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ACIERSDE CEMENTATION ET PROCEDES POUR LEUR TREMPE.
La trempe classique après cémentation consiste exclusivement à refroidir les aciers à faible teneur en carbone, après cémentation de leur zo- ne extérieure, à une température de trempe correspondant à cette zone extérieu- re cémentée, la trempe immédiate à la sortie des caisses de cémentation n'é- tant pratiquée qu'à des fins secondaires.
La température de trempe de la zone extérieure est comprise pour le coeur non cémenté, donc pour la matrice, en- tre AC1 et AC3Il faut donc, pour affiner intégralement les grains de la ma- tière du coeur,qui ont grossi sous Inaction de la chaleur de cémentation, adopter la double trempe qui consiste à tremper les pièces,après refroidis- sement dans la caisse de cémentation, d'abord à la température de transforma - tion intégrale de la matrice et, ensuite, à la température de trempe correspon- dant à la couche cémentée, avec ou sans recuit intermédiaire de courte duréeo La trempe à une température comprise entre AC1 et AC3 présente cet inconvé- nient que les valeurs obtenues de dureté du coeur sont sujettes à des disper- sions très importantes,
du fait que ces valeurs dépendent sensiblement de la température de trempe réelle rapportée aux points AC1 et AC3 et, par suite de la composition chimique comprise entre les limites normales, et de la struc- ture du métal avant la trempeo On ne peut donc obtenir des valeurs de dureté régulières (à l'essai de trempe à faux de la coulée et à la trempe industriel- le des pièces., par exemple) qu9en limitant les compositions chimiques à des limites ne satisfaisant plus aux nécessités de 1.'obtention des compositions prévues .et en maintenant les conditions de traitement absolument identiques, ce quidépasse les possibilités d'exploitation pratiquée D'ailleurs une struc- ture de départ homogène avant la trempe ne peut même pas être obtenue par la double trempe,
étant donné que le temps de mise en chauffage pour la trempe fi- nale varie suivant la grandeur des pièces et modifie la structure du coeur.
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Tous ces inconvénients peuvent être supprimés suivant la pré- sente invention en opérant la trempe finale à une température à laquelle la matière du coeur a subi une transformation intégraleo Pour cela, il faut que la zone extérieure cémentée des aciers employés résiste à cette hypertrempe sans que ses grains grossissento La résistance nécessaire à la surchauffe de ladite zone extérieure peut être obtenue par l'addition d'aluminium, de vana- dium,de titane, ou d'autres éléments ayant le même effet, comme par exemple le zirconium, le tantale, le niobium, à l'état pur ou mélangé, et ce, sui- vant leur effet spécifique, en quantités telles que la zone extérieure résis- te parfaitement à la surchauffe.
L'utilisation du procédé objet de la présente invention permet de supprimer la double trempeo Cette suppression constitue un avantage appré- ciable au point de vue des frais de traitement. Mais l'essentiel, c'est l'é- limination de l'incertitude qu'on a eue au sujet des valeurs de durêté à ob- tenir du coeur à la trempe finale classique des pièces cémentées.
Pour ce procédé de trempe après cémentation, il convient de viser à la trempe intégra- le de la matière du coeur sur toute sa section et d'autant plus que ce n'est que dans ce cas que l'on peut assurer une parfaite régularité des propriétés mécaniques de la matière du coeuro Dans le cas de la trempe intégrale sur tou- te la.section du coeur sans formation de ferrite proeutectoide, la prise de dureté de la matière du coeur ou la dureté du coeur n'est fonction que de la teneur en carboneo
La trempe intégrale sur toute la section du coeur suppose une addition plus ou moins importante d'éléments courants pour l'augmentation de la trempabilité et notamment le silicium, le manganèse, le chrome, lemolub- dène et le nickel., à l'état pur ou mélangé, suivant la section maximum des pièces,
en quantités telles qu'une trempe intégrale et régulière jusqu'au coeur de la pièce puisse être obtenueo
La présente invention se rapporte donc à des aciers de cémen- tation pour le traitement ci-dessus indiqué dont la teneur en carbone dépend de la dureté à obtenir du coeur et dont la teneur en éléments d'alliage, no- tamment en silicium, manganèse, chrome, molybdène, nickel,, à l'état pur ou mélangé, et les additions proposées pour l'obtention d'une résistance par- faite à la surchauffe dépendent de la section maximum des pièceso
Pour les teneurs en carbone, il faut suivre les règles éta- blies par BURNS MOORS et ARCHER (Quantitative Hardenability, Trans AM. soc.
Metals 26, 1938), d'après lesquelles ces teneurs s'échelonnent en moyenne comme suit:
EMI2.1
<tb> Dureté <SEP> Rc <SEP> du <SEP> coeur <SEP> Résistance <SEP> du <SEP> coeur <SEP> Teneur <SEP> en <SEP> C%
<tb> en <SEP> kg/mm2
<tb>
<tb> 25 <SEP> 85 <SEP> 0,05
<tb> 30 <SEP> 95 <SEP> 0,07
<tb> 35 <SEP> 110 <SEP> 0,10
<tb> 40 <SEP> 127 <SEP> 0,13
<tb> 45 <SEP> 148 <SEP> 0,16
<tb> 50 <SEP> 174 <SEP> 0,20
<tb>
La trempe intégrale, c'est-à-dire la formation de martensite sans formation de ferrite proeutectoide, ne pouvant être réalisée dans les aciers au carbone par un refroidissement même très brusque à l'eau que sur quelques millimètres de section, la pratique de la trempe à l'eau des par- ties cémentées est limitée aux faibles dimensions.
Les aciers nécessitent donc dans la plupart des cas la trempe à l'huile ou à l'air, étant donné le comportement à la trempe de leur zone cémentée. Il en résulte simultanément l'avantage de l'utilisation de la trempe en bain chaud qui permet de compen- ser l'augmentation des risques de déformation provenant de l'élévation de la
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CEMENTATION STEEL AND METHODS FOR THEIR QUENCHING.
Conventional hardening after case hardening consists exclusively in cooling low carbon steels, after case hardening of their outer zone, to a hardening temperature corresponding to this external hardened zone, immediate hardening at the outlet of the case hardening boxes. carried out only for secondary purposes.
The quenching temperature of the outer zone is included for the non-case hardened core, therefore for the matrix, between AC1 and AC3 It is therefore necessary, to fully refine the grains of the core material, which have grown under the inaction of the heat of case-hardening, adopt the double quenching which consists in quenching the parts, after cooling in the case-hardening box, first at the integral transformation temperature of the die and, then, at the corresponding quenching temperature. owing to the hardened layer, with or without short-term intermediate annealing o Quenching at a temperature between AC1 and AC3 has the disadvantage that the values obtained for core hardness are subject to very significant dispersions,
due to the fact that these values depend appreciably on the real quenching temperature referred to the points AC1 and AC3 and, as a result of the chemical composition included between the normal limits, and of the structure of the metal before quenching It is therefore not possible to obtain regular hardness values (in the false quenching test of the casting and in the industrial hardening of the parts, for example) only by limiting the chemical compositions to limits no longer satisfying the requirements for obtaining the compositions. and while maintaining the absolutely identical treatment conditions, which exceeds the operating possibilities practiced Moreover, a homogeneous starting structure before quenching cannot even be obtained by double quenching,
since the heating time for the final quenching varies according to the size of the parts and changes the structure of the core.
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All these drawbacks can be eliminated according to the present invention by carrying out the final quenching at a temperature at which the material of the core has undergone an integral transformation. For this, it is necessary that the hardened outer zone of the steels used resist this hyperhardening. its grains grow larger The resistance necessary for the overheating of said outer zone can be obtained by adding aluminum, vanadium, titanium, or other elements having the same effect, such as for example zirconium, tantalum , niobium, in the pure or mixed state, and this, depending on their specific effect, in quantities such that the outer zone is perfectly resistant to overheating.
The use of the process that is the subject of the present invention makes it possible to eliminate double quenching. This elimination constitutes an appreciable advantage from the point of view of processing costs. But the essential thing is the elimination of the uncertainty that we had about the hardness values to be obtained from the core at the classic final quenching of case-hardened parts.
For this quenching process after case-hardening, it is advisable to aim at integral quenching of the material of the core over its entire section and all the more so since it is only in this case that perfect regularity can be ensured. mechanical properties of the core material o In the case of full quenching on all the core section without formation of proeutectoid ferrite, the hardness of the core material or the core hardness is only a function of the carbon content
Full quenching over the entire cross section of the core supposes a more or less significant addition of common elements for increasing the quenchability, and in particular silicon, manganese, chromium, molubdenum and nickel. pure or mixed, depending on the maximum section of the pieces,
in quantities such that full and regular hardening to the core of the part can be obtained.
The present invention therefore relates to cementing steels for the treatment indicated above, the carbon content of which depends on the hardness to be obtained from the core and of which the content of alloying elements, in particular of silicon, manganese. , chromium, molybdenum, nickel ,, in the pure or mixed state, and the additions proposed for obtaining a perfect resistance to overheating depend on the maximum section of the parts.
For carbon contents, the rules established by BURNS MOORS and ARCHER (Quantitative Hardenability, Trans AM. Soc.
Metals 26, 1938), according to which these contents range on average as follows:
EMI2.1
<tb> Hardness <SEP> Rc <SEP> of the <SEP> core <SEP> Resistance <SEP> of the <SEP> core <SEP> Content <SEP> in <SEP> C%
<tb> in <SEP> kg / mm2
<tb>
<tb> 25 <SEP> 85 <SEP> 0.05
<tb> 30 <SEP> 95 <SEP> 0.07
<tb> 35 <SEP> 110 <SEP> 0.10
<tb> 40 <SEP> 127 <SEP> 0.13
<tb> 45 <SEP> 148 <SEP> 0.16
<tb> 50 <SEP> 174 <SEP> 0.20
<tb>
Integral quenching, that is to say the formation of martensite without formation of proeutectoid ferrite, cannot be carried out in carbon steels by even very abrupt cooling with water only over a few millimeters of section, the practice of the water quenching of the hardened parts is limited to small dimensions.
Steels therefore require in most cases quenching in oil or air, given the quenching behavior of their hardened zone. This simultaneously results in the advantage of the use of hot bath quenching which makes it possible to compensate for the increase in the risks of deformation arising from the rise in the temperature.
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