réparti sous tonne nodulaire ou en pail- lettes.
Après avoir forgé et traité thermiquement comme il a été dit un certain nombre de spécimens répondant aux diverses ana- lyses exposées au Tableau IV, on les a usinés et soumis a un traitement de nitruration par l'ammoniac pendant 48 heures à une température de 5240 C.
Le tableau suivant donne la dureté de coeur, la dureté de couche superficielle et 1' épaisseur de croûte obtenues.
Tableau V
D u r e t é.
EMI15.1
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: <SEP> Acier: <SEP> :Coeur:Croûte: <SEP> Epaisseur
<tb>
<tb> allié <SEP> Recueil <SEP> " <SEP> C <SEP> " <SEP> : <SEP> Rookwell <SEP> 15 <SEP> N <SEP> : <SEP> de <SEP> croûte
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EMI15.2
:--------:------------------:-----------------:-------------!
EMI15.3
<tb> A <SEP> 13,5 <SEP> : <SEP> 92,5 <SEP> 0,38 <SEP> mm
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<tb> : <SEP> : <SEP> : <SEP> : <SEP> :
<tb>
<tb> : <SEP> C <SEP> 14,0 <SEP> : <SEP> 91,0 <SEP> 0,38 <SEP> mm
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<tb> : <SEP> :
<tb>
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<tb> D <SEP> 22,5 <SEP> : <SEP> 93,0 <SEP> 0,30 <SEP> mm
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<tb> :
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<tb>
<tb> : <SEP> E <SEP> 20,0 <SEP> : <SEP> 93,0 <SEP> 0,38 <SEP> mm
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<tb>
<tb>
<tb>
<tb> F <SEP> 14,0 <SEP> : <SEP> 92,7 <SEP> : <SEP> 0,33 <SEP> mm <SEP> :
<tb>
<tb>
<tb> : <SEP> : <SEP> :
<SEP> :
<tb>
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Les figures 18 et 19 montrent la microstructure d'une sec- tion longitudinale d'un spécimen nitruré répondant à l'analyse A
Les coulées répondant aux analyses C,D et F ont toutes été préparées de la même manière que celles répondant aux analyses A et E, par fusion au four à induction, sauf que pour C, D et F on a préparé des lingotsde 3 kgs. environ.
Dans la pratique industrielle il sera généralement dé,si- rable de soumettre le produit laminé ou forgé à chaud au trai- tement themique de graphitisation à l'aciérie même ou avant de le livrer au client. Il est alors prêt pour l'usinage et au- tres opérations finales de façonnage et de finition. Si l'on doit s'en servir sans traitement de durcissement superiiciel final par nitruration il n'en sera pas moins désirable de sou- mettreles pièces usinées à un traitement final de normalisa- tion ou de recuit pour faire disparaître les tensions qu'aura pu faire naître l'opération de façonnage finale.
Si on le désire, ce traitement thermique final peut comprendre un refroidissement accéléré à partir d'une température légèrement supérieure à la zone de transformation, auquel cas les pièces acquerront une plus grande dureté suivant la teneur en carbone combiné et la rapidité du refroidissement.
Si l'acier est destiné à être nitruré on peut le dégrossir à sa sortie du traitement thermique de graphitisation, puis le réchauffer à une température supérieure à la zone de transforma- tion et le tremper. Après réchauffage à une température infé- rieure convenable pour le recuit destiné à créer les propriétés physiques désirées, on pourra ensuite soumettre le produit au traitement de nitruration classique, puis l'amener à la cote finale par rectification ou rodage.
D'autre manière, on peut soumettre le produit à l'usinage
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final avant de le nitrurer, soit aussitôt après le traitement thermique de graphitisation soit après que l'ébauche aura été dégrossie, puis réchauffée, trempée et revenue.
Si l'on ne désire pas augmenter la dureté du coeur on peut supprimer les opérations de trempe et de revenu puisque le traitement thermique de graphitisation aura amené les carbures présents à l'état sphéroïdal assurant une nitmration satisfai- sante.
Il va sans dire que les dimensions du lingot et les condi- tions de fusion de l'alliage influeront quelque peu sur l'apti- tude de la composition à conserver le carbone principalement sous forme combinée et en solution à la suite des étapes de cou- lée et de solidification et pendant les opérations ultérieures de réchauffage et de forgeage à chaud. D'une façon générale, pour éviter autant que possible la formation de graphite plus ou moins libre dans la partie intérieure du lingot pendant ces stades préliminaires de la production il sera désirable d'aug- menter la proportion des éléments générateurs de carbure tout en abaissant ou maintenant constantes les proportions des élé- ments graphitisants.
De même, la section du produit final influera quelque peu sur le degré de graphitisation et les propriétés physiques d'une composition d'alliage donnée, et lorsqu'il s'agit d'obtenir un produit de section relativement épaisse il faut en tenir oompte pour modifier convenablement les proportions des cons- tituants de l'alliage. Par exemple, pour assurer que les régions intérieures d'une pièce de section relativement épaisse réagi- ront au traitement thermique de graphitisation et posséderont des propriétés physiques convenables, il sera généralement désirable d'augmenter quelque peu les proportions d'éléments
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stabilisateurs du carbure telsque le chrome, le manganèse et la vanadium tout en augmentant de façon correspondante les pro- portions des agents graphitisants plus efficaces.
Les aciers graphitiques répondant aux compositions com- prises dans les limites précédemment spécifiées se prêtent à maintes applications utiles autres que pour servir à former des produits durcis par nitruration, et toutes ces applications entrent dans le cadre de la présente invention. Traités ther- miquement et nitrurés, lesaciers ainsi dosés peuvent trouver de multiples emplois intéressants comprenant, en outre de ceux qu'on a précédemment indiqués pour les aciers graphitiques, la production de fourreaux de cylindre rapportés, de corps de cylindre, de pièces d'injecteur pour moteurs Diesel, de four- reaux et manchons de pompe, de tambours de frein, de disques d'embrayage, de roues dentées, de trépans, etc...
Là où, dans le résumé ci-après, le chrome est indiqué comme l'un des constituants d'alliage, il doit être entendu que lespourcentages de chrome spécifiés peuvent être remplacés en totalité ou en partie par un pourcentage équivalent de vanadium dans les limites de 0,1 à 0,3 % de vanadium., et que le ternie "chrome" devra être interprété en conséquence.
Bien qu'on ait spécifié la gamme préférable des proportions et qu'on ait fait mention de plusieurs analyses particulières à titre d'exemple et pour illustrer quelques compositions ayant donné éminemment satisfaction pour des usages généraux, il doit être entendu que ces citations n'ont aucun caractère limitatif et sont susceptibles de toutes' les modifications qui entrent dans le cadre de l'invention tel qu'il a été précédemment défini. De même, là où l'on a fait état d'un traitement thermi- que, d'un travail ou de conditions spéciales de traitement,
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l'invention n'est nullement censéese limiter 1. ces exemples particuliers.
EMI19.1
B 3 V 3N D I G à T 1 0 h S*
1 ) Un acier spécial contenant 1 à 2 % de carbone, 0,5 à 2,5 % d'aluminium, 0,5 à 1,75 % de silicium, 0,2 à 0,6 % de chrome, 0,2 à 0,75 % de molybdène et 0,2 à 1,0 % de manganèse, le restant étant à peu près entièrement du fer, caractérisé par son aptitude à réagir à un traitement thermique de graphi- tisation par la formation de particules graphitiques uniformé- ment réparties dans une masse de ferrite en association avec 0,2 à 0,8 % de carbone combiné, cet acier étant caractérise en ou- tre par son aptitude à acquérir une surface dure lorsqu'on le soumet à un traitement de nitruration.
2 ) Un acier spécial contenant 1,25 à 1,50 % de carbone, 0,4 à 0,6 % de manganèse, 1,25 à 1,50 % de silicium, 1,0 à 1,5% d'aluminium, 0,2 à 0,4 % de chrome, 0,2 à 0,3 % de molybdène et pour le reste à peu près uniquement du fer, caractérisé par son aptitude à être travaillé à chaud sans formation sensible de carbone graphitique pendant son réchauffage à la température de travail à chaud, ainsi que par son aptitude à réagir à un trai- tement de graphitisation par la formation de particules graphi- tiques uniformément réparties dans une masse de ferrite en as- sociation avec 0,2 à 0,8 % de carbone combiné,
cet acier étant caractérisé en outre par son aptitude à acquérir une surface dure lorsqu'on le soumet à un traitement de nitruration.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.