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Procédé de fabrication d'objets dont la surface résiste à l'usure et dont le noyau est tenace
Pour fabriquer des objets d'acier à surface ré- sistante à l'usure et à noyau tenace, on s'est servi jusqu'à présent des procédés connus de la trempe de surface et de la nitruration.
Dans la trempe de surface usuelle, les pièces doivent être maintenues pendant longtemps à des tempéra- tures d'environ 800 à 900 et, après régénération du noyau (court chauffage à 900 -920 suivi d'un refroidissement à
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l'air), être brusquement saisies à 750 à 800 pour l'ob- tention d'une dureté et d'une résistance à l'usure maxima dans la région superficielle. Au cours de cette opération de saisissement, on court évidemment le risque de la. pro- duction de cassures détrempe, et cela d'autant plus que les pièces sont plus lourdes., !il outre, les pièces subis- sent des déformations plus ou moins fortes qui rendent nécessaire un usinage ultérieur, ce qui entraîne des frais considérables En raison de la difficulté d'usinage des surf&ces martensitiques.
La nitruration n'exige pas, il est vrai, de saisissement des pièces, mais les surfaces ainsi trempées aigres ou sont/cassantes, de sorte qu'on ne peut envisager la nitru- ration d'objets qui sont soumis à des chocs ou à des fa- tigues analogues.
On a déjà proposé d'employer, pour les objets nécessitant une haute résistance à l'usure, des aciers eutectoldes présentant une structure perlitique lamellai- re pure pour une teneur en manganèse de 0,6 à 0,8 %. De tels objets possèdent une bonne ténacité pour la résistance correspondant à la composition. Hais, dans de nombreux cas, on désire une ténacité plus élevée qui n'est pas com- pati ble avec la nature de cet acier résistant à l'usure.
La présente invention a pour objet un procédé de fabrication de pièces dont la surface possède les propriétés et la composition de l'acier précité, tandis que leur noyau, s'il est un peu moins résistant à l'usure, présente par contre une grande ténacité.
Selon l'invention, on part d'une pièce en acier doux au carbone, dont la teneur en manganèse se trouve entre les limites indiquées ci-dessus, et on incorpore à ce dernier du carbone, d'après le procédé de trempe de sur- face, jusqu'à ce que la surface de la pièce possède la
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composition eutectolde correspondant à la teneur en man- ganèse. On chauffe ensuite la pièce à haute température pendant peu de temps, juste au-dessus du point d'équili- bre supérieur de la matière première de départ, dans le but de régénérer le noyau, puis on refroidit dans l'air calme.
Au lieu d'utiliser un acier ayant une teneur en manganèse de 0,6 à 0,8 %, on peut remplacer partiellement le manganèse par du chrome, du tungstène, du molybdène ou du vanadium, et cela de. telle façon que la teneur en man- ganèse soit d'environ 0,5 à 0,7 %, celle des autres consti- au total tuants d'alliage pouvant aller/jusqu'à environ 0,5 % .
En outre, il s'est révélé avantageux d'augmen- ter la teneur en silicium au-dessus de celle qui est usuelle pour une matière calmée exclusivement avec du si- licium, de telle sorte qu'elle atteigne environ 0,35 à 0,&0 %. On peut encore améliorer les propriétés de la ma- tière en lui incorporant du nickel jusqu'à 3 % ou du cui- vre jusqu'à environ 1,5 % .
La présente invention consiste donc essentielle- ment à déterminer la composition de la matière première de départ de telle façon qu'il se forme lors de la cémen- tation un eutectoïde dont la cémentite possède, à l'état lamellaire, la composition correspondant à la haute ré- sistance à l'usure. Les expériences de la Demanderesse ont montré que la résistance à l'usure des surfaces obtenues selon l'invention est au moins aussi élevée que celle ob- tenue par la trempe de surface normale après saisissement. câpres le procédé objet de la. présente inven- tion, on peut fabriquer des pièces pour lesquelles on dé- sire une surface résistant à l'usure et un noyau ou coeur @
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conservant une grande ténacité.
Ce procédé peut donc trou- ver son application, avec un avantage particulier, pour les roues d'engrenages, les pièces de machines soumises à de fortes fatigues, comme les axes, les broches, les surfaces de glissement, les poulies de .treuils et de grues, les pièces destinées à l'automobile, au cycle et au motocycle, etc....
Les pièces à surface résistant à l'usure, fa- briquées selon l'invention, présentent des avantages im- portants par rapport aux objets trempés superficiellement comme on l'a fait jusqueici. D'une part, elles sont d'une fabrication beaucoup plus simple, car on supprime le sai- sissement qui était considéré jusqu'à présent comme né- cessaire pour l'obtention de surfaces résistant à l'usure; d'autre part, elles donnent en fonctionnement une sécurité beaucoup plus grande, précisément paroe qu'elles ne sont pas trempées et que, par suite, il n'y a pas à craindre de oassures ou fissures de trempe. De plus, il ne se produit pas de déformations ou gauchissements. La surface n'est pas ai-g-r e et peut être facilement usinée.
Les pièces présentent une grande sécurité par rapport aux fatigues par chocs.
Un avantage particulier du procédé réside, en outre, dans le fait que la teneur en manganèse et en élé- ments formant des carbures doubles, teneur qui est plus élevée que dans les aciers ordinaires trempés superficiel- lement, augmente la vitesse de carburation. Par conséquent, la durée de cémentation peut être plus faible selon l'in- vention que dans la trempe de surface normale. La haute teneur en éléments formant des carbures doubles favorise en outre un passage progressif de la teneur en carbone élevée du bord vers la teneur plus basse du coeur, cette progressivité étant importante pour la qualité des objets cémentes.
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Process for manufacturing objects with a wear-resistant surface and a tough core
In making steel articles with a wear resistant surface and a tough core, the known methods of surface hardening and nitriding have hitherto been used.
In the usual surface hardening, the parts must be held for a long time at temperatures of about 800 to 900 and, after regeneration of the core (short heating to 900 -920 followed by cooling to
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air), be sharply entered at 750 to 800 to obtain maximum hardness and wear resistance in the surface region. During this seizure operation, we obviously run the risk of. production of soggy breaks, and this all the more so as the parts are heavier.,! In addition, the parts undergo more or less severe deformations which make subsequent machining necessary, which entails considerable costs. because of the difficulty of machining surfacing & these martensitics.
Nitriding does not require, it is true, gripping of the parts, but the surfaces thus quenched sour or are / brittle, so that one cannot envisage the nitriding of objects which are subjected to impacts or to similar fatigue.
It has already been proposed to use, for objects requiring high wear resistance, eutectic steels having a pure lamellar pearlitic structure for a manganese content of 0.6 to 0.8%. Such objects have good toughness for the strength corresponding to the composition. However, in many cases a higher toughness is desired which is not compatible with the nature of this wear resistant steel.
The present invention relates to a process for manufacturing parts whose surface has the properties and composition of the aforementioned steel, while their core, if it is a little less resistant to wear, on the other hand has a large tenacity.
According to the invention, one starts with a piece of mild carbon steel, the manganese content of which is between the limits indicated above, and carbon is incorporated into the latter, according to the quenching process of on - face, until the workpiece surface has the
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eutectoid composition corresponding to the manganese content. The room is then heated to a high temperature for a short time, just above the upper equilibrium point of the starting raw material, in order to regenerate the core, and then cooled in still air.
Instead of using a steel having a manganese content of 0.6 to 0.8%, one can partially replace the manganese by chromium, tungsten, molybdenum or vanadium, and that of. such that the manganese content is about 0.5 to 0.7%, that of the other alloying constituents in total being up to about 0.5%.
In addition, it has been found to be advantageous to increase the silicon content above that which is usual for a material calmed exclusively with silicon, so that it reaches about 0.35 to 0. , & 0%. The properties of the material can be further improved by incorporating therein nickel up to 3% or copper up to about 1.5%.
The present invention therefore essentially consists in determining the composition of the starting raw material in such a way that, during cementation, a eutectoid is formed, the cementite of which has, in the lamellar state, the composition corresponding to the cement. high resistance to wear. The Applicant's experiments have shown that the wear resistance of the surfaces obtained according to the invention is at least as high as that obtained by the normal surface hardening after gripping. capers the process object of. present invention, it is possible to manufacture parts for which a wear-resistant surface and a core or core are desired.
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retaining great tenacity.
This method can therefore find its application, with particular advantage, for gear wheels, machine parts subjected to great fatigue, such as axles, spindles, sliding surfaces, winch pulleys and cranes, parts for cars, cycles and motorcycles, etc ....
Parts with a wear-resistant surface, manufactured according to the invention, have important advantages over articles which have been surface hardened as has been done hitherto. On the one hand, they are much simpler to manufacture, since the seizure which was until now considered necessary for obtaining surfaces resistant to wear is eliminated; on the other hand, they give in operation a much greater safety, precisely because they are not hardened and that, therefore, there is no fear of oassures or hardening cracks. In addition, there is no deformation or warping. The surface is not sharp and can be easily machined.
The parts are very safe in relation to fatigue by impact.
A particular advantage of the process is furthermore that the content of manganese and double carbide forming elements, which is higher than in ordinary surface hardened steels, increases the rate of carburization. Therefore, the case hardening time may be shorter according to the invention than in normal surface hardening. The high content of elements forming double carbides further promotes a gradual passage from the high carbon content of the edge to the lower content of the core, this progressivity being important for the quality of the cemented objects.