Procédé pour obtenir une amélioration des vitesses de coupe des aciers au carbone et des alliages ferreux, ainsi qu'une augmentation de leur résistance à l'usure et une diminution de leur coefficient de frottement La présente invention a pour objet d'obte nir une amélioration des vitesses de coupe des aciers au carbone et des alliages ferreux ainsi qu'une augmentation de leur résistance à l'usure et une diminution de leur coefficient de frot tement.
Il est connu d'améliorer les vitesses de coupe des aciers au carbone ordinaire, par addition de soufre au bain d'acier pendant l'éla boration. Cette addition se fait généralement sous forme de sulfure de manganèse ou de sulfure de fer, quelquefois de soufre pur.
La quantité de soufre ajoutée est telle que la teneur finale en soufre de l'acier soit comprise entre 0,1 % et 0,35 (/a. Dans ces procédés connus, il se produit dans l'acier des inclusions de sulfure qui nuisent aux qualités mécaniques de l'acier.
Le procédé suivant l'invention permet d'évi ter ces inconvénients.
Il consiste à ajouter, aux aciers et alliages ferreux après élaboration, une faible quantité de soufre à l'état pur, juste suffisante pour tapisser les joints intercristallins du métal, ce lui-ci étant à la température de 1400 C ou proche de celle-ci.
Le procédé objet de l'invention diffère donc des procédés connus en ce que: 10 le soufre intervient à une teneur beaucoup plus faible ; 2o il n'est pas ajouté au stade de l'élaboration, mais quand l'élaboration est complètement terminée ; c'est à proprement parler un traitement au soufre ; 3 le soufre doit être introduit à une tempéra ture nettement définie, qui est le plus pro che de 1400 C ; 40 il est ajouté sous forme de soufre à l'état pur.
Il est nécessaire que les quatre conditions précédentes soient remplies, pour que le soufre ainsi additionné provoque une amélioration de l'usinabilité et de la résistance à l'usure des alliages ferreux. Selon une hypothèse de l'au teur, cette amélioration serait due, à la fixation de soufre, à l'état pur, aux joints des cristaux.
En outre, la présente invention permet l'amélioration des vitesses de coupe et de résis tance à l'usure de tous les aciers y compris les aciers alliés, alors que les méthodes anté rieures ne s'appliquent pas à ces types d'aciers contenant: chrome, nickel, molybdène, tung stène, cobalt, vanadium, etc.
On conserve les propriétés mécaniques in tégrales des aciers. Ils ne sont pas cassants, ils sont homogènes, ils sont propres, ils peu vent prendre la trempe normalement et peu vent se cémenter sans aucune difficulté. Ceci, parce que, en opérant suivant la présente in vention, la teneur en soufre après traitement est comprise d'ordinaire entre 0,035 et 0,055, à la condition que l'acier traité soit propre d'élaboration, c'est-à-dire que l'acier lui-même ne renferme pas de quantité appréciable de soufre qui se trouve en général réparti sous forme d'inclusions sulfureuses.
L'acier devant subir le traitement du pro cédé suivant l'invention peut être un acier au carbone ordinaire ou un acier allié. Il doit être propre de préférence.
L'addition de soufre, contrairement aux méthodes antérieures, se fait donc quand l'acier est complètement terminé d'élaboration, c'est- à-dire par obligation dans la lingotière.
La température de coulée de l'acier dans la lingotière doit être le plus proche possible de 1400 C.
La quantité de soufre à ajouter, pour qu'elle soit juste suffisante pour tapisser les joints intercristallins, est de l'ordre de - 60 grammes de soufre pour 100 kg d'acier, dans le cas des aciers au carbone ordi naire ; - 50 grammes de soufre pour<B>100</B> kg d'acier, dans le cas des aciers alliés.
L'addition de soufre se fait d'ordinaire au fond de la lingotière ; avant de couler le métal, on y place le poids nécessaire de soufre sous forme solide, d'une granulométrie 40-50.
Ce procédé permet - de tripler presque les vitesses de coupe des aciers doux ; - de tripler presque les vitesses de coupe des aciers ordinaires au carbone, de nuance demi-dure et dure ; - de doubler les vitesses de coupe des aciers alliés. De plus, on augmente dans de très grandes proportions la résistance à l'usure, on diminue le coefficient de frottement de ces alliages et on améliore très nettement leurs propriétés en long.
Voici, à titre d'exemple, les différences de vitesse de coupe entre un acier demi-dur au carbone ordinaire et le même acier obtenu par le procédé suivant la présente invention.
L'acier a été élaboré au four électrique. Il a été coulé dans deux lingotières différentes. Dans l'une des deux lingotières a été appliqué le traitement de sulfuration décrit plus haut. 10 Composition de l'acier non traité C = 0,440 Mn = 0,740 S = 0,013 P = 0,017 R = 82 kg 2c, Composition de l'acier<I>traité</I> C = 0,440 Mn = 0,740 S = 0,035 P = 0,017 R=81 kg <I>Première série d'essais</I> Vitesse de coupe : 87,50 m 11, <I>Acier non traité</I> - Nombre de pièces usinées entre deux affûtages de l'outil 55-102-55-55-48-92-5l-65.
<I>20 Acier traité -</I> Nombre de pièces usinées entre deux affûtages de l'outil 180-180-164-141-180-170-165- 150.
Rapport des temps de tenue de l'outil
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<I>Deuxième série d'essais</I> Vitesse de coupe: 76,50 m <I>10 Acier non traité</I> - Nombre de pièces usinées entre deux affûtages de l'outil 65-40-120-136-144-98-90-73- 116-60-125-130. 21, <I>Acier traité</I> - Nombre de pièces usinées entre deux affûtages de l'outil 256 - 370 - 223 - 305 - 290 - 500 - 306 - 360-250-280-450-216. Rapport des temps de tenue de l'outil
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L'industrie a souvent besoin de pièces en acier moulé qui résistent bien à l'usure et, d'autre part, qui s'usinent avec facilité.
Cette usinabilité est parfois rendue difficile par la non-homogénéité de l'acier brut de fonderie. Le procédé objet de la présente invention fait disparaître cette difficulté, tout en augmentant la résistance à l'usure des pièces moulées.
Pour les raisons indiquées précédemment, le traitement au soufre des moulages s'opère de la façon suivante 10 Deux tiers de la quantité de soufre en poids nécessaire sont parfaitement répartis au ni veau le plus bas du moulage. Le soufre employé est à l'état solide, sous une granu lométrie 20-30.
Le dernier tiers de soufre est contenu dans une ou plusieurs boîtes d'aluminium closes, le soufre étant sous une granulo métrie 10-20. Les boîtes sont placées dans un vide du moulage, environ à mi-hauteur de ce dernier, et sont supportées par trois ou quatre fils d'aluminium tendus, fixés chacun par leurs extrémités dans les parois opposées du moule.
20 La température de coulée de l'acier dans le moule doit être le plus proche possible de 1400 . 3o Les quantités de soufre à additionner sont de l'ordre de - 60 grammes de soufre pour 100 kg d'acier dans le cas d'acier au carbone ordinaire ; - 50 grammes de soufre pour 100 kg d'acier dans le cas des aciers alliés.
Method for obtaining an improvement in the cutting speeds of carbon steels and ferrous alloys, as well as an increase in their wear resistance and a decrease in their coefficient of friction The object of the present invention is to obtain an improvement cutting speeds of carbon steels and ferrous alloys as well as an increase in their wear resistance and a decrease in their coefficient of friction.
It is known to improve the cutting speeds of ordinary carbon steels by adding sulfur to the steel bath during the preparation. This addition is generally made in the form of manganese sulphide or iron sulphide, sometimes pure sulfur.
The amount of sulfur added is such that the final sulfur content of the steel is between 0.1% and 0.35 (/ a. In these known processes, sulphide inclusions are produced in the steel which are harmful to the mechanical qualities of steel.
The method according to the invention makes it possible to avoid these drawbacks.
It consists in adding, to steels and ferrous alloys after processing, a small amount of pure sulfur, just sufficient to line the intercrystalline joints of the metal, this being at a temperature of 1400 C or close to that. this.
The process which is the subject of the invention therefore differs from the known processes in that: the sulfur occurs at a much lower content; 2o it is not added at the stage of elaboration, but when the elaboration is completely finished; it is strictly speaking a treatment with sulfur; 3 sulfur must be introduced at a clearly defined temperature, which is closest to 1400 C; 40 it is added in the form of pure sulfur.
It is necessary that the four preceding conditions are fulfilled, so that the sulfur thus added causes an improvement in the machinability and the wear resistance of the ferrous alloys. According to a hypothesis by the author, this improvement is due to the fixation of sulfur, in the pure state, at the joints of the crystals.
In addition, the present invention allows the improvement of cutting speeds and wear resistance of all steels including alloy steels, while the prior methods do not apply to these types of steels containing : chromium, nickel, molybdenum, tungstene, cobalt, vanadium, etc.
The integral mechanical properties of steels are preserved. They are not brittle, they are homogeneous, they are clean, they can temper normally and can harden without any difficulty. This is because, by operating according to the present invention, the sulfur content after treatment is usually between 0.035 and 0.055, provided that the steel treated is clean of production, that is to say that the steel itself does not contain an appreciable quantity of sulfur which is generally found distributed in the form of sulphurous inclusions.
The steel to undergo the treatment of the process according to the invention can be an ordinary carbon steel or an alloy steel. It should preferably be clean.
The addition of sulfur, unlike the previous methods, therefore takes place when the steel is completely finished, that is to say by obligation in the mold.
The temperature for casting the steel in the mold should be as close as possible to 1400 C.
The quantity of sulfur to be added, so that it is just sufficient to line the intercrystalline joints, is of the order of - 60 grams of sulfur per 100 kg of steel, in the case of ordinary carbon steels; - 50 grams of sulfur for <B> 100 </B> kg of steel, in the case of alloy steels.
The addition of sulfur is usually done at the bottom of the mold; before pouring the metal, the necessary weight of sulfur is placed in it in solid form, with a particle size of 40-50.
This process makes it possible to - almost triple the cutting speeds of mild steels; - almost triple the cutting speeds of ordinary carbon steels, of semi-hard and hard grades; - to double the cutting speeds of alloy steels. In addition, the wear resistance is increased in very large proportions, the coefficient of friction of these alloys is reduced and their lengthwise properties are very clearly improved.
Here is, by way of example, the differences in cutting speed between an ordinary semi-hard carbon steel and the same steel obtained by the process according to the present invention.
The steel was produced in an electric oven. It was cast in two different molds. In one of the two molds, the sulfurization treatment described above was applied. 10 Composition of untreated steel C = 0.440 Mn = 0.740 S = 0.013 P = 0.017 R = 82 kg 2c, Composition of <I> treated </I> steel C = 0.440 Mn = 0.740 S = 0.035 P = 0.017 R = 81 kg <I> First series of tests </I> Cutting speed: 87.50 m 11, <I> Untreated steel </I> - Number of parts machined between two sharpening of the tool 55 -102-55-55-48-92-5l-65.
<I> 20 Treated steel - </I> Number of parts machined between two sharpening of the tool 180-180-164-141-180-170-165-150.
Tool holding times report
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<I> Second series of tests </I> Cutting speed: 76.50 m <I> 10 Untreated steel </I> - Number of parts machined between two sharpening of the tool 65-40-120-136 -144-98-90-73- 116-60-125-130. 21, <I> Treated steel </I> - Number of parts machined between two sharpening of the tool 256 - 370 - 223 - 305 - 290 - 500 - 306 - 360-250-280-450-216. Tool holding times report
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Industry often needs cast steel parts that resist wear well and, on the other hand, are easy to machine.
This machinability is sometimes made difficult by the non-homogeneity of the crude foundry steel. The method which is the subject of the present invention eliminates this difficulty, while increasing the wear resistance of the molded parts.
For the reasons indicated above, the sulfur treatment of the moldings is carried out as follows: Two thirds of the quantity of sulfur by weight required is perfectly distributed at the lowest level of the molding. The sulfur used is in the solid state, with a particle size of 20-30.
The last third of sulfur is contained in one or more closed aluminum boxes, the sulfur being in a 10-20 particle size. The boxes are placed in a void in the molding, about halfway up the mold, and are supported by three or four taut aluminum wires, each fixed at their ends in the opposite walls of the mold.
20 The temperature of casting the steel in the mold should be as close as possible to 1400. 3o The quantities of sulfur to be added are of the order of - 60 grams of sulfur per 100 kg of steel in the case of ordinary carbon steel; - 50 grams of sulfur per 100 kg of steel in the case of alloy steels.