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" ALLIAGES DE MANGANESE"
La présente invention se rapporte à la préparation et au traitement thermique d'alliages consistant principalement en manganèse, fer et chrome, et concerne particulièrement la prépa- ration de tels alliages qui sont hautement résistants à la cor- rosion atmosphérique, peuvent supporter une grande extension par travail à froid, sans subir de durcissement qui est la caracté- ristique des aciers inoxydables austénitiques connus jusqu'à présent dans la teohnique, et de plus, présentent les propriétés de conserver leur écrouissage à des températures relativement élevées, de durcir et d'être rendus non magnétiques, sans devenir cassants, par traitement thermique.
Des alliages de manganèse, chrome et fer ont déjà été suggérée,
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mais, dans tous les cas, ceux de ces alliages dont les proprié- tés ont été examinées, contiennent une proportion sensible de carbone, de l'ordre de 1% ou plus, bien que des suggestions aient déjà été faites, concernant des alliages dont la teneur en carbone était supposée nulle. Dans de tels alliages de la technique antérieure, la proportion de manganèse était toujours inférieure à celle de chrome. La technique antérieure indique que de tels alliages ont une perméabilité magnétique ne dépassant pas 2 à 5% de celle de la fonte. Dans d'autres alliages connus contenant du manganèse, du chrome et du fer, le carbone et le silicium sont tous deux présents, la teneur en silicium variant de plus de 3% à 8%.
Les alliages objets de l'invention se distinguent nettement de ceux de la, technique antérieure, non seulemenau pointde vue composition, mais aussi au point de vue de3 caractères et des propriétés physiques, y compris la susceptibilité à diffé- rents types de traitement thermique. Ainsi, par exemple les alliages objets de l'invention doivent êtresensiblement exempta de silice et d'alumine, le carbone étant à peu près, et de pré- férence entièrement, absent, et, le silicium ne doitpas dépasser 1%, et est de préférence présent en quantités inférieures 0,7% et particulièrement voisines de 0%.
En relation avec ce qui concerne les propriétés des alliages objets de 11 invention, l'on peut signaler parmi dtautres choses, que leur perméabilité magné- tique, après trempe à partir de températures élevées, est à peu près, celle de la fonte, propriété qui distingue radicalement ces alliages de nombreux alliages de la technique antérieure, Comme il est bien connu, et indiqué dans l'ouvrage "Handbook for Electrical Enginers" publié à New-York par John Wiley & Sons, page 901 B, la fonte, soumise à un champ d'environ 39 ampères/ tours par cm, à une perméabilité d'environ 1,35 à 1,
57 fois celle du vide. Les allia.ges objets de l'invention ont donc une perméa- bilité du même ordre de grandeur général.
Il y a de nouveau une différence définie et radicale entre le
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traitement thermique défini par la technique antérieure et appli- qué aux alliages de manganèse chrome et fer, et ceux utilisés par le demandeur, Le traitement thermique des alliages objets de la présente invention consiste d'habitude en une trempe, un travail à froid et une opération de réohauffage, la trempe étant produite à partir d'une température supérieure à 110 C, et par- ticulièrement voisine de 1200 C.
Le traitement thermique d6fini dans la technique antérieure et relatif aux alliages de manganèse, fer et chrome comprend le ohauffage de l'alliage fondu à 1000 . 1100 C pendant plusieurs heures, suivi d'un refroidissement dans le four. Un tel trai- tement thermique ne produit pas d'accroissement de résistance dans les alliages objets de l'invention? Il n'a pas d'effet sensible sur la dureté, ou produit un adoucissement, dépendant de la rapidité avec laquelle les alliages sont refroidis pen- dant le moulage.
Le chauffage des alliages objets de la présente invention à 1000 0 oause un adoucissement sans faire réapparaître le magnétisme, autrement dit ils ne sont pas remis dans l'état qui précédait la trempe, cet état est seulement atteint à des températures plus élevées, habituellement au-dessus de 1000 0.
L'on verra donc, comme il est indiqué ci-dessous en détail que par un choix oonvenable de la composition de l'alliage, et par chauffage des alliages à environ 1200 C et trempe, le deman- deur peut écrouir les dits alliages par laminage, par estampage ou par tout autre moyen, dans une proportion correspondant, dans beaucoup de cas, à une réduction de la section de 90% et plus sans durcissement excessif.
Par durcissement excessif, le demandeur réfère à toute dureté dépassant 25, mesurés dans l'échelle C de Rockwell. Le demandeur à trouvé que la gamme de composition d'alliages dans laquelle cette partie de son invention peut'être mise en oeuvre peut être définie approximativement comme suit. Si les dits alliages con- tiennent au moins 18% de manganèse, et que dans ceuxeci, le man- ganèse est à peu près entièrement exempt de carbone, de silice
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et d'alumine, et est en plus forte proportion que le chrome, une certaine proportion critique de chrome doit être présente, pour éviter un durcissement excessif des alliages par éorouissage.
Cette proportion critique de chrome dépend de la proportion de manganèse contenue dans l'alliage. Entre 18% et 30% de manganèse, si le manganèse dopasse le chrome, le pourcentage minimum cri- tique de chrome est 17,5%; et le pourcentage maximum de chrome est d'environ 19%. Au-dessus de 30% de manganèse, le pourcentage minimum critique de chrome tombe, étant de 12,5% si le manganèse atteint 40%, le pourcentage maximum de chrome, dans un tel cas, étant d'environ 16%. Dans la gamme de lolo à 25% de manganèse;
. la limite supérieure du chrome est sensiblement égale à la limite supérieure du manganèse..Le diagramme ternaire indique au dessin annexe indique au moins la plupart des compositions des alliages objets de l'invention,
Le tableau suivant indique quelques alliages tombant dans les limites de l'invention. Tous les dits alliages sont chauffés à 1200 C, et trempés dans l'eau avant travail à froid.
EMI4.1
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D'urètre.
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<tb>
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% <SEP> % <SEP> % <SEP> ROCKWELL
<tb>
<tb> après <SEP> réduction
<tb>
<tb> Mn <SEP> Cr <SEP> Fe <SEP> de <SEP> 75% <SEP> de
<tb>
<tb> la <SEP> section <SEP> par
<tb>
<tb> travail <SEP> à <SEP> froid
<tb>
<tb> 30 <SEP> 18 <SEP> 52 <SEP> 23
<tb>
<tb> 20 <SEP> 18 <SEP> : <SEP> 62 <SEP> 23
<tb>
<tb> 20 <SEP> 20 <SEP> : <SEP> 60 <SEP> 21
<tb>
<tb> 20 <SEP> 22 <SEP> : <SEP> 58 <SEP> 24
<tb>
<tb> 20 <SEP> 24 <SEP> : <SEP> 56 <SEP> 24
<tb>
<tb> 20 <SEP> 26 <SEP> 54 <SEP> 23
<tb>
<tb> 20 <SEP> 28 <SEP> 52 <SEP> 22
<tb>
<tb> 20 <SEP> 30 <SEP> 50 <SEP> 24
<tb>
Tous les alliages se situant dans la plage de composition indiquée ci-dessus ont une perméabilité magnétique du même ordre que celle de la fonte.
Les alliages à l'intérieur de la plage de composition indi- quée ci-dessus par le demandeur, peuvent, comme il a été établi précédemment, être fortement durcis et rendus résistants par traitement thermique après trempe à partir d'environ 1200 C, et
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écrouissage.
Le demandeur a trouvé, par exemple, que des alliages comportant au moine 18% de manganèse et au moins la proportion critique de chrome, ladite proportion étant toutefois inférieure à la proportion critique supérieure, nécessaire pour un grand allongement par écrouissage, sans durcissement exagéré, peuvent être durcis sans devenir cassants par chauffage à des tempéra- tures entre 400 et 800 0, après trempe à partir d'environ 1200 C et écrouissage; A l'intérieur des plages de oomposition indiquées ci-dessus, la gamme de variation du pourcentage limite de chrome est sensiblement linéaire.
Tandis que la proportion de durcissement,que l'on peut obtenir'dans les alliages objets de l'invention varie quelque peu avec la température de traite- ment thermique, le facteur important est cependant que, par la mise en pratique de la présente invention, un durcissement est obtenu sans que le métal devienne cassant.
0'est en contraste marqué avec les résultats obtenus avec.les alliages de fer, manganèse et chrome connus jusqu'à présent dans la technique, tous ceux-ci du fait de la présence d'alumine, de silice ou de carbone, ou du choix des proportions relatives de fer, manganèse et de chrome, deviennent oassants à la température ordinaire après avoir été chauffée à des températures d'environ 600 0, après trempe d'environ 1200 0, suivi d'un travail a froid ? Dans le but de préciser cette phase de l'invention, les exemples sui- vants sont indiqués ci-dessous :
EMI5.1
<tb> % <SEP> Mn <SEP> % <SEP> Or <SEP> : <SEP> Dureté <SEP> : <SEP> Dureté <SEP> après <SEP> :
<SEP> Gamme
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> après <SEP> chauffage <SEP> de
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> travail <SEP> à <SEP> 600 C <SEP> durcissement <SEP> : <SEP>
<tb>
<tb> à <SEP> froid
<tb>
<tb> 18
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 20 <SEP> 23 <SEP> 48 <SEP> 25
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 20
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 20 <SEP> 21 <SEP> 53 <SEP> 32
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 30 <SEP> 18 <SEP> 23 <SEP> 51 <SEP> 28
<tb>
Tandis qu'il n'y a qu'un faible durcissement au-dessous du pourcentage critique de chrome, la gamme de durcissement, est ,
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cependant considérablement moindre qu'a,u dessus du pourcentage critique de chrome.
pour le meilleur travail à froid, le deman- deur préfère, particulièrement en conséquence, utiliser les dits alliages contenant plus que la proportion critique de chrome dans la mise en oeuvre des réalisations préférées de l'invention,
Dans cestains cas;, quelques résultats utilisables peuvent être obtenus avec une proportion de chrome qui n'est pas infé- rieurede plus de 2,5'10 à la proportion critique définieci- dessus.
Il doit être entendu que la dureté des alliages, après réchauffage à environ 600 0, n'est pas nécessairement la dureté maxima. susceptible d'être obtenue. Le durcissement à cette tem- pérature est décret dans le but de mettre en valeur le fait que les alliages objets de la présente invention ne deviennent pas cassants par traitement thermique, puisque le demandeur a trouvé que, si des alliages de manganèse, de chrome et de fer deviennent cassants par réchauffage à une certaine température, cela se produit à environ 600 0, Il ntest pas inhabituel, par exemple, d'obtenir des duretés aussi élevées que 60 dans l'échelle a de
ROCKWELL par chauffage à des températures quelque peu inférieures à 600 C.
Il doit être entendu que le demandeur considère un alliage comme cassant s'il ne donne pas une lecture sur l'échelle
C de ROCKWELL sans production d'éclats. Le demandeur a trouvé que cela constitue une indication digne de confiance du degré de fragilité qui rend un alliage à peu près inutilisable ou inutilisable tout au moins pour la plupart des usages commerciaux,
Les alliages objets de l'invention, tandis qu'ils durcissent moins par travail à froid que les alliages austénitiques, oonser- ou accentuent 1 vent/leur dureté par chauffage à des températures telles que
800 C, traitement qui adoucit les alliages austénitiques de fer, chrome et manganèse,
Ceci est illustré par les exemples suivants:
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EMI7.1
<tb> Alliage <SEP> démonstratif <SEP> de <SEP> la <SEP> alliage <SEP> austénitiaue
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> présente <SEP> invention
<tb>
EMI7.2
$t-25; Or-18; Fe-57. : tx¯25, Or-10, Fey63 travaillé travaillé 2 ROCKV7ELL/C froid dureté 20 ROCK à froid :dureté ROOKWELL/0 froid t WELL 0. ft id Chauffé à 51 ROCK- Chauffé â RocKl>ELL/o 650 C éurete BOQK- 650 C :dureté ROCELL/0 65000 IVELL C b5OOC Chauffé à, dureté 45 ROCK- Chauffé à :
dureté 3 ROOKWELL/0 80000 ,NELL 80000
Les alliages tombant dans le domaine de l'invention s'ils sont recuits, par 'exemple à environ 800 0, ou même à, une tempé- rature aussi élevée que 1200 0, et refroidie lentement, sont beaucoup plus durs et résistants, et beaucoup moins susceptibles d'être travaillés que les alliages austénitiques de fer, de chrome et de manganèse.
Cependant s'ils sont chauffés à des tem pératures variant de 1000 C à 1200 C, et rapidement refroidis, les alliages objets de l'invention, après forgeage ou autre travail, sont adoucis, et s'ils sont trempés à partir de 1200 C, ils ont certaines propriétés comparables à celles des alliages nickel- argent, ou des alliages austénitiques fer, chrome manganèse à l'état recuit. Ceci est démontré par les exemples suivants:
Alliages démonstratifs de la présente invention
Mn - 25; or - 18 ; Fe - 57.
EMI7.3
<tb>
Dureté <SEP> ténacité <SEP> limite <SEP> d'élasticité
<tb>
EMI7.4
:ROCKIELL/C : kga/rnm2 O/m/m2(environ)
EMI7.5
<tb> : <SEP> (environ) <SEP>
<tb>
<tb>
<tb> recuit <SEP> à <SEP> 800 C <SEP> 45 <SEP> 140 <SEP> 105
<tb> recuit <SEP> , <SEP> 1100 C <SEP> 10 <SEP> 63 <SEP> 29,5
<tb> trempé <SEP> à <SEP> 1200 C <SEP> 0 <SEP> 55 <SEP> 28
<tb>
Alliage, austénitique Mn - 25 ; or - 10;
Fe - 65
EMI7.6
¯¯¯¯¯ :tenaoité kgs/. limitedtélacticité ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯'ROCKWELL/0 :iam'='( environ) kp-zs/mrû2 environ)¯¯¯¯ recuit 800 0 ? 3 4. * 58 S3
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Alliage nickel- argent
EMI8.1
<tb> Dureté <SEP> Ténacité <SEP> Limite
<tb> ROCKWELL <SEP> C <SEP> kgs/mm2 <SEP> d'élasticité
<tb> : <SEP> (environ) <SEP> (environ)
<tb>
<tb>
<tb> Recuit <SEP> à <SEP> 800 <SEP> C <SEP> 5 <SEP> 53 <SEP> 26
<tb>
Le demandeur, a aussi découvert que certains des alliages objets de la présente invention en addition du durcissement par le traitement par trempe et réchauffage précédemment décrit, peuvent être durcis, sans devenir cassants, par chauffage à 1200 C et refroidissement lent.
Par "refroidissement lent",le demandeur entend le refroidissement de l'alliage à la vitesse qui serait obtenue si on le laissait refroidir dans un four ordinaire à traitement thermique, d'une manière générale à une allure telle qu'il faudrait au moins six heures pour que l' alliage revienne à la température ordinaire après cessation du chauffage. Il est entendu, naturellement, que le laps de temps nécessaire pour ramener la température de l'alliage chaud à la température ordinaire, durant le refroidissement lent, dépend partiellement des dimensions et ae la forme de la pièce d'alliage ayant été traitée.
Il est entendu, aussi, que le refroidissement lent peut s'effectuer dans l'air, bien que, pour des résultats optima, ilpuisse s'effectuer dans une atmosphère inerte.Les alliages qui jouissent de cette propriété contiennent de 22% à 30% de manganèsede 15% à environ 30% de chrome, le complément en fer, la. proportion de manganèse;, n'étant pas inférieure à celle de chrome, et, particulièrement, dépassant celle de chrome.
Comme le demandeur l'a indique précédemment, les alliages objets de la présente invention, qui contiennent de 22% à 30% de manganèse et plus de 19% de ohrome, ne peuvent pas être durcis à 600 C après trempe à partir de 1200 C, sans devenir cassants.
Il en résulte que les alliages objets de l'invention qui peuvent être durcis sans devenir cassants, soit par (1) refroidissement
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lent, ou (2) par trempe et réchauffage sont ceux contenant approximativement 25% de manganèse, approximativement 18% de chrome, le complément étant à peu près en totalité du fer.
En ce qui concerne les propriétés magnétiques, le deman- deur a trouvé que les alliages qui sont durcis après trempe et travail à froid sans devenir cassants à 600 C, perdent une par- tie appréciable de leur magnétismë. Ils peuvent, cependant, durcir utilement sans perdre leur magnétisme.
Le demandeur a trouvé une plage plus grande de composition d'alliages qui possèdent des caractéristiques utiles de durcis- sement au-dessous de 600 0, mais deviennent cassants à cette température.
Ce groupe d'alliages embrasse tous ceux au-dessus du pour- aentage critique de chrome nécessaire pour éviter un durcisse- ment excessif, et au-dessous du pouroentage de chrome qui déter- mine la fragilité de l'alliage, lorsqu'il est trempé à partir d'environ 1200 C.
Beaucoup de ces alliages, une fois ohauffés à une température de 550 C, montrent un degré de durcissement utile.
Des exemples démonstratifs figurent dans le tableau suivant: ( tous les alliages ont été trempés à partir de 1200 C, et écrouis)
EMI9.1
<tb> Dureté <SEP> après <SEP> Dureté <SEP> après
<tb>
<tb> % <SEP> : <SEP> % <SEP> % <SEP> écrouissage <SEP> chauffage <SEP> à
<tb>
<tb> Mn <SEP> Or <SEP> Fe <SEP> 550 0
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 25 <SEP> : <SEP> 23 <SEP> 52 <SEP> 24 <SEP> 54
<tb>
<tb> 25 <SEP> 20 <SEP> 55 <SEP> 24 <SEP> 43
<tb>
<tb> 25 <SEP> 25 <SEP> 50 <SEP> 25 <SEP> 40
<tb>
Dans la mise en oeuvre de son invention, le demandeur préfère utiliser du fer et du chrome électrolytique, ainsi que du manga- nèse électrolytique de grande pureté, de façon à ne pas intro- duire de constituants nuisibles dans les alliages.
Le demandeur a trouvé, par exemple, que la présence de silice et d'alumine, telle qu'elle se manifeste dans les manganèses alumino-thermiques et silice-thermiques, empêche la mise en oeuvr e
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de son invention.Bien que le manganèse qu'il utilise puisse être produit par un procédé de distillation dans le vide, le demandeur préfère particulièrement utiliser du manganèse élec-
EMI10.1
trolytique ayant une pureté supérieure à environ 99,O;o et de préférence, de 99,9%.
En vertu de leur durcissement par réchauffage après trempe,
EMI10.2
particulisreaient avec un écrouissage intermédiaire, les alliages du demandeur sont particulièrement utiles pour des emplois variés, tels qu'engrenages, roulements, plaques de blindage, et pour des emplois, en général, où l'on a, jusque présent, em- ployé des aciers au nickel cémentés, ou des aciers au nickel- chrome.
Les alliages objets de la, présente invention durcis comme il a été indiqué ci-dessus, trouvent une large utilisation
EMI10.3
dans les articles de coutellerie, les ioulementa à billes ou a rouleaux, les outils, les filières ou matrices, spécialement les scies et autres outils, qui sont nécessairement exposés à des influences corrosives. A l'état doux, les alliages objets de la présente invention peuvent être utilisés pour des usten- siles de cuisine, ou autres emplois où un matériel relativement d.oux présentant des qualités de façonnage satisfaisants et un haut degré de résistance à la corrosion est désiré.
Ils peuvent âtre aussi utilisés dans les industries auto- mobile et aéronautique, comme pour la fabrication de feuilles
EMI10.4
minces, de très grande.. résistance, pour la fabricatjon d'ailes d'avions, etc...
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