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La présente invention concerne un acier pour outils d'usinage à chaud, par exemple pour l'estampage à chaud, le. moulage mécanique ou par pression de métaux et d'alliages, lequel acier présente une dureté et une résistance à l'usure élevées aux températures supérieures, une insensibilité aux variations de température et une très grande résistance aux déformations lors du traitement thermique.
L'utilisation d'acier pour outils d'usinage à chaud, par exemple d'outils pour le moulage mécanique et par pression, est déjà connue par le brevet belge n 528.296 de la demanderesse. L'acier est caractérisé en ce qu'il contient 0,2-0,5% de C, 10-15% de Cr, 6-10% de W, le cas échéant remplacé jusqu' à concurrence de 60% par une quantité correspondante de molybdène, jusqu'à 10% de Co, jusqu'à 2% de V, jusqu'à 2% de Mn et, éventuellement jusqu'à 2% de chacune des substances Ti, Ta et Nb, jusqu'à 2% de Si, jusqu'à 10% de Ni et le reste de fer avec lesimpuretés habituelles, cet acier étant soumis après son chauffage à un refroidissement rapide de 1.100 -1.200 C à une température inférieure à 500 C, avec un recuit subséquent à 500-700 C,
de préférence 550 - 600 C. Il a maintenant été constaté qu'un acier analogue peut subir avantageusement un traitement thermiaue à de température inférieures.
L'acier selon la présente invention est ainsi substantiellement caractérisé en ce qu'il contient 0,1-0,5% et, de préférence, 0,2 - 0,5% de C, 10-15% de Gr, 6-10% de W, dont jusqu'à 25% peuvent éventuellement être remplacés par du Mo, 1-15% de Co, éventuellement jusqu'à 2% de chacune des substances Si, mN, V,Ta, Nb et Ni, et le reste de fer avec les impuretés habituelles ;
cet acier étant soumis, après le
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chauffage, à un refroidissement à l'air ou avec un réfrigérant plus puissant d'une température dans la zone de 900- 1.200 C, par exemple 1.000-1.100 C et de préférence à partir de 1.050 C environ et à un traitement de recuit subséquent à une température dans la zone de 500-750 C, de manière à obtenir une dureté de 30-60 unités C Rockwell, dans la mesure où cet acier n'est pas protégé par le brevet belge n 528. 296 de la demanderesse .
Ces alliages conviennent particulièrement bien pour la fabrication d'outils d'usinage à chaud, par exemple pour l'extrusion et le moulage mécanique ou par pression de métaux et d'alliages à point de fusion et tempéature d'usinage élevés, grâce à une dureté à chaud élevée de l'acier qui possède également une insensibilité remarquable aux changements de température, une très bonne stabilité au recul:, une température de trempe relativement basse et la possibilité de donner un effet de trempe total lors du refroidissement à l'air, ce qui implique une très bonne résistance aux déformations lors du traitement thermique*
A titre d'exemple d'aciers selon la présente invention on peut mentionner les aciers 1-4 du tableau 1. Aux fins de comparaison, l'acier 5 - qui est exempt de Go- a été inclus dans ce tableau .
TABLEAU 1.-
EMI2.1
<tb>
<tb> ACIER <SEP> 1 <SEP> 0,25%C <SEP> 11,0% <SEP> Gr <SEP> 7,8% <SEP> W <SEP> 0,5% <SEP> V <SEP> 9,7% <SEP> Go <SEP> reste <SEP> Fe
<tb> 2 <SEP> 0,23 <SEP> 12,0 <SEP> 7,7 <SEP> 0,0 <SEP> 7,6 <SEP> reste <SEP> Fe
<tb> 3 <SEP> 0,29 <SEP> 12,8 <SEP> 7,9 <SEP> 0,0 <SEP> 5,0 <SEP> reste <SEP> Fe
<tb> 4 <SEP> 0,24 <SEP> 13,0 <SEP> 7,7 <SEP> 0,0 <SEP> 2,8 <SEP> reste <SEP> Fe
<tb> 5 <SEP> 0,32 <SEP> 12,0 <SEP> 7,3 <SEP> 0,5 <SEP> 0,0 <SEP> reste <SEP> Fe
<tb>
La variation de dureté avec la température de trempe pour ces différentes compositions d'acier ressort de la figu- re 1,
d'où il est possible de constater que dès un refroifis- sement à partir de 1.000 .K on obtient une dureté satisfaisante
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et que les conditions les\plus favorables sont obtenues à partir de 1.050-1.100 . Le refroidissement peut être effectué lentement à l'air ou avec un réfrigérant plus puissant. La- différence de dureté entre les différentes vitesses de refroidissement, par exemple le refroidissement à l'air et à l'huile à partir des mêmes températures de trempe, s'est avérée très insignifiante.
Grâce à la température de traitement thermique relativement basse et la possibilité de, refroidissement lent, on obtient des conditions très favorables pour l'outil, car la déformation est faible pendant le traitement thermique, ce qui est très important pour les outils de précision, et la possibilité de protéger l'outil contre l'oxydation ou autre attaque, par exemple du bain de sel pendant le chauffage, est bien plus grande qu'à des températures supérieures. En outre, le traitement thermique peut être effectué avec un équipement plus simple que pour les températures supérieures à 1.100 , qui sont en général nécessaires pour des aciers fortement alliés, destinés aux mêmes buts .
Lors du recuit, l'alliage selon l'invention conserve sa dureté à des températures de recuit très élevées, ce qui ressort de la figure 2, où le diagramme montre les variations de la courbe de dureté en fonction de la température de recuit pour un alliage ayant la composition de l'acier 1 du tableau 1 et qui, lors de la trempe, a été refroidi de 1.200 , courbe A, de 1.100 , courbe B et 1.050 , courbe C. La différence de dureté après le recuit pour différentes températures de trempe est relativement faible .
Un acier de composition selon l'invention présente après le traitement une dureté particulièrement élevée aux températures supérieures, ce qui est très important pour son utilisation comme outil d'usinage à chaud .Comme cela ressort
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du tableau ci-dessous, la dureté à chaud, mesurée tans la zone de températures au-dessus de 600 ,'est bien plus élevée pour l'acier selon l'invention que pour un acier avec une composition correspondante, mais sans cobalt.
TABLEAU 2.-
EMI4.1
<tb>
<tb> Composition <SEP> % <SEP> Dureté <SEP> à <SEP> chaud <SEP> en <SEP> HB <SEP> aux <SEP> températures <SEP> suivantes <SEP> après <SEP> 48 <SEP> h <SEP> à <SEP> la <SEP> température <SEP> d'essai
<tb> C <SEP> Cr <SEP> W <SEP> Co <SEP> 6000 <SEP> 6500 <SEP> 7500 <SEP> - <SEP>
<tb> 0,38 <SEP> 11,5 <SEP> 8,1 <SEP> - <SEP> 184 <SEP> 120 <SEP> -
<tb> 0,24 <SEP> 12,4 <SEP> 0,0 <SEP> 9,8 <SEP> 276 <SEP> 186 <SEP> 107
<tb>
Même la résistance aux variations de température s'est avérée supérieure pour lesvariantes à alliage de cobalt, ce qui a été constaté par plusieurs essais avec chauffage et refroidissement répétés* A titre d'exemple on peut mentionner qu'un échantillon d'acier avec 9,7% de Co, donc correspondant à l'acier 1 du tableau 1,
n'a présenté aucune fissure visible après traitement thermique jusqu'à une dureté de 52HR6 et
9. 500 variations de températures entre 510 C et 205 C avec intervalles de 2'55", alors que d'autres aciers testés de la même manière présentèrent une formation de fissures consi- dérable. Un autre essai comparatif entre les aciers 4 et 5 du tableau 1 montra que l'acier 4 était environ deux fois moins sensible à la formation de fissures que l'acier 5 à un inter- valle de température de 610 -215 C avec 2'55" par cycle, soit des conditions un peu plus sévères que dans le premier essai.
Des essais pratiques avec des outils fabriqués selon l'invention ont également donné d'excellents résultats. Ainsi, on peut mentionner que des matrices d'extrusion pour tubes de condensateur en laiton, fabriquées selon l'invention, ont eu '/ une durée de service double de celle des matrices fabriquées a avec un acier CrW, fortement alliéemais sans chrome. Dans un autre cas, des mandrins pour presser à chaud du laiton ont du-
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ré 4 à 5 fois plus longtemps que la meilleure matière d'outil connue jusqu'ici.
L'acier selon l'invnetion est également utilisable. pour d'autres objets soumis à des températures élevées et des efforts importants, par exemple sièges de soupapes pour moteurs à combustion et analogues .