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ACIERS SPECIAUX POUR OUTILS TRAVAILLANT A CHAUD.
Les outils travaillant à chaud doivent résister à l'effet du choc ou d'une grande pression et être en même temps aussi insensibles que possible à l'échauffement par le métal chaud. Ces exigences n'ont pu être satisfaites par aucun des aciers spéciaux utilisés jusqu'ici dans la fabrication d'outils travaillant à chaud, ainsi qu'il ressort de la mise hors d'usage prématurée trop fréquente de ces outils. Les outils peuvent devenir inuti- lisables pour diverses raisons, dont les plus importantes sont l'usure mécanique à laquelle sont particulièrement exposés les tranchants des outils, le bris de l'outil et les criques provenant de brûlures.
Jusqu'ici on a utilisé pour des outils travaillant à chaud des aciers fortement alliés à haute résistance à la chaleur, celle-ci allant comme on le sait généralement croissant avec la teneur en métaux alliés. Cette augmentation de la résistance à la chaleur s'accompagne toutefois d'une plus grande tendance aux criques par brûlures.
La présente invention a pour objet des alliages d'acier qui,.par suite de leur composition particulière et en dépit de leur grande résistance à la chaleur, sont extraordinairement résistants aux criques par lure et qui offrent également une résistance supérieure à l'usure mécanique, ce qui rend leur utilisation particulièrement intéressante pour la fabrication des outils travaillant à chaud, particulièrement des poinçons, matrices, étampes, coquilles pour le moulage sous pression, aiguilles de presse, tout spécialement des aiguilles de presse refroidies par eau dans les presses horizontales et des outils analogues.
Suivant l'invention la composition des alliages d'acier comprend en premier lieu 0,10 à 0,70 % de carbone, 1 à 6 % de chrome et 0,2 à 6 %
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de niobium, qui peut être remplacé partiellement ou en totalité par des quantités de 1,5 à 2,5 fois supérieures en tantale, et comprend également dans tous les cas une addition de 0,2 à 4 % de tungstène ou de 0.2 à 6 % de molybdène ou de 0,1 à 3 % de vanadium, qui peuvent également etre présents simultanément dans une proportion ne dépassant pas de préférence 10% au total. Par une addition de cobalt dans la proportion de 0,5 à 15% on peut obtenir une nouvelle amélioration des alliages d'acier suivant l'invention.
Il est recommandé pour des outils de grande dimension, de faire encore aux alliages d'aciers suivant les données précédentes une addition de nickel d'au plus 4 % et/ou de manganèse d'au plus 3 % et/ou de cuivre d'au plus 2 %. Si la température de travail de l'outil est très élevée, une teneur pouvant aller jusqu'à 2 % de silicium, et/ou 3 % d'aluminium se révèle favorable.
On donnera comme exemple avantageux d'exécution un alliage d'acier comprenant 0,42 % de carbone, 0,45 % de silicium, 0,32 % de manganèse, 2,65 % de chrome, 2,20 % de molybdène, 0,95 % de tungstène, 0,31 % de vanadium, 0,54 % de nickel, 2,85 % de cobalt et 3,22 % de niobium.
Des filières de presses à boudiner construites en cet acier ont montré à l'usage une supériorité marquée sur des filières construites avec l'acier généralement utilisé à forte teneur en chrome, tungstène et cobalt et elles ont résisté en moyenne à une nombre d'opérations de boudinage de 50% plus élevé bien que la teneur en métaux alliés de l'alliage suivant l'invention n'atteignit qu'environ 60 % de la teneur en alliages de l'acier de comparaison fortement allié.
Ces propriétés intéressantes, en particulier la faible tendance aux criques par brûlures sont obtenues dans les compositions suivant l'invention par l'action combinée du niobium avec le chrome et éventuellement aussi avec le molybdène et le tungstène. Des aciers alliés dans des conditions écartant des limites de proportions et de combinaisons revendiquées ne présentaient pas cette faible tendance à criquer par brûlures.
Les alliages d'acier suivant l'invention doivent être refroidis rapidement par huile ou air comprimé à partir de températures de 900 à 1250 C et aussitôt recuits à des températures comprises entre 300 et 750 C.
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SPECIAL STEELS FOR HOT WORKING TOOLS.
Hot-working tools must resist the effect of impact or great pressure and at the same time be as insensitive as possible to heating by hot metal. These requirements could not be met by any of the special steels used until now in the manufacture of hot-working tools, as is apparent from the too frequent premature decommissioning of these tools. Tools can become unusable for a variety of reasons, the most important of which are mechanical wear to which tool cutting edges are particularly exposed, tool breakage and cracks from burns.
Hitherto, highly alloyed steels with high heat resistance have been used for hot-working tools, the latter generally increasing with the content of alloyed metals. With this increase in heat resistance, however, there is a greater tendency for burn cracks.
The present invention relates to steel alloys which, due to their particular composition and despite their high heat resistance, are extraordinarily resistant to cracks by wear and which also offer superior resistance to mechanical wear. , which makes their use particularly interesting for the manufacture of hot-working tools, particularly punches, dies, stamps, shells for die-casting, press needles, especially water-cooled press needles in horizontal presses and similar tools.
According to the invention, the composition of the steel alloys firstly comprises 0.10 to 0.70% of carbon, 1 to 6% of chromium and 0.2 to 6%
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niobium, which can be partially or totally replaced by amounts 1.5 to 2.5 times greater than tantalum, and also includes in all cases an addition of 0.2 to 4% tungsten or 0.2 to 6 % molybdenum or 0.1 to 3% vanadium, which can also be present simultaneously in an amount preferably not exceeding 10% in total. By adding cobalt in the proportion of 0.5 to 15%, a further improvement in the steel alloys according to the invention can be obtained.
It is recommended, for large tools, to add to the steel alloys according to the previous data an addition of at most 4% nickel and / or of at most 3% manganese and / or of copper. at most 2%. If the working temperature of the tool is very high, a content of up to 2% silicon, and / or 3% aluminum is favorable.
As an advantageous example of execution, a steel alloy comprising 0.42% carbon, 0.45% silicon, 0.32% manganese, 2.65% chromium, 2.20% molybdenum, 0 , 95% tungsten, 0.31% vanadium, 0.54% nickel, 2.85% cobalt and 3.22% niobium.
Extrusion press dies constructed from this steel have shown in use a marked superiority over dies constructed with the steel generally used with a high content of chromium, tungsten and cobalt and they have withstood an average number of operations. 50% higher extrusion although the alloy metal content of the alloy according to the invention was only about 60% of the alloy content of the high alloy comparison steel.
These advantageous properties, in particular the low tendency to burn cracks, are obtained in the compositions according to the invention by the combined action of niobium with chromium and optionally also with molybdenum and tungsten. Alloy steels under conditions deviating from the limits of the proportions and combinations claimed did not exhibit this slight tendency to crack by burns.
The steel alloys according to the invention must be cooled rapidly by oil or compressed air from temperatures of 900 to 1250 C and immediately annealed at temperatures between 300 and 750 C.