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"Barres d'acier pour la fabrication d'outils de forage en rocher et outils ainsi constitués."
La possibilité d'emploi et la durée de vie des outils de tous genre destinés aux travaux de forage en rocher, dépendent, d'une manière décisive, de leur résistance d'endurance à la fati- gue , de sorte que les efforts en vue de l'augmentation de la du- rée de bon état de ces outillages se manifestent dans le sens de l'accroissement de leur résistance à la fatig% de service.
En raison des sollicitations complexes auxquelles sont soumis ces outillages, il est cependant pas toujours simple de neu- traliser toutes les sources de défauts qui entrent en considéra- tio pour déterminer la rupture par fatigue. Les alliages d'acier qui sont employés pour la fabrication d'outils de forage en rocher
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doivent présenter de ce fait une résistance à la fatigue élevée.
Mais il est connu que la résistance à la fatigue des alliages d'acier employés pour les outillages de forage au rocher, fleurets creux et analogues, est très fortement défavorisée par les effets de corrosion. Cela se produit surtout pour les fleurets creux pour lesquels de l'eau de balayage est injectée dans l'intérieur du fleuret. Dans le cas de ces outils, la tendance aux cassures par fatigue qui partent de l'alésage intérieur est nettement plus élevée du fait que la résistance d'endurance des aciers à l'état mouillé est, comme on le sait, nettement plus faible qu'à l'état sec .
Les efforts n'ont donc pas manqué, en vue d'éviter les cassures par fatigue, pour chercher à munir le perçage des outils de forage au rocher de moyens s'opposant à la corrosion. Il a été proposée dans ce sens, de revêtir les barres à fleurets creux en acier allié ou non allié, dans leur alésage intérieur, avec des métaux résistant à la corrosion, tels que le nickel ou les allia- ges de fer inoxydables par la rouille, par exemple avec du chrome.
En dehors de tels revêtements de constitution durable, il a été également proposé d'employer des couches superficielles de revête- ment de durée plus réduite et pouvant facilement être remplacées.
Parmi ces procédés se trouvent des enduits et peintures avec di- verses laques, vernis, ou autres produits minéraux ou organiques empêchant la corrosion. D'autre part, il,a encore été déjà propo- sé de rendre les surfaces extérieures des fleurets résistantes à l'agression de l'eau de balayage ou des eaux de mines, et notamment 1''alésage intérieur du fleuret, par phosphatation et application couches ultérieure de recouvrements ou de superficelles inté- grées au métal, capables de résister à la corrosion.
Cependant,l'emploi d'insertions résistant aux effets de la rouille en alliages de fer ou d'acier anti-rouille, sous la forme d'un petit tube d'habillage intérieur de l'alésage rencontre de nombreuses difficultés qu'il n'est pas toujours simple d'éviter.
On a constaté que, malgré des précautions minutieuses, on ne par-
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venait pas toujours à assurer dans une mesure suffisante l'adhé- rence entre l'acier du fleuret creux et le petit tube constitué en matériau résistant à la rouille. Au coue du travail ultérieur de la barre pour former l'outil, il se forme facilement dans l'alésage des irrégularités, par exemple des plis, en raison de quoi le revêtement se sépare par endroits de son support. Dans la suite, il se produit alors à ces endois, sous l'effet du li- quide de balayage s'écoulant à grande vitesse, des fissures de corrosion qui peuvent provoquer ensuite des ruptures par fatigue.
En outre, de tels revêtements au moyen de petits tubes intérieurs donnent des difficultés pour l'adaptation par emmanchement à for- ce des pièces de raccord et des têtes de coupe. Les effets de corrosion auxquels les fleurets restent soumis sur leurs surfa- ces extérieures, ne peuvent pas être combattus avec le revête- ment intérieur en petit tube. Il est bien déjà connu de protéger les surfaces extérieures des fleurets contre les agressions de corrosion par des peintures ou diverses couches de revêtements en produits anti-corrosion. Mais, l'effet de protection n'est efficace que pour une courte durée en raison de la résistance rela- tivement faible de ces produits à l'usure par frottement.
D'une manière habituelle, on choisit pour les outils de forage en rocher des aciers alliés du type acier à outil ou acier de construction, en particulier, d'une part, des aciers à environ 0,70 à 1% de carbone avec additions de chrome, molybdène, vana- dium et nickel prises individuellement ou ensemble, et, d'autre part, des aciers à environ 0,25 à 0,45% de carbone avec additions d'environ 0,70 à 1,50% de manganèse ou de silicium, ainsi que de chrome, nickel et molybdène, individuellement ou ensemble.
Dans ce genre,des aciers à fleurets avec environ 1% de carbone, 0,15% de silicium, 0,30% de manganèse, 1,1% de chrome et 0,30% de molybdène, le reste en fer, se sont montrés spécialement appropriés. Pour leur emploi, ces aciers sont laissés dans leur
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état trempé de laminage et seules les extrémités d'emmanchement, les surfaces de frappe et de coupe, et dans le cas de fleuret, dans certains cas, les extrémités destinées à recevoir des file- tages ou des mandfins à cône, sont soumises à un traitement ther- mique spécial. Dépendante il faut prendre soin, lors du traitement thermique, d'éviter la formation de ce qu'on appelle des entail- les métallurgiques, car des transitions trop brusques entre les endroits à résistances différentes ont les mêmes effets que des entailles mécaniques.
En vue d'augmenter la résistance à la fa- tigue, io est d'usage)dans bien des casde soumettre à un traite- ment de trempe sur toute leurongeur les barres creuses à fleu- rets et les outils de forage en rocher fabriqués à partir de tels - aciers.
Conformément à l'invention, le métal employé pour la fa brication des outils de forage en rocher est constitué par des al- liages d'aciers non sensibles à la rouille et notamment des aciers martensitiques alliés à haut pourcentage de chrome.
On a, en effet, constaté, d'une manière assez surprenan- te,que l'opinion courante qui s'opposait à l'emploi d'alliagesd'a- ciers anti-rouille et notamment martensitiques à haute teneur en chrome pour des outils de forage en rocher, tels que barres creu- ses de forage et forets creux, n'était plus fondée dans le cas d'opérations appropriées de conformation et de traitement grâce auxquelles les outils fabriqués avec de tels aciers se compor- taient sans incidents. Jusqu'à maintenant,on pensait que la for- mation de battitures au cours du laminage d'aciers alliées à hau- te meneur en chrome était défavorable du fait d'une action déci- sive sur les propriétés de surface des forets creux et que le soudage de plaquettes de métal dur, en raison de la haute teneur en chrome, entrainait des difficultés quasi insurmontables.
A cela venaient s'ajouter des considérations économiques défavora- bles relatives au prix élevé des aciers inoxydables. Déjà pour
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cette raison,il était explicable qu'on ne veuille pas envisager l'emploi d'aciers inoxydables commatérieu de fabrication des outils de forage en rocher, tels que les barres à fleuret creu- ses. En outre, il substiati, du point de vue des qualités mécani- ques des aciers inoxydables, notamment de leur raideur, qui sem- ble d'importance primordiale pour les aciers de forage en rocher, une opposition contre l'emploi de ces aciers pour la fabrication d'outils de forage en rocher.
Des essais ont cependant montré d'une manière surprenant! qu'en employant des dispositifs appropriés pendant l'opération de laminage, on peut obtenir un acier de forage au rocher non sen- sible à la rouille avec une surface extérieure absolument lisse et, de ce fait) exempte de fissures et que de tels aciers peuvent, par un traitement thermique déterminé, acquérir des propriétés, grâce auxquelles ils sont encore mieux appropriés à la fabrica- tion d'outils de forage au rocher travaillant à sec, que les aciers connus habituellement employés jusqu'à maintenant. Mais l'avantage est encore beaucoup plus marqué dans l'emploi à l'état mouillé. Des essais de soudage très complets ont montré qu'il est possible d'obtenir un assemblage par soudage satisfaisant de ces aciers insensibles à la rouille avec les têtes de coupe en métal dur.
Parmi les aciers alliés entrant dans le cadre de l'in- vention,il faut citer avant tout les aciers martensitiques au chro- me avec environ 0,10 à 1% de carbone, environ 10 à 20% de chrome et, le cas échéant, des additions de nickel jusqu'à environ 2% et de molybdène jusqu'à environ 2%, le reste étant constitué par du fer avec les éléments d'accompagnement usuels. Ces aciers possèdent à l'état trempé de laminage) une dureté Rockwell de
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Pour des domaines d'emploi spéciaux, on peut également adopter des aciers austénitiques non sensibles à la rouille et en particulier ceux auxquels une dureté exceptionnelle peut être conférée, d'une part, par des additions d'alliage déterminées et, d'autre part, par des traitements thermiques particuliers, cela leur donnant des qualités de résistances les rendant aptes à faire des outils de forage au rocher. De telles valeurs de ré- sistance peuvent d'ailleurs être obtenues par des opérations de formage à froid.
Ainsi qu'il a, en outre, été constaté, les outils de fo- rage au rocher fabriqués avec des aciers non sensibles à la rouille peuvent être avantageusement soumis à des traitements de cémenta- tion et/ou nitruration.
Des essais ont montré que des outils de forage en rocher et spécialement des fleurets qui sont traités conformément à l'in- vention et notamment par un traitement de revêtement au moyen de poudres, gaz ou bains de sels, donnaient à l'emploi une per- manence d'état plusieurs fois supérieure à celle d'outils en aciers usuels ayant subi les traitements habituels.
Pour l'emploi à l'état de durcissement de surface.,on a trouvé comme particu- lièrement favorables les alliages d'aciers non sensibles à la rouille contenant environ de 0,08 à 0,30% de carbonede préférence de 0,10 à 0,25% de carbone, du silicium jusqu'à un maximum de 1%, de manganèse jusqu'à 15 maximum, du chrome de 12 à 20%, de préférence de 13 à 16% du nickel jusqu'à environ 2% le cas échéant d'autres additions en éléments forment des carbures,tels que le molybdène, le tungstène, le vanadium, le titane, le tan- tale/niobium, le zirconium, le cérium, en proportions usuelles pour ces alliages d'acier, le reste étant constitué par du fer avec les éléments d'accompagnement inévitables.
De faibles addi- tions d'azote, de bore, d'aluminium ou analogues contribuent à
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améliorer la durée de vie des outils fabriqués avec les alliages d'acier recommandés conformément à l'invention, ces éléments in- tervenant spécialement par leur influence sur la finesse du grain, la formation du nitrures, etc.
En vue d'obtenir un maintien en état le plus long possi- ble des alliages d'acier non sensibles à la touille, traités comme ci-dessus, et notamment les aciers martensitiques à haute teneur en chrome, il est avantageux de régler la profondeur de démenta tion en fonction du diamètre de la pièce, la règle connue étant que la couche carburée s'étend sur 0,03 à 0,08 du diamètre total et de préférence sur 0,04 à 0,06 du diamètre total. Dans le cas de fleurets à grand trou intérieur, dénommés tubes de forage, la profondeur de traitement restera à la limite inférieure et il sera dans certains cas nécessaire de tenir compte de l'épaisseur de paroi du tube.
Les teneurs en carbone à rechercher dans les couches cémentés se situent entre environ 0,80 et 1,40% les du- retés Rockwell obtenues étant d'environ 60 avec une finesse de grain située entre environ 100 et 150 kg/mm2.
Dans le cas d'outils de forage en rocher avec trou qui trouvent emploi dans les forets creux, il est avantageux de procé- der au traitement de surface de telle manière que la durée d'effet du produit de cémentation de préférence solide, soit plus longue que celle de la zone extérieure, afin que l'effet de cémentation obtenu soit le même dans les deux cas.
Il a déjà été proposé de traiter les aciers non senbi - bles à la rouille, en vue de buts d'emploi particuliers, par durcis- sement de surface en pénétration ; c'estainsi que les outils pour presses à mouler les résines synthétiques en acier contenant 8 à 20% de chrome et jusqu'à 0,25% de carbone avec d'autres additions sont soumis à un traitement de carburation superficielle. En outre, il a déjà été proposé de soumettre à une carburation superficielle les aciers à 5 à 30% de chrome contenant, le cas échéant, des addi-
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tions de molybdène, silicium, manganèse et tungstène, les objets étant d'abord pourvus électrolytiquement d'une couche de fer après quoi on procède à la cémentation au moyen de produits de carbura- tion usuels.
Toutes ces propositions connues ne concernent cepen- dant pas l'emploi de tels aciers non sensibles à la rouille et traités en surface, pour des buts tels que ceux proposés par l'invention.
Il est également déjà connu d'employer, pour des outils de forage en rocher,des insertions d'acier chrome-nickel-molybdène.
L'emploi de tels aciers présente l'avantage de durcissement de surface relativement à l'amélioration du maintien en état qui @ en résulte. Mais il ne donne pas la sécurité à l'égard de la fa- tigue de corrosion obtenue par emploi d'aciers non sensibles à la rouille pour les outils de forage en rocher, ni les avantages résultant de cette résistance à la rouille dans le transport et le magasinage.
Il s'est montré en outre avantageux d'augmenter l'endu- rance des forets et barres creuses fabriqués avec des aciers confor- mes à l'invention, au moyen d'étirages et ensuite de soumettre les pièces fabriquées à un compactage de surface par des jets de billes et finalement de peindre les outils, en vue d'obtenir une surface extérieure insensible aux agents extérieurs.