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Moulages d'aciers spéciaux
La présente invention se rapporte à des alliages ferreux et plus particulièrement à des produits en aciers spéciaux graphitiques obtenus par le procédé de moulage centrifuge ainsi qu'aux produits traités thermiquement qui en sont issus.
Les aciers graphitiques se sont développés au cours de cesdernières années pour diverses fins, telles que pièces mobilesde soupape, bielles d'accouplement, matrices, et tous autres usages pour lesquels des propriétés de résistance à l'usure et de faible coefficient de frotte- ment sont particulièrement désirables. De tels aciers se recommandent aussi à cause de la facilité de leur usinage.
La plupart des aciers graphitiques mis jusqu'à ce jour sur
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le marché étaient caractérisés dans leur état graphitique par la présence de 0,8 ou plus de carbone sous forme com- binée; en d'autres termes, leur teneur en carbone combiné est celle des aciers eutectoides et hypereutectoldes et leurs propriétés physiques sont analogues à celles de ces aciers lorsqu'on les soumet à un traitement thermique.
En général, les aciers graphitiques offerts jus- qu'à ce jour présentaient des inconvénients analogues à ceux desaciers au carbone ordinairesdu point de vue du gauchissement et des déformations qu'ils subissent lorsqu'on essaye de les durcir par des traitements comportant l'emploi de températures relativement élevées, suivi d'un refroidis- se)ment accéléré. De plus, la dureté qu'ils ont pu avoir acquise par traitement thermique disparaît si lesarticles se trouvent surchauffés en service, et elle ne réapparaît pas après refroidissement.
On a trouvé antérieurement qu'on peut obtenir desaciers spéciaux graphitiques possédant d'intéressantes et utiles propriétés pour maintesapplications (en outre de oelles auxquelles on a déjà affecté ces aciers) en ajoutant de l'aluminium et du chrome, et de préférence aussi du molybdène, en proportions oonvenablement équilibrées, à descompositions d'acier spécial contenant 1 à 2 % de carbone et du silicium en quantités suffisantes pour favo- riser la graphitisation partielle du carbone combiné en l'absence d'autres compléments d'alliage spécifiés.
Plus particulièrement, on a trouvé que, lorsque du chrome et des éléments stabilisants de carbure analogues sont pré- sents en proportions calculées ainsi qu'on va le préciser, on peut combattre leur tendance à empêcher le carbone pré- sent à l'éta combiné de se graphitiser lorsque l'aoier est soumis à un traitement thermique approprié et cela, en ajoutant de l'aluminium et en réglant convenablement les
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quantités absolues et relatives d'aluminium et de silicium présentes.
On parvient ainsi à produire des aciers spéciaux possédant des propriétés physiques éminemment satisfaisantes après qu'ils ont été travaillés à, chaud et qu'ils ont subi ensuite un traitement thermique de graphitisation qui les rend propres à mains usages avec ou sans traitement com- plémentaire .
On a trouvé également que des compositions d'al- liage comprises dans certaines limites se prêtent aisément au moulage par le procédé centrifuge. Les moulages cen- trifuges obtenus à partir de telles compositions réagissent facilement à un traitement thermique de graphitisation et, à l'état graphitisé, ils sont faciles à usiner et susceptibles de nombreux emplois industriels.
De tels moulages centrifuges, après qu'on les a préalablement.amenés à un état partiellement gràphitisé oonvenable par un traitement thermique approprié, sont susceptibles d'être durcis en surface par nitruration et, à l'état nitruré, ils sont caractérisés par des qualités de dureté superficielle éminemment satisfaisantes. Dans cet état nitruré ces moulages possèdent les propriétés d'auto- lubrification des aciers graphitiques antérieurement connus et présentent des qualités de résistance à l'usure supérieures à celles des aciers graphitiques dont on disposait auparavant.
L'un des objets de la présente invention est de réaliser un acier spécial perfectionné susceptible d'être moulé par le prooédé centrifuge et de réagir, à l'état moulé, à des traitements thermiques relativement simples qui y font naître une struoture physique caractérisée par la pré- sence de carbone graphitique libre réparti dans une masse sphéroldisée ou sorbitisée.
Un autre objet de l'invention est d'obtenir des moulage s centrifuges graphitisés faits dudit acier spécial
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perfectionné et propres, dans cet état graphitisé et sans autre traitement, à maints usages industriels.
La présente invention vise encore à obtenir des moulages centrifuges graphitisés susceptibles, dans cet état graphitisé, d'acquérir une grande dureté de surface à la suite d'un traitement de nitruration.
La suite de la présente description mettra en lumière d'autres fins et avantages de l'invention. Au cours de la description de l'acier spécial perfectionné et des moulages centrifuges qui en sont faits et qui constituent la réalisation de la présente invention on se réfèrera au dessin ci-annexé où sont reproduites des microphotographies des structures typiques de couche superficielle et de coeur de composition d'acier oomprises dans le cadre de la présente invention et qui sont toutes plus particulièrement définies au cours de la description suivante des figures du dessin et de l'exposé détaillé qui lui fera suite.
La figure 1 est une coupe transversale, grossie 100 fois de la structure de la couche durcie et du coeur d'un spécimen nitruré de la composition d'acier qui sera dénommée EN? 426-1 par la suite;
Les figures 2 et 3 sont des coupes transversales respectivement (la la couche durcie et du coeur de ce même spécimen sous un grossissement de 500 fois;
La figure 4 est,une coupe transversale, grossie 100 fois, da la oouohe durcie et du coeur d'un spécimen nitru- ré de la composition d'acier qui sera dénommée EM 426-2 par la suite;
Les figures 5 et 6 sont des coupes transversales respectivement de la couche durcie et du coeur de ce même spécimen sous un grossissement de 500 fois;
- Les figures 7 et 8 sont des coupes, grossies respec- tivement loo et 500 fois, du coeur d'un spécimen graphitisé
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d'une autre composition d'acier qui sera dénommée Moulage n 44-392-2 par la suite.
On peut mettre 1'invention en oeuvre dans ses grandes lignes en employant des compositions d'alliage com- prises dans les limites définies dans des travaux antérieurs du Demandeur, c'est-à-dire :
EMI5.1
<tb> Carbone <SEP> total <SEP> ......... <SEP> 1,0 <SEP> à <SEP> 2,0 <SEP> %
<tb>
<tb> Al <SEP> .................... <SEP> 0,5 <SEP> à. <SEP> 2,5%
<tb>
<tb>
<tb> Si <SEP> .................... <SEP> 0,5 <SEP> à <SEP> 1,75%
<tb>
<tb>
<tb> Or.................... <SEP> 0,2 <SEP> à <SEP> 0,6%
<tb>
EMI5.2
].[0 .................... C,2 à 0,75% Ma ....................0,2 .1,00%
Du vanadium peut également être présent, si on le désire, en proportions de 0,1 à 0,3%.
Le restant de l'al- liage sera d'ordinaire constitué entièrement par du fer, abstraction faite de minimes quantités de soufre, d'éléments phosphoreux et autres existant comme impuretés dans les proportions qu'on introduit avec la ferraille ou autres matières mises en oeuvre dans la préparation de l'alliage.-
Cependant, les aciers spéciaux employés dans la mise en oeuvre de la présente invention peuvent aussi conte- nir d'autres éléments d'alliage sans influence sur l'apti- tude de l'alliage à être converti en moulages par oentri- fugation non plus que sur la tendance du produit moulé obte- nu à réagir à un traitement thermique de graphitisation.
De préférence, il faudra que les adjonctions qu'on pourra faire d'autres constituants d'alliage ne soient pas de nature à nuire à l'aptitude du produit graphitisé à la ni- truration.
Pour aboutir aux combinaisons et proportions des éléments mentionnés ci-dessus propres à assurer les résultats dptima il importe de choisir et de proportionner les élé- ments de stabilisation du carbure et de graphitisation de
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manière à obtenir que la teneur en carbone dans l'analyse finale demeure essentiellement ou principalement sous forme combinée ou à l'état de solution solide aussi bien à la suite des phases de moulage et de solidification qu'au cours des opérations subséquentes éventuelles d'élévation et de séjour à la température de normalisation, et de manière, en même temps,
que ce carbone devienne sensible à un traitement thermique de graphitisation pour le cas où l'acier spécial serait soumis à un refroidissement relativement rapide après avoir été chauffé assez longtemps à une température suffi- samment élevée pour amener l'acier sensiblement à l'état austénitique. Par "refroidissement relativement rapide" on entend une vitesse de refroidissement telle que ce processus engendre une structure se prêtant à la graphitisation. On peut avantageusement obtenir une telle structure lorsque la vites- se de refroidissement est telle qu'elle engendre une struc- ture principalement martensitique dans la pièce d'acier moulée.
Lorsque le refroidissement s'effectue de cette manière il apparaît dans l'acier des tensions internes qui, semble-t-il, favorisent la tendance à la graphitisation à la suite d'un revenu à une température voisine du point Acl de transforma- tion à l'échauffement mais ne l'atteignant pas. On obtient une telle structure et un tel état de tension dans les aciers dosés suivant l'invention lorsqu'on les trempe à l'huile à une température d'environ 145 C, ou moindre, à la suite d'un traitement thermique qui les aura amenés à l'état sen- siblement austénitique. On peut aussi recourir à la trempe à l'air lorsqu'on prépare des moulages de section relative- ment faible en vue du traitement de graphitisation.
On peut également conférer l'aptitude à la graphitisation aux aciers dosés suivant la présente invention lorsque la vitesse de refroidissement ou les conditions de trempe sont quelque peu insuffisantes pour assurer la transformation soit par-
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tielle soit complète de l'austénite en martensite, par exemple lorsque le produit obtenu est caractérisé surtout par une structure finement perlitique accompagnée de tensions internes, De préférence, il vaut mieux effectuer le traite- ment thermique de graphitisation aux températures comprises entre 6820 et le point Acl, bien que l'opération de revenu puisse aussi être effectuée à des températures quelque peu inférieures dans les cas spéciaux où. l'on désire maintenir relativement faible le degré de graphitisation.
Il va sans dire que le degré de graphitisation obtenu variera suivant la durée du traitement de revenu. Lorsqu'on effectue ce dernier dans les limites de température optima on peut obtenir la graphitisation désirée en l'espace relativement bref de 5 à 20 heures.
Nul n'ignore que le chrome a dans une mesure prononcée le pouvoir de stabiliser les carbures, si bien que jusqu'à ce jour on a limité l'emploi du chrome dans les aciers graphitiques à certains aoiers à outils, hypereutectoî- des et spécialement dosés. Il semble bien que jusqu'à ce jour personne n',ait encore préparé un acier spédial au chrome sus- ceptible de subir plus qu'un léger degré de graphitisation à moins qu'on ne le chauffe longtemps à des températures voi- sines de celles qu'on met en oeuvre pour le malléabiliser,
Nul n'ignore non plus que l'aluminium a une action graphitisante et qu'on a proposé de remplacer en partie le silicium par l'aluminium dans la production d'aciers gra- phitiques. Cependant, autant que l'on sache, là où.
l'on a inclus de l'aluminium dans des aciers graphitiques antérieu- rement mis sur le marché, ce ne fut jamais qu'en proportions relativement faibles, inférieures à 0,2 %, et ce fût en principe à un autre titre qu'à celui de graphitisant, Or, on a trouvé, suivant la présente invention, que, lorsqu'on ajoute da l'aluminium en proportions quelque peu plus fortes
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en même temps que des doses convenables de silicium à des compositions d'acier spécial contenant du chromo et 1 à 2 % de carbone, on peut suffisamment contrecarrer la tendance du chrome à former des carbures stables pour qu'il devienne possible de bénéficier des avantages de l'adjonction du chrome en proportions modérées, par exemple de 0,2 à 0,6% de Cr,
tout en conservant à l'acier spécial obtenu son aptitude à réagir facilement à un traitement thermique de graphitisation effectué à des températures modérées infé- rieures au point Acl de transformation à l'échauffement. L'alu. minium joue un rôle particulièrement important dans les compositions d'alliages suivant la présente invention non seulement à cause de son aptitude, en tant qu'agent de gra- phitisation, à contrecarrer la tendance du chrome à former des carbures stables mais aussi du fait qu'il joue le rôle d'agent favorisant la nitruration et contribue avec le chrome à conférer à l'acier spécial l'aptitude à acquérir par nitruration une dureté superficielle satisfaisante.
On sait que le chrome favorise le durcissement par nitruration, et les aciers de nitruration antérieurs le plus généralement employés renferment 1 à 2 % de chrome.
Toutefois, l'adjonction d'une aussi forte proportion de chrome à un acier (dont on attend d'ailleurs qu'il possède des propriétés graphitiques) orée un tel degré de stabilisa- tion du carbure qu'on ne peut l'effacer par l'adjonction des éléments graphitisants que sont l'aluminium et la sili- cium à des doses qui, sans cela, produiraient à coup sûr une microstructure désirable du point de vue de la graphiti- sation et en même temps produiraient une composition se prêtant bien à l'usinage ainsi qu'à la nitruration. Il s'ensuit que le chrome doit être employé à faible dose dans les compositions suivant la présente invention et qu'on ne doit pas en ajouter plus de 0,6 %.
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On a proposé le molybdène comme agent de graphiti- sation, mais il semble qu'il ne soit que modérément efficace sous ce rapport. Certes, le molybdène contribue quelque peu à l'effet de durcissement par nitruration et favorise l'obten- tion d'une couche superficielle relativement épaisse. Il oontribue davantage à améliorer les propriétés physiques des aciers spéciaux suivant la présente invention. En consé- quence, on peut utilement ajouter du molybdène à des doses variant entre de larges limites sans craindre qu'il nuise au contrôle du rapport désiré entre le carbone combiné et le carbone graphitique dans le produit final traité thermi- quement. Ordinairement, une proportion de molybdène comprise entre 0,2 et 0,45% suffira.
Le vanadium est un agent générateur de carbure, mais on peut avantageusement l'employer en petites propor- tions pour améliorer les propriétés physiques de l'alliage et son aptitude à la nitruration. A raison de 0,1 à 0,3 % le vana- dium sert à améliorer la struoture du grain et les proprié- tés physiques et aussi à influer favorablement sur l'aptitude à la nitruration. Des proportions plus fortes ne sont en général pas désirables à cause de la tendance à la formation de carbures réfractaires à un traitement thermique de graphi- tisation. Si l'on emploie conjointement du vanadium et du chrome il faudra évidemment oalouler la proportion globale de manière à obtenir que la proportion de carbures stables formés dans l'alliage demeure dans des limites relativement faible s.
Le silicium devra être employé en proportions modérées. Il ajoute aux effets graphitisants de l'aluminium et, s'il est présent en proportion excessive, eu égard à la proportion d'aluminium et aux proportions de carbone et d'éléments stabilisateurs de carbure présents, il se mani- feste une tendance à la formation de carbone libre, dans
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l'alliage à l'état moulé. Il semble également que l'aptitude à la nitruration du produit soit quelque peu améliorée par une diminution de la dose de silicium présent dans les limites indiquées. Il est généralement préférable de modi- fier la proportion de solicium au rebours de celle de l'alu- minium dans les limites indiquées lorsqu'on prépare les aciers spéciaux suivant la présente invention.
Le manganèse peut aussi être présent à desdoses supérieures à oelles qui existent ordinairement dans l'acier au carbone ou dans une proportion quelconque comprise entre environ 0,2 et 1,0 %. On peut substituer le manganèse à une partie du chrome qu'on pourrait employer d'ailleurs pour améliorer la dureté de nitruration, et il possède l'avantage de servir de générateur de carbure contrebalançant dans une certaine mesure l'action graphitisante de l'aluminium et du silicium mais, à l'inverse du chrome, il ne tend pas à stabiliser les carbures dans une mesure telle qu'il empêche la décomposition de ceux-ci avec production de carbone à l'état graphitique lorsqu'on soumet l'alliage à. un traitement thermique de graphitisation.
On règlera au mieux les proportions de constituants favorisant la nitruration, générateurs de carbure et graphi- tisants, de manière à obtenir que l'acier spécial une fois moulé contienne très peu sinon pas du tout de carbone libre et qu'il n'ait que peu sinon pas du tout tendance à engendrer du carbone graphitique pendant le revenu à la température de normalisation ou après qu'il a été porté à cette température.
En même temps, il faut que le carbone combiné se prête à un traitement thermique de graphitisation et qu'on puisse le dissocier en partie avec formation de carbone graphitique de manière que le produit résultant d'un traitement thermique de graphitisation dans les limites préférées et de durée relativement brève, par exemple de 5 à 20 heures, ait une
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teneur en.carbone combiné inférieure à 0,8 % et de préférence oomprise entre 0,2 et 0,6 %, le restant du oarbone étant , bien réparti sous forme de graphite principalement à l'état nodulaire.
Ayant à l'esprit le comportement des divers cons- tituants énumérés à l'égard les uns des autres quant à leur aptitude à favoriser la nitruration, leur aptitude à former un carbure et l'aptitude des carbures ainsi formés à réagir à un traitement thermique de graphitisation en vue de pro- duire la structure graphitique désirée, il devient relati- vement facile de déterminer par quelques essais préliminaires de quelle façon on doit modifier les proportions relatives de ces éléments dans les limites indiquées en vue d'obtenir les meilleure'résultats pour une application particulière.
Les compositions dosées dans les limites ci-après possèdent des propriétés très intéressantes non seulement du point de vue de leur aptitude à être nitrurées et de la facilité de leur usinage à l'état non nitruré à la suite d'un traitement thermique de graphitisation, mais aussi du fait qu'elles se prêtent aisément au moulage par le procédé centrifuge et que les moulages ainsi obtenus sont caractérisés par l'absence de défauts et des limites élastiques et de rupture élevées :
EMI11.1
<tb> Carbone <SEP> total <SEP> ......1,25 <SEP> à <SEP> 1,75 <SEP> % <SEP>
<tb>
<tb> Mn.................0,40 <SEP> à <SEP> 0,80 <SEP> % <SEP>
<tb>
<tb> Si <SEP> .................1,25 <SEP> à <SEP> 1,75%
<tb>
EMI11.2
M .................1,00 à 2,00 %
EMI11.3
<tb> Cr <SEP> .................0,20 <SEP> à <SEP> 0,40 <SEP> % <SEP>
<tb>
<tb> Mo <SEP> .................0,20 <SEP> à. <SEP> 0,30 <SEP> %.
<tb>
A titre d'exemple on va décrire maintenant un processus qu'on peut suivre dans la préparation de moulages centrifugea suivant la présente invention.
On prépare une charge de 200 kg ainsi composée :
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65 kg de fonte silioée à 2,60-2,65% à faible teneur en P,
129 kg de déchets de tôle d'acier(Norme S.A.E.1020),
1,2 kg de ferro-silicium, 0,710 kg de ferro-ohrome à 65 %, 0,765 kg de ferro-molybdène à 60%,
3,0 kg d'aluminium.
On commence par fondre les déchets d'acier et la fonte dans un four à induction en employant un creuset de magnésie. Après avoir porté le lit de fusion à une température de 1590 C sans scories, on ajoute d'abord le ferro-silicium et, après que le lit de fusion a repris sa température, on ajoute le ferro-chrome et le ferro-molybdène. On porte alors la température à 1618 C et l'on ajoute l'aluminium. Il faut bien veiller à l'intro duire au-dessous de la surface du mé- tal fondu. On projette ensuite environ 170 g de cryolithe sur le métal.
On déverse ensuite le lit de fusion dans une poche préalablement chauffée à une température de 815 C. Au jet de métal qui s'écoule dans la poche on incorpore une quanti- té convenable de cryolithe, par exemple 50 à 60 g pour la charge ci-dessus. La poche employée dans ces essais avait un revêtement de "Sillimanite" qu'on avait lavé au moyen d'un lait aqueux de cryolithe.
On moule ensuite le métal par centrifugeage en employant un moule de fonte ou d'acier préalablement chauffé à une température d'au moins 176 C et, de préférence, d'en- viron 205 C. La surface intérieure du moule est préalablement traitée par pulvérisation au moyen d'un produit à cet effet auquel il y a intérêt à ajouter 17 g. de cryolithe par litre.
Le produit employé dans les opérations de moulage décrites ici est connu dans le commerce sous l'appellation de "Shamva Mold Wash", fabriqué par la firme Mullite Refractories, Shelton, Connecticut (E.U.). Il faut couler le métal aussi
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rapidement que possible dans le moule en rotation, parce que le métal est relativement pâteux et obstruerait un petit beo de coulée, Un court bec de coulée ne pénétrant que d'environ 12 mm dans le moule tournant et se déversant dans
EMI13.1
ùne""'X'igàtlec.!': : '.: occupant pratiquement la totalité de la longueur du moule donnera satisfaction.
Il y a intérêt à. ajouter une petite quantité de oryolithe au métal dans le
EMI13.2
Ta rigble. - 4.2\:, rig 1 employ pour ces s essais était construite de telle manière que le métal passait par- dessus un bord et empêchait ainsi la formation d'anneaux d'inégale épaisseur sur la pièce moulée. Dans des opérations de moulage pour la production de chemises de cylindre une vitesse de ooulée de 4, 0 kg de métal par seconde a fourni un produit entièrement satisfaisant.
Le temps de rotation peut varier, mais on a obtenu des résultats satisfaisants avec des durées de 10 à 15 se- oon des en employant un moule tournant autour d'un axe hori- zontal. La vitesse de rotation varie suivant le diamètre de la pièce. Les vitesses de rotation suivantes donneront un produit satisfaisant :
EMI13.3
<tb> 140 <SEP> - <SEP> 160 <SEP> mm <SEP> diam, <SEP> ext. <SEP> 1000 <SEP> t/min
<tb>
<tb> 110 <SEP> - <SEP> 140 <SEP> mm <SEP> diam. <SEP> ext. <SEP> 1150 <SEP> t/min
<tb>
<tb> 80 <SEP> - <SEP> 110 <SEP> mm <SEP> diam. <SEP> ext. <SEP> 1250 <SEP> t/min.
<tb>
Les spécimens dont la structure est représentée aux figures 1 à 8 du dessin ont été prélevés dans des mou- lages obtenus suivant la technique ci-dessus et qui, après avoir été réchauffés à 927 C. pendant 2 heures, puis trem- pés à l'huile et portés ensuite à une température de 746 C. à laquelle on les avait maintenus pendant 5 heures, présen- taient les analyses et les propriétés de résistance à la traction suivantes :
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EMI14.1
<tb> EM <SEP> 426-1 <SEP> EM <SEP> 426-2
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Carbone <SEP> total.............. <SEP> 1,42-. <SEP> 1,39
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Carbone <SEP> graphitique........ <SEP> 0,87 <SEP> 0,89
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Carbone <SEP> combiné............ <SEP> 0,55 <SEP> 0,50
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Si......................... <SEP> 1,42 <SEP> 1,45
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> S.......................... <SEP> 0,056 <SEP> 0,061
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> P.......................... <SEP> 0,17 <SEP> 0,18
<tb>
EMI14.2
Zn......................... 0,48 0,49
EMI14.3
<tb> Cr......................... <SEP> 0,40 <SEP> 0,37
<tb>
<tb> Mo......................... <SEP> 0,28 <SEP> 0,29
<tb>
EMI14.4
A1.........................
1,66 1,84
EMI14.5
<tb> Résistance <SEP> à <SEP> la <SEP> rupture.... <SEP> 73,9 <SEP> kg/mm <SEP> 72,8 <SEP> kg/mm2
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Dureté <SEP> Rookwell <SEP> "C"........ <SEP> 20 <SEP> 20
<tb>
RESULTATS DE NITRURATION
Un certain nombre de spécimens ayant les mêmes compositions que ceux mentionnés et prélevés sur les mêmes moulages ont été préparés en vue de la nitruration par trempe à l'huile après avoir été maintenus pendant 2 heures à une température de 900 C. , puis revenus à une température de 746 C. pendant 5 heures et enfin refroidis à l'air. On a nitruré ces spécimens pendant 48 heures à une température de 524 C.
Les valeurs de l'épaisseur de couche durcie (croûte) et de dureté obtenues ont été les suivantes :
EMI14.6
<tb> Dureté <SEP> de <SEP> couche
<tb> superficielle <SEP> EM <SEP> 426-1 <SEP> EM <SEP> 426-2
<tb>
<tb> Rockwell <SEP> 15 <SEP> N <SEP> 93 <SEP> 92
<tb>
<tb> Rockwell <SEP> 30 <SEP> N <SEP> 82 <SEP> 80
<tb>
<tb> Epaisseur <SEP> de <SEP> couche
<tb> superficielle <SEP> 0,028 <SEP> mm <SEP> 0,031 <SEP> mm
<tb>
Les figures 1 et 5 montrent la structure de la cou- che superficielle et du coeur de ces spéoimens. On remarquera que les caractéristiques de nitruration sont excellentes.
Voioi un autre exemple d'une composition qui s'est trouvée posséder une structure très satisfaisante après
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moulage par le procédé centrifuge et traitement thermique de graphitisation approprié :
EMI15.1
<tb> Carbone <SEP> total <SEP> 1,50%
<tb>
<tb> Carbone <SEP> graphitique <SEP> 0,95%
<tb>
<tb> Mn <SEP> ..................... <SEP> 0,50 <SEP> %
<tb>
<tb> Si <SEP> 1,50%
<tb>
<tb> Cr <SEP> ..................... <SEP> 0,35%
<tb>
<tb> Mo <SEP> ..................... <SEP> 0,25%
<tb>
<tb> Al <SEP> .....................
<SEP> 1,00 <SEP> %
<tb>
On a dégrossi à un diamètre extérieur de 157,48 mm et un diamètre intérieur de 139,7 mm de s spécimens de mou- lages centrifuges préparés en vue de réaliser la composition oi-dessus, puis on les a soumis à une trempe à 1''huile après les avoir portés et maintenus pendant 2 heures à une températu- re de 900 C. On les a ensuite réchauffés à une température de 746 C. pendant 5 heures et finalement refroidis à l'air.
Les valeurs de dureté obtenues ont été de 196 Brinell et de 16-17 Rookwell "C". On trouvera ci-appéésles compositions réelles de plusieurs moulages préparés en vue de 'repro- duire la composition sus-indiquée:
EMI15.2
ooülée n CT CG Ma P a o Si % Cr Mo Bl
EMI15.3
<tb> 44-392-2' <SEP> 1,41 <SEP> 0,94 <SEP> 0,50 <SEP> 0,028 <SEP> 0,024 <SEP> 1,49 <SEP> 0,39' <SEP> 0,26 <SEP> 1,06"
<tb>
<tb> 44-392-4 <SEP> 1,35 <SEP> 0,89 <SEP> 0,49 <SEP> 0,023 <SEP> 0,020 <SEP> 1,53 <SEP> 0,37 <SEP> 0,26 <SEP> 1,10
<tb>
<tb> 44-393-6 <SEP> 1,48 <SEP> 1,05 <SEP> 0,49 <SEP> 0,018 <SEP> 0,021 <SEP> 1,45 <SEP> 0,39 <SEP> 0,25 <SEP> 1,09
<tb>
<tb> 44-33-8 <SEP> 1,'49 <SEP> 1,03 <SEP> 0,48 <SEP> 0,022 <SEP> 0,020 <SEP> 1,46 <SEP> 0,39 <SEP> 0,25 <SEP> 1,07
<tb>
<tb> 44-393-10 <SEP> 1;
52 <SEP> 0,99 <SEP> 0,48 <SEP> 0,024 <SEP> 0,023 <SEP> 1,45 <SEP> 0,39 <SEP> 0,25 <SEP> 1,05
<tb>
Les figures 7 et 8 montrent la structure métallo- graphique, sous des grossissements de 100 et 500 fois, d'une section de coeur du moulage désigné ci-dessus sous le n 44-392-2 à la suite du traitement thermique de graphitisation.
Nitrurés pendant 48 heures à une température de 514 C, des moulages répondant aux compositions précédentes
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ont présenté une dureté de nitruration et une épaisseur de couche durcie très satisfaisantes.
Pour mieux encore montrer les propriétés physiques qu'on peut obtenir avec des compositions entrant dans le cadre de la présente invention on va donner ci-après les analyses et certaines propriétés indiquées d'une autre série de moulages centrifuges préparés en suivant la technique générale précédemment exposée et en chauffant ensuite les moulages pendant 2 heures à une température de 900 C, les trempant à l'huile, les réchauffant ensuite pendant 5 heures à une température de 746 C et les refroidissant enfin à l'air:
EMI16.1
<tb> EM <SEP> 397-1 <SEP> EM <SEP> 397-2 <SEP> EM <SEP> 397-3 <SEP> EM <SEP> 397-4 <SEP> EM <SEP> 397-5 <SEP> EM <SEP> 397-6
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<tb> Carbone
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<tb> total..,1,52 <SEP> 1,54 <SEP> 1,66 <SEP> 1,62 <SEP> 1,60 <SEP> 1,69
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<tb> Carbone <SEP> gra-
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<tb> phitique..0,84 <SEP> 0,77 <SEP> 0,92 <SEP> 0,83 <SEP> 0,90 <SEP> 1,01
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<tb> Carbone <SEP> com-
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<tb> biné.....0,68 <SEP> 0,77 <SEP> 0,74 <SEP> 0,79 <SEP> 0,70 <SEP> 0,68
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<tb> Si........1,29 <SEP> 1,24 <SEP> 1,27 <SEP> 1,30 <SEP> 1,30 <SEP> 1,30
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<tb> S <SEP> ........0,042 <SEP> 0,045 <SEP> 0,046 <SEP> 0,053 <SEP> 0,048 <SEP> 0,046
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<tb> P <SEP> ........0,14 <SEP> 0,14 <SEP> 0,13 <SEP> 0,15 <SEP> 0,15 <SEP> 0,
19
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<tb> Mn <SEP> .......0,62 <SEP> 0,60 <SEP> 0,65 <SEP> 0,65 <SEP> 0,67 <SEP> 0,67
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<tb> Cr <SEP> 0,41 <SEP> 0,41 <SEP> 0,42 <SEP> 0,40 <SEP> 0,35 <SEP> 0,32
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<tb> No <SEP> .......0,32 <SEP> 0,30 <SEP> 0,32 <SEP> 0,32 <SEP> 0,32 <SEP> 0,36
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<tb> Al <SEP> .......1,63 <SEP> 1,47 <SEP> 1,48 <SEP> 1,46 <SEP> 1,38 <SEP> 1,42
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<tb> lim.
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<tb> él.
<SEP> 64,673 <SEP> 64,830 <SEP> 71, <SEP> 674 <SEP> 66, <SEP> 389 <SEP> 74,482 <SEP> 70,000 <SEP> kg/mm2
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<tb> Rockwell
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<tb> "B" <SEP> 99 <SEP> 100 <SEP> 100 <SEP> 99 <SEP> 98 <SEP> 97
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Bien que les moulages considérés dans les exemples précités aient tous été réchauffés à une température de 746 C à la suite de la trempe et qu'on les ait maintenus à cette température durant seulement 5 heures pour réaliser le degré de graphitisation indiqué dans chaque cas, il va sans dire que la température à laquelle le réchauffage ou revenu de
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graphitisation s'effectue aussi bien que la durée de ce traitement peuvent être modifiées dans de larges limites sans sortir du cadre de l'invention.
En outre des économies procurées par le procédé relativement moins coûteux du moulage centrifuge comparati- vement à la production de chemises de cylindre et autres pièces cylindriques par des procédés comportant un forgeage ou des opérations de travail analogues, il est possible de réaliser encore d'autres économies dans le prix de revient de tels produits moulés suivant la présente invention. Par exemple, il est possible d'utiliser une partie considérable de la chaleur contenue dans les moulages en provoquant les mo difications physiques désirées préalablement au traitement thermique de graphitisation.
On peut y parvenir en démoulant les pièces avant qu'elles se soient refroidies à une tem- pérature inférieure à environ 900-926 0, puis en les trem- pant à l'huile ou les soumettant à un refroidissement à l'air à partir de cette température ou à peu près, et enfin en les réchauffant dans les limites des températures de revenu ou de graphitisation. Lors même qu'on aurait laissé les moulages refroidir à des températures inférieures à celles qui conviennent pour la trempe, avant de les démouler mais à l'état encore chaud, on peut les transférer dans un four et les amener à la température voulue pour un refroidis- sement rapide ou une trempe, ce qui procure une économie dans les frais de chauffage nécessaires en vue de provoquer les modifications désirées dans l'état de la teoeur en carbone des moulages.
Si ces moulages sont destinés à être durcis su- perficiellement par nitruration, on les soumet d'abord à un traitement thermique préliminaire de graphitisation.
Dans cet état ils sont faciles à usiner et on peut soit les dégrossir soit les finir avant tout nouveau traitement.
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Lorsqu'on désire obtenir un produit final possédant un dureté et une résistance mécanique de coeur supérieures, on peut y parvenir avantageusement en réchauffant le moulage dégrossi à une température qui dépasse la zone de transformation et en maintenant cette température jusqu'à ce que l'acier ait été amené principalement à l'état austénitique, à la suite de quoi on le trempe ou on le refroidit à l'air. Ca traite- ment a pour effet de provoquer une redissolution des particu- les de graphite les plus fines et des carbures présents.
A la suite de ce second traitement thermique on réchauffe ou fait revenir l'acier à une température inférieure convena- ble, ordinairement comprise entre environ 538 et 676 C, pour amener l'acier dans un état convenable pour son usinage final tout en conservant autant que possible la dureté de coeur obtenue par l'opération de trempe antérieure. On peut ensuite finir d'usiner le produit et le soumettre ensuite à un traitement de nitruration. Le produit nitruré peut être ensuite amené à la cote définitive par rectification ou brunissage.
D'autre manière, on peut soumettre le produit à l'usinage final avant de lui imposer le traitement thermi- que de durcissement du coeur. S'il en est ainsi, ce dernier traitement doit être suivi d'un traitement thermique de revenu comme précédemment. Dans l'un et l'autre cas la dureté Brinell du coeur après nitruration est à peu près de 350, et la proportion de carbone libre se trouve considérablement réduite oomparativement à la structure obtenue à la suite du traitement thermique de graphitisation.
Si l'on ne tient pas à augmenter la dureté du coeur on peut supprimer les opérations de trempe et de revenu consécutives à l'usinage soit de dégrossissage soit de fi- nition.
Les moulages centrifuges obtenus au moyen des aciers graphitiques répondant aux oompositions délimitées
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dans ce qui précède sont susceptibles de maintes applications utiles en outre de la production d'articles nitrurés, et l'in- vention couvre toutes ces applications, qu',11 y ait ou non nitruration.
L'expression "sphéroîdisé" qui apparaît dans la pré- cédente description ainsi que dans le résumé est censée se rapporter d'une façon générale à l'agrégat de ferrite et de carbures produit par revenu d'un acier graphitique qui se trouve dans un état propre à la graphitisation au commencement , du traitement de revenu.
Suivant qu'on emploie pour le revenu une température basse, moyenne ou élevée, l'agrégat résultant se trouvera dans un état de dispersion .extrême, souvent dénom- mé "troostite", ou dans un état intermédiaire où les partieu- les de carbure sont moins nombreuses et plus volumineuses et @ qu'on dénomme "sorbite", ou encore dans un état où les parti- cules de carbure sont encore plus volumineuses mais encore moins nombreuses que ce n'est le cas pour la sorbite. Ce der- nier état se produit lorsqu'on effectue le revenu à une tempé- rature voisine de gel, Comme entre ces produits obtenus par revenu de la martensite il n'existe pas de ligne de démarcation bien nette où l'un de ces états cesse et l'autre commence,
et comme ils ne diffèrent que par le nombre et la grosseur des particules de carbure, les expressions "sphéroîdisé" et "masse, sphéroîdisée" semblent particulièrement convenir pour défi- nir la structure dont il s'agit.
Bien qu'on ait spécifié la zone de proportions pré- férée et qu'on ait cité plusieurs analyses à titre d'exemples et comme types de compositions qu'on a trouvées éminemment sa- tisfaisantes pour produire des moulages par centrifugtion, il doit être entendu que ces citations ne sauraient limiter le domaine de l'invention et que la possibilité de toutes modifi- cations est expressément réservée. De même, là où il est ques- tion de conditions de traitement thermique, l'invention n'est pas censée se limiter aux exemples mentionnés.