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NOUVEL ALLIAGE MAGNETIQUE ET SON PROCEDE DE FABRICATION.
La présente invention a trait à un nouvel alliage magnétique destiné à la fabrication des rubans et fils pour l'enregistrement des sons.
On a réalisé depuis quelques années des progrès considérables dans le do- -maine des appareils d'enregistrement magnétique, mais leur bon fonctionnement res te tributaire de la qualité du métal constituant le fil ou le ruban. on demande à ceux-ci une bonne courbe amplitude-fréquence, un faible niveau de bruit de fond, une bonne résistance mécanique et une susceptibilité à la corrosion aussi faible que possible.
On sait que les aciers austénitiques du type inoxydable présentent des
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avantages quant à la résistance mécanique et à la corrosion, mais on les avait toujours considérés jusqu'alors comme inaptes aux applications mettant en jeu leurs propriétés magnétiques. En effet, l'austénite, qui est l'élément de base de cet acier, n'est pas magnétique.
La Société demanderesse a trouvé que, si l'on soumet ce type d'acier à un travail mécanique approprié et à un revenu thermique adéquat pour précipiter les carbures, on améliore considérablement ses propriétés magnétiques, sans modifier d'une façon appréciable ses caractéristiques mécaniques et sa résistance à la cor- rosion, En fin de compte, on obtient un métal dont les qualités sont remarquable- ment favorables à l'enregistrement magnétique.,
Conformément à l'invention, on soumet un acier austénitiques inoxydable à un travail mécanique qui a pour effet de produire une structure cristalline allongée et l'on effectue un revenu pour précipiter les carbures, afin d'en obtenir une dis- tribution fine et uniforme.
Ce vieillissement provoque la séparation de la ferrite et de l'austénite en accroissant la ténacité,et la précipitation des carbures confè- re à l'acier des propriétés magnétiques convenant bien à l'enregistrement.
D'une façon plus précise, on part, de préférence, d'un acier Inoxydable aus- ténitique recuit, du type 18-8 répondant à la composition suivante "Cr. 17 à 20%; Ni, 7 à 10%; c. 0,03 à 0,25 %, et des impuretés, en général en faible teneur; on peut ajouter, si on le désire, de petites quantités de niobium, titane, vanadium, azote,.... suivant une technique bien connue des spécialistes. Le reste est du fer.
La première phase du traitement consiste à réduire à froid la section du ruban ou du fil d'acier à une faible fraction de sa valeur initiale. Le travail à froid provoque la rupture de la structure cristalline austénitique normale et l'ap- parition d'une structure allongée d'austénite et ferrite. Après ce sévère travail à froid, l'acier est chauffé à une température comprise, de préférence, entre 500 et 700 C., pendant un temps qui peut varier entre moins d'une seconde et deux heures environ, suivant le vieillissement que l'on désire faire subir à l'acier.
L'impor- tance du travail à froid nécessaire pour produire une structure qui convienne,en vieillissement ultérieur est fonction des propriétés que l'on désire conférer à l'acier à son stade finale
Quand la qualité essentielle recherchée réside dans les propriétés mécani- ques et magnétiques optima du point de vue enregistrement, et quand l'on peut con- sentir un sacrifice sur la ténacité, on peut amener directement l'acier aux
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cotes finales par un travail à froid, puis on le soumet à un traitement thermique de revenu,
Si, au oontraire, on recherche surtout une grande ténacité, on peut réali- iv ser cette condition -sans perdre d'une façon prohibitur les qualités megnêtiques- en ramenant le fil ou le ruban d'acier à quelques pour cent de sa cote finale,
puis en effectuant un revenu, et enfin en lui faisant subir un dernier tréfilage ou lami- nage pour atteindre la cote désirée. La température et la durée du traitement thermique dépendent des conditions dans lesquelles l'acier est traité. Quand le revenu est fait sur des quantités massives, par exemple par fournées entières, la température du four et le temps de revenu sont déterminés par les dimensions de la fournée.
Lorsqu'au contraire, on a affaire à un processus continu, on fait passer le fil ou ruban d'acier d'une manière continue dans la zone chaude du four et, évi- demment, l'énergie nécessaire pour porter uniformément l'acier à la température dé- sirée est fonction de sa vitesse dans la zone chaude, Le revenu de l'acier, effec- tué dans ces conditions, provoque la précipitation des carbures métalliques, tels que les carbures de chrome et, lorsque l'acier contient certains éléments madifica- teurs, tels que le niobium, le titane, le vanadium, il se produit également une précipitation des carbures de ces éléments.
Il en résulte une structure métallur- gique qui présente des propriétés magnétiques convenant particulièrement bien à l'enregistrement magnétique, conférant une bonne courbe amplitude-fréquence et un faible niveau de bruit,
Des résultats particulièrement favorables ont été obtenus au moyen d'un acier inoxydable austénitique adouci, du type 18-8, renfermant 18 à 20 pour cent de chrome, 8 à 10 pour cent de nickel et au maximum 0,08 pour cent de carbone, Le reste étant du fer et quelques traces d'impuretés. Partant d'un fil de 7,5/10 de mm, en acier revenu, on tréfile à froid pour amener le diamètre entre 10 et 60 pour cent de sa valeur initiale, Après ce travail à froid, on procède à un revenu en- tre 500 et 700 C., rendant un temps suffisant pour obtenir la précipitation des carbures.
Des résultats particulièrement remarquables ont été obtenus au moyen d'un fil de 5/10 de mm. d'un acier inoxydable austénitique adouci, d'un type répondant aux Etats-Unis à la désignation "Inoxydable 304"; sa composition est la suivante:
EMI3.1
<tb> Cr <SEP> 18,8 <SEP> pour <SEP> cent
<tb>
<tb>
<tb> Ni <SEP> 8,98 <SEP> "
<tb>
<tb>
<tb> C <SEP> 0,065 <SEP> "
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Mn <SEP> 2 <SEP> " <SEP> maximum <SEP>
<tb>
<tb>
<tb> Si <SEP> 1 <SEP> " <SEP> "
<tb>
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le reste étant du fer et des traces d'impuretés. Dans ce cas, on a obtenu les propriétés optima par un travail initial consistant à réduire la section initiale du fil d'environ 96 pour cent, (c'est-à-dire en ramenant le diamètre à 1/10 de mm.)
puis on procède à un revenu en faisant passer le fil à une vitesse uniforme de 6 à 18 mètres par minute, dans un four dont la zone chaude à une longueur de l'ordre de 60 cm et est à 625+ 10 C On a obtenu des propriétés analogues au moyen de'un fil de même diamètre,, en acier austénitique adouci, de même composition, en rédui- sant sa section d'environ 95 pour cent (1,15/10 de im). en effectuant un revenu.par fournée, à 575 , pendant environ 10 minutes et en réduisant enfin par tréfilage à froid le diamètre de 21 pour cent, Jusqu'à sa dimenslone finale, c'est-à-dire à une valeur d'un dixième de mm. Dans d'autres cas, l'on a traité avec succès le fil d'acier par fournée, à 625.0. pendant un temps allant jusqu'à 30 minutes.
On a dit ci-dessus que le travail initial à froid, la température et la durée de revenu sont, dans une large mesure, détesminés par les propriétés à obte- nir. De ce point de vue, on a trouvé qu'un fil d'1/10 de mm., obtenu par tréfilage à froid, d'un fil de 5/10. avait une plus grande ténacité lorsque l'on procédait à un étirage initial à froid, ramenant la section de 94 à 95 pour cent, c'est-à-dire 1,25/10 à 1,15/la, en effectuant un revenu, et enfin, en réduisant à nouveau à froid la section du fil de 36 à 21 pour cent, c'est-à-dire 1/10 de mm.
L'alliage traité conformément au processus qui est une caractéristique essentielle de l'invention, est caractérisé par une bonne courbe amplitude-fréquence, un rapport signal/bruit de fondélevé. une faible distorsion et une charge de rupture de l'ordre de 2300 par mm2. Les propriétés magnétiques sont très améliorées somme le fait apparaître le tableau ci-dessous
EMI4.1
<tb> B <SEP> max <SEP> Br <SEP> Hc
<tb>
<tb> fil <SEP> après <SEP> tréfilage <SEP> ....... <SEP> 10.280 <SEP> 7.575 <SEP> 70
<tb>
<tb> fil <SEP> âpres <SEP> tréfilage <SEP> et
<tb> revenu <SEP> ..................... <SEP> 3.175 <SEP> 2.350 <SEP> 188
<tb>
B max est l'induction maxima, Br est l'induction rémanente et He le champ coercitif.
Cet acier est, de plus, caractérisé par une rigidité mécanique qui fait qu'il n'a pas tendance à s'enrouler en spirales comme c'est généralement le cas peur fils obtenus par tréfilage à froid.
Bien que le traitement de revenu qui a été décrit ci-dessus soit normale- ment effectué dans une atmosphère protectrice, par exemple l'hydrogène, afin de
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maintenir la surface de l'acier inoxydable brillante, la Société demanderesse a trouvé que ce traitement peut être effectué dans l'air. Les propriétés magnétiques et mécaniques sont alors pratiquement les mêmes, mais la surface est teintée: la couleur variant entre le bleu clair et le'bleu foncé, suivant le degré d'oxydation de la surface. Cette coloration de la surface est considérée dans certains cas comme désirable du point de vue dès applications commerciales et sera considérée comme une variante utile de l'invention.
Pour améliorer légèrement les caractéristiques ou la ténacité, on a trouvé désirable, dans certains cas, de procéder à un traitement préalable ayant pour but de réduire les tensions internes après le traitement à froid et avant le revenu.
Ce pré-traitement peut être réalisé en chauffant l'acier à une température de l'or- dre de 400 à 450 C pendant une heure environ après que le fil a subi une réduction de section de l'ordre de 93 pour oent, Après ce traitement thermique supplémentaire le fil est de nouveau tréfilé à froid à environ 21 pour cent de sa section finale, ,vieilli par traitement thermique comme il a été décrit ci-dessus, et finalement amène à son diamètre final par laminage à froid.
Les figures 1, 2 et 3 sont des micrographies montrant les effets obtenus en tréfilant à froid un fil pour le ramener à son diamètre final et en effectuant un revenu conformément à ce qui a été dit ci-dessus.
La figure 1 représente une structure typique d'un fil en acier Inoxydable austénitique de 5/10 de mm. adouci par recuit à une température de 1075 à 1100 c et refroidi rapidement;
La figure 2 montre la structure du même acier ramené après tréfilage à froid de 5/10 de mm. à 1/10;
La figure 3 représente la structure du même acier après revenu à une tem- pérature de 625. pendant environ une seconde.
La figure 4 est un graphique portant deux courbes A et B qui font ap- paraître l'amélioration obtenue tant en ce qui concerne la bande de fréquence que le bruit de fond. Il s'agit d'un fil tréfilé à froid de 1/10 de diamètre traita suivant l'invention, comparativement à un fil de même diamètre non traité.
Les courbes de réponse ont été tracées pour un niveau de référence oorres- pondant à un signal de 1000 Hz, d'amplitude juste suffisante pour faire apparaître une distorsion décelable. La vitesse du fil était de 60 an par seconde. Pour la courbe A le niveau de bruit était - 56 décibels et pour la courbe B - 45 décibels.
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NEW MAGNETIC ALLOY AND ITS MANUFACTURING PROCESS.
The present invention relates to a novel magnetic alloy intended for the manufacture of tapes and wires for recording sounds.
Considerable progress has been made in recent years in the field of magnetic recording devices, but their proper functioning remains dependent on the quality of the metal constituting the wire or tape. these are required to have a good amplitude-frequency curve, a low level of background noise, good mechanical strength and as low a susceptibility to corrosion as possible.
It is known that austenitic steels of the stainless type have
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advantages in terms of mechanical resistance and corrosion, but they had always been considered until then as unsuitable for applications involving their magnetic properties. Indeed, austenite, which is the basic element of this steel, is not magnetic.
The Applicant Company has found that, if this type of steel is subjected to appropriate mechanical work and to an adequate heat tempering to precipitate the carbides, its magnetic properties are considerably improved, without appreciably modifying its mechanical characteristics. and its resistance to corrosion. In the end, a metal is obtained whose qualities are remarkably favorable to magnetic recording.,
According to the invention, an austenitic stainless steel is subjected to mechanical work which has the effect of producing an elongated crystalline structure and tempering is carried out to precipitate the carbides, in order to obtain a fine and uniform distribution. .
This aging causes the separation of the ferrite and the austenite, increasing the toughness, and the precipitation of the carbides gives the steel magnetic properties suitable for recording.
More precisely, one starts, preferably, from an annealed austenitic stainless steel, of the 18-8 type corresponding to the following composition "Cr. 17 at 20%; Ni, 7 at 10%; c. 0.03 to 0.25%, and impurities, generally in low content; it is possible to add, if desired, small amounts of niobium, titanium, vanadium, nitrogen, etc. according to a technique well known to specialists The rest is iron.
The first phase of the treatment consists in cold reducing the section of the strip or the steel wire to a small fraction of its initial value. Cold working causes the breakdown of the normal austenitic crystal structure and the appearance of an elongated austenite and ferrite structure. After this severe cold working, the steel is heated to a temperature of preferably between 500 and 700 C., for a time which can vary between less than a second and approximately two hours, depending on the aging that the we want to subject the steel.
The extent of the cold work required to produce a suitable structure in subsequent aging depends on the properties one wishes to impart to the steel at its final stage.
When the essential quality sought is in the optimum mechanical and magnetic properties from the recording point of view, and when a sacrifice can be made in toughness, the steel can be fed directly to
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final dimensions by cold working, then subjected to a heat treatment of tempering,
If, on the contrary, one seeks above all a great tenacity, one can achieve this condition - without losing in a prohibitive way the mete- nic qualities - by reducing the wire or the steel tape to a few percent of its final dimension. ,
then by tempering, and finally by subjecting it to a final drawing or rolling to reach the desired dimension. The temperature and duration of the heat treatment depend on the conditions under which the steel is treated. When tempering is done on massive amounts, for example whole batches, the oven temperature and the tempering time are determined by the size of the batch.
When, on the contrary, we are dealing with a continuous process, the steel wire or tape is passed continuously through the hot zone of the furnace and, of course, the energy necessary to uniformly carry the steel. at the desired temperature depends on its speed in the hot zone, The tempering of the steel, carried out under these conditions, causes the precipitation of metal carbides, such as chromium carbides and, when the steel contains some building blocks, such as niobium, titanium, vanadium, carbides of these elements also precipitate.
This results in a metallurgical structure which exhibits magnetic properties particularly suitable for magnetic recording, conferring a good amplitude-frequency curve and a low noise level,
Particularly favorable results have been obtained by using a softened austenitic stainless steel, type 18-8, containing 18 to 20 percent chromium, 8 to 10 percent nickel and at most 0.08 percent carbon, The rest being iron and some traces of impurities. Starting from a 7.5 / 10 mm wire, in tempered steel, we cold-drawn to bring the diameter between 10 and 60 percent of its initial value. After this cold work, we proceed to a tempering in- be 500 and 700 C., making sufficient time to obtain precipitation of the carbides.
Particularly remarkable results have been obtained using a 5/10 mm wire. a softened austenitic stainless steel, of a type meeting the designation "Stainless 304" in the United States; its composition is as follows:
EMI3.1
<tb> Cr <SEP> 18.8 <SEP> for <SEP> cent
<tb>
<tb>
<tb> Ni <SEP> 8.98 <SEP> "
<tb>
<tb>
<tb> C <SEP> 0.065 <SEP> "
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Mn <SEP> 2 <SEP> "<SEP> maximum <SEP>
<tb>
<tb>
<tb> If <SEP> 1 <SEP> "<SEP>"
<tb>
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the rest being iron and traces of impurities. In this case, the optimum properties were obtained by initial work of reducing the initial section of the wire by about 96 percent, (i.e. reducing the diameter to 1/10 of a mm.)
then tempering is carried out by passing the wire at a uniform speed of 6 to 18 meters per minute, in an oven whose hot zone has a length of the order of 60 cm and is at 625 + 10 C. similar properties by means of a wire of the same diameter, of softened austenitic steel of the same composition, reducing its cross section by about 95 percent (1.15 / 10 µm). by tempering per batch, at 575, for about 10 minutes and finally reducing by cold drawing the diameter by 21 percent, until its final dimension, that is to say to a value of one tenth of a mm. In other cases, the steel wire has been successfully treated in batches at 625.0. for up to 30 minutes.
It has been said above that the initial cold working, the temperature and the tempering time are, to a large extent, determined by the properties to be obtained. From this point of view, it has been found that a wire of 1/10 of mm., Obtained by cold drawing, of a wire of 5/10. had greater toughness when performing an initial cold drawing, reducing the section from 94 to 95 percent, i.e. 1.25 / 10 to 1.15 / la, by tempering , and finally, again cold reducing the section of the wire from 36 to 21 percent, that is to say 1/10 of a mm.
The alloy treated in accordance with the process which is an essential characteristic of the invention is characterized by a good amplitude-frequency curve, a high signal-to-noise ratio. low distortion and a breaking load of the order of 2300 per mm2. The magnetic properties are greatly improved as shown in the table below
EMI4.1
<tb> B <SEP> max <SEP> Br <SEP> Hc
<tb>
<tb> wire <SEP> after <SEP> wire drawing <SEP> ....... <SEP> 10.280 <SEP> 7.575 <SEP> 70
<tb>
<tb> wire <SEP> after <SEP> wire drawing <SEP> and
<tb> income <SEP> ..................... <SEP> 3.175 <SEP> 2.350 <SEP> 188
<tb>
B max is the maximum induction, Br is the remanent induction and He is the coercive field.
This steel is, moreover, characterized by a mechanical rigidity which means that it does not tend to wind up in spirals as is generally the case for wires obtained by cold drawing.
Although the tempering treatment which has been described above is normally carried out in a protective atmosphere, for example hydrogen, in order to
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keeping the surface of the stainless steel shiny, the Applicant Company has found that this treatment can be carried out in air. The magnetic and mechanical properties are then practically the same, but the surface is tinted: the color varying between light blue and dark blue, depending on the degree of oxidation of the surface. This coloring of the surface is considered in some cases to be desirable from the point of view of commercial applications and will be considered as a useful variant of the invention.
In order to slightly improve the characteristics or toughness, it has been found desirable in some cases to carry out a pretreatment for the purpose of reducing internal stresses after cold treatment and before tempering.
This pre-treatment can be carried out by heating the steel to a temperature of the order of 400 to 450 ° C. for approximately one hour after the wire has undergone a section reduction of the order of 93 per cent. this further heat treatment the wire is again cold drawn to about 21 percent of its final cross section, aged by heat treatment as described above, and finally brought to its final diameter by cold rolling.
FIGS. 1, 2 and 3 are micrographs showing the effects obtained by cold drawing a wire to bring it back to its final diameter and by tempering in accordance with what has been said above.
Figure 1 shows a typical structure of a 5/10 mm austenitic stainless steel wire. softened by annealing at a temperature of 1075 to 1100 c and rapidly cooled;
FIG. 2 shows the structure of the same steel brought back after cold drawing of 5/10 mm. at 1/10;
Figure 3 shows the structure of the same steel after tempering at a temperature of 625 for about one second.
FIG. 4 is a graph showing two curves A and B which show the improvement obtained both as regards the frequency band and the background noise. It is a cold drawn wire of 1/10 diameter treated according to the invention, compared to a wire of the same diameter untreated.
The response curves were drawn for a reference level corresponding to a signal of 1000 Hz, of just sufficient amplitude to show a detectable distortion. The wire speed was 60 years per second. For curve A the noise level was - 56 decibels and for curve B - 45 decibels.