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*.Procédé de fabrication d'alliages"
La présente invention concerne un prooédé de rabrica- tion d'alliages à forte tendance à la ségrégation, et plue particulièrement d'alliages à propriété d'acier rapide.
Comme chacun sait, on entend par la dénomination "aciers rapidea tels aciers alliée à haute et moyenne teneur qui, du fait de leur composition, possèdent une dureté très élevée, une haute résistance à l'usure et, en particulier, une dureté thermique à un degré aupérieur. Ces propriétés proviennent en partie de la teneur en carbure de l'alliage mais se rappor- tent également à la répartition du carbure ainsi qu'aux additions d'alliage sans relations avec le carbure. les aciers rapides connus peuvent être subdivisée en groupes divers en
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Onction de la eompooltlon de ltalliage on de leur rendement.
Nous en reprenons quelques-une parmi les plue importante dans le tableau suivant:
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Acier nI) 0¯¯¯¯¯SS¯¯¯¯W go y go y@ 1 0,75 4,5 18 0,85 1,5 9,5 résidu 2. 0,85 4 6,5 5,0 le85 - r4aidu 3 0,8 3,8 1,75 8,5 1,? - résidu 4 l'fi 4,2 la,0 3,75 3,25 10,5 résidu
La fabrication des aciers rapides connus s'effectue le plue généralement par fusion dans les fours électriques à arc
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ou L induction, coulée en 11ngot1re8 et par la Balte forgeage et traitement thermique.
Il est impossible d'éviter les phéno- mènes de itéahomogénéination et les liquation8 lors du refroidis- sèment de l'acier liquide dans les llngotières. la texture lnho- mogène ainsi formée constitue donc une cause d'1mposibilité, dans la plupart des cas, d'obtenir les rendements de coupe réa-
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lisables lorsque les divers éléments composante sont régulière- ment répartis dans la structure.
Divers essais d'amélioration de l'homogénéité de la texture par des mesures spéciales dans le processus de solidification, comme celle par exemple qui consiste à commander la vitesse de solidification ou l'inocula-
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tion de la coulée, n'ont abouti qnt3 des succès partiele. cette même observation s'applique également aux recuits d'homogénéisa- tion ultérieurs ainsi qu'aux mesures prises lors du façonnage à chaud. Tous ces procédés sont évidemment propres à augmenter la qualité du demi-produit façonné ou même du produit fini, il n'en reste pas moine qu'ils ne permettent:
pas de réaliser les
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rendements possibles avec une texture parfaitement homogène. à ces inconvénients, il ne faut pas omettre d'ajouter enoore celui d-lau plue faible rendement en lingots qu'il est impossible d'évi- ter du fait même des ségrégations des lingots et sur lequel les moyens cités plus haut no peuvent constituer un facteur favora-
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b1e que'dans dea proportions très étroites.
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Certains procèdes métallurgiques des poudrée mont
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actuellement connus et utilisés à des mine spéciales, en parti** culter pour la îabrication de corps composites en aciers rapi- des ou. en aciers peu ou non alliés. Cas procédés consistent
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dans le fait que des outils, en particulier divers foretat fraises, etc... de petites dimensions, comportant des parties '
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coupantes et porta.aies de compositions diverses, sont îabriquée de telle manière que, la poudre d'acier rapide destinée à la partie coupante et la poudre d'acier au carbone utilisée pour
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la partie portante sont îrltté6e ensemble, cependant que ce forme un état de transition entre les deux genres de poudre.
L'application de cette méthode permet d'économiser l'acier
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papide, avantage particulièrement précieux en campe de criée.
La poudre d'acier rapide utilisée dans ce procédé est produite par abrasion d'acier rapide non trempa. Etant donné
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que les séçrégations existent à l'origine dans les matières premières de départ, il va de aoi qu'il est impossible dans oe procédé d'éviter ces mornes ségrégations dans les différentes
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particules de la poudre.
Par conséquent les corps trittée ne remplissant pas non plue les conditions exigées de la plus par- ) faite homogénéisé de texture possible. ,
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Dans leur livre e Progrès de la Métallurgie des Poudref, volume 11, page 132, paru en 1961 à l'Akademie-verlag (éditions
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académiques) de Berlin, Bisenkolb et Thommier parlent de non- veaux essais en vue de la. fabrication des aciers rapides par ,les moyens métallurgiques des poudres. D'après cet exposé, la
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poudre de ier produite par les battitures'a été mélangée avec du tungstène en poudre, du ferrochrome finement broyé et du ferro-vanaàium.
Le mélange contenait 17-19 de tungstène, 4--6% de chrome, i,-1,5 d.e vanadium et 0,7-0,8 de carbone, ce %élan- ge fut tout d'abord porté au rouge dans une atmosphère bydrogè- ne-azote à 850-900 C et l'on broya ensuite l'éponge produite,
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Au stade suivant on passa à la compression de la poudre obte- nue qui fut frittée à 1360 C. Etant donne que les différente traitements au rouge avaient entraîné une forte déoarburation, on recourut à l'addition de oarbone et de carbonate de baryte. les pièces frittéce avaient une porosité restante de 3-4%.
Si l'on procède de la manière que l'on vient de décrire, c'est-à- dire en partant de mélangea dea composante pour la fabrication de l'acier rapide, il est difficile d'aboutir à une bonne ré- ,partition des composante de l'alliage dans l'acier fini parce que. les éléments comme le tungstène, le ohrome et le vanadium sont d'une diffusion extrêmement lente. D'autre part, à la température de frittage de 1360 C et pour la composition indi- quée ci-dessus, il faut compter sur l'éventualité d'une phase liquide qui provoque par conséquent une nouvelle déehomogénéi- aation.
Enfin, il est également nécessaire que l'on tienne compte de ce fait que les propriétés technologiques d'un acier rapide fabriqué d'après ce procédé subissent une influence désavantageuse consécutive à la forte porosité restante.
D'après la présente invention, on apporte un moyen de fabrication d'aciers à forte tendance à la ségrégation, en par- ticulier d'aciers rapides, offrant la certitude d'une constitu- tion parfaitement régulière de la texture au départ dans le . lingot brut, Ce moyen nouveau offre d'autre part la garantie d'un rendement total, c'est-à-dire que la production de l'acier rapide s'effectuera pratiquement sans perte. Ce procédé permet en outre de produire une grosseur de grain déterminée du oarbn- re dans la texture et d'obtenir par conséquent des propriétés physiques optimales du matériau.
De plue, se procédé n'est pas restrictif et ne se limite aucunement aux aciers rapides de la composition traditionnelle, il permet tout au contraire d'élar- gir et de modifier les bases d'alliages en fonction du genre et de la quantité des éléments de l'alliage.
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te procédé selon l'invention est caractérisé par le fait que les différentes phases de travail énoncées ci-après peuvent progresser à la suite l'une de l'autres ' a) fabrication de l'alliage par le procédé de la fusion$ b) rédaction de la coulée en poudre, c) transformation de la poudre par mite en forme et frittage ou compression à chaude d) façonnage des produite frittés ou prressés à ohaud, en particulier à des températures élevées,
en produite finie on demi-produite.
Le fait que l'alliage est fabriqué au départ par le procédé de la fusion offre la certitude d'une constitution parfaitement homogène du matériau initial. Toutefois, la fusion n'est pas coulée ici en lingotières - comme il est d'usage - et lentement refroidie, mais amenée à l'état solide par disper- sion à vitesse très élevée. En raison des particules extrêmement petitea, la vitesse de refroidissement est tellement élevée qu'elle empêche les phénomènes de déshomogénéisation et de sé- grégation.
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D'autre part, la répartition de carbure est fine à un degré ignore jusqu'à présent dans les carbures primaires, L'exa- men métallographique des grains produits a démontré que ce oar- bure possède la finesse exclusivement propre jusqu'. présent aux carbures secondaires ; les essais effectués par les inven- teurs ont montré que ceci est également le cas lorsque les par- ticules de poudre sont par exemple de la taille d'un mm ou davantage. Malgré l'intérêt qu'il y a de s'efforcer à ce résul- tat pour d'autres motifs , il n'est donc pas indispensable de tendre 4 une extrême finesse du grain dansla pulvérisation de la fusion. En utilisant des poudres d'une faible grosseur de grain, la porosité des produite fabriquée par compression et frittage est en effet réduite en conséquence.
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La poudre d'acier rapide produite par pulvérisation est ensuite transformée en lingots aux dimensions voulues par les procédés de façonnage tels que le pressage, etc... et le frittage consécutif. Ce procédé permet également de réaliser des lingots de dimensions relativement importantes, de celles nécessaires par exemple pour l'usinage sur les grandes machi- nes de forgeage, Alors que dans la production d'acier rapide privant les procédés traditionnels, le! dimensions des lingots étalent limitées en raison de la vitesse de refroidissement des lingotières pleines, cette reatriotion est évidemment levée avec le procédé selon l'invention, on procédera de pré- férence de telle manière à fritter sans phase liquide,
étant bien entendu que le frittage avec phase liquide peut ne pas entraîner d'inconvénients dans certaine cas lorsque les exi- genoes sont moindres et si la quantité de la phase liquide reste limitée à des faibles proportions. le procédé selon l'invention n'est absolument pas limité ici à la fabrication des blooms, il permet également de fabriquer des rubans, bandes, barres et similaires, que l'on pourra façonner en continu ou discontinu de la manière habituelle connue.
Les produits bruts fabriqués par pressage ou frittage sont transformés ensuite, en particulier à hautes températures, en produits finis ou demi-produite. En d'autres termes: la piè- oe frittée est façonnée à chaud. Ce genre de façonnage est absolument nécessaire en raison de la porosité plue ou moine forte du produit fritté. Le façonnage à chaud, par forgeage ou laminage, ou encore par filage ou étirage à chaud, etc.., permet d'obtenir un produit comparable en tous points aux pro- duits connus soue le rapport de l'absence de porosité, mais de très loin supérieur à ces derniere sous le rapport de la répartition du carbure et de l'homogénéité de la texture.
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Afin d'éviter tonte oxydation à l'intérieur des pores pendant @ le temps d'échauffement du produit fritte*, 'on pourra procéder de la manière suivante, c'est-à-dire que le' produit fritté sera façonne à froid jusqu'à fermeture des pores de la surface,
On chauffera ensuite à la température de façonnage à chaud et l'on procédera au façonnage nécessaire. La possibilité est offerte de cette manière de renoncer à une atmosphère de gaz de protection, au four sous vide ou aux poches soudées.
Ainsi qu'il a été indiqué ci-dessus, la fusion de l'al- liage est réalisée dans le four électrique à arc on a Induction,
Dans nombre de cas, par exemple lorsqu'il s'agit d'alliages à forte teneur de titane, il sera souhaitable de recourir au pro- cessus de fusion sous vide ou en atmosphère de gaz de protection
Eu égard à la vitesse de refroidissement très élevée requise de préférence, la production de poudre s'effectuera de la manière la plus simple par ventilation de la fusion, on pourra appliquer ici les méthodes connues avec lesquelles la fusion est pulvérisée au moyen de gaz comprimés, par exemple l'argon, l'azote, la vapeur d'eau et analogues,
les poudres produites devant être soumises à un refroidissement brusque dans toute la mesure du possible , soit dans l'eau, l'huile ou autres.
Compte tenu des aspects particuliers du procédé selon l'invention, et plus spécialement de la régularité absolue de la texture qu'il permet d'obtenir, il est .non seulement poe- sible de façonner des aciers rapides de la composition tradi- tionnelle maie encore de transformer les bases d'alliage dans une certaine mesure.
Ce procédé peut être avantageusement appliqué aux aciers tels que oeux de la composition suivante cités à titre d'exemples:
1) Tous les aciers rapides habituels à teneurs d'al- liages dans les limites suivantes:
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<tb> 0,50 <SEP> - <SEP> 1,50% <SEP> de <SEP> carbone
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<tb> 3,50- <SEP> 5,0 <SEP> % <SEP> de <SEP> chrome
<tb>
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6,0 - 25,0 de tungltDe
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<tb> 0 <SEP> - <SEP> 6,0 <SEP> % <SEP> de <SEP> vanadium
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0 lit 2010 de cobalt, avec la possibilité de remplacer tout on partie du tungstène par le molybdène dans le rapport de 1 Mo à 2 w.
2) Tons les aciers à propriété d'acier rapide, c'est- à-dire les aoiere qui se solidifient ledeburitiquement du fait @ de leur composition d'alliage, comme par exemple les aciers
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lodeburitiquee au chrome a l2 10 (ex: Cr 1210, 0 !1o) ou encore les aciers de façonnage à froid à haute teneur en vanadium
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( ex.: V 12 , 0 2 10).
3) les aciers a solidification ledeburltlque raz fortes teneurs en vanadium, niobium, tantale, titane, zirconium, hafnium dissoutes dans la fusion complète, avec addition des
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formateurs mentionnée de monocarburea et des teneurs en carbone nécessaires à la formation des monocarburen dans une proportion supérieure gaz la quantité habituelle de carbures a l'état recuit contenue dans les aciers rapides, laquelle est de l'ordre de 15-30 vol. . la proportion des additions doit être de tel or- dre que la quantité totale de carbures représente 50 vol. % au maximum.
En fonction du poids spécifique propre aux différentes
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sortes d'aciers rapides, situé entre 1,9 et 8,5 g/OMSO les teneurs additionnelles maximales en carbone et formateurs de carbures seront les suivantes :
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Formateurs de carbures (poià8 $) Carbone (poids ) Titane ?2,? - ?4,3 O 5,68 f',. 6,08 1
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<tb> Zirconium <SEP> 31,5 <SEP> - <SEP> 33,5 <SEP> 4,13 <SEP> - <SEP> 4,39
<tb>
<tb> Hafnium <SEP> 46,4- <SEP> 48,6 <SEP> 3,13 <SEP> - <SEP> 3,28
<tb>
<tb> Vanadium <SEP> 24,4 <SEP> - <SEP> 26,1 <SEP> 5,78- <SEP> 6,18
<tb>
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Niobium 34,? - 36,3 4,38 - 4,64
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<tb> Tantale <SEP> 50,5 <SEP> - <SEP> 52,'7 <SEP> 3,29- <SEP> 3,43.
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