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PROCEDE DE FABRICATION D'ACIERS HYPEREUTECTOIDES OU LEDEBURITIQUES A REPARTITION FINE DES CARBURES SEGREGATION REDUITE .ETUSINABILITE
AMELIOREE.
La fabrication d'aciers hypereutectoides ou lédéburitiques, qui sont employés en particulier pour les outils de haute qualité, présente une série de difficultés métallurgiques. Ces aciers, au nombre desquels fi- gurent, par exemple, les aciers à coupe rapide pour les tours à grande vi- tesse, la majeure partie des aciers alliés à outils ainsi que les aciers non alliés à outils à plus de 0,85 % de C, ont un large intervalle de solidifi- cation, qui conduit aux phénomènes de séparation connus. En outre, lorsque la teneur en carbone est suffisamment élevée, les carbones se séparent sous la forme de l'eutectique de ledéburite, qui, en particulier lorsque la soli- dification-est lente, se présente sous la forme d'un réseau grossier.
Ce gros réseau de carbure et de ledéburite de ces aciers exerce absolument une influence défavorable. Comme on le sait, l'usinage à chaud de ces aciers est très difficile. Le laminage ou le forgeage ne peut être effec- tué que dans une zone de température très étroitement limitée et les défor- mations ou changements de forme que l'on peut obtenir en une chaude sont re- lativement minimes, de sorte que ces aciers doivent toujours être façonnés en plusieurs chaudes. Les chauffages répétés pour le fagonnage à chaud en- traînent naturellement des frais correspondants.
Pour que ces aciers à outils remplissent les conditions posées par l'utilisateur, il faut que, par une déformation à chaud soigneuse et poussée, le réseau'des carbures soit complètement détruit et il faut tendre vers une répartition aussiuniforme que possible des carbures fins. Si l'on obtient pas cette répartition des carbures, on doit s'attendre à des ennuis quant au comportement lors de la trempe, qui aboutissent à la mise au rebut.
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La répartition des carbures exerce une influence décisive sur le comportement de déformation ou gauchissement des aciers à la trempe. En- fin, il ne faut perdre de vue que de grandes occlusions de carbures irrégu- lières non seulement ont une influence nuisible sur les propriétés de résis- tance à l'usure, mais peuvent, en particulier pour les outils à taillants ou à arêtes affilées, donner lieu à des ébrèchements et par conséquent à la'des- truction de l'outil. On a donc depuis toujours pris des mesures pour obtenir une fine répartition des carbures aussi régulière que possible.
On estime indispensable un forgeage poussé, au moins décuple, on prévoit le forgeage dit à plusieurs dimensions, dans lequel des étirages et des refoulements également en travers par rapport à la direction princi- pale de déformation ou façonnage sont appliquéesToute cette dépense est nécessaire parce que dans les procédés de coulée existants la répartition défavorable des carbures et la ségrégation des lingots ne peuvent pas être évitées.
Selon l'invention, on obtient cependant un progrès important si l'on coule ces aciers non suivant les procédés habituels mais en conti- nu en barre dans une coquille à paroi mince, refroidie par un liquide. Dans ce cas, il n'est pas nécessaire que la barre se solidifie complètement dans la coquille. On peut aussi amener à la solidification à peu près jusqu'à là moitié de la section transversale de la barre à l'extérieur de la coquille, mais alors il est à conseiller de prévoir à l'extérieur de la coquille en- core un refroidissement séparé qui provoque une solidification accélérée.
Pour obtenir les propriétés de l'acier coulé en barre conformes à l'inven- tion, il est nécessaire de mener l'opération de telle manière que la vitesse de croissance de la couche solidifiée, en direction radiale, s'élève à au moins 1,5 cm/min, de préférence à au moins 2 cm/min.
Il faut veiller spécialement à ce que ces vitesse de solidifi- cation existent non seulement au début de la solidification mais encore qu'elles ne descendent pas au-dessous de ces chiffres pendant toute la so- lidification. Cette vitesse élevée de solidification donne une fine répar- tition des carbures et évite la formation d'un réseau de ledéburite gênant l'usinage à chaud et influençant défavorablement la qualité.
Un procédé de coulée continue en barre pour l'acier par lequel- les conditions exigées peuvent être respectées est décrit en détail dans la revue "Stahl and Eisen" 69 (1949), pages 813-819o Dans ce procédé, dans le- quel on travaille sans four de conservation à l'état chaud et l'on emploie une coquille relativement longue refroidie à l'eau et à paroi mince, l'enlè- vement de chaleur de la barre se fait presqu'exclusivement en direction ra- diale. Les vitesses de descente du métal qui entrent en considération s'é- lèvent à environ 1,5 m/min.
Toutefois, alors que la constitution de la structure des aciers coulés en barre continue est paraît-il la même que celle obtenue dans les petites coquilles et en général on doit s'y attendre aussi à première vue, on doit considérer comme d'autant plus surprenant que pour certains groupes d'aciers, à savoir pour les aciers hypereutectoides et ledéburitiques, il soit possible d'obtenir par application du procédé de coulée continue en bar- re une structure favorable du produit coulé.
Pour avoir une comparaison avec la fabrication selon les procé- dés de coulée en lingots habituels relativement à la vitesse de solidification entrant en considération, on va citer quelques données relatives à celle-ci pour les petits lingots tels qu'on en emploie habituellement dans les acié- ries fabriquant des aciers spéciaux, selon B. Matuschka, Arch. Eisenhüttenw.
6 (1932-33), pages 4 et 5. D'après cet auteur, pour un lingot de 350 kg la vitesse de solidification jusqu'à la première minute s'élève à 2,2 cm/min.; après la 4e minute elle est tombée à 0,7 cm/min. et après la 15e minute à 0,3 cm/min. La solidification complète d'un lingot de ce genre demande 17 mi- nutes. Un lingot plus petit pesant 200 kg présente au début de la solidifi- cation également une vitesse de solidification de 2,2 cm/min, qui, après 4 minutes, est tombée à 0,8 cm/min et après 10 minutes à 0,4 cm/min. La soli-
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dification complète exige 13 minutes.
Des essais de la déposante sur'un lin- got de 100 kg ayant un diamètre moyen de 150 mm, qui, à cause de sa petitesse, est déjà antiéconomique pour de nombreux usages, ont montré que pour la soli- dification complète il faut de 8 à 10 minutes.
En comparaison de cela, il est possible, dans la coulée continue en barre dans une coquille à paroi mince, refroidie par un liquide, d'obtenir des vitesses de solidification très considérablement plus élevées.
Dans le cas d'une barre de 130 mm de diamètre, qui a été coulée dans une coquille de 800 mm de long à une vitesse de 90 cm/min, la solidifi- cation complète est atteinte après une longueur de barre de 1,9 m. La durée totale de la solidification s'élève par conséquent à 2,1 minutes; il ressort de là que l'accroissement dépaisseur de paroi par minute est d'environ 3 cm.
La durée de la solidification est égale à 1/8 de celle d'un lingot d'un poids de 350 kg et même par rapport à celle du petit lingot de 100 kg elle n'est que de 1/4 à 1/5.
Des essais comparatifs concernant l'usinage à chaud ont montré que les aciers fabriqués par coulée continue en barre de la manière décrite plus haut peuvent être déformés en une chaude jusqu'à un allongement deux fois aussi grand. Il est apparu en outre que pour une barre de ce genre;, par exemple d'acier pour tours à grande vitesse à 0,8 % C, 18 % Tu, 4 % Or, 2 % V, 3 % Co, pour une déformation à environ 60 mm, ce qui correspond à une dé- formation quintuple, on obtient déjà une répartition des carbures absolument irréprochable, accompagnée d'une exemption poussée de ségrégation.
Par rapport à cela, un lingot de 100 kg de 150 mm de diamètre formé à partir de la même fusion a dû être usiné à environ 35 mm pour obtenir une répartition des car- bures aussi fine et régulière. La déformation du lingot coulé de la manière habituelle s'est donc élevée au dix-septupleo
Par la vitesse de solidification plus élevée dans l'application du procédé de coulée continue en barre connu indiqué, on obtient donc pour les aciers de ce genre un effet surprenant.
R E V E N D I C A T 1 0 N .
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