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"Perfectionnement à la réalisation d'une surface dure sur des métaux et des alliages de métaux"
La présente invention est relative à la réalisation d' une surface dure sur des métaux et des alliages de métaux. La réalisation d'une surface dure est un procédé bien connu dans lequel une couche superficielle d'un métal ou alliage relative- ment dur est déposée sur une base métallique plus molle par des techniques telles qu'une fusion direote ou un revêtement par pulvérisation, avec ensuite, si nécessaire, une liaison. Habi- tuellement cependant le dépôt est intrinsèquement dur de sorte que l'objet oomposé résultant ne peut pas être façonné par des opérations ordinaires d'usinage mais uniquement par le procédé lent et incommode du meulage.
Suivant la présente invention, la couche superficielle
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dure est obtenue en déposant un alliage duroissable par vieillis-. sement sur la base, et en réalisant ensuite le durcissement par vieillissement de ce dépôt. Dans l'état tel que déposé, l'al- liage sera généralement suffisamment mou pour être usinable.
De la sorte, n'importe quelle opération de façonnage nécessaire pourra facilement être réalisée avant @rei @
Pour éviter une déformation @ composé, l'al- liage utilisé pour la réalisation de la surface est de prêfé- rence un alliage qui peut être vieilli par durcissement par chauffage à une faible température, et on préfère utiliser un alliage qui peut être durci par vieillissement à l'état martensi- tique pour développer une dureté très élevée.
Dans la présente description, le terme "martensitique" est utilisé pour des alliages qui ont ou peuvent être amenés à avoir une structure oomposée essentiellement de martensite, le terme "martensite" englobant des produits de transformation à basse température de l'austénite.
Des alliages qui peuvent être durcis par vieillisse- ment à l'état martensitique englobent des aciers martensitiques récemment découverts. Dans une famille d'aoiers de ce genre, la phase précipitable est à base de titane avec ou sans alumi- nium. Ces aciers contiennent de 18 à 30% $de niokel et de 1,5 à
9% en tout de titane ou d'aluminium ou des deux, avec ou sans autres éléments. Certains de ces aciers sont décrits dans le brevet No. 594. 885 de la demanderesse.
Une autre famille d'aciers que l'on peut vieillir à 1' état martensitique dépendent principalement du molybdène et du cobalt pour le durcissement, bien qu'un duroissement additionnel puisse être imparti par un ou plusieurs des autres éléments, à savoir le carbone, le silicium, le titane, l'aluminium, le oui- vre, le tunstène, le niobium, le vanadium, le bahyllium et l' azote. Ces aciers oontiennent de 10 à 23% de nickel, de 1 à 10% de molybdène, et de 2 à 30% de cobalt, avec ou sans autres élé- !
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ments et ils sont décrits dans le brevet No. 612. 240 de la deman- dersese.
La dureté de ces aciers, après le vieillissement, dé- pend de la teneur des éléments durcissants, c'est-à-dire de ceux qui entrent dans la composition des phases précipitées par le vieillissement, et en particulier des teneurs de molybdène et de cobalt, le produit des valeurs numériques des pourcentages de ceux-ci devant être de 10 à 100.
La nature de la base sur laquelle la couche superfici- elle est appliquée n'est pas critique et dépend des propriétés .requises pour l'objet qui doit être pourvu d'une surface dure.
Souvent, cette base sera faite d'un acier au carbone ou d'un a- cier faiblement allié, mais elle peut être elle-même faite d'un acier durcissable par précipitation pour posséder une bonne oom- binaison de la dureté et de la résistance, tout en ne présentant pas la dureté qui pourrait être développée lors de l'applica- tion de la surface. Si les aciers durcissables au carbone ou faiblement alliés contiennent plus d'environ 0,15% de carbone, il peut être nécessaire, afin d'éviter un durcissement ou une fissuration excessif à la surface intermédiaire entre la couche, ; superficielle et la base, de prendre des précautions semblables à celles normalement prévues dans le soudage d'aoiers de teneurs similaires de carbone.
De telles précautions supposent habituel-; lement un préchauffage ou un refroidissement lent après dépôt ou revêtement, aucun d'eux ne réduisant la dureté du dépôt ou du re- vêtement de façon significative.
1 ieliissement de la surface dure est normalement r@@li en @ffant l'objet tout entier, mais si oeoi pouvait -..1. un effet néfaste quelconque sur la base, la surface réali- sée pourrait être durcie par chauffage local. De même, si on désire une gradation de dureté sur la surface, ceci peut égale.. ment être atteint par un chauffage local.
Lorsque la couche superficielle est déposée par fusion, il faut prendre des précautions pour que l'alliage ne soit pas
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dilué par la base à un point tel que son aptitude à durcir soit grandement diminuée ou perdue, Four cette raison, il peut être nécessaire de réaliser le dépôt en deux phases ou plus, de manié, re que la couche soit formée à partir de dépôts successifs, le second dépôt et tout dépôt ultérieur n'entrant pas en contact avec le métal de la base. En ce faisant, cependant, le ohauf- fage qui s'effectue lorsque le second dépôt ou tout dépôt ulté- rieur est réalisé peut provoquer un certain durcissement de la matière déposée initialement et, de ce fait, ceci peut rendre plus difficile l'usinage de la totalité de la couche.
Si un dur-, cissement excessif se produit pour cette raison, l'alliage peut être ramolli à nouveau par un chauffage à solution, suivi par un, refroidissement.
A titre d'exemple du procédé, on a pourvu une plaque d'acier doux d'une épaisseur de 0,5 pouce, d'une couche superfi- cielle d'acier martensitique par le procédé à fil fin, dans le- quel la oouohe superficielle est déposée, à une épaisseur de 3/16 ' à 1/4 de pouce par fusion d'un fil d'un diamètre de 0,03 pouce, ! avec enrobage d'argon, dans l'are électrique.
Le fil a la compo- sition suivante en % en poids :
EMI4.1
<tb> Ni <SEP> 18,28 <SEP> Si <SEP> 0,03
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Co <SEP> 8,50 <SEP> S <SEP> 0,005
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Mo <SEP> 4,83 <SEP> P <SEP> 0,004
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Ti <SEP> 0,39 <SEP> Ca <SEP> 0,01
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> C <SEP> 0,02 <SEP> B <SEP> 0,002
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Al <SEP> 0,1
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Mn <SEP> 0,02
<tb>
La suface réalisée a une dureté de 320 D. P.N. à l'é- tat tel que déposé. Après un traitement thermique à 480 0 pen- dant trois heures, la dureté est augmentée à 515 D.P.N..
Le degré final de dureté de la surface traitée dépend à la fois du type de traitement thermique de durcissement et de la compositon de la matière de la surface. Dans l@@ autres exemples suivants, une surface d'acier martensitique a @é utilisée cette surface ayant une oomposition telle que, lorsqu'on lui ad-
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ministre le traitement thermique à phase unique simple comme dans l'exemple précédente c'est-à-dire un chauffage à 480 0 pen- dant trois heures, on obtient une dureté moyenne d'environ 520 D.P.N., s'élevant jusqu'à un maximum de 564 D.P.N..
Cette dure- té oonvient tout à fait bien pour de nombreux besoins. Cepen- dant, les exemples illustrent deux autreo procédés par lesquels on peut atteindre des duretés élevées (jusqu'à 650 D.P.N./et plus)avec cet acier de surfaçage particulier,,
Des surfaces soudées d'acier martensitique ont été dé- posées sur plusieurs plaques de base différentes en utilisant un fil d'apport ayant la composition nominale suivante en % en poids t Ni Co Mo T C Al Si Mn S P Fe 18 8 5 2,2 0,03 0,1 0,1 0,1 0,01 0,01 le restent
Des détails concernant les bases et le nombre de dé- pots grâce auxquels les couches superficielles sont formées sont donnés au tableau 1,:
TABLEAU 1
EMI5.1
:
Pase Nombre de d6t)ts 1
EMI5.2
<tb> A <SEP> Acier <SEP> martensitique, <SEP> 3/8 <SEP> de <SEP> pouce <SEP> 3
<tb>
<tb> B <SEP> Acier <SEP> doux, <SEP> 3/4 <SEP> de <SEP> pouce <SEP> 3
<tb>
<tb> 0 <SEP> Aoier <SEP> doux, <SEP> 3/8 <SEP> pouce <SEP> 3
<tb>
<tb> D <SEP> Acier <SEP> doux, <SEP> 3/4 <SEP> de <SEP> pouce <SEP> 5
<tb>
Des échantillons ont été prélevés de chacune des pla- ques revêtues et ces échantillons ont été soumis à divers trai- tements, certains dans un four et certains dans de l'azote li- quide, les échantillons étant refroidis dans l'air âpres chaque traitement au four. Ces traitements sont donnés au tableau 2, en même temps que les résultats d'études de dureté faites à tra- vers la soudure des échantillons.
1
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TABLEAU 2
EMI6.1
<tb> Echantillon, <SEP> Traitement <SEP> thermique <SEP> ultérieur <SEP> Dureté <SEP> Dureté
<tb>
<tb> No. <SEP> maximum, <SEP> moyenne
<tb>
<tb> D.P.N. <SEP> D.P.N.
<tb>
<tb>
Al <SEP> Néant <SEP> 389 <SEP> 375
<tb>
<tb> A2 <SEP> 3h/480 C <SEP> 518 <SEP> 508 <SEP> jjjj
<tb>
EMI6.2
A A3 1h/820 C, 3h/480 C 568 547 )))! A4- lh/82000t 4h/7000C, 3h/480<'f r57 631 A5 1h/8200C,36h/-196or< ,3h/f" 703 672 B1 3h/4800C 520 501 ,jjjj B B2 li/82000, 3h/480-- 568 535 ittt B3 4h/?00 C, 3h/4$0 0 659 622
EMI6.3
<tb> Néant <SEP> 373 <SEP> 329
<tb> 02 <SEP> 3h/48000 <SEP> 554 <SEP> 506 <SEP> 'jjj
<tb>
<tb>
<tb> D1 <SEP> 3h/480 C <SEP> 564 <SEP> 510 <SEP> <jjt
<tb>
EMI6.4
D D2 1h/820 C, 3h/48000 579 533 D3 ,48h/-196 0, 3h/48000 610 518 Comme on peut le voir du tableau 2, on obtient une
EMI6.5
dureté de 705 D.P.N. dans l'échantillon A5 par un chauffage à solution pendant une heure à 280 C, par un maintien sous zéro pendant 36 heures à moins 196 C et finalement par traitement thermique à 480 C pendant trois heures.
Au lieu du dépôt de la couche superficielle par fu- sion d'une tige ou d'un fil par une technique de soudure, ou d'un revêtement par pulvérisation, on peut employer une techni- que de trempage à chaud, dans laquelle..la base, qui doit avoir un point de fusion non sensiblement différent de celui de l'al- liage devant former la surface, est trempée dans un bain fondu de l'alliage pour produire une couche de l'épaisseur désirée.
Une certaine fusion ou liaison se produira à la surface intermé- diaire. Afin d'obtenir une bonne liaison, on doit prendre des' précautions pour éviter une oxydation de la surface de la base, et on doit également prendre des précautions pour éviter une
EMI6.6
perte par oxydation des éléments'durcissants à partir de 1'a1- 1 j liage fondu devant former la surface, Un avantage du, procédé de l'nvention, lorsqu'il est utilisé pour recouvrir des aciers au carbone,
est que les cou- ches ou zones dures produites à la suite des transformations à basse température dans les zones contenant du carbone de la sur-1
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face intermédiaire et de la base seront revenues à une dureté
EMI7.1
basse et à une cili ?MÊ8S'*' ment par vieillissement de la couche déposée. ,
L'invention peut être employée pour réaliser des sur- faces dures sur des installations de transformation et de trai- tement des métaux, sur des engrenages, des matrioes des aubes, des rotors, etc..
En plus de la possibilité de conformer la ocuche dépo- sée par usinage avant le durcissement par vieillissement, un au- tre avantage de l'invention est qu'avec des combinaisons favora- bles du dépôt et de la base, une certaine conformation peut être réalisée par traitement à chaud et même, dans oertains cas, par traitement à froid, à ce stade.
REVENDICATIONS
1. Un procédé pour l'application d'une surface dure sur une base métallique, dans lequel une couche d'un alliage duroissable par vieillissement est déposée sur la base, et est ensuite durcie par vieillissement.