BE480821A - - Google Patents

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BE480821A
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  • Heat Treatment Of Steel (AREA)

Description

       

   <Desc/Clms Page number 1> 
 



  Aciers spéciaux trempant à l'air et dépourvue de chrome ainsi que produite en aciers de ce genre 
La présente invention a pour objet des aciers spéciaux trempant à l'air susceptibles d'être utilisés à la fois à l'état moulé ou à l'état forgé pour la fabrication d'outils, de matrices et autres pièces, aciers caractérisés par le fait   qu'ils   présentent une faible teneur en glucinium mais qu'ils ne contiennent pas de chrome. 



   Les aciers trempant à l'air habituels contenant du chrome sont coûteux à tremper et sont nettement limités en ce qui concerne le degré de dureté qu'on peut leur procurer. La trempe est effectuée à partir de températures comprises entre 9820 c. et 1,038  C. et on rencontre une grande difficulté pour obtenir des duretés aussi élevées qu'une dureté Brinell 

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 de 600. Il faut prendre soin également de proportionner convenablement les teneurs en carbone et en chrome afin de réduire ou d'éviter une aigreur indésirable, une perte de ténacité, une diminution de l'aptitude à la trempe et une faible coulabilité. 



     Lesaciers   trempant à l'air du type   Mushet   contiennent une proportion notable de tungstène et, parfois présentent une faible teneur en chrome et ils sont également coûteux et assez difficiles à préparer. Bien que l'on utilise dans l'industrie ces deux types d'aciers trempant   à   l'air, ils sont loin de constituer les aciers idéaux; il s'ensuit que l'industrie cherche toujours des compositions perfectionnées qui présentent plus d'aptitude à recevoir des applications variées. 



   La présente invention a pour objet la préparation d'aciers spéciaux trempant à l'air et ne contenant cependant pas de chrome ou de tungstène et qui sont faciles à tremper jusqu'à obtention de duretés élevées à partir de températures   relativement basses.   



   L'invention a encore pour objet un acier spécial trempant à l'air contenant du glucinium et dépourvu de chrome, acier pourvu de propriétés et caractéristiques nouvelles et intéressantes et susceptible en particulier de prendre une dureté Brinell d'au moins 600 et une dureté au Cône Rockwell de 60 par refroidissement   à.   l'air après traitement thermique à des températures relativement basses de 788  c. à 8430 c. 



     Ltinvention   est encore relative à la préparation d'aciers spéciaux nouveaux et intéressants ayant sensiblement la composition suivante: 0,05 à   2,50   de carbone; 0,50 à 

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   2,50   de silicium; 0,75 à 3,25 % de manganèse; 0,25 à 2,50 % de   molybdène;   0,35 à   2,00   de   cuivre;   0,03 à   0,30   de glu-   cinium.   Le reste étant sensiblement constitué par du fer sauf pour les impuretés habituelles dont la teneur est normale. 



   L'invention a encore pour objet la préparation d'acier spéciaux contenant du glucinium et tels que ci-après définis, aciers dans lesquels on peut contrôler la formation de graphite dans les pièces coulées et forgées. 



   L'invention a encore pour objet des aciers trempant à l'air, contenant du glucinium et du cuivre et susceptibles de recevoir par moulage la forme et la dimension désirées avec une bonne coulabilité. 



   D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront aux yeux des techniciens à la lecture de la description qui va suivre. 



   La présente invention est fondée sur la découverte que des aciers spéciaux présentant des qualités de trempe exeeptionnellement bonnes peuvent être préparés sans chrome ni tungstène grâce à   l'incorporation   de glucinlum spécialement en association avec le cuivre. 



   La demanderesse a découvert que des teneurs même très faibles de glucinium en présence de cuivre et en combinaison avec les autres éléments cités dans la présente description non seulement rendent de tels aciers trempant à   l'air   mais encore leur permettent d'être trempés jusqu'à obtention de duretés élevées dépassant une dureté Brinel de 600 et une dureté   Rockwell   de 60 même quelques centièmes d'un pour cent de glucinium donnent à ces   aciers   spéciaux les propriétés désirées et en outre permettent une diminution notable des 

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 frais de trempe car on peut réaliser la trempe à partir de températures anormalement basses voisines de 788  C. à 843  c.

   en opposition directe par rapport aux aciers antérieurs qui devaient être trempés à partir d'une température de 9820 C. à   10380   C. L'élimination du chrome présente des avantages qui seront appréciés par les métallurgistes; de plus, les aciers qui contiennent du glucinium et du cuivre sont bien supérieurs, pour de nombreuses applications aux aciers qui contiennent du chrome et du tungstène. 



   Les nouveaux aciers spéciaux, objets de l'invention contiennent en plus du fer et des impuretés habituelles en quantité normale 0,05 à   2,50 %   de carbone environ; 0,50   à     2,50 %   de silicium environ; 0,75 à   3,25 ,   de manganèse environ ; 0,25 à   2,50 %   de molybdène environ ; 0,35 à 2,00 % de cuivre et   0,03 à   0,30 % environ de glucinium. 



   On a donné dans le tableau 1 ci-après des exemples de compositions rentrant dans le cadre de la présente   Inven-   tion ainsi que quelques autres compositions données à titre comparatif. 

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    TABLEAU I- ----------   
 EMI5.1 
 A l'état recuit A-3-iii.L-forg¯ ¯µµ é ta. t coulé Pt.de é C : Si : Mn :Mo : Cu : Gl : Br : RC:Ett :Dimen.sec :¯785 C : Air :Sect.transv. :î88 C : Air change   : : : : : :transversiq:br :R6 état : état::ment : le'ëncms Br :RC magnét 1 ,: Oc T-3 : l,27 : l,74: 2,2Q: 0,90: 1,30: 0,04: S85 bzz F /carré de :627: 65 ---- :8,25 x 12,7 :601 :62: dur 120 ;2,5 de cot- .?" " T-204 1,35 l,42: 1,90: 0,96: 1,30 0,04: 341 37: F :carré de : dur :8,25 12,7 :601 ' :59: :6,8 décote 601: 57: dur :8,25 x 12,7 :601 59 do. 510 T-205 1,29 le56: 1,91: 1,26: ----:---- : 277: 28: F :carré de : :2,54 dec5tÉ:627:62,!X ----- :8,25 x 12,7 :S21 :34:tendre: 704 T-214 1,25 1,95: 2,19: 1,66: ----:-----: 269: 28: F :cercle de :S,8 dedia.m 627 61: dur 6,3 x 5,08 :578 :59: dur 315 T-215 1,26 1,67: le96: 1,52: 1,P-S: 0,04: 277: 29:

   F :cercle de :3,8 dediam:601: 61: do :7,62 x 6,3 655 :62: dur 149 T-218 1,li : 0,82: l,57: 1,90: 1,50: ---- :'321: 32: F 5,08x6,50 :60l: 62: do :7,62 x 6,5 : 601:60:tendre: 232 T-219 1,12 0,80: 1,54: 1,86: ----: ----: 285: 29: F -5,08x6,30 565 41:tendre:7,6& x 6,5 : 341:38: do 427 T-241 1,41 1,88: 2,92: 1,54: 1,28: 0,04: 521 32: F -------- :---:---:-----;12,7 x 11,4 : 653:61: dur 593 50544 ' 1,'/l: 2,58: gag 1,45:0,088:----:---:------:10 x 10 :682: 63: dur ------------- ------ 6 ------------------------,-------- - 

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Il est à remarquer que dans le tableau I: (a) "F" signifie tendre; (b) Le point de changement magnétique est le changement magnétique que l'on remarque lorsque l'on refroidit à partir de la température de trempe désirée. 



   Le tableau   précité   donne les duretés que l'on peut obtenir en trempant à partir d'une température de 788  C. après refroidissement à l'air à la fois dans les conditions du forgeage et du moulage. Ces compositions qui ne contiennent ni cuivre ni glucinium présentent en général une dureté inférieure à celle exigée dans les présentes applications mais en évaluant les valeurs de la dureté il faut faire attention aux dimensions de la pièce en question comme on l'appréciera plus complètement en se reportant à la demande de brevet déposée aux Etats-Unis   d'Amérique   le 28 cuillet 1942 sous le N    452.637   par Messieurs Enrique G. TOUCEDA et Ralph P. de Vries.

   Dans cette demande de brevet les déposants   ontfait   observer que,   toutes choses'.égales  d'ailleurs, les duretés sont inversement proportionnelles à la masse de métal et en particulier à la section transversale de la pièce en cours de trempe. En conséquence, le simple fait qu'un procédé déterminé donne des caractéristiques de trampe désirées à une pièce d'une   dimen-   sion particulière ne signifie pas que l'on obtiendra les mêmes caractéristiques de dureté lorsque toutes les conditions seront les mêmes à l'exception de la dimension de la pièce traitée, dimension qui est plus grande.

   Ces considérations s'appliquent en particulier   à   l'acier T-214 qui, dans une pièce de section circulaire de 3,8 cm (correspondant à une section transversale de 11,3 cm2) peut être trempée à une 

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 dureté Brinell de 627 et à une dureté au Cône   Rockwell   de 61 tandis qutà l'état moulé avec des dimensions de 5,08 x 6,3 cm, correspondant à une section transversale de 32,25 cm2   le,durcis-   sement par trempe est considérablement moindre puisqu'il n'est par exemple que de 578 au Brinell et de 59 au Recueil; avec de plus grandes dimensions on   napproche   même pas de la dureté requise de 600 Brinell et de 60   Recueil,   soit à l'état coulé, soit à l'état laminé. 



   Au contraire de cet acier, l'acier T-218 (voir Tableau I), qui contient   1,3   de cuivre mais qui est dépourvu de glucinium présente de bonnes caractéristiques de dureté lorsqu'il est forgé pour donner naissance à une pièce de section de 5,08 x 6,3 cm, correspondant à une section transversale de 32,25 cm2 et présente encore sensiblement les mêmes caractéristiques de dureté dans une pièce coulée de 6,3 x 7,6 cm (ce qui correspond à une section transversale de   47,88   cm2). Cependant, lorsque l'on compare les duretés de la composition T-218 avec celles de la composition T-215 on constate que cette dernière qui   contient   à la fois du cuivre et du glucinium présente des duretés nettement supérieures même si   elle/contient   sensiblement la même quantité de cuivre que le T-218.

   Il est encore intéressant de noter que la teneur de la composition T-215 en glucinium est seulement de   0,04   et que les teneurs des autres éléments sont comparables. La signification de cette remarque sera plus complètement appréciée dans le cas de la composition T-241 qui, en pièce coulée de section transversale environ trois foie supérieure à celle de la composition T-215 présente pratiquement des valeurs de dureté qui   n'ont   pas subi de diminution.

   La composition 50.544 est également remarquable en ce sens qu'une section de pièce forgée, section trois fois supérieure   à celle   

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 de la composition T-218 et plus de neuf (9) fois supérieure à celle de la composition T-215 présente la dureté au Brinell la plus élevée et une dureté au Cône   Recueil   égale à la meilleure que l'on puisse obtenir pour une composition et une dimension quelconques, - même égale à celle d'une section de pièce forgée de composition T-203 de 2,54 cm de côté et dont les caractéristiques de dureté sont excellentes. 



   Comme cela ressort des bandes de variation de pourcentages précitées, la teneur en carbone des nouvelles compositions objet de l'invention peut varier d'un minimum voisin de 0,05 % à un maximum voisin de   2,5   et ces compositions se forgent ou se laminent sans difficultés dans cette gamme de teneurs en carbone à cette exception que pour des valeurs de la teneur en carbone allant de 1,50 à   2,25   le forgeage et le laminage sont quelque peu moins facilement réalisés.

   Les bornes de variation de la composition des alliages ne présentent pas cependant des différences notables par rapport aux limitations imposées à la trempe par les dimensions et, lorsque la teneur en silicium est abaissée au-dessous de 0,75 %, le durcissement par trempe est nettement moins grand que dans les alliages qui contiennent   moins@-0,75 %   de silicium. Ces faite imposent une grande circonspection lorsqu'on apprécie les résultats obtenus car les aciers dont la teneur en silicium se trouve à la partie inférieure de la bande de variations spécifiée peuvent encore être trempés à basse température.

   Les aciers à haute teneur en   silicium   en combinaison avec des teneurs élevées en carbone de l'ordre de 1 à   1,5   contiennent plus de graphite que les alliages analogues à teneurs plus basses en silicium et en carbone mais la teneur particulière en graphite pas plus que   il%   

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 la présence ou l'absence de graphite n'empêche une trempe efficace. 



   Lorsque leur teneur en carbone occupe la partie supérieure de la gamme spécifiée, c'est-à-dire   lorsqu'elle   voisine de 1,50   à   2,25 %, les aciers objet de l'invention sont particulièrement utilisables à   l'état   coulé. 



   De tels aciers sont d'ordinaire susceptibles de se tremper à l'air jusque des sections aussi grandes que celles qui sont susceptibles d'être trempées à l'air   lorsqu'ils   contiennent du carbone dans la proportion comprise entre environ 1,25 et 1,50 %. Ces aciers coulés contenant approximativement 1,50 à 2,25 % de carbone présentent l'avantage   qu'ils   sont plus faciles à usiner que les aciers dont la teneur en carbone est comprise entre 1,25 à 1,50 %; cela est dû au   fait   que la dureté des premiers aciers est un peu inférieure à celle de ces derniers- après recuit. 



   L'apparition de graphite dans la fabrication des aciers trempant à l'air et présentant les teneurs précitées en silice, fabrication réalisée à partir d'un lingot coulé pour l'obtention d'un produit fini en barre forgée ou laminée, ou au cours de la fabrication d'une pièce coulée particulière d'un type quelconque jusqu'à l'obtention d'un produit fini forgé, est fonction en premier lieu de la masse de métal impliquée dans l'opération particulière. Les recherches de la demanderesse ont révélé la présence de graphite libre dans de faibles masses de métal et l'absence sensible de graphite dans des masses de métal importantes.

   A titre d'illustration, on a fondu 272 Kgs. d'acier présentant la composition suivante:   1,39 %   de carbone; 1,71 % de silicium; 2,58 % de manganèse;   2,03   de   molybdène;     1,45   de cui- 

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 vre et   0,09 %   de glucinium, étant entendu que le reste de la com- position était constitué par du fer et les impuretés habituelles en quantité normale. Ces 272 legs. ont été coulés dans une lin- gotière pour donner naissance à un lingot carré de 20,3 cm. de côté.

   On a forgé trois parties de ce lingot pour obtenir des billettes de section carrée dont les côtés étaient respective- ment de 15,2 cm., 10,16 cms, et 5 cm.; puis, au cours de la préparation de ces billettes, on a soumis les trois portions différentes du lingot à un traitement thermique identique et après forgeage on a appliqué aux trois billettes le même   trai-   tement de recuit. L'examen de ces   b111ettes   a révélé la pré- sence de graphite libre dans la billette de section carrée de 
5,08 cm de côté, mais la billette de 10,16 cm de côté et celle de 15,36 cm de côté ne présentaient pratiquement aucun   graphite   libre.

   Le cycle¯opératoire comportant un chauffage avant le forgeage et un recuit après forgeage offrait une durée suf- fisamment grande pour que l'absence complète ou notable de graphite ne puisse pas provenir d'un chauffage impropre. Il est clair, par suite, que la dimension de la pièce coulée ini-   tiale,   ainsi que la dimension du produit forgé obtenu à partir de cette pièce coulée, ont un effet de contrôle sur la produc- tion de graphite libre dans le sein des aciers conformes à   1 invention,   aciers qui trempent à l'air à basse température. 



   Pour fabriquer la plupart des outils et des matrices, la pré- sence de graphite ne constitue pas un élément essentiel objet de l'invention et sa présence n'empêche pas l'obtention de l'ef- fet de trempe désiré. La présente invention est donc relative à la préparation d'aciers dont la composition est telle qu'ils puissent être trempés à basses températures et que, lorsqu'ils   @   

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 sont ainsi trempés, ils soient   caractérisés   par des propriétés physiques convenables pour leur utilisation en tent. qu'aciers pour outils ou pour matrices. 



   Dans certains cas on désire produire délibérément du graphite pour des applications autres que les aciers spéciaux pour outils et pour matrices et on a constaté que l'on peut aisément produire du graphite sous forme de grains bien formés et bien distribués dans des produits tels que des cylindres à parois minces et des produits analogues à   l'aide   d'aciers conformes à la présente invention et qui contiennent sensiblement 1 à   1,5   de carbone. On se référera au tableau II ci-dessous. 

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    TABLEAU II -----------   
 EMI12.1 
 --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 
 EMI12.2 
 
<tb> Etat <SEP> recuit
<tb> 5H.890 C <SEP>  C  <SEP> Traitement <SEP> Cône
<tb> Coulée <SEP> : <SEP> C <SEP> Si <SEP> Mn <SEP> : <SEP> Mo <SEP> : <SEP> Cu <SEP> : <SEP> Ni <SEP> : <SEP> Gl <SEP> Br <SEP> RC <SEP> : <SEP> Etat <SEP> : <SEP> thermique <SEP> :Rockwell <SEP> : <SEP> Brinell: <SEP> Dimensions
<tb> 
 
 EMI12.3 
 1q C) 1 T-196 . 1,25 2,00 1;50 1,25 1,50 ## : 0,05 255 25 : tendre ####-#{. #### ### -####" T-196 : 1,25: 2,00: 1;50: l,25: 1,50: 0,05: 255 : 25 : tendre: -----------T 
 EMI12.4 
 
<tb> T-196 <SEP> 1,39: <SEP> 2,00: <SEP> 1,70: <SEP> 1,26: <SEP> 1,56: <SEP> ----: <SEP> ----: <SEP> ----:-----:-------: <SEP> 788/lh. <SEP> air: <SEP> 56 <SEP> 555 <SEP> :

   <SEP> 2,54 <SEP> x <SEP> 7,62
<tb> T-197 <SEP> 1,25: <SEP> 1,50: <SEP> 1,50: <SEP> 1,75: <SEP> 1,25: <SEP> ----: <SEP> 0,04: <SEP> 262 <SEP> : <SEP> 27 <SEP> : <SEP> tendre: <SEP> 788/1h. <SEP> air: <SEP> 64 <SEP> 682 <SEP> : <SEP> 1,90 <SEP> x <SEP> 7,62
<tb> T-197 <SEP> 1,39: <SEP> 1,48: <SEP> 1,64: <SEP> 1,90: <SEP> 1,27: <SEP> ----:-----:-----: <SEP> ----> <SEP> ------: <SEP> 788/2h. <SEP> air <SEP> : <SEP> 63 <SEP> 653 <SEP> . <SEP> 5,08 <SEP> x <SEP> 3,81
<tb> T-198 <SEP> 1,25: <SEP> 2,00: <SEP> 1,25: <SEP> 1,25: <SEP> 1,50: <SEP> 0,75 <SEP> : <SEP> 0,05:-----: <SEP> ----: <SEP> :------ <SEP> : <SEP> ------+----; <SEP> --------: <SEP> -------: <SEP> ------------T-198 <SEP> 1,35: <SEP> 1,84: <SEP> 1,38: <SEP> 1,26 <SEP> :1,4: <SEP> 0,87 <SEP> : <SEP> ----: <SEP> 223 <SEP> : <SEP> 19 <SEP> : <SEP> tendre: <SEP> 788/2h. <SEP> air <SEP> : <SEP> 60 <SEP> 601 <SEP> :

   <SEP> 5,08 <SEP> X <SEP> 3,81
<tb> 
 
 EMI12.5 
 T-199 1,10: 2,20: 2,25: 0,80 :1,50: ----: 0,05: ## ##: ------: -----------: --------: -------: ------------T-199 1,18: 1,95: 3,44: 1,06 :1,50:---- . ----: 363 : 39 : tendre: 760/2h. air: 58 555 : 5,08 Z' 5,08 ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 

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On peut couler et forger de tels aciere et les tremper ultérieurement pour leur donner la dureté   d'un   acier à outils (jusque sensiblement 600 Brinell ou davantage) et ils peuvent contenir du graphite.

   On peut provoquer la présence de graphite comme on le comprend d'après ce qui précède soit en donnant à la pièce coulée initiale des dimensions ou une section relativement faibles, soit en forgeant une pièce coulée de dimensions initiales importantes ou une partie d'une pièce coulée présentant de grandes dimensions initiales pour l'amener à des dimensions telles que le graphite se forme fa-   cilement   au cours du forgeage et du recuit ultérieurs. Ainsi, conformément à la présente invention, et à propos des compositions ou alliages contenant 1 à 1,5 % de carbone telles que représentées sur le tableau II, on peut facilement contrôler la production de graphite et on peut utiliser ces aciers for-   geables   contenant du graphite à l'état non trempé ou semitrempé si on le préfère ou si on le désire. 



   Le tableau III qui suit donne des compositions d'alliages présentant une teneur en carbone qui se trouve au voisinage de la partie supérieure de la bande de variations indiquée: 

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   TABLEAU III    
 EMI14.1 
 
<tb> 
<tb> : <SEP> : <SEP> : <SEP> : <SEP> : <SEP> : <SEP> : <SEP> :Etat <SEP> recuit <SEP> : <SEP> Traitement <SEP> : <SEP> 
<tb> :moulé <SEP> en <SEP> co-: <SEP> thermique <SEP> : <SEP> Cne
<tb> :eoulée <SEP> C <SEP> Si <SEP> !en <SEP> Cu <SEP> Mo <SEP> : <SEP> Gl <SEP> :quille <SEP> Rock-: <SEP> :Dimensions: <SEP> Rockwell: <SEP> Etat <SEP> . <SEP> 
<tb> 



  N  <SEP> well
<tb> 
 
 EMI14.2 
 --------------------------------------------------------------------------------- 1------------------------------- 
 EMI14.3 
 
<tb> :T-53 <SEP> : <SEP> 1,76 <SEP> : <SEP> 1,79 <SEP> : <SEP> 1,38 <SEP> : <SEP> 0,85 <SEP> : <SEP> ------: <SEP> 0,10 <SEP> : <SEP> 99,5B......: <SEP> 760 C.air <SEP> . <SEP> 1,58 <SEP> 60 <SEP> : <SEP> dur <SEP> :
<tb> :T-54 <SEP> : <SEP> 1,87 <SEP> : <SEP> 1,13 <SEP> : <SEP> 1,64 <SEP> : <SEP> 0,85 <SEP> : <SEP> ------: <SEP> 0 <SEP> 10 <SEP> : <SEP> 21,5C......: <SEP> do. <SEP> do. <SEP> 61 <SEP> : <SEP> do <SEP> : <SEP> :
<tb> 
 
 EMI14.4 
 ,!T-55 : bzz . 1,00 : 1,50 : 1,00 : 0,75: 0, 10 : ' 61C ........ : do. do. 64 : do. :

   
 EMI14.5 
 
<tb> 
<tb> 
 

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Lee aciers ci-dessus visés sont particulièrement utilisables pour les pièces coulées comportant une teneur relativement importante en carbone telles que les cylindres moulés et les pièces analogues mais ces aciers à haute teneur en carbone présentent seulement une application relativement limitée aux aciers à outils. Ces aciers durcissent encore bien avec de faibles dimensions à une température aussi basse que 760 à   8150  C et on peut obtenir une dureté quelque peu supérieure   à   des températures légèrement plus hautes.

   Les acier$ du tableau III constituent, cependant, un exemple de classe distincte d'aciers susceptibles d'être facilement usinés à l'état coulé et recuit et pour lesquels le degré d'usinabilité est celui qui correspond à un bon degré relatif à une fonte grise coulée. 



   On va se référer maintenant au tableau IV qui suit. 

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    TABLEAU IV    
 EMI16.1 
 ¯¯..¯¯¯¯¯¯¯¯-Pecuit'¯¯-¯788 C..¯'29 C.'. 
 EMI16.2 
 
<tb> 



  :926 C <SEP> :6h.air <SEP> . <SEP> 6h.air <SEP> : <SEP> 
<tb> :refroidi <SEP> :Brinell <SEP> : <SEP> Brinell:
<tb> Chaude <SEP> C <SEP> Mn <SEP> : <SEP> Si <SEP> Cu <SEP> Mo <SEP> Gl <SEP> Dimensions <SEP> :30 /1h.482:
<tb> 
 
 EMI16.3 
 n  : : : : : Î :C.Brinel2 : : 202 ... : 1,03 : 2,08 : 1,57 : 1,26 : 2,60 : 0,06 :12,7dx12,7 1¯:^^302 : 578 : 601 : 203... : 1,43 1,36 1,36 1,2.6 2,52 0,06 :-----do ------ : 302 578 601 . 2Q4.... 1,76 2,08 1,41 1,28 2,54 : oye,06 ###de###- 285 ,. 578 578 305... 1,48 2,08 1,48 :------- : 2,62 :####:##-do-##-: 293 352 363 

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Dans ce tableau on a représenté les analyses et les caractéristiques de trempe de quatre chaudes différentes en acier coulé de 12,70 cm de diamètre de section circulaire et de 12,70 cm de long.

   On peut observer en examinant ce tableau que la chaude N  205 qui ne comprend nu cuivre ni glucinium se durcit jusque un degré qui correspond à un peu moins de la moitié de la dureté des chaudes N  202, 203 et 204 même si le reste des compositions était   eensiblement   le même. Ainsi, les alliages tels que ceux dont on vient de parler et qui contiennent à la fois du cuivre et du glucinium peuvent être facilement trempés   jusqu'à   l'obtention de duretés élevées présentant une dureté Brinell de 600 ou plus en opposition par rapport à un alliage semblable dépourvu de cuivre et de glucinium. 



   Dans les demandes de brevets déposées par MM. Enrique G. Touceda et   Ralph   P. De Vries le 28 juillet 1942 aux   Etats-   Unis sous le N  452.636 et le 28 juillet 1942 sous le Nu   452.639,   on a décrit des aciers trempant à l'air et contenant du chrome que l'on peut couler jusqu'à la forme et   jusqu'aux   dimensions finales avec une bonne coulabilité. Ceci est également vrai des alliages conformes à l'invention même s'ils ne contiennent pas de chrome et ceci, on le conçoit, constitue un avantage appréciable.

   Bien que   l'on   ait décrit et indiqué que les aciers à teneur élevée en carbone, peuvent être trempés à   1 air   à des températures anormalement basses voisines de 7880 C., les aciers à   plusfa@le   teneur en carbone et contenant des pourcentages qui se trouvent aux parties inférieures, ou au voisinage des parties inférieures, des gammes de pourcentages précitées, se sont révélés être des aciers très intéressants à la fois l'état 

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 coulé et à l'état forgé et tels qu'obtenus par forgeage ou par laminage et ceci résulte principalement du fait que la coulabilité exceptionnelle en cours de coulée produit des pièces coulées dont les propriétés physiques sont exceptionnellement bonnes à la suite de traitements   thermiques   appropriés. 



   Ces aciers peuvent être seulement trempés à   1+air   lorsqu'ils présentent les dimensions ou les sections les plus faibles, maie suivant le degré de dureté désiré on peut les tremper dans l'eau ou dans l'huile afin de produire une résistance phy-   sique   et un allongement excellent. Une série typique de ces aciers coulés avec leurs propriétés physiques sont donnés dans le tableau V ci-dessous. On peut tremper ces aciers indépendamment du fait qu'ils ont été soumis ou qu'ils   n'ont   pas été soumis à un recuit préliminaire au-dessous du point critique en vue de produire des pièces coulées possédant une résistance convenable associée à une ductilité.. élevée. 

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    TABLEAU V. 



  ------------   
 EMI19.1 
 ---------------------------------------------------------------------.------------------------------------------ 
 EMI19.2 
 
<tb> :limite:Résist. <SEP> :Allong <SEP> Striction
<tb> :élast.:à <SEP> la <SEP> :en <SEP> % <SEP> :en <SEP> % <SEP> 
<tb> 
 
 EMI19.3 
 Coulée C : Si : Un : Mo : : C1:: : :

   Gl 1 Etat Bd#D. :Kg/mmg sur 5cm.: n0 : 424 A :0,27 :1,50 :1,00 :1,00 :1,00 :0,10 :Etat coule 788 C-huile-ëtire <-'- 65, S7 134,97 8,0 : 11,2 
 EMI19.4 
 
<tb> 399 C <SEP> air
<tb> 
 
 EMI19.5 
 : 424 A :0,27 :1,50 :1,00 :1,00 :1,00 :0,10 :Etat coulé 760 C-1/2h,hvile : 444' 47,80 155,95 4,5 7,8 : 4B5 A :0,29 :1,00 :1,50 :1,00 :1,00 :0,10 :Etat coule 760oC-l/2h.htüle :,' 415 :81,54 : 151,84 : 3,0 4,4 . 425 A..0 ?9 :1,00 :1,50 :1,00 :1,00 :0,10 :Etat coule 954oC-huile-étiré:------:70,30 : 158,87 : 3,5 : lO,3 4,25 299 C. air : 426 A :0,27 :0,75 :1,50 :1,00 :1,00 :0,lu :Etat coulé 954oC-huile-étiré:------:50,61 : l37,78:

   2,0 4,4 746 C.air ------------------------¯¯¯r¯¯-¯---------------------------.¯------------------------------------------------ 

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La description qui vient d'être faite est purement indicative et non limitative et l'on pourrait y apporter diverses additions, omissions et changements sans s'écarter pour cela de l'esprit de l'invention.



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  Special air-quenched and chrome-free steels as well as produced in such steels
The present invention relates to special air-hardening steels capable of being used both in the molded state or in the forged state for the manufacture of tools, dies and other parts, steels characterized by the fact that they have a low glucinium content but that they do not contain chromium.



   Conventional air quenching steels containing chromium are expensive to quench and are markedly limited in the degree of hardness which can be provided to them. Quenching is carried out from temperatures between 9820 c. and 1.038 C. and there is great difficulty in obtaining hardnesses as high as a Brinell hardness

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 of 600. Care should also be taken to properly proportion the carbon and chromium contents in order to reduce or avoid undesirable sourness, loss of toughness, decrease in hardenability and poor flowability.



     Mushet type air hardened steels contain a significant proportion of tungsten and sometimes have a low chromium content and they are also expensive and quite difficult to prepare. Although these two types of air hardening steel are used in industry, they are far from being the ideal steels; it follows that the industry is always looking for improved compositions which exhibit more suitability for various applications.



   The object of the present invention is the preparation of special steels which are quenched in air and which, however, do not contain chromium or tungsten and which are easy to quench until high hardnesses are obtained from relatively low temperatures.



   The subject of the invention is also a special air-quenching steel containing glucinium and devoid of chromium, a steel provided with new and advantageous properties and characteristics and capable in particular of taking a Brinell hardness of at least 600 and a hardness of at least. Rockwell cone of 60 by cooling to. air after heat treatment at relatively low temperatures of 788 c. to 8430 c.



     The invention also relates to the preparation of new and interesting special steels having substantially the following composition: 0.05 to 2.50 carbon; 0.50 to

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   2.50 silicon; 0.75 to 3.25% manganese; 0.25 to 2.50% molybdenum; 0.35 to 2.00 copper; 0.03 to 0.30 glucinium. The remainder being substantially constituted by iron except for the usual impurities of which the content is normal.



   A further subject of the invention is the preparation of special steels containing glucinium and as defined below, steels in which the formation of graphite in castings and forgings can be controlled.



   A further subject of the invention is steels which are hardened in air, containing glucinium and copper and capable of receiving by molding the desired shape and dimension with good flowability.



   Other characteristics and advantages will become apparent to technicians on reading the description which follows.



   The present invention is based on the discovery that special steels exhibiting exceptionally good quenching qualities can be prepared without chromium or tungsten by the incorporation of glucinlum especially in combination with copper.



   The Applicant has discovered that even very low levels of glucinium in the presence of copper and in combination with the other elements mentioned in the present description not only make such steels harden in air but also allow them to be hardened to. obtaining high hardnesses exceeding a Brinel hardness of 600 and a Rockwell hardness of 60 even a few hundredths of a percent of glucinium gives these special steels the desired properties and in addition allows a noticeable reduction in

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 quenching costs because quenching can be carried out from abnormally low temperatures around 788 C. to 843 C.

   in direct opposition to previous steels which had to be hardened from a temperature of 9820 C. to 10380 C. The elimination of chromium presents advantages which will be appreciated by metallurgists; in addition, steels which contain glucinium and copper are much superior, for many applications, to steels which contain chromium and tungsten.



   The new special steels, objects of the invention contain, in addition to iron and the usual impurities in normal amounts, approximately 0.05 to 2.50% carbon; About 0.50 to 2.50% silicon; About 0.75 to 3.25 manganese; About 0.25 to 2.50% molybdenum; 0.35 to 2.00% copper and approximately 0.03 to 0.30% glucinium.



   Examples of compositions within the scope of the present invention as well as some other compositions given for comparison are given in Table 1 below.

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    TABLE I- ----------
 EMI5.1
 In the annealed state A-3-iii.L-forg¯ ¯µµ eta. t cast Pt. of é C: Si: Mn: Mo: Cu: Gl: Br: RC: Ett: Dimen.sec: ¯785 C: Air: Sect.transv. : î88 C: Air change:::::: transversiq: br: R6 state: state :: ment: le'ëncms Br: RC magnet 1,: Oc T-3: l, 27: l, 74: 2,2Q : 0.90: 1.30: 0.04: S85 bzz F / square of: 627: 65 ----: 8.25 x 12.7: 601: 62: hard 120; 2.5 of cot-. ? "" T-204 1.35 l, 42: 1.90: 0.96: 1.30 0.04: 341 37: F: square of: hard: 8.25 12.7: 601 ': 59: : 6.8 haircut 601: 57: hard: 8.25 x 12.7: 601 59 do. 510 T-205 1.29 le56: 1.91: 1.26: ----: ----: 277: 28: F: square of:: 2.54 dec5tÉ: 627: 62,! X - ---: 8.25 x 12.7: S21: 34: soft: 704 T-214 1.25 1.95: 2.19: 1.66: ----: -----: 269: 28: F: circle of: S, 8 dedia.m 627 61: hard 6.3 x 5.08: 578: 59: hard 315 T-215 1.26 1.67: le96: 1.52: 1, PS : 0.04: 277: 29:

   F: circle of: 3.8 diam: 601: 61: do: 7.62 x 6.3 655: 62: hard 149 T-218 1, li: 0.82: l, 57: 1.90: 1, 50: ----: '321: 32: F 5.08x6.50: 60l: 62: do: 7.62 x 6.5: 601: 60: soft: 232 T-219 1.12 0.80: 1.54: 1.86: ----: ----: 285: 29: F -5.08x6.30 565 41: soft: 7.6 & x 6.5: 341: 38: do 427 T- 241 1.41 1.88: 2.92: 1.54: 1.28: 0.04: 521 32: F --------: ---: ---: ----- ; 12.7 x 11.4: 653: 61: hard 593 50544 '1,' / l: 2.58: gag 1.45: 0.088: ----: ---: ------: 10 x 10: 682: 63: hard ------------- ------ 6 --------------------- ---, -------- -

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Note that in Table I: (a) "F" means tender; (b) The magnetic change point is the magnetic change that is noticed when cooling from the desired quench temperature.



   The aforementioned table gives the hardnesses which can be obtained by quenching from a temperature of 788 ° C. after cooling in air both under the conditions of forging and of casting. These compositions which contain neither copper nor glucinium generally exhibit a hardness lower than that required in the present applications but in evaluating the values of the hardness one must pay attention to the dimensions of the part in question as will be appreciated more fully in view. referring to the patent application filed in the United States of America on July 28, 1942 under No. 452,637 by Messrs Enrique G. TOUCEDA and Ralph P. de Vries.

   In this patent application, the applicants observed that, all other things being equal, the hardnesses are inversely proportional to the mass of metal and in particular to the cross section of the part being quenched. Therefore, just because a particular process gives desired tramp characteristics to a workpiece of a particular size does not mean that the same hardness characteristics will be obtained when all conditions are the same at the same. exception of the dimension of the treated part, dimension which is larger.

   These considerations apply in particular to T-214 steel which, in a piece of circular section of 3.8 cm (corresponding to a cross section of 11.3 cm2) can be quenched to a

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 Brinell hardness of 627 and a Rockwell Cone hardness of 61 while in the molded state with dimensions of 5.08 x 6.3 cm, corresponding to a cross section of 32.25 cm2 le, quench hardening is considerably less since it is for example only 578 in the Brinell and 59 in the Collection; with larger dimensions one does not even approach the required hardness of 600 Brinell and 60 Collection, either in the cast state or in the rolled state.



   In contrast to this steel, T-218 steel (see Table I), which contains 1.3 copper but which is devoid of glucinium exhibits good hardness characteristics when forged to form a section part. of 5.08 x 6.3 cm, corresponding to a cross section of 32.25 cm2 and still exhibits substantially the same hardness characteristics in a casting of 6.3 x 7.6 cm (which corresponds to a cross section of 47.88 cm2). However, when the hardnesses of composition T-218 are compared with those of composition T-215, it is observed that the latter, which contains both copper and glucinium, has markedly higher hardnesses even if it / contains substantially the same. same amount of copper as T-218.

   It is still interesting to note that the content of the composition T-215 in glucinium is only 0.04 and that the contents of the other elements are comparable. The significance of this remark will be more fully appreciated in the case of composition T-241 which, in a casting of cross section about three times greater than that of composition T-215, practically exhibits hardness values which have not been subjected to hardness. decrease.

   The composition 50.544 is also remarkable in that a section of forging, section three times greater than that

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 composition T-218 and more than nine (9) times greater than that of composition T-215 exhibits the highest Brinell hardness and a Collection Cone hardness equal to the best obtainable for a composition and any dimension, even equal to that of a section of forging of composition T-203 2.54 cm in side and having excellent hardness characteristics.



   As emerges from the aforementioned percentage variation bands, the carbon content of the new compositions which are the subject of the invention can vary from a minimum close to 0.05% to a maximum close to 2.5 and these compositions are forged or formed. roll without difficulty in this range of carbon contents with the exception that for values of the carbon content ranging from 1.50 to 2.25 forging and rolling are somewhat less easily achieved.

   The limits of variation of the composition of the alloys do not, however, show significant differences compared to the limitations imposed on the quenching by the dimensions and, when the silicon content is lowered below 0.75%, the quench hardening is significantly less than in alloys which contain less @ -0.75% silicon. These facts require great caution when evaluating the results obtained because steels whose silicon content is at the lower part of the specified variation band can still be hardened at low temperature.

   Steels with high silicon content in combination with high carbon contents of the order of 1 to 1.5 contain more graphite than similar alloys with lower silicon and carbon contents but the particular graphite content no more that he%

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 the presence or absence of graphite does not prevent effective quenching.



   When their carbon content occupies the upper part of the specified range, that is to say when it is close to 1.50 to 2.25%, the steels which are the subject of the invention can be used in particular in the cast state. .



   Such steels are ordinarily susceptible to air quenching to sections as large as those capable of air quenching when they contain carbon in the amount of between about 1.25 and 1. , 50%. These cast steels containing approximately 1.50 to 2.25% carbon have the advantage that they are easier to machine than steels with a carbon content between 1.25 and 1.50%; this is due to the fact that the hardness of the first steels is a little lower than that of the latter after annealing.



   The appearance of graphite in the manufacture of steels hardening in air and having the aforementioned silica contents, manufacture carried out from a cast ingot to obtain a finished product in forged or rolled bar, or during from the manufacture of a particular casting of any type to obtaining a finished forged product, is primarily a function of the mass of metal involved in the particular operation. The applicant's research has revealed the presence of free graphite in small masses of metal and the substantial absence of graphite in large masses of metal.

   By way of illustration, we melted 272 Kgs. steel having the following composition: 1.39% carbon; 1.71% silicon; 2.58% manganese; 2.03 molybdenum; 1.45 cui-

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 glass and 0.09% glucinium, it being understood that the remainder of the composition was constituted by iron and the usual impurities in normal amounts. These 272 bequests. were poured into a lin- getter to give rise to a 20.3 cm square ingot. next to.

   Three parts of this ingot were forged to obtain billets of square section whose sides were respectively 15.2 cm., 10.16 cms, and 5 cm; then, during the preparation of these billets, the three different portions of the ingot were subjected to an identical heat treatment and after forging the same annealing treatment was applied to the three billets. Examination of these pellets revealed the presence of free graphite in the billet of square section of
5.08 cm square, but the 10.16 cm side billet and the 15.36 cm side billet showed virtually no free graphite.

   The cyclic operation comprising heating before forging and annealing after forging offered a sufficiently long duration that the complete or notable absence of graphite could not result from improper heating. It is clear, therefore, that the size of the initial casting, as well as the size of the forged product obtained from this casting, have a controlling effect on the production of free graphite in the body. steels according to the invention, steels which quench in air at low temperature.



   For the manufacture of most tools and dies, the presence of graphite is not an essential element which is the subject of the invention and its presence does not prevent obtaining the desired quenching effect. The present invention therefore relates to the preparation of steels whose composition is such that they can be quenched at low temperatures and that, when they are

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 are so tempered, they are characterized by physical properties suitable for their use in tent. steels for tools or dies.



   In some cases it is desired to deliberately produce graphite for applications other than special tool and die steels, and it has been found that graphite can easily be produced in the form of well formed and well distributed grains in products such as Thin-walled cylinders and the like using steels according to the present invention which contain substantially 1 to 1.5 carbon. Reference is made to Table II below.

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    TABLE II -----------
 EMI12.1
 -------------------------------------------------- -------------------------------------------------- -----------------
 EMI12.2
 
<tb> Annealed <SEP> state
<tb> 5H.890 C <SEP> C <SEP> Treatment <SEP> Cone
<tb> Casting <SEP>: <SEP> C <SEP> Si <SEP> Mn <SEP>: <SEP> Mo <SEP>: <SEP> Cu <SEP>: <SEP> Ni <SEP>: <SEP > Gl <SEP> Br <SEP> RC <SEP>: <SEP> State <SEP>: <SEP> thermal <SEP>: Rockwell <SEP>: <SEP> Brinell: <SEP> Dimensions
<tb>
 
 EMI12.3
 1q C) 1 T-196. 1.25 2.00 1; 50 1.25 1.50 ##: 0.05 255 25: tender #### - # {. #### ### - #### "T-196: 1.25: 2.00: 1; 50: l, 25: 1.50: 0.05: 255: 25: tender: --- -------- T
 EMI12.4
 
<tb> T-196 <SEP> 1.39: <SEP> 2.00: <SEP> 1.70: <SEP> 1.26: <SEP> 1.56: <SEP> ----: < SEP> ----: <SEP> ----: -----: -------: <SEP> 788 / lh. <SEP> air: <SEP> 56 <SEP> 555 <SEP>:

   <SEP> 2.54 <SEP> x <SEP> 7.62
<tb> T-197 <SEP> 1.25: <SEP> 1.50: <SEP> 1.50: <SEP> 1.75: <SEP> 1.25: <SEP> ----: < SEP> 0.04: <SEP> 262 <SEP>: <SEP> 27 <SEP>: <SEP> tender: <SEP> 788 / 1h. <SEP> air: <SEP> 64 <SEP> 682 <SEP>: <SEP> 1.90 <SEP> x <SEP> 7.62
<tb> T-197 <SEP> 1.39: <SEP> 1.48: <SEP> 1.64: <SEP> 1.90: <SEP> 1.27: <SEP> ----: - ----: -----: <SEP> ----> <SEP> ------: <SEP> 788 / 2h. <SEP> air <SEP>: <SEP> 63 <SEP> 653 <SEP>. <SEP> 5.08 <SEP> x <SEP> 3.81
<tb> T-198 <SEP> 1.25: <SEP> 2.00: <SEP> 1.25: <SEP> 1.25: <SEP> 1.50: <SEP> 0.75 <SEP> : <SEP> 0.05: -----: <SEP> ----: <SEP>: ------ <SEP>: <SEP> ------ + ---- ; <SEP> --------: <SEP> -------: <SEP> ------------ T-198 <SEP> 1.35: <SEP > 1.84: <SEP> 1.38: <SEP> 1.26 <SEP>: 1.4: <SEP> 0.87 <SEP>: <SEP> ----: <SEP> 223 <SEP >: <SEP> 19 <SEP>: <SEP> tender: <SEP> 788 / 2h. <SEP> air <SEP>: <SEP> 60 <SEP> 601 <SEP>:

   <SEP> 5.08 <SEP> X <SEP> 3.81
<tb>
 
 EMI12.5
 T-199 1.10: 2.20: 2.25: 0.80: 1.50: ----: 0.05: ## ##: ------: ------ -----: --------: -------: ------------ T-199 1.18: 1.95: 3.44: 1.06: 1.50: ----. ----: 363: 39: tender: 760 / 2h. air: 58 555: 5.08 Z '5.08 ------------------------------------- -------------------------------------------------- --------------------------

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Such steels can be cast and forged and subsequently quenched to give them the hardness of tool steel (up to substantially 600 Brinell or more) and they may contain graphite.

   The presence of graphite can be caused, as will be understood from the above, either by giving the initial casting relatively small dimensions or a section, or by forging a casting of large initial dimensions or part of a piece. cast having large initial dimensions to bring it to dimensions such that graphite readily forms during subsequent forging and annealing. Thus, in accordance with the present invention, and with respect to the compositions or alloys containing 1 to 1.5% carbon as shown in Table II, the production of graphite can be easily controlled and such forgeable steels containing. graphite in the unhardened or semi-soaked state if preferred or desired.



   Table III which follows gives alloy compositions exhibiting a carbon content which is in the vicinity of the upper part of the indicated variation band:

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   TABLE III
 EMI14.1
 
<tb>
<tb>: <SEP>: <SEP>: <SEP>: <SEP>: <SEP>: <SEP>: <SEP>: Annealed <SEP> state <SEP>: <SEP> Treatment <SEP>: < SEP>
<tb>: molded <SEP> in <SEP> co-: <SEP> thermal <SEP>: <SEP> Cne
<tb>: elapsed <SEP> C <SEP> If <SEP>! en <SEP> Cu <SEP> Mo <SEP>: <SEP> Gl <SEP>: keel <SEP> Rock-: <SEP>: Dimensions : <SEP> Rockwell: <SEP> State <SEP>. <SEP>
<tb>



  N <SEP> well
<tb>
 
 EMI14.2
 -------------------------------------------------- ------------------------------- 1 ------------------ -------------
 EMI14.3
 
<tb>: T-53 <SEP>: <SEP> 1.76 <SEP>: <SEP> 1.79 <SEP>: <SEP> 1.38 <SEP>: <SEP> 0.85 <SEP> : <SEP> ------: <SEP> 0.10 <SEP>: <SEP> 99.5B ......: <SEP> 760 C.air <SEP>. <SEP> 1.58 <SEP> 60 <SEP>: <SEP> hard <SEP>:
<tb>: T-54 <SEP>: <SEP> 1.87 <SEP>: <SEP> 1.13 <SEP>: <SEP> 1.64 <SEP>: <SEP> 0.85 <SEP> : <SEP> ------: <SEP> 0 <SEP> 10 <SEP>: <SEP> 21.5C ......: <SEP> do. <SEP> do. <SEP> 61 <SEP>: <SEP> do <SEP>: <SEP>:
<tb>
 
 EMI14.4
 ,! T-55: bzz. 1.00: 1.50: 1.00: 0.75: 0, 10: '61C ........: do. do. 64: do. :

   
 EMI14.5
 
<tb>
<tb>
 

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The steels referred to above are particularly useful for castings having a relatively high carbon content such as cast cylinders and the like, but these high carbon steels only have a relatively limited application to tool steels. These steels still harden well with small dimensions at a temperature as low as 760-8150 C and somewhat higher hardness can be achieved at slightly higher temperatures.

   The $ steels of Table III constitute, however, an example of a distinct class of steels capable of being easily machined in the cast and annealed condition and for which the degree of machinability is that which corresponds to a good degree relative to a gray cast iron.



   We will now refer to Table IV which follows.

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    TABLE IV
 EMI16.1
 ¯¯..¯¯¯¯¯¯¯¯-Pecuit'¯¯-¯788 C..¯'29 C. '.
 EMI16.2
 
<tb>



  : 926 C <SEP>: 6h.air <SEP>. <SEP> 6h.air <SEP>: <SEP>
<tb>: cooled <SEP>: Brinell <SEP>: <SEP> Brinell:
<tb> Hot <SEP> C <SEP> Mn <SEP>: <SEP> Si <SEP> Cu <SEP> Mo <SEP> Gl <SEP> Dimensions <SEP>: 30 /1h.482:
<tb>
 
 EMI16.3
 n::::: Î: C. Brinel2:: 202 ...: 1.03: 2.08: 1.57: 1.26: 2.60: 0.06: 12.7dx12.7 1¯: ^^ 302: 578: 601: 203 ...: 1.43 1.36 1.36 1.2.6 2.52 0.06: ----- do ------: 302 578 601. 2Q4 .... 1.76 2.08 1.41 1.28 2.54: oye, 06 ### of ### - 285,. 578 578 305 ... 1.48 2.08 1.48: -------: 2.62: ####: ## - do - ## -: 293 352 363

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This table shows the analyzes and the quenching characteristics of four different hot cast steel 12.70 cm in diameter, circular section and 12.70 cm long.

   It can be observed by examining this table that the hot N 205 which does not include copper or glucinium hardens to a degree which corresponds to a little less than half the hardness of the hot N 202, 203 and 204 even if the rest of the compositions was essentially the same. Thus, alloys such as those just discussed which contain both copper and glucinium can be easily quenched to high hardnesses exhibiting a Brinell hardness of 600 or more as opposed to a similar alloy devoid of copper and glucinium.



   In the patent applications filed by MM. Enrique G. Touceda and Ralph P. De Vries on July 28, 1942 in the United States under No. 452.636 and on July 28, 1942 under No. 452.639, air-quenching steels containing chromium were described which are described as can flow to shape and final dimensions with good flowability. This is also true of the alloys according to the invention even if they do not contain chromium and this, it is understood, constitutes an appreciable advantage.

   Although it has been described and indicated that steels with a high carbon content can be air quenched at abnormally low temperatures of around 7880 C., steels with higher carbon content and containing percentages which found in the lower parts, or in the vicinity of the lower parts, the above-mentioned ranges of percentages, have proved to be very interesting steels both in the

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 cast and in forged condition and as obtained by forging or rolling and this results mainly from the fact that the exceptional flowability during casting produces castings whose physical properties are exceptionally good following suitable heat treatments.



   These steels can only be quenched in 1 + air when they have the smallest dimensions or sections, but depending on the degree of hardness desired they can be quenched in water or in oil in order to produce physical resistance. sic and excellent elongation. A typical series of these cast steels with their physical properties are given in Table V below. These steels can be quenched regardless of whether they have been or have not been pre-annealed below the critical point to produce castings having suitable strength combined with ductility. high.

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    TABLE V.



  ------------
 EMI19.1
 -------------------------------------------------- -------------------.------------------------------ ------------
 EMI19.2
 
<tb>: limit: Resist. <SEP>: Lengthen <SEP> Striction
<tb>: elast.: at <SEP> the <SEP>: in <SEP>% <SEP>: in <SEP>% <SEP>
<tb>
 
 EMI19.3
 Casting C: Si: Un: Mo:: C1 ::::

   Gl 1 Status Bd # D. : Kg / mmg over 5cm .: n0: 424 A: 0.27: 1.50: 1.00: 1.00: 1.00: 0.10: Poured state 788 C-oil-stretch <-'- 65 , S7 134.97 8.0: 11.2
 EMI19.4
 
<tb> 399 C <SEP> air
<tb>
 
 EMI19.5
 : 424 A: 0.27: 1.50: 1.00: 1.00: 1.00: 0.10: Cast condition 760 C-1 / 2h, hvile: 444 '47.80 155.95 4.5 7.8: 4B5 A: 0.29: 1.00: 1.50: 1.00: 1.00: 0.10: State run 760oC-l / 2h.htüle:, '415: 81.54: 151 , 84: 3.0 4.4. 425 A..0? 9: 1.00: 1.50: 1.00: 1.00: 0.10: Poured state 954oC-oil-drawn: ------: 70.30: 158.87 : 3.5: 10, 3.25 299 C. air: 426 A: 0.27: 0.75: 1.50: 1.00: 1.00: 0, lu: Cast condition 954oC-oil-stretched : ------: 50.61: l37.78:

   2.0 4.4 746 C.air ------------------------ ¯¯¯r¯¯-¯ -------- -------------------. ¯ ----------------------------- -------------------

 <Desc / Clms Page number 20>

 
The description which has just been given is purely indicative and not limiting and various additions, omissions and changes could be made thereto without departing for this from the spirit of the invention.


    

Claims (1)

RESUME Le présente invention a pour objet: 1 .- Un acier de construction pour outils et pour matrices comprenant les éléments suivants avec les proportions suivantes sensiblement: 0,05 à 2,50 % de carbone; 0,50 à 2,50 de silicium; 0,75 à 3,25 % de manganèse; 0,25 à 2,25 % de molybdène; 0,35 à 2,00 de cuivre et 0,03 à 0,30 % de glucinium, le reste étant sensiblement du fer à l'exception des impuretés usuelles en teneur normale. ABSTRACT The present invention relates to: 1 .- A structural steel for tools and for dies comprising the following elements with the following proportions substantially: 0.05 to 2.50% carbon; 0.50 to 2.50 silicon; 0.75 to 3.25% manganese; 0.25 to 2.25% molybdenum; 0.35 to 2.00 copper and 0.03 to 0.30% glucinium, the remainder being substantially iron except for the usual impurities in normal content. 2 .- Un acier spécial comprenant environ 1,3 % de carbone, environ 1,5 % de silicium, environ 2 % de manganèse, environ 1 % de molybdène, environ 1,3 % de cuivre et une faible teneur en glucinium, cette teneur étant inférieure à 0,1 %, ledit acier spécial étant caractérisé par le fait qu'on peut le tremper à une température d'environ 788 C pour lui donner une dureté Brinell d'au moins 600 et une dureté au Cône Rockwell d'au moins 60 à la fois à l'état coulé et forgé. 2 .- A special steel comprising about 1.3% carbon, about 1.5% silicon, about 2% manganese, about 1% molybdenum, about 1.3% copper and a low glucinium content, this content being less than 0.1%, said special steel being characterized by the fact that it can be quenched at a temperature of about 788 C to give it a Brinell hardness of at least 600 and a Rockwell Cone hardness of at least 60 in both cast and forged condition. 3 .- Un acier pour outils et pour matrices, acier trem- pant à l'air et dépourvu de chrome et cmmprenant environ 0,05 à 2,50 % de carbone, 0,50 à 2,50 de silicium environ ; 0,75 à 3,25 de manganèse environ; 0,25 à 2,50 % de molybdène environ; 0,35 à 2,00 % de cuivre environ et 0,03 à 0,30 % de glucinium environ, le reste étant constitué sensiblement par du fer à l'exception des impuretés habituelles en quantité normale. <Desc/Clms Page number 21> 3 .- A steel for tools and for dies, steel which is air-quenched and free of chromium and contains approximately 0.05 to 2.50% carbon, 0.50 to 2.50 silicon approximately; About 0.75 to 3.25 manganese; About 0.25 to 2.50% molybdenum; Approximately 0.35 to 2.00% copper and approximately 0.03 to 0.30% glucinium, the remainder consisting substantially of iron with the exception of the usual impurities in normal amounts. <Desc / Clms Page number 21> 4 .- Un acier pour outils et pour matrices, acier trempant à l'air et dépourvu de chrome et de tungstène et comprenant 0,05 à 2,50 de carbone environ, 0,50 à 2,50 % environ de silicium, 0,75 à 3,25 de manganèse environ ; 0,25 à 2,50 % environ de molybdène; 0,35 à 2,00 de cuivre et 0,03 à 0,30 % de glucinium; le reste étant sensiblement du fer à l'exception des impuretés habituelles en quantité normale, le dit acier étant ca- ractérisé par le fait que l'on peut préparer avec cet acier les pièces forgées et coulées dans lesquelles on peut aisément contrôler la teneur en graphite. 4 .- A steel for tools and for dies, steel hardened in air and free from chromium and tungsten and comprising approximately 0.05 to 2.50 carbon, 0.50 to 2.50% silicon, 0 , About 75 to 3.25 manganese; About 0.25 to 2.50% molybdenum; 0.35 to 2.00 copper and 0.03 to 0.30% glucinium; the remainder being substantially iron except for the usual impurities in normal quantity, the said steel being charac- terized by the fact that one can prepare with this steel the forgings and castings in which one can easily control the content of graphite. 5 .- Un article manufacturé constitué en un acier spécial ayant la composition visée en 3 et comprenant du graphite réparti d'une manière sensiblement uniforme dans l'article en question sous forme de graine ou nodules bien définis. 5 .- A manufactured article made of a special steel having the composition referred to in 3 and comprising graphite distributed in a substantially uniform manner in the article in question in the form of seeds or well-defined nodules. 6 .- Un acier spécial susceptible d'être durci jusqu'à une dureté d'au moins 600 Brinell environ et 60 Cônes Recueil environ par trempe à une température d'environ 788 C, à 8430 C. et qui, en plus du fer et des impuretés usuelles comprend: de 1,00 % environ à 1,50 % environ de carbone ; de 0,75 % environ à 2,50 % environ de Silicium; de 0,75 % environ à 3,25 % environ de manganèse; de 0,80 % environ à 2,50 % environ de molybdène; de 0,35 % environ à 2,00 % environ de cuivre et de 0,03 % environ à 0,30 % environ de glucinium. 6 .- A special steel capable of being hardened to a hardness of at least 600 Brinell approximately and 60 Cones Collection approximately by quenching at a temperature of approximately 788 C, at 8430 C. and which, in addition to iron and customary impurities comprises: from about 1.00% to about 1.50% carbon; from about 0.75% to about 2.50% Silicon; from about 0.75% to about 3.25% manganese; from about 0.80% to about 2.50% molybdenum; from about 0.35% to about 2.00% copper and from about 0.03% to about 0.30% glucinium. 7 .- Un acier spécial qui en plus du fer et des impuretés usuelles en quantiténabituelle comprend: de environ 1,50 à environ 2,50 % de carbone; d'environ 1,00 % à environ 2,50 % de silicium; d'environ 1,50 % à environ 3,25 % de manganèse; d'en- viron 1,50 à environ 2,50 % de molybdène, d'environ 1,20 % à environ 1,50% de cuivre et d'environ 0,03 à environ 0,30 % de <Desc/Clms Page number 22> 8 .- Un acier spécial qui en plus du fer et des impu- retés usuelles en quantité normale contient: de 0,25 % environ à 0,30 % environ de carbone; de 1,00 environ à 1,50 % environ de silicium; de 1,00 % environ à 1,50 % environ de manganèse; 7 .- A special steel which, in addition to the iron and the usual impurities in usual quantity, comprises: from approximately 1.50 to approximately 2.50% carbon; from about 1.00% to about 2.50% silicon; from about 1.50% to about 3.25% manganese; from about 1.50 to about 2.50% molybdenum, from about 1.20% to about 1.50% copper and from about 0.03 to about 0.30% <Desc / Clms Page number 22> 8 .- A special steel which, in addition to iron and the usual impurities in normal quantities, contains: from about 0.25% to about 0.30% carbon; from about 1.00 to about 1.50% silicon; from about 1.00% to about 1.50% manganese; sen- siblement 1,00 % de molybdène; sensiblement 1,00 % de cuivre et sensiblement 0,10 % de glucinium. substantially 1.00% molybdenum; substantially 1.00% copper and substantially 0.10% glucinium. 9.- Un alliage ferreux contenant une distribution sen- siblement uniforme de graphite et comprenant : de 1,00 % environ à 1,50 % environ de carbone; de 1,50 % environ à 2,50 % environ de silicium; de 1,50 % environ à 3,25 % environ de manganèse; de 0,25 % environ à 2,50 % environ de molybdène; de 1,25 % envi- ron à 2,00 % environ de cuivre et de 0,03 % environ à 0,3 % en- viron de glucinium, le reste étant sensiblement du fer. 9. A ferrous alloy containing a substantially uniform distribution of graphite and comprising: from about 1.00% to about 1.50% carbon; from about 1.50% to about 2.50% silicon; from about 1.50% to about 3.25% manganese; from about 0.25% to about 2.50% molybdenum; from about 1.25% to about 2.00% copper and from about 0.03% to about 0.3% glucinium, the remainder being substantially iron. 10 .- Un acier trempant à l'air dépourvu de chromo pour outils et matrices, acier contenant: de 0,27 % environ à 2,50 % environ de carbone; de 0,75 % environ à 2,50 % environ de silicium; de 1,25 % environ à 3,25 % environ de manganèse; d'environ 0,75 % à environ 2,25 % de molybdène ; de 0,80 % environ à 2,00 % environ de cuivre et de 0,03 % environ à 0,30 environ de glu- cinium, le reste étant presqu'entièrement constitué par du fore ledit acier étant caractérisé par ce fait qu'on peut le tremper Jusque une dureté d'au moins 600 Brinell à des températures d'environ 7930 C à environ 843 C. 10 .- A chromo-free air-hardening steel for tools and dies, steel containing: from about 0.27% to about 2.50% carbon; from about 0.75% to about 2.50% silicon; from about 1.25% to about 3.25% manganese; from about 0.75% to about 2.25% molybdenum; from approximately 0.80% to approximately 2.00% copper and from approximately 0.03% to approximately 0.30 glucinium, the remainder being almost entirely formed by drilling, said steel being characterized in that it can be quenched to a hardness of at least 600 Brinell at temperatures of about 7930 C to about 843 C.
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