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"Perfectionnements aux alliages d'acier$*
Dans le brevet principal N 612.240, la demanderesse a décret et revendiqua des aciers qui ont eu peuvent être amenée à avoir une structure de matrice composée essentiellement de mar- tensite, le terme "martensite" englobant des produits de transfor- mation à basse température d'austénite, et qui lors d'un durcisse- ment par vieillissement, dans cet état matensitique, développent une dureté et une résistance à la traction très élevées. Les aciers possèdent également une grande aptitude à la soudure,
une aptitude à durcir dans leur totalité et une exemption de distorsions impor-
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tantes durant le traitement thermique de durcissement. Ces aciers contiennent 10 à 23% de nickel, 1 à 10% de molybdènes de 2 à 30% de cobalt, le produit des valeurs numériques des pourcentages du molybdène et du cobalt étant de 10 à 100. avec ou sans autres élé- ment. qui peuvent être le carbone, le silicium, le titane, l'alumi- nium, le cuivre, le tungstènele niobium, le vanadium, le béryl- lium, et l'azote* Le fer est présent en une quantité plue élevée que celle de n'importe quel autre constituant seul.
Ces aciers sont caractérisée par une grande aptitude à la transformation, à la foie par des traitements à chaud et par des traitements à froid, et on les utilise déjà. énormément pour la fabrication de produits ouvres. Il est bien connu que de nom- breuses structures de forme complexe peuvent être réalisées plus facilement et à moindre frais par coulée plutôt que par des mé- thodea de travail, et la présente invention ont basée sur des re- cherches poussées qui ont été faites pour développer des aciers ayant des propriétés satisfaisantes lorsqu'ils sont coulés à la for- me désirée.
Ces recherches ont montre, de manière inattendue, que des aciers appartenant aux larges gammes de compositions de l'in- vention précédente satisfont aux exigences si les éléments principaux à savoir le nickel, le cobalt et le molybdène, sont maintenus dans certaines limites étroites*
Suivant l'invention, l'acier contient 14 à 17,5% de nickel, 8 à 12% de cobalt, 4 à 15% de molybdène et 0,05 à 0,45% d'aluminium.
Il contient de préférence également du titane en une quantité allant jusqu'à 0,45% et du zirconium en une quantité allant jusqu'à 0,1%.
Le carbone peut être présent en une quantité allant jusqu'à O,O5?6.
L'acier peut également contenir du vanadium jusqu'à 0,45%. du tungstène jusqu'à 2%. du niobium jusqu'à 0,5%.du tantale jusqu'à 0,5%, du cuivre jusqu'à 3% et du béryllium jusqu'à 0,3%* Le restant de l'acier, à part les impuretés et les élément@ accidentels que
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l'on rencontre normalement dans les aciers, est constitué par le fer. Ces impuretés et ces éléments accidentels sont le silicium (jusqu'à 0,2% par exemple), la manganèse (jusqu'à 0,2% par exemple), le bore, l'azote, le calcium, des éléments de terres rares (résul- tant de l'addition de mischmetal), le lithium, le magnésium et 1' uranium.
Des impuretés, telles que le soufre, le phosphore, l'oxygène, l'hydrogène, l'antimoine, l'étain, le sélénium, le tellure, 1' arsenic et le bismuth, sont avantageusement maintenues aux plus fai- bles valeurs possibles.
Le cobalt et le molybdène sont les éléments principaux qui impartissent la dureté à l'acier, et le tungstène,le vanadium, le niobium, le tantale, le béryllium et le cuivre agissent comme éléments durcissants supplémentaires. Les quantités de ceux-ci, qui devraient être utilisées pour augmenter la résistance des aciers coules de la présente invention sont inversement proportionnelles aux quantités du cobalt et du molybdène. Si on utilise plus d'un élément durcissant supplémentaire, la quantité de chacun de ces éléments devrait être inférieure au maximum donné ci-dessus.
D'une manière générale, l'utilisation de niobium, de vana- dium ou de cuivre affecte désavantageusement la ténacité de 1' acier.
Dans les aciers coulée de la présente invention, la teneur de ticket est importante en ce qui concerne la résistance, car si elle se situe au-dessus ou en dessous de la gamme de 14 à 17,5% , il y a une perte de résistance. Pour ce qui concerne la résistance, la teneur de nickel est de préférence d'au moins 16%. Cependant, dans une variante de l'invention, une quantité allant jusqu'à 3,5% de nickel peut 8tre remplacée par un poids égal de chrome.
Une combinaison optimum de caractéristiques est obtenue lorsque l'acier contient 16 à 17,5% de nickel, 9,5 à 11,5% de cobalt, 4,4 à 5% de molybdène, 0,10 à 0,45% de titane, 0,05 à 0,45% d'aluminium, une quantité allant jusqu'à 0,03% de carbone et une quantité allant jusqu'à 0,1% de zirconium, le restant étant essentiel lement constitué par du fer.
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L'acier peut être coulé dans la gamme de températures de 1480 à 16500C, et durant la coulée et la solidification on peut utiliser avantageusement des méthodes connues d'affinage de la di- mension des grains, telles qu'une agitation ou une vibrations, ou l'utilisation d'une inoculation, ou encore un contrôle des tem-
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peratures de déversement.
Lorsque l'acier est coulé, une somme importante de tegre" gation et produit et mène à des variations locales de la compo.1- . tion, qui pourratayprovoquer des difficultés dans la transformation de l'acier en martensite lors du refroidissement et la conservation de la structure martens9tiqua durant le durcissement* Si la pièce coulée est un lingot qui doit être ensuite travaille, l'acier est rendu sensiblement homogène au cours du traitementUne pièce cou-
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14. n'est évidemment pas travaillée, mais on a trouvé que si l'acier est réalisé suivant la présente invention, les effets des varia- tions locales de composition sont réduites au minimum.
Les varia-*
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tiens peuvent être éliminées par un traitement thermique d'homog,n.1- satîon, Le fait de soumettre l'acier à un tel traitement thermi- que est, par conséquent, une phase particulièrement préférée de 1' invention.
L'homogénéisation consiste de préférence en un chauffage
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de l'acier pendant environ 4 heures à 1.150<'Ct Avec des pièces cou-" Ides ayant de grandes sections, il peut être avantageux de prolon- ger cette période d'homogénéisation. Par contre, il est désirable d'éviter, soit de prolonger trop fortement la durée d'homogénéisa- tion, soit de modifier la température d'homogénéisation de plus de
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0 dans l'un ou l'autre sens, partir j de la température préférée de 1*l5lC. La température devrait Atre de ce fait de l'ordre de 1120 à ll80"C.
Il est avantageux d'utiliser l'atmosphère protectrice, par exemple une atmosphère d'argon , durant l'homogénéisation* est @ Pour le durcissement, l'acier/refroidi dans de l'air ou
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plus lentement depuis une température supérieure à S130cC jusqu'à la
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température ambiante ou au moins jusqu'à une température bien in-
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férieure à celle requise pour transformer la matrice de l'état 4'auat'nite 1 l'état de martensite ou en une phase semblable 1 de la martens1te.
Si l'acier est homogénéisé, ce refroidissement peut être réalisé à partir de la température d'homogénéisation L'acier est ensuite durci par vieillissement en le chauffant pen- dant une à 1C heures à une température de 425 à 540a et, de ta- çon avantageuse, pendant environ 3 heures 4 4-80<'C.
Le chauffage pour le durcissement par vieillissement est avantageusement mené dans l'air ou une autre atmosphère oxy-
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dante, non seulement pour amorcer des caractéristiques de ré aie- tance dans l'acier mais également pour assurer une couche super- ticielle résistant à la corrosion. Ou bien, on peut utiliser des revêtements protecteurs de substances, tels,que le nickel ou le cadmium.
Après le durcissement, il peut être avantageux de cuire la pièce coulée pendant une courte période de temps à 16000 par exemple, pour éliminerles gaz,
Trois exemples d'aciers suivant l'invention sont donnée ci-après
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Acier r# t\t\t\*\t\t\* ru
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<tb> C <SEP> Ni <SEP> Mo <SEP> Co <SEP> Ti <SEP> Al <SEP> B <SEP> Zr <SEP> Fe
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<tb> 1 <SEP> 0,012 <SEP> 16,9 <SEP> 4,72 <SEP> 10,4 <SEP> 0,38 <SEP> 0,054 <SEP> 0,003 <SEP> 0,02 <SEP> restant
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<tb> 2 <SEP> 0,018 <SEP> 16,9 <SEP> 4,53 <SEP> 10,45 <SEP> 0,38 <SEP> 0,066 <SEP> 0,003 <SEP> 0,02 <SEP> restant
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<tb> 0,014 <SEP> 16,9 <SEP> 4,72 <SEP> 10,3 <SEP> 0,41 <SEP> 0,078 <SEP> 0,003 <SEP> 0,02 <SEP> restant
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.,...<....,
...........-.-....................................##.###-""-"""'"""""""""#'-#-T-'#'#'-""#"#"""- ! Les quantités de bore et de zirconium sont celles qui
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étaient ajoutées. Des spécimens de ces aciers ont été homogénéisés à 1150 C pendant 4 heures, refroidis à l'air jusqu'à la température ambiante, puis durcis par vieillissement pendant 3 heures à 480 C et refroidis à l'air. Des spécimens ont également été homogénéisés à différentes températures et pendant des périodes différentes.
La résistance limite à la traction, l'allongement, la réduction de
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section, la rdul3tance aux chocs dans le t st à l'encoche en V de Charpy et la résistance à la traction ont été déterminée à Ultempdrature ambiante, Lea résultats sont les suivantes
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Acier Homogé- Résistance! Allon-f [4 Test à Résistance naîsa ioe limite à gement tion cb 1 t enco- à la trac-
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<tb> durée <SEP> tempéra-.la <SEP> traction <SEP> section <SEP> che <SEP> em <SEP> tion <SEP> à
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<tb> (heu- <SEP> ture, <SEP> livres <SEP> par <SEP> ** <SEP> % <SEP> V <SEP> de <SEP> l'encoche,
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reg) (OC) pouce car- Charpy, livres par
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<tb> ré <SEP> pieds- <SEP> pouces <SEP> * <SEP> car- <SEP>
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<tb> livre <SEP> ré
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1 4 1150 253500 Il,0 3995 17,
0 361300 1 4 1200 254500 9,0 >9oxo 12,0
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<tb> 1 <SEP> 8 <SEP> 980 <SEP> 250500 <SEP> 9,0 <SEP> 39,5 <SEP> 12,5 <SEP> -
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<tb> 2 <SEP> 4 <SEP> 1150 <SEP> 254500 <SEP> 10,0 <SEP> 35,5 <SEP> 13, <SEP> 0 <SEP> 354200
<tb>
<tb> 2 <SEP> 4 <SEP> 1200 <SEP> 256500 <SEP> 8, <SEP> 0 <SEP> 27, <SEP> 5 <SEP> 14,5
<tb>
<tb> 2 <SEP> 4 <SEP> 1040 <SEP> 250000 <SEP> 7,0 <SEP> 24, <SEP> 0 <SEP> 10,0
<tb>
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3 4 1150 260000 8,0 31, 4 13, 5 355000 3 4 1200 260000 5,0 y,3 loe5
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<tb> 3 <SEP> 8 <SEP> 1040 <SEP> 257000 <SEP> 5,0 <SEP> 13,5 <SEP> 8, <SEP> 5 <SEP>
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En élevant la température jusqu'à .OOC, on provoque une pei!t8 d'environ 2; d'allongement et, dans deux des aciers, une réduction de la résistance aux chocs.
Si la température est abaia- née et si la durée est augmentée pour compenser cet abaissements il y a une réduction marquée de la résistance aux chocs et de 1' allongement. Les aciers ? 2 et 3 montrent une diminution marquée du pourcentage de la réduction de section) lorsque la température
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est modifîde à partir de 115000,, A titre comparatif, un acier ayant sensiblement la même composition mais contenant ,$4.9d de cobalt, avait une résistance aux chocs dans le test à l'encoche en V de Charpy inférieure à 10 pieds-livres, et un autre acier de
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ce genre contenant 14, 1$ de cobalt avait un allongement très fai- ble.
Les aciers conçus suivant l'invention précédente mais
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non suivant la présenta invention sont tout à fait satisfaisants
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à l'état ouvré taie ne sont pas tussi satisfaisants l'état coulé, A titre d'exemple, un acier contenant 18, 55 de nickel, 5% de co- bat, z de Molybdène bzz de titane , bzz CItlUJd.n1U1\ et 0,0:
% de carbone, ainsi que de petites quantités de manganèse, de sils- cium,de soufre, de phosphore, de bore, de a1rcon1ua et de calcium*, lorsqu'il est coulé, homogénéisé pendant 4- heures à 1.15000 et durci par vieillissement à 48000 pendant 3 heures, montre de fai- bloc résistances élastiques et de faibles résistances limites à la traction,' en môme temps que des allongements inférieure à envi-
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ron 5%, des réductions de section d'environ , des résistances à la traction à l'encoche d'environ 300.000 livres par pouce car- ré et des valeurs à l'esche en V de Charpy inférieures à 10 pieds- livres,
Après homogénéisation et transformation les aciers cou- lea de la présente invention peuvent être usinée avec facilita avec dea tolérances précises* Un durcissement par vieillissement' ul- térieur réalise une petite modification de dimension mais n'induit pas de tension importante ou une distorsion élevée dans la pièce coulée usinée de manière précise. Le fait que les aciers ne doivent pite tire trempés constitue un grand avantage car des tensions pro-
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voquées par la trempe provoquent des craquelures et dbutres importée tions.
De plus, lea aciers peuvent être soudés et un simple durcissement par vieillissement à l'état martensitique est suffisant pour
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rétablir toute perte de résistance dans les xonei affectées par la soudure* Des pièces coulées typiques d'aciers suivant l'inven- tion sont desmatrice? des blindages, des turbines à haute vitesse, : des pièces coulées d'avion, des pièces de canons, des pièces pour ; machines lourdes utilisées dans la fabrication des routes, des ou- ' fils et des cylindres. Les pièces coulées peuvent être d'une for- te section et leur* propriétés mécaniques sont indépendantes de la ' masse des pièces coulées.
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Les aciers peuvent également être utilisés sous la for- : me ouvrée.