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Procédé de fabrication d'aoier destiné à être transformé en .pièces cémentées.
On exige des pièces cémentées, telles que des boulons, des arbres et d'autres pièces analogues destinées à supporter de grands efforts, outre une surface aussi dure que le verre, un noyau tenace, nerveux, à cassure d'aspect velouté. Les essais auxquels on soumet d'habitude ces aciers consistent en ce qu'dn plie graduellement jusqu'à rupture, à la température normale de 20 environ, les pièces cémentées placées entre deux appuis ou qu'on les brise en les soumettant à des chocs.
Lorsque la pièce soumise à l'essai possède un noyau tenace et nerveux, la rupture n'a pas lieu brusquement; il se produit, avant cette rupture, une flexion du noyau et des fissures dans la couche périphérique cémentée. Dans ce cas, le noyau ne présente pas une texture cassante, cristalline et granuleuse de la cassure, mais une texture tenace, nerveuse, d'aspeot velouté. Il s'ensuit qu'un tel matériau présente une
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sécurité beaucoup plus grande à la rupture qu'un matériau à noyau cristallin et granuleux qui, par conséquent, se rompt brusquement.
On a cru jusqu'à présent que la production d'une cassure tenace, nerveuse, dans les aciers, sans métaux alliés, qu'on emploie pour les pièces cémentées, était limitée principalement aux aciers à faible teneur en carbone et en manganèse, cette faible teneur en carbone et en manganèse devant supprimer autant que possible, le durcissement de part en part de l'acier, durcissement qui est indésirable pour un noyau tenace et nerveux. Il en résulte qu'on doit employer principalement pour la cémentation des aciers contenant environ 0,10 à 0,15 % de carbone et 0,40 % de manganèse (voir par exemple Oberhoffer Das technische Eisen", Berlin, Julius Springer, page 501 ainsi que les prescriptions des Normes des Ingénieurs Allemands pour les aciers, St. C.IO. 61 et St.C. 16. 61).
En outre, on considère comme nécessaire un traitement thermique spécial double pour obtenir autant que possible un noyau tenace. Dans la cémentation, on carbure d'abord superficiellement un acier, en le laissant longtemps, à 9000 environ, dans la poudre de cémentation.
Dans le but d'obtenir un noyau tenace, on donne de nouveau à ce noyau, qui a acquis la forme de gros grains pendant la cémentation, une structure fine en trempant l'acier, par exemple à 9000, dans l'eau. Par une deuxième trempe, consécutive à un chauffage à température plus basse, par exemple à 760 , on provoque alors le durcissement et la nouvelle production de grain fin dans la couche cémentée. On trouve des presoriptions pour le traitement des aciers cémentés par exemple dans le manuel consacré aux matériaux 'Stahl und Eisen" 1.Il, p. 2. Ces prescriptions ne suffisent toutefois pas à elles seules pour obtenir sûrement un noyau tenace.
Des recherches approfondies des inventeurs ont montré maintenant que le facteur déterminant pour l'obtention d'un noyau tenace et nerveux n'est pas la teneur en carbone ou .en
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manganèse, ni le mode du traitement thermique, mais la mesure dans la-quelle s'est réalisée la désoxydation. Lorsqu'on emploie de l'acier convenablement désoxydé à la façon usuelle, on ne parvient pas, notamment même avec des teneurs faibles en carbone ou en manganèse ou par l'application du traitement thermique double mentionné plus haut, à réaliser sûrement un noyau tenace et nerveux.
Contrairement aux procédés susvisés, on produit, suivant l'invention, l'acier de telle façon qu'au moment où on le calme, il soit suffisamment désoxydé, grâce à une addition convenable dans le four, par une opération de fusion réglée de fa- çon à réaliser un bain aussi exempt que possible d'oxygène et par addition d'agents de désoxydation,, pour que les objets fabriqués à l'aide de cet aoier présentent un noyau nerveux après une seule trempe. Cette nature du noyau est réalisé même pour des aciers pour lesquels on la tenait jusqu'à, présent pour impossible en raison de la teneur élevée en carbone ou en manganèse.
C'est ainsi par exemple, qu'on a pu obtenir une cassure tenace, nerveuse, dans un acier Siemens-Martin de pureté usuelle, renfermant 0,30 % de carbone, 0,66 % de manganèse et 0,22 % de silicium qu'on a cémenté à 900 pendant 5 heures.
Outre l'avantage du trempage unique, on a constaté que l'acier fortement désoxydé obtenu suivant l'invention présente encore celui d'une certaine indifférence à l'action de la température, de sorte que les dépassements de température plus grands dans l'usinage des objets formés de cet acier n'ont pas d'inconvénients particuliers.
Si l'on compare la ténacité et la résistance du noyau des aciers qui ne renferment pas des métaux alliés et qui sont produits suivant l'invention, à celles des aciers traités de la même façon auxquels on a dû, pour obtenir un noyau tenace, ajouter un minimum déterminé dtéléments alliés, on constate dans l'acier à haute teneur en carbone produit suivant l'invention, une ténacité aussi grande et une très grande résistan-
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ce du noyau, désirables pour la plupart des applications pour permettre des charges plus élevées, par unité de surface ou de section.
On ne pouvait cependant pas s'en servir auparavant dans la technique en raison du noyau peu résistant que l'on obtenait à ces hautes teneurs en carbone* L'application de l'invention permet donc de remplacer dans de très nombreux cas, les aciers coûteux, contenant des métaux alliés, par des aciers beaucoup moins coûteux qui n'en contiennent pas*
Par l'application de l'invention, on obtient donc le progrès technique consistant dans la possibilité de produire sûrement et indépendamment en une large mesure, de la composition et du traitement thermique, des pièces cémentées qui se caractérisent, après une seule trempe, par une texture nerveuse et une grande résistance du noyau.
Le progrès technique réside donc surtout dans le fait que les traitements thermiques répétés pour la régénération de la couche périphérique et du noyau peuvent être supprimés.
On peut réduire ainsi considérablement les frais du traitement thermique de cémentation. Dans le procédé thermique double appliqué usuellement jusqu'ici, il se produisait facilement l'oxydation, la décarburation ou un retrait considérable des pièces cémentées. Pour ce motif, on prévoit dans les dimensions des objets une marge importante pour le meulage qui, pour un traitement thermique unique, comme le permet l'application de la présente invention, ne doit évidemment pas être aussi considérable. On diminue ainsi non seulement les frais de meulage, mais aussi le danger de formation de fissures au meulage.
On a constaté en outre que la zone périphérique cémentée des objets en acier suivant l'invention, sont très peu sensibles aux surchauffes. Lorsqu'on cémente pendant 5 heures environ à 9000 une pièce en acier désoxydé comme d'habitude, en même temps qu'une pièce eh acier fortement désoxydé suivant l'invention et qu'on les trempe dans de l'eau immédiatement au sortir de la caisse, la zone périphérique de l'acier normal
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présente, à. l'essai de dureté une cassure grossière et cristalline et l'acier fortement désoxydé, une cassure fine, veloutée.
Lorsqu'on laisse refroidir les deux aciers dans les caisses ou à l'air et lorsqu'on les durcit à la température de 870 à 900 , on constate le même phénomène. Lors du trempage on n'est donc pas forcé d'appliquer rigoureusement des températures exactes de durcissement aux objets produits à partir des aciers fabriqués suivant l'invention.
Dans le procédé proprement dit de fabrication de l'acier suivant l'invention, on procède de façon à tendre dès le début à l'obtention d'un acier aussi exempt que possible d'oxygène.
En d'autres termes, on calme l'acier, non pas dans le convertisseur, mais dans le four, on emploie les quantités convenables d'additions pauvres en oxydes et on règle ensuite toute l'opération de fusion de manière que l'oxydation soit minime. A cet effet, on emploie du laitier renfermant aussi peu que possible d'oxydes métalliques et, en particulier, d'oxyde ferreux. Pour plus de sûreté on effectue une désoxydation préalable avec du ferro-silicium pauvre qui favorise l'élimination des oxydes.
Enfin, on produit une oxydation finale très poussée au moyen d'agents désoxydants puissants, tels que l'aluminium, le titane, le vanadium ou d'autres éléments agissant de la même façon, les quantités ajoutées étant réglées sur la marche de l'opération et la composition du flux. Toutefois, l'invention ne s'étend pas aux mesures nécessaires pour la désoxydation.
On a, il est vrai, déjà proposé d'employer, comme acier à cémenter, des aciers contenant de 0,10 à 0,15 % de carbone et de 0,4 à 4,0 % d'aluminium, à l'état d'alliage. Ceci avait simplement pour but d'empêcher la formation, par carburation, lors de la cémentation, de composés se trouvant au-dessus de l'eutectoïde. Cet acier connu est toutefois très difficile à fabriquer et tend à des occlusions. On a constaté en outre que même des aciers riches en phosphore et en soufre tels que les aciers automatiques, lorsqu'on les désoxyde fortement suivant
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l'invention, manifestent une grande ténacité et une grande résistance du noyau, ce qui ouvre un large champ d'application à l'invention, en particulier dans la fabrication à grande échelle.