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" Perfectionnements au traitement thermique des aciers, et produits conformes à ceux obtenus par ce traitement".
La présente invention concerne le traitement thermique de certains aciers. Elle vise à la fois le traitement ther- mique proprement dit et les produits obtenus par ce procédé .
Le but principal de la présente invention consiste à permettre d'obtenir une plus grande dureté de certains aciers, que l'on appellera plus loin des aciers à forte teneur en carbone, résistant à la corrosion et propres à servir pour la fabrication d'outils et d'ustensiles,par exemple des lames de rasoirs et des couteaux destinés à couper des matières relativement tendres . (L'invention @
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n'est pas applicable aux outils à couper les métaux).
Un autre but de la présente invention consiste à obtenir, par un traitement thermique, une dureté plus grande que la dureté actuelle d'une bande d'acier à forte teneur en carbone, résistant à la corrosion et ayant une @@@ épaisseur ne dépassant par 0,5 mm et une compo- sition telle qu'elle contienne de 0,8 à 1,4 % de carbone, 11 à 16 % de chrome, pouvant contenir aussi des impuretés ou des additions, telles que le soufre, le phosphore, le manganèse, le silicium, le molybdène, le tungstène, l'antimoine, l'azote, le cobalt, le nickel, l'aluminium et le titane , additions qui sont usuelles dans de tels aciers, mais qui ne dépassant pas 5 % en tout ;
tion a également pour but de donner une plus grande dureté que jusqu!ici à des produits tels que les lames de rasoirs, les bistouris de chirurgie, etc.., ainsi qu'aux bandes d'acier servant à les fabriquer.
L'invention est particulièrement applicable à la production en grande série de lames de rasoirs et d'au- tres objets ayant également des bords tranchants fins.
Un autre but de l'invention consiste à donner aux aciers à forte teneur de carbone résistant à la corrosion une dureté sensiblement plus grande sans les rendre notablement plus cassants. Par dureté en entendra ici cette propriété qui peut être mesurée au moyen d'un appareil d'essai constitué par un entailleur à diamant, de la manière qui sera décrite plus loin, et qui est ex- nrimée par le rapport entre la charge et la surface d'impression, par exemple en degrés de dureté Vickers.
Un autre but de l'invention consiste à faciliter la formation, par des procédés de production en grande série, de bords tranchants meilleurs et plus durables pour des lames de rasoirs et autres objets ayant les
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mêmes bords tranchants, fabriqués en aciers à forte teneur de carbone, résistant à la corrosion.
D'autres buts de la présente invention ressortiront de la description suivante et du résumé.
Les aciers à forte teneur en carbone, résistant à la corrosion, comme ceux qui ont été trempés jusqu'ici par des procédés de production en grande série et d'une façon continue ont été chauffés jusqu'à une température de "trempe", (qui sera appelée ci-dessous la "température normale de trempe" ordinairement aux environs de 1025 à 1070 C, puis refroidis à l'air, dans l'huile ou d'autres agents de refroidissement brusque, jusqu'à la température atmosphérique . Cette température normale de trempe et ce procédé de refroidissement dépendent largement de la composition exacte de l'acier. Ce traitement thermi- que a ordinairement été suivi d'une opération de revenu par chauffage jusqu'à une température ordinairement infé- rieure à 200 C.
La température normale de temps utilisée jusqu'ici à la fois pour les aciers à forte teneur de carbone, ne résistant pas à la corrosion, employés généralement pour faire des lames de rasoirs et d'autres objets présentant des bords tranchants analogues et qu'on appellera plus loin "aciers ordinaires à forte teneur de carbone" , et pour les aciers à forte teneur de carbone résistant à la corro- sion, n'a jamais été supérieure, et dans le cas des aciers à forte teneur de carbone résistant à la corrosion elle a même été quelquefois inférieure de 15 C à 30 C à la température minima (appelée plus loin "température de trempe de base")
à laquelle le même acier doit être chauffé'dans les mêmes conditions pour atteindre sa dureté maxima dans les mêmes conditions lorsqu'il est ensuite refroidi jusqu'à la température atmosphérique. Tout chauffage de l'acier
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au-dessus de sa température de trempe de base tend à rendre cet acier plus cassant, sans augmentation ni réduc- tion de la dureté obtenue par le refroidissement à la température atmosphérique , et si l'on chauffe un acier à forte teneur de carbone, résistant à la corrasion, au- dessus de sa température de trempe de base et si on le refroidit ensuite jusqu'à la température atmosphérique, il est ou trop cassant ou trop tendre pour pouvoir donner un bord tranchant efficace pour une lame de rasoir ou autre objet ayant un bord tranchant fin analogue .
Dans la fabrication industrielle d'outils à bord fin comme les lames de rasoirs, en acier à forte teneur en carbone, résistant à la corrosion, il a été jusqu'ici très difficile, lorsqu'on employait cet acier, sans dépense excessive de temps et de soins pour la formation du bord tranchant, d'obtenir un bord tranchant aussi efficace que celui qui peut être obtenu par les procédés de pro- duction en grande série avec de l'acier ordinaire à forte teneur de carbone .
Suivant la présente invention le procédé employé pour le traitement thermique d'aciers à forte teneur de carbone, résistant à la corrosion, est caractérisé par les opérations suivantes :premièrement, on chauffe l'acier, en le faisant passer continuellement à travers la zone de chauffage, jusqu'à untempérature supérieure à sa température de trempe de base mais ne dépassant pas sensiblement la tempe rature de trempe qui donne le maximum de dureté au même acier traité dans les mêmes conditions par le procédé qui fait l'objet de la présente invention;
deuxièmement, on refroidit jusqu'à une température infé- rieure à -25 C l'acier qui a été ainsi. chauffé et, troisièmement on porte la température de l'acier au- dessus de 30 C mais sans dépasser 200 C, les températures et les durées exactes de chacune des opérations étant
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choisies par des essais de telle façon que l'on obtienne un acier ayant la dureté voulue .
Par dureté voulue on entendra, lorsqu'il s'agit d'aciers à forte teneur de carbone, résistant à la corrosion, contenant 0,8 % de car- bone et 11 % de chrome, une dureté qui ne soit pas infé- rieure à 780 degrés de dureté Vickers ou, lorsqu'il s'agit d'aciers à forte teneur de carbone, résistant à la corrosion, contenant 1,4 % de carbone et 11 % de chrome, une dureté d'environ 850 degrés Vickers et, lorsqu'il s'agit d'aciers du type ci-dessus, contenant 16 % de chrome, avec les teneurs en carbone indiquées ci-dessus, une dureté inférieure d'environ 20 degrés Vickers à celle qui correspond à une teneur en chrome de 11 % et,
pour des aciers du type indiqué et dont la teneur en carbone est intermédiaire entre les limites de carbone indiquées plus haut et dont les teneurs en chrome sont également in- termédiaires entre les limites de chrome indiquées plus haut, des valeurs de dureté qui sont intermédiaires. Dans la troisième opération, la durée du laps de temps pendant lequel la température doit être maintenue est importante, car la dureté augmente jusqu'à son maximum pour différents laps de temps et différentes températures. Si l'acier est porté, pendant cette troisième opération, à une température égale à la limite inférieure de la gamme de températures,il n'atteint sa dureté maxima qu'après avoir été maintenu à cette température pendant un laps de temps considérable.
On chauffe de préférence l'acier jusqu'à une température supérieure de 20 à 50 C à la température de trempe de base, on le refroidit jusqu'à une température comprise entre -50 C et -80 C, puis on le chauffe de nouveau jusqu'à une température de 80 à 130 C.
Le chauffage initial peut être effectué dans tout four da type approprié, ce four étant choisi de façon à s'adapter à l'article à traiter. Au besoin, on peut chauffer l'acier dans une atmosphère de protection constituée
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par de l'ammoniac pyrolysé ou par un autre mélange de protection de type connu, pour que l'acier conserve sa surface brillante .
Lorsque l'acier a été chauffé en passant continuelle- ment à travers le four jusqu'à la température appropriée il est préférable de le refroidir tout d'abord jusqu'à la température atmosphérique en le plongeant dans 1'huile ou en le faisant passer entre des blocs de métal refroidis par de l'eau, ou dans l'air, On effectue ensuite le refroi- dissement à basse température, par exemple en le plongeant dans un liquide ayant un point d'ébullition peu élevé, dont la température a été réduite au moyen d'acide carbonique solide, ou à l'aide d'une installation réfrigérante.
On a constaté qu'il contient, pour obtenir les meil- leurs résultats, de refroidir l'acier jusqu'à la basse température immédiatement après l'avoir ramené à la tem- pérature atmosphérique, bien que ce refroidissement puisse aussi avoir lieu plus tard, mais de préférence dans les deux heures. L'acier doit seulement rester à la basse température pendant un laps de temps suffisant pour que l'on soit sur que toute la pièce d'acier traitée a été portée à la basse température . Cette basse température produit une augmentation de dureté, mais le maximum de dureté que l'on peut obtenir est atteint après que l'aug- mentation de température finale a duré assez longtemps pour assurer la dureté désirée .
On a constaté qu'il est possible d'obtenir, suivant la présente invention, des aciers à forte teneur de car- bone, résistant à la corrosion et ayant la dureté voulue, sans devenir trop cassants, et que des bords'tranchants de lam-es de rasoirs ou d'autres objets ayant des bords tranchants fins analogues peuvent être produits par des procédés de fabrication en grande série à partir des
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aciers en question, avec des bords tranchants meilleurs et plus durables que ceux que l'on produit avec des aciers à forte teneur en carbone, résistant à la corrosion, traités par les procédés courants .
Jusqu'ici, lorsque des aciers à forte teneur de carbone, résistant à la corrosion, conte- nant environ 1 % de carbone et 14 % de chrome, destinés à faire des lames de rasoirs, ont été groupés par chauffage à la température de trempe normale en passant continuellement à travers le four de trempe, et par refroidissement jusqu'à - la température atmosphérique en passant entre des blocs de refroidissement, la dureté maxima atteinte a été de 770 ddgré Vickers, bien que le chiffre usuel ait été de 750.
Suivant la présente invention, on peut donner au même acier, sans difficulté, une dureté de plan de 800 degrés de Vickers.
On conçoit qu'il est nécessaire, lorsqu'on détermine la dureté d'un métal relativement mince par l'essai de c dureté de Vikers, de prendre des précautions particulières en tenant compte à la fois de la faible épaisseur de l'a- cier, ainsi que d'autres facteurs qui, autrement, pourraient avoir une influence considérable sur les résultats des es- sais.
Lorsqu'il est question de dureté ici, il est bien entendu qu'il s'agit de la dureté déterminée par le procédé de Vickers , au moyen d'une faible charge de 1000 g, les entailles étant faites directement sur la surface de la bande soigneusement rodée et polie, ou de préférence sur des actions de bande placées dans une monture en fer,les mesures en diagonale étant faites à l'aide du micromètre à vis occulaire de Vickers-Armstrong décrit dans "The hardness of Metals and its measurernent" (La dureté des métaux et sa mesure), par H. O'Neill, Londres 1934, page 257, avec un objectif à immersion dans l'huile d'envi- ron 2 mm de distance focale, et les essais effectués
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suivant le procédé décrit dans un article de E. Borj;
e Bergsman dans le journal " Jernkontorest Annales" (Les Anna- les du comptoir du fer) édition 1945, vol. 129, n 10, pages 577 et suivantes . Il est bien entendu qn outre que lors- qu'il est question ici d'un chiffre de dureté quelconque correspondant à toute température de trempe, ce chiffre représente, sauf indications contraires, la dureté moyenne déterminée par des essais faits en nombre suffisant pour dé- terminer les variations individuelles pouvant toujours être décalées entre des éprouvettes d'essai individuelles en aciers de même composition. Il convient par exemple de pren- dre la moyenne de 50 ou de préférence plus de 50 essais effectués sur des éprouvettes différentes.
La température à laquelle l'acier est chauffé suivant la présente invention dépendra naturellement, entre autres, de la composition particulière de l'acier entre les limites indiquées plus haut, mais cette température sera comprise en général entre 1060 et 1150 C. Un tyce d'acier à forte teneur de carbone, résistant à la corrosion, propre à la fabrication de lames de rasoirs et d'objets tranchants ayant un bord fin analogue, à une composition telle qu'il contienne 0,90 à 1,24 % de carbone et 13 à 15 % de chrome, environ 0,24 % de silicium et 0,50 à 1,10 % de manganèse, et il est préférable d'employer des températures comprises entre 1090 et 1120 C.
Il convient de remarquer que les températures de trempe ne peuvent pas être augmentées indéfiniment, car on n'obtiendrait pas le résultat désiré.
On a constaté, en général, que l'augmentation de dureté est accompagnée d'une certaine résistance à la corrosion dans un acier traité parole procédé qui fait l'objet de la présente invention.
Pour mieux faire comprendre l'invention on en donnera
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0 ci-dessus un exemple.
Exemple
La matière est constituée par une bande d'acier lami- née à froid, résistant à la corrosion, de 0,125 mm d'épaisseur, dont la température de trempe de base est de 1075 C et contenant :
EMI9.1
<tb> Carbone, <SEP> environ <SEP> un <SEP> pourcent
<tb>
<tb> Silicium, <SEP> " <SEP> 1/4 <SEP> %
<tb>
<tb> Manganèse <SEP> " <SEP> un <SEP> pourcent
<tb>
<tb> Chrome, <SEP> " <SEP> 14 <SEP> %
<tb>
Lorsque l'acier a été perforé comme d'habitude, on le chauffe en le faisant passer à travers le four jusqu'à une température de 1100 C. Le four doit contenir une atmosphère de protection appropriée telle que l'ammo- niac pyrolysé, pour que la bande d'acier puisse conserver sa surface brillante .
Lorsque la bande sort du four, on la fait passer entre des blocs refroidis par de l'eau et servant à refroidir la bande d'acier jusqu'à la température atmosphérique . On fait ensuite passer?la bande à travers de l'esprit de vin dénaturé dont la température a été rédui- te à -65 C jusqu'à -75 C au moyen d'acide carbonique soli- de .
La bande d'acier est ensuite soumise à un nouveau chauffage doux dans un four à air à une température d'envi- ron 110 C pendant une heure, pour obtenir la dureté voulue.
On obtient ainsi une bande ayant une dureté de 820 degrés Vickers, soit environ 50 degrés Vickers de plus que la dureté du même acier traité par le procédé connu, qui consiste à chauffer l'acier à la température normale de trempe, puis à le refroidir jusqu'à la température atmos- phérique . Ce nouveau chauffage est effectué par fournées, par exemple sur des rouleaux de bande de matière . Il con- vient de chauffer de nouveau un certain nombre de rouleaux en même temps. Les lames sont ensuite décapées, rodées et
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polies ou passées à la meule, au polissoir et repassées dans la bande comme d'habitude, puis séparées.
Pour mieux faire comprendre encore l'invention on se référera au dessin ci-joint, qui représente un diagramme de trempe (ou de traitementthermique) de deux échantillons d'aciers résistant à la corrosion destinés à faire des lames de rasoirs. Les échantillons sont marqués I et II respecti- vement . L'échelle de dureté est indiquée @@@ sur l'axe A et l'échelle de température, sur l'axe B. Les lignes en tireté indiquent les valeurs de dureté obtenues lorsque les aciers sent soumis à un traitement thermique continu suivant les procédés de trempe ordinaires employés jusqu'ici , tandis que les lignes en traits pleins s'appliquent au traitement thermique continu conforme à la présente invention.
Les températures k et m indiquent la limite inférieure èt la limite supérieure de la température normale de trempe em- ployée dans la pratique usitée jusqu'ici, tandis que n est la "température de trempe de base" (définie plus haut), c'est- à-dire la température à laquelle l'acier doit être chauffé pour atteindre sa dureté maxima lorsqu'il est ensuite re- froidi jusqu'à la température ambiante (température atmos- phérique). Si l'acier est chauffé jusqu'à une température encore plus haut , lorsqu'il est trempé par les procédés de traitement thermique connus jusqu'ici, la dureté diminue (et l'acier devient plus cassant), comme le montrent les par- ties descendantes en tireté des courbes 1'et II à droite de la ligne de température n.
Suivant la présente invention, toutefois, l'acier doit être chauffé jusqu'à une température comprise entre les limites p et s, mais il ne faut pas le chauffer beaucoup en-dessus de la température t, qui est la température de trempe donnant le maximum de dureté à l'acier traité suivant la présente invention . On voit nettement, par le dessin,
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qu'on obtient une dureté sensiblement plus grande, pour un seul et même acier, en le traitant suivant la présente in- vention , que celle qui peut être obtenue autrement. Les températures k, m, n, p, s et t auront évidemment des valeurs différentes pour des aciers de différentes compositions ( entre les limites usuelles).