<Desc/Clms Page number 1>
Perfectionnements aux alliages de fer et aux alliages équivalents
La présente invention concerne un acier spécial et son procédé de fabrication et elle est destinée à être emplo- yée plus particulièrement pour la production de pièces coulées en acier.
L'un des buts de l'invention est de fournir un acier à forte résistance à la rupture, ayant un rapport d'élasticité de valeur inaccoutumée, avec une ductilité approprié.
Un autre but de l'invention est de fournir un acier a couler qui soit de nature résistante et dure mais se laisse facilement usiner et qui ait un retrait relativement minime'.
Un autre but de l'invention est de fournir un sembla- ble acier pouvant être produit facilement a un prix relative- ment bas.
@
Pour la réalisation de l'invention, on modifie d'abord les éléments constitutifs de l'acier usuel en y ajoutant une certaine quantité de cuivre. L'acier qui forme la base de l'al- liagé peut être de n'importe quelle nature et être produit par n'importe quel procédé appropriée Les autres constituants de l'acier sont ceux habituellement présents et bien que le pour- centage des différents constituants puisse varier, les limites suivantes seront de préférence observées: carbone, de 0,20% à 0,60%; manganèse, de 0,60% à 0,90%; souffre et phosphore, en-dessous de 0,05% et silicium, de 0,20% à 0,60%.
Le cuivre
<Desc/Clms Page number 2>
peut être ajouté à l'acier avant ou après la fusion et le pour- centage de cuivre qui est ccntenu dans l'alliage peut varier considérablement Le pourcentage de cuivre va ordinairement de 0,50% à 5% et des résultats très satisfaisants sont obtenus par l'emploi d'environ 0,90% de cuivre'. Il doit toutefois être bien entendu que la quantité de cuivre n'est pas limitée au champ de variation ici mentionné pour les pourcentages, vu,que la quantité de cuivre peut s'élever bien au-delà de 5% et des- cendre en-dessous de 0,50%, ce qui est déterminé, du moins en partie, par la nature de l'acier auquel le cuivre est ajouté et par les propriétés physiques de l'alliage que l'on désire obtenir.
Le métal fondu est coulé et le lingot ou la pièce cou- lée est formé de la manière usuelle et de n'importe quelle ma- nière appropriée. L'alliage de l'état brut c'est-à-dire tel qu'il sort du moule, n'est pas ductile dans une forte mesure et tandis que sa résistance extrême est relativement élevée, son allongement est faible dans beaucoup de cas suivant la teneur en carbone'. On a observé toutefois qu'un traitement ther- mique convenable modifié fortement les propriétés physiques de l'acier et augmente la limite d'élasticité, la résistance à la rupture, l'allongement, la réduction de section et la dureté à l'essai de Brinell dans une mesure notable, ce qui donne un acier dur ayant une grand.e résistance et un rapport d'élastici- té élevé et qui peut être aisément usiné'.
La manière de faire subir aux pièces coulées un trai- tement thermique'peut varier, mais il est préférable de norma- liser d'abord la pièce coulée en la chauffant à une températu- re relativement élevée et en la refroidissant ensuite lentement, de préférence dans l'air, et de recuire ensuite le. pièce nor- malisée c'est à dire de la chauffer ,à nouveau et de la lais- ser de nouveau refroidir lentement par exemple dans l'air.
Lors de la normalisation, on a obtenu les résultats les plus satisfaisants en chauffant la pièce à environ 15502 F, pendant
<Desc/Clms Page number 3>
un temps suffisant pour qu'on ait la certitude que toute la masse a atteint cette température, en maintenant la pièce à cette température pendant une période relativement courte et en la refroidissant ensuite à l'air.
Ce traitement transforme l'alliage en une matière ductile, facile à usiner ayant une résistance à la rupture élevée et un rapport d'élasticité éle- vé'. Il est à rem rquer que la température à laquelle la pièce coulée est chauffée lors de l'opération de normalisation est basse tandis aue les aciers au carbone ordinaire et beaucoup des aciers spéciaux exigent une température allant de 1700 F à 17502 F peur perdre la structure initiale dendritique et donner un produit à grains fins.
Cette basse température pos- sède des avantages évidents Elle n'a pas seulement pour résul- tat une économie importante de temps et de combustible dans l'opération de normalisation mais elle réduit fortement l'effet de formation d'écailles qui se rencontre dans l'amosphère usu- elle du four à recuire.
L'opération de réchauffage est de préférence effec- tuée a une température notablement moindre que celle à laquel- le s'effectue la normalisation de la pièce coulée.
On obtient de bons résultats à des températures com- prises entre 950 et 10252 F, et des résultats tout-à-fait sa- tisfaisants sont obtenus à une température denviron 10002 F.
Après avoir été réchauffée à la température prescrite et main- tenue à cette température pendant un temps relativement court, la pièce est de nouveau refroidie. Le réchauffage de la pièce, tel qu'il a été décrit, après la normalisation, augmente la 1 limite d'élasticité, la résistance à la rusture, l'allongement, la réduction de surface et la dureté à l'essai de Brinell, le tout dans une mesure notable.
C'est un fait bien connu qu'après le recuit ou la normalisation, l'acier usuel au carbone ou les aciers spéciaux perdent de leur qualité par réchauffage c'est- à-dire que la limite d'élasticité, la résistance à la rupture et la dureté à l'essai de Brinell diminuent lors du réchauffage
<Desc/Clms Page number 4>
On peut citer l'exemple suivant pcur illustrer l'effet du trai- tement thermique sur l'acier.
Des éprouvettes provenant du chauffage au four électrique de cet acier spécial donnant à l'a- nalyse : carbone 0,40, maganèse 0,74, silicium 0,41, cuivre 0,88 phosphore 0,039 et souffre 0,014 ont été traitées par la chaleur, usinées et soumises à la traction avec les résultats suivants: lorsque l'acier est normalisé à 15502 F, la limite d'élastici- té ét it de 67500, la résistance à la rupture de 102750, l'al- longement de 13,5, la réduction de surface de 19,3, la dureté de Brinell de 207. Lorsqu'il est normalisé à 15502 F et ensui- te réchauffé à 1000 F, la limite d'élasticité a été de 80250 la résistanceà la rupture de 114700, l'allongement de 18,0 la réduction de surface de 21,3 et la dureté de Brinell de 228.
Cette augmentation de la limite d'élasticité, de la résistance à la rupture- de l'allongement, de la réduction de surface et de la dureté, qui résulte du traitement thermique, est importante non seulement à cause des propriétés physiques fortement désirables de 1,a pièce finie mais aussi à cause d.u fait au'elle rend possible la production de pièces coulées ré- pondant à différentes exigences, au moyen d'une seule qualité de métal. La pièce coulée normalisée aura dans bien des cas les propriétés physiques nécessaires pour répondre à une série d'exigences sans devoir être réchauffées, tandis qu'après avoir été réchauffées, les pièces coulées provenant du même métal auront des propriétés physiques différentes répondant aux éxigences d'autres stipulations .
En outre, si la matière est convenable à l'analyse et ne peut pas être rendue apte à répcn- dre aux premières stipulations par la normalisation ordinaire, on peut la réchauffer et relever ainsi la limite d'élasticité et la résistance à la rupture pour répendre aux stipulations et les pièces coulées sent ainsi sauvées.
Un autre avantage résultant de cet acier spécial rési- de dans le fait que le cuivre contenu dans les déchets n'est pas perdu mais reste dans le bain de métal lorsqu'on le fond,
<Desc/Clms Page number 5>
de sorte ou'il n'est pas nécessaire d'ajouter du cuivre d'après le pourcentage total nécessaire mais seulement d'ajouter la quan- tité de cuivre qui, avec celle' contenue dans l'acier, dcnne au total le pourcentage désiré. Cet alliage présente en outre, lors de la coulée, un retrait remarquablement faible, ce qui permet de produire des pièces coulées de secticns difficiles sans per- tes excessives.
Tandis qu'on peut produire parfaitement par le procédé particulier décrit un acier ayant les différentes propriétés physiques indiquées il va de soi que ce procédé peut subir des variantes et permet de produire des pièces ayant des propriétés physiques très précieurses, à bas prix. En chauffant par exemple d'abord la pièce moulée et en la refroidissant rapidement, par exemple dans l'eau, puis en la réchauffant, on obtient une piève coulée très dure et résistante qui, tout en n'ayant pas toutes les propriétés physiques des pièces produites par le premier procédé mentionné, donne néanmoins des résultats aussi satisfai- sants que les aciers usuels d'un prix élevé,.
De même,pn chauf- fant la pieuse coulée brute et en la refroidissant dans le four, on peut obtenir un grand degré de ductilité qui permet d'employer les pièces ainsi traitées pour des applications qui exigent ac- tuellement un acier spécial à faible teneur en carbone.
On a indiqué plus particulièrement, dans la description qui précède, les pièces coulées, mais il va de soi que l'acier spécial peut être coulé en lingots et traité ensuite pour donner des pièces finies, par forgeage, laminage, etc, et que le trai- tement thermique décrit ci-dessus produira les mêmes effets sur les pièces finies que sur les pièces coulées; l'expression "pi- ce coulée" ici employée doit donc être interprétée comme englo- bent les pièces ainsi façonnées aussi bien que celles qui reçoi- vent leur forme définitive dans un moule.
On a observé en outre que l'addition de cuivre au fer produit un alliage ayant des propriétés physiques très précieuses Lorsque le cuivre est ajouté au fer sensiblement dans les propor-
<Desc/Clms Page number 6>
tions indiquées ci-dessus, l'alliage résultant possède une gran- de résistance à la traction, une faible dureté à l'essai de Bri- nell, est très tenace et facile à usiner, et peut être fabriqué a bas prix.
REVENDICATIONS
1 /Une pièce coulée en acier spécial, comprenant de lracier au carbone avec du cuivre comme élément ajouté.
2 /Un acier spécial comprenant parmi ses éléments constituants, du cuivre en quantité au moins égale à 0,50%.
3 / Un acier spécial comprenant approximativement 0,90% de cuivre comme un de ses éléments constitutifs.
42/ Un acier spécial comprenant parmi ses constituants du carbone, du silicium, du maganèse, du souffre, du phosphore et du cuivre.
5 /Le procédé de production de pièces en acier spé- cial comprenant l'addition de cuivre à l'acier, la formation et le chauffage des pièces et leur refrcidissement.
62/ Le procédé de production de pièces en acier spé- cial, comprenant les opérations qui consistent à ajouter du cuivre à l'acier, à former les pièces, à les chauffer et à les refroidit à l'air'.
7 / Le procédé de production de pièces en acier spé- cial, comprenant les opérations qui consistent à ajouter à l'acier du cuivre, à fermer les pièces, à chauffer les pièces à environ 15502 F, et a les refroidir.
8 / Le procédé de production de pièces en acier spé- cial, comprenant les opérations qui consistent à ajouter du cuivre à l'acier, à fermer les pièces, à les chauffer, à les refrcidir, à les réchauffer et à les refroidir à nouveau.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.