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Aciers spéciaux au glucinium et au cuivre et articles manufacturés fabriqués à partir de ces aciers.
La présente invention concerne des aciers spéciaux au glucinium, ainsi que des articles manufacturés, fabriqués par moulage, forgeage et laminage, à partir de ces aciers.
Jusqu'à présent, il était difficile de fabriquer des aciers spéciaux possédant à la fois une haute résistance mécani- que et une bonne ductilité, associées en particulier à un point de fluidité (ou coulabilité) permettant la fabrication de mou- lages par différents procédés. En particulier, les aciers spé- ciaux ayant un point de fluidité égal ou inférieur à 1371 C et dans lesquels la fusion se produit dans un intervalle de tempé- rature réduit, ont été très recherchés, mais non fabriqués jusqu'alors, bien qu'un deuxième moulage pouvait être facilement exécuté dans de telles conditions. Ces considérations, ainsi que A
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d'autres d'ailleurs, ont posé des problèmes qui ont été résolus par la présente invention.
L'un des objets de la présente invention consiste, par conséquent, dans des aciers spéciaux au glucinium et qui pos- sèdent des propriétés physiques avantageuses et avec lesquels on peut fabriquer une variété de produits industriels très utiles.
Un autre objet de l'invention réside dans la fabrication d'articles manufacturés par moulage, forgeage et laminage d'a- ciers spéciaux au glucinium qui possèdent une haute résistance mé. canique et en même temps qu'une bonne ductilité, une fluidité re- marquable.
Un autre objet de l'invention est encore de fabriquer des aciers spéciaux contenant une faible quantité de glucinium, com- prise entre 0,05 et 0,5%,en combinaison avec les autres éléments spécifiés ci-après et qui possèdent eux-mêmes non seulement des propriétés physiques remarquables, mais qui rendent possible la fabrication de différents articles manufacturés à partir de ces aciers, articles qui possèdent aussi des propriétés nou- velles et précieuses.
D'autres objets et avantages seront appréciés par les spécialistes dans cette technique ou bien ils apparaîtront ou seront indiqués par la suite.
La présente invention consiste dans le fait que les aciers spéciaux formés des constituants spécifiés ci-après, approximativement dans les proportions indiquées, et les arti- cles manufacturés fabriqués à partir de ces aciers par moulage, forgeage, ou laminage, ont des propriétés remarquables et inat- tendues qui les rendent utiles à différentes fins, ces aciers répondant à des exigences jusqu'alors non satisfaites. Ces aciers spéciaux sont particulièrement remarquables en ce qu'ils contiennent une proportion de glucinium qui peut varier à partir d'une très faible quantité, au voisinage de 0,05% jusqu'à une
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quantité appréciable de 0,5% environ.
Ces aciers spéciaux au glucinium, contiennent, en outre, une proportion de cuivre com- prise entre 0,5% et 8%, une quantité de siliciun comprise entre 0,5 et 4,5% et une quantité de molybdène comprise entre 0,15 et 2,5% environ. Ces aciers contiennent de même du carbone et leur teneur en carbone peut varier de 0,08 à 1,5% environ. Le manga- nèse peut toujours être présent dans ces alliages, mais dans une proportion limitée de préférence à 0,75% environ. Les métalloïdes usuels, soufre et phosphore, sont présents dans les proportions normales rencontrées dans les aciers.
La composition et les propriétés physiques et métallurgiques de ces aciers spéciaux sont indiquées à l'aide d'exemples en se référant d'abord au tableau 1:
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<tb> Point <SEP> de
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¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ (oc) 299 0,59 -1,50 0,44 "SSSYI1545
EMI3.3
<tb> 300 <SEP> 0,39 <SEP> 2,49 <SEP> 0,40 <SEP> 1,43 <SEP> 0,04 <SEP> +1371
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<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 307 <SEP> 0,53 <SEP> 3,06 <SEP> 0,38 <SEP> 1,50 <SEP> 0,20 <SEP> 1571
<tb>
EMI3.4
308 Oe4S 2,91 0,44 l,53 0,30 1357
EMI3.5
<tb> 309 <SEP> 0,48 <SEP> 3,15 <SEP> 0,44 <SEP> 1,50 <SEP> 0,40 <SEP> 1371
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<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 310 <SEP> 0,54 <SEP> 3,31 <SEP> 0,36 <SEP> 1,62 <SEP> 0,10 <SEP> +1371
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 321 <SEP> 0,34 <SEP> 1,69 <SEP> 0,28 <SEP> 2,24 <SEP> 0,
10 <SEP> +1371
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<tb>
<tb>
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<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 329 <SEP> 0,60 <SEP> 3,25 <SEP> 0,30 <SEP> 6,00 <SEP> 0,24 <SEP> 1343
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<tb> 330 <SEP> 0,60 <SEP> 3,25 <SEP> oe3o <SEP> 6,00 <SEP> 0,24 <SEP> 0,60 <SEP> 1343
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<tb>
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<tb> 295 <SEP> 0,45 <SEP> 1,50 <SEP> 0,35 <SEP> 2,50 <SEP> 0,10 <SEP> 0,50 <SEP> 1371
<tb>
+ supérieur à 1371 C.
Les aciers A-307, A-308, A-309 et A-310 montrent l'in- fluence d'une proportion variable de glucinium sur le point de fluidité de ces nouveaux aciers et, en comparant ces mêmes aciers sur le tableau 1, on voit que l'alliage A-308, avec une teneur en glucinium de 0,3%, a le point de ,fluidité le plus bas (13570C). Donc, on reconnaît que, pour une composition constante des autres éléments de l'alliage, la proportion de glucinium employée doit être réglée, de manière à pouvoir obtenir un point de fluidité très net à 1370 C ou au-dessous, des points de
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fluidité au-dessus de cette valeur étant jugés non satisfaisants.
Tandis que l'alliage A-310 contenant 0,1% de glucinium a un point de fluidité au-dessus de 1371 C, néanmoins, cette teneur en glucinium se trouve bien dans le domaine de l'invention, parce que, pour d'autres compositions, son point de fluidité est proportionnellement bas. Par exemple, dans l'alliage A-299, qui contient 0,11 % de glucinium, le point de fluidité est de 1343 C, valeur entièrement satisfaisante, et il est encoreà noter, au sujet de cet alliage, que, comparé avec les alliages A-307 à A-310 inclusivement, il contient davantage de cuivre et moins de silicium. A noter de plus sur le tableau I, que les alliages A-330 et A-295 contiennent du molybdène.
Bien que ces alliages contenant du molybdène ont des points de fluidité satisfaisants, et bien qu'ils entrent directement dans le domaine de la présente invention, néanmoins, il est entendu que le molybdène est un com- posant facultatif plut8t qu'un composant essentiel et lorsqu'on l'utilise, il sert à augmenter la résistance mécanique déjà très élevée de ces aciers spéciaux. L'alliage A-331 démontre aussi que l'utilisation de 0,1% de glucinium rend possible l'obtention d'un point de fluidité satisfaisant et cet alliage est particu- lièrement caractérisé par une teneur en carbone plus élevée que les autres aciers du tableau I.
Ces faits renseignent le métallurgiste quant à l'impor- tance de régler la composition totale de l'alliage et indiquent la manière d'éviter la fabrication d'aciers qui prennent l'état liquide par l'intermédiaire d'un état pâteux s'étendant sur un intervalle de température assez grand. En particulier, ceci est extrêmement important pour un deuxième moulage, et, sous ce rapport, il faut noter que l'on obtient de meilleurs résultats dans l'opération de fusion en vue d'un deuxième moulage, lors- que ces opérations ont lieu dans des conditions réduites : (voir tableau II).
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TABLEAU II
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<tb> : <SEP> Essai <SEP> aux <SEP> efforts <SEP> :angle <SEP> :choc <SEP> sur <SEP> :angle
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<tb> Traitement <SEP> : <SEP> transversaux <SEP> de <SEP> :une <SEP> barre <SEP> : <SEP> de
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<SEP> 4 <SEP> :
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<tb>
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<tb> :815 C <SEP> huile <SEP> 26 <SEP> 164,5 <SEP> 10
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<tb> 307 <SEP> :954 C <SEP> huile <SEP> 399 <SEP> 55 <SEP> : <SEP> 196 <SEP> 1 <SEP> :
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<tb> :954 C <SEP> huile <SEP> 649 <SEP> 30 <SEP> : <SEP> 194 <SEP> 2 <SEP> :
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<tb> 308 <SEP> :954 C <SEP> huile <SEP> 399 <SEP> : <SEP> 28 <SEP> : <SEP> 183 <SEP> : <SEP> 1 <SEP> : <SEP> :
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<tb> :815 C <SEP> huile <SEP> 28 <SEP> : <SEP> 161 <SEP> 4 <SEP> :
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<tb> :954 C <SEP> huile <SEP> 649 <SEP> 32 <SEP> 154,5 <SEP> 4
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<tb> :815 C <SEP> huile <SEP> 26 <SEP> : <SEP> 170 <SEP> :
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<tb> :954 C <SEP> huile <SEP> 649 <SEP> 97 <SEP> B <SEP> 136 <SEP> 12
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32i :8710C huile 399 : 47 : .........................
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: <SEP> brut <SEP> de <SEP> moulage <SEP> : <SEP> 26 <SEP> 169 <SEP> : <SEP> 6 <SEP> :
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<tb> 330 <SEP> 843 C <SEP> huile <SEP> 399 <SEP> : <SEP> 51 <SEP> : <SEP> 340 <SEP> 0 <SEP> :diamètre
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Quelques unes des propriétés mécaniques de ces nouveaux aciers spéciaux, à l'état brut de coulée, sont indiquées dans le ta- bleau II qui, pour la plupart des alliages indiqués dans le tableau I, représentent les résistances mécaniques obtenues aux efforts transversaux et aussi la ductilité, exprimée par l'angle de la courbure en degrés, dans des essais aux efforts transver- saux à la suite des différents traitements thermiques mentionnés.
Dans le tableau II, les traitements thermiques s'effectuent à la température maximum de 954 C: ceci est dû uniquement au fait que
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les résultats consignés dans ce tableau sont des exemples indica- tifs et non limitatifs, par ce que l'on a trouvé que les nouveaux aciers spéciaux peuvent être traités à des températures pouvant atteindre 1176 C et qu'ils peuvent être ensuite étirés, pour ob- tenir toute une série de propriétés dépendant du but que l'on se propose d'atteindre. Même lorsqu'ils sont traités à chaud à par- tir de 1176 C, ces alliages ont une cassure extrêmement fine et soyeuse, comparable à celle des meilleurs aciers spéciaux.
Le tableau II montre que ces aciers peuvent être traités à chaud, pour leur communiquer une dureté pouvant descendre jusqu'à la dureté 97 à la bille Rockwell, lorsqu'ils sont trempés et éti- rés et une dureté au cône Rockwell.pouvant monter jusqu'à 60 lorsqu'ils sont trempés à partir d'une température peu élevée, d'environ 843 C, puis étirés à la température relativement basse de 399 C.
Excepté pour les alliages A-329 à A-331 inclusivement, tous les essais ont été faits sur des échantillons en forme de barres brutes de moulage, avec les imperfections,: que présente ordinairement la surface de tels moulages et, dans quelques cas, ces imperfections ont conduit à des ruptures prématurées. Dans le cas des alliages A-329 à A-331, tous ces échantillons étaient usinés à un diamètre de 25 mm 4. La valeur remarquable de la haute résistance de l'acier A-330 montre que ces aciers sont très résistants au cisaillement dans les essais d'efforts trans- versaux et ceci signifie en outre qu'ils sont de très bonne qua- lité à l'état moulé pour résister à des ruptures, telles que celles produites par des forces appliquées brutalement.
Ces aciers se forgent ou se laminent bien sous un volume ou une forme quelconque pouvant être fabriqués industriellement par des opérations habituelles de forgeage et de laminage, et cela est mis en lumière par le tableau III.
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Sur ce tableau, on voit les différentes résistances à la traction, obtenues dans trois aciers laminés, dont deux contiennent du glucinium et sont conformes à l'invention, le troisième qui ne contient pas de glucinium, étant mentionné à titre de comparaison.
Les valeurs indiquées dans le tableau III montrant une nette supériorité des aciers contenant du glucinium. Elles montrent aussi que, au moins à un certain degré, le glucinium peut constituer un élément de remplacement d'une partie de la teneur en silicium (ou être considéré comme tel), apportant une certaine contribution à la résistan- ce mécanique de l'acier, et en même temps, augmentant la duc- tilité de l'acier, ductilité que l'on apprécie par l'allonge- ment et la réduction de la section indiquée ci-après. On doit se reporter également au tableau IV suivant.
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TABLEAU IV
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A 309:048:3,25:0,5E:0,40:-¯¯-;1,8f: d 43 76 ###- 1,0 2,1: à 510:0,54 5.25 0,50 0,10 ## 1,50: d 67 91 1-------' 3,0 :
7,1 A 414:0,15:N,d0:,50:0,10: Oe5:1,00:9260C huile étiré: 71 : 92 :269/262: ?;5 : 13,5 : :3990C lh1/% air A 415:0,18:2,00:CY,50:0,10: 0,5:1,00:9260C huile étiré: 75 109 :302/321: 6,5 : 12,4 :599 C 2 h air A.416:f,26.2,00:0,50:fl,10: 0,5:1,00:9260C huile étiré: 67,5 136 :388/375: 6,0 15,6 :3990C 1 h:1/2 air: A 295:J,45:1,5f1:-¯¯¯;p,lp: 05:2,5f?:843 C huile étiré: lS0 138 1----.---µ 1,0 '-------1
EMI9.5
<tb> :510 C
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Dans ce tableau on voit les fatigues en tension pouvant être obtenues sur des aciers spéciaux moulés conformes à l'in- vention, pour des teneurs en carbone faibles et moyennes, par exemple inférieures à 0,5% environ. Le tableau montre que ces aciers possèdent, en plus d'une bonne fluidité, une haute résis- tance mécanique et une bonne ductilité.
Par ce qui précède, il est entendu que l'invention impli- que l'introduction de 0,05 à 0,5% environ de glucinium dans des aciers au cuivre et au silicium, le manganèse étant ordinairement présent dans une proportion allant jusqu'à 0,75% et le molybdè- ne étant présent de manière facultative dans la proportion in- diquée jusqu'ici. Ces aciers spéciaux sont remarquables pour leurs caractéristiques et leurs propriétés exceptionnelles, et ils constituent des compléments précieux dans la technique des aciers spéciaux. Dans la plupart des fabrications, la quantité de glucinium, peut être moitié de celle qui a été indiquée et pour des aciers laminés et forgés, n'a pas besoin de dépasser approximativement 0,25% bien que l'on puisse en utiliser davan- tage.
Pour des moulages dans lesquels on désire ou exige les points de fluidité les plus bas, la teneur en glucinium peut être quelque peu plus élevée, par exemple 0,3% environ. Cepen- dant, ce qui précède n'est donné qu'à titre indicatif et non limitatif, et l'on peut apporter d'autres modifications, addi- tions, suppressions ou substitutions sans sortir pour cela de l'esprit et du domaine de l'invention.