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L'invention concerne des perfectionnements au traitement thermique d'aciers à coupe rapide et d'aciers de matriçage à chaud ainsi qu'aux bains de sels fondus utilisés pour ce traitement et aux compositions employées pour ces bains.
Pour le traitement thermique d'aciers, on désire souvent utiliser des bains de sels fondus qui n'introduisent pas de carbone dans les articles en acier traités, ni ne leur en enlèvent, Pour le traitement d'aciers à coupe rapide et d'aciers de matriçage à chaud, il est connu d'utiliser des bains,de.sels qui contiennent des chlorures de métaux alcalinoterreux avec ou sans chlorures et/ou fluorures de métaux alcalins, et ne contien- nent pas de composés de carbone qui carbureraient le métal-à trai- ter. Les températures appliquées quand on utilise ces sels ou mélan- ges de sels, sont comprises dans la gamme de 950 C à 1350 C,
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et on utilise différents sels ou mélanges de sels suivant la gamme particulièré de températures de traitement nécessaires.
Toutefois, après être restés quelques heures à l'état fondu, ces bains de sels sont aptes à enlever du carbone de l'article en acier plongé dans le bain, ce qui a un effet nuisible sur les propri- étés de l'acier. Quand on soumet un acier ainsi décarburé aux opé- rations usuelles de chauffage et de trempe pour le durcir, on cons- tate que l'acier possède une couche superficielle plus douce que les couches intérieures. Dans de nombreux cas, il n'est ni possible ni intéressant d'enlever la couche douce par meulage, de sorte que la durée de vie de travail de la pièce ou de l'outil traité en est'affectée.
Différents procédés ont été proposés pour améliorer ces bains exempts de composés de carbone de manière à pouvoir les uti- liser pendant des périodes de temps plus longues, sans ou'ils n'acquièrent des propriétés décarburantes. Les procédés appliqués comprennent ceux qui utilisent une addition de silicium ou de silice, seuls où avec du borax, du carbure de silicium et du dioxyde de titane. Un autre procédé.qu'on peut appliquer à des¯bains tels que décrits plus haut, contenant du chlorure de baryum fondu comme l'un au moins de leurs constituants et avec une température du bain de l'ordre de 11000C à 1350 C, comprend l'opération assez incommode qui consiste à plonger dans le bain une électrode de carbone pendant environ 1 heure par journée de 9 heures.
Toutefois, l'expérience prouve que ces procédés. ne sont pas pleinement efficaces, et qu'il se produit encore une décarburation, même en présence de ces différents agents d'addition.
On a à présent découvert qu'on peut contrecarrer de façon plus efficace l'effet décarburant des bains de traitement thermi- que comprenant un chlorure de métal alcal.inoterreux comme l'un au moins de leurs constituants, en incorporant dans les bains une pe- tite quantité d'un régénérateur consistant en borate de magnésium seul, ou accompagné de silicium et/ou de silice.
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Cela 4.tant, suivant la présente invention, un bain de sel fondu pour le traitement d'aciers à coupe rapide et d'aciers de matriçage à chaud comprend un halogénure de métal alcalinoter- reux, avec ou sans halogénure de métal alcalin, et 0,25% à 5% d'un. régénérateur qui consiste en borate de magnésium, seul ou avec du silicium et/ou de la silice, les pourcentages indiqués. étant calculés par rapport au poids total du bain.
Rentrent dans le cadre de la présente invention les compo- sitions aptes à produire des bains de sels fondus du genre décrit, et également les procédés de traitement thermique d'aciers à coupe rapide et d'aciers de matriçage à. chaud, comprenant le chauffage des aciers dans un bain obtenu par fusion de ces compositions.
Les constituants salins des bains de la présente invention peuvent consister de préférence en chlorure de baryum, .seul ou en mélange avec un halogénure de métal. alcalin. Les bains contenant un halogénure de métal alcalin, contiennent de préférence jusqu'à 5% en poids de chlorure de métal alcalin ou de fluorure de métal alcalin. Si on utilise des proportions plus élevées d'halogénure de métal alcalin, on peut encore obtenir des résultants intéressants, bien que le bain ait une plus forte tendance à produire.des fumées.
-. Le régénérateur peut être du borate de magnésium seul, ou du borate de magnésium accompagné de silicium et/ou de silice.
Bien qu'on puisse obtenir des résultats intéressants en utilisant un bain contenant jusqu'à5% de borate de magnésium, on peut utiliser' des proportions considérablement inférieures à ces 5%. La propor- tion particulière de régénérateur à ajouter dépend des conditions de marche du bain, y compris la quantité d'articles en acier traités dans le bain. Toutefois, on peut en général obtenir de bons résultats, auand le bain contient du borate de magnésium dans une proportion de 1% à 2,5% en poids du bain, et on obtient des résultats particulièrement intéressants quand on utilise environ 2% en poids de borate de magnésium.
Dans certains cas, les résultats obtenus avec les proportions inférieures de borate
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de magnésium comprises dans la gamme citée en dernier lieu, par exemple 1% de borate de magnésium, ne sont pas aussi bons que ceux obtenus en utilisant 2% de borate de magnésium en poids. L'addition de silicium ou de silice est particulièrement intéressante pour améliorer les résultats obtenus avec ces propor- tions inférieures de borate de magnésium. Quand on utilise environ 1% de borate de magnésium, on n'ajoute de préférence pas plus qu'une quantité égale de silice ou pas plus que la moitié de cette quantité de silicium.
Les bains conformes à l'invention conviennent particulière- ment bien au durcissement d'aciers à coupe rapide et d'aciers de matriçage à chaud dont certaines compositions'types sont les suivantes:
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Les températures de traitement appliquées dépendent de la composition particulière des sels utilisés dans le bain et des aciers particuliers à traiter. Toutefois, pour des bains de sels fondus contenant du chlorure de baryum seul ou en mélange avec une petite quantité, par exemple jusqu'à 5% en poids, de chlorures de métal alcalin ou de fluorures de métal alcalin Utilisés pour le traitement d'aciers à coupe rapide, on applique normalement une température de l'ordre de 950 .C à 1350 C.
Un procédé convenable d'utilisation des bains de la présente invention, consiste à mélanger tout d'abord le borate de magnésium sous forme de poudre, à un sel ou à un mélange de sels contenant du chlorure de baryum, qui constitue le principal constituant des bains.' Le borate de magnésium peut être du métaborate de magné- sium, mais on peut utiliser d'autres borates de magnésium tels que les ortho- et pyroborates. On fait ensuitp fondre le
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mélange contenant du borate de magnésium et on le maintient à. la température de traitement appropriée, puis on plonge les'articles en acier dans le bain.
Les pertes de sels provenant de la matière. adhérant aux articles en acier lorsqu'on les retire du bain, sont compensées en* ajoutant simplement de nouvelles quantités de la composition saline,initiale, contenant l'addition de borate de magnésium. Périodiquement, on drague le bain, de préférence une fois toutes les huit ou neuf heures de marche, pour enlever les boues qui ont pu se former. On constate ce- pendant que, dans les bains de sels de la présente invention, cette formation de boues est excessivement faible
Les exemples qui suivent illustrent l'invention. Les pourcentages indiqués représentent des pourcentages en poids.
EXEMPLE 1.
On maintient à une température de 1250 C à 1300 C, pendant
8 heures par jour, sur une période de-10 jours, un bain de sels fondus contenant 31,7 kg de chlorure de baryum. On détermine l'action décarburante du bain en y plongeant chaque jour un échantillon dressai d'acier à coupe rapide pendant 5 minutes à une température de 1280 C, puis en le soumettant à la trempe -et en déterminant la dureté de la surface de l'acier au moyen d'un appareil d'essai de dureté Vickers.
(En réalité, une période d'immersion de 5 minutes dépasse de beaucoup la période normale de 1 minute nécessaire au durcissement complet des échantillons d'acier), L'analyse de l'acier donne la composition suivante:
Carbone 0,65 à 0,75%-
Tungstène 18,0%
Chrome 4,0% Vanadium 1,0%
On préfère le procédé de mesure de la décarburation de l'acier à coupe rapide par des essais de dureté, aux procédés métallographiques en raison de la plus grande précision du
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premier procédé sur des aciers qui ne sont que partiellement décarburés. Il vaut la peine de mentionner que même une légère dé- carburation nuit aux outils à coupe rapides si on ne l'enlève pas par meulage après le durcissement.
En conséquence, on polit chacun des échantillons d'essai avant de le traiter, on le lave et on le polit légèrement après traitement, et on le soumet à un essai de dureté Vickers sous une charge de 2 kg. Les résultats de l'essai sont donnés au tableau suivant :
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On voit'que la dureté
superficielle diminue de façon très régulière à mesure que l'âge du bain augmente. Les mesures de dureté représentent un indice de l'importance de la décarburation de l'acier- traité.
A titre de comparaison, on répète l'opération précédente mais en utilisant un bain contenant 95% de chlorure de baryum et 5% de borate de magnésium et en le maintenant par des additions de sel ayant la même compsition. Sauf indications contraires, les échantillons d'essai sont traités.pendant 5 minutes à 1280 C, Les résultats obtenus sont donnés au Tableau suivant :
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<tb> Jours <SEP> Indice <SEP> de <SEP> dureté <SEP> Vickers <SEP> Jours <SEP> Indice <SEP> de <SEP> dureté <SEP> Vickers
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Traite pendant 1 minute
Ces résultats accusent une dureté superficielle beaucoup plus élevée des échantillons d'essai traités et prouvent que les duretés se maintiennent de façon satisfaisante au cours de la période d'utilisation.
EXEMPLE II.
On maintient à une température de l'ordre de 12500C à 1300 C pendant 8 heures chaque jour, sur une période de 30 jours, un bain de sels fondus contenant 98% de chlorure de baryum et 2% de borate de magnésium. On plonge chaque jour dans le bain un échantillon d'essai d'acier à coupe rapide, tel que décrit dans 1''exemple I, pendant une durée de 5 minutes à 1280 C, puis on trempe la pièce traitée. On soumet les échantillons d' essai à un essai de dureté Vickers 'sous une charge de .2! kg, comme on le décrit dans l'exemple I.
Les résultats obtenus sont donnés au tableau suivant:
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* traité pendant 1 minute seulement - ' 'EXEMPLE III .
On maintient un bain de sels fondus consistant en 99% de chlorure de baryum et 1% de borate de magnésium à une température de l'ordre de 1250 C à 1300 C pendant 8 heures par jour, sur une période de 28 jours et on plonge chaque jour dans le bain des échantillons d'aciers à coupe rapide tels que décrits dans l'exemple
1, pendant des durées de 1 minute et de 5 minutes, à une températu- re de 1280 C. On procède aux essais de'dureté Vickers et les résultats obtenus sont donnés au tableau suivant:
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On remarquera que les chiffres correspondant à une immersion de 5,minutes sont plutôt faibles comparativement au chiffre de .760 correspondant à une'immersion de 1 minute.
Cependant, il n'est d'ordinaire pas nécessaire que des pièces en acier soient immergées pendant cette durée de 5 minutes, et on voit donc qu'un tain de sel contenant 1% de borate de magnésium peut donner des résultats entièrement satisfaisants pour le traitement de pièces en acier quand la durée d'immersion'est inférieure à 5 minutes.
EXEMPLE IV.
Un bain de sels fondus contenant 98,25% de chlorure de baryum, 0,75% de silice et 1% de' borate de magnésium est maintenu comme décrit dans l'exemple I, mais sur une période de 40 jours, et on plonge chaque jour dans le bain des échantillons d'essai analogues à ceux décrits dans l'exemple I, pendant des durées de 5 minutes, à 1280 C.
On obtient les résultats suivants:
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Traité pendant 1 minute seulement EXEMPLE V.
Un bain de sels fondus contenant 98,75% de chlorure de baryum, 0,25% de silicium et 1% de borate de magnésium est main- tenu comme décrit dans l'exemple I, pendant 8 heures par jour, mais sur une période de 44 jours. Chaque jour, on y plonge pendant 5 minutes un échantillon d'essai d'acier à coupe rapide à une température de 1280 C, et on détermine la dureté de 1;', surface
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de l'acier à l'aide d'un appareil d'essai de dureté Vickers comme décrit dans les exemples précédents.
On obtient les résultats suivants:
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* Traité pendant 1 minute