<Desc/Clms Page number 1>
@ Cette invention est relative à des aciers rapides à faible te- neur en éléments d'alliage qui sont supérieurs à ceux connus jusqu'à pré- sent. Les aciers suivant l'invention se forgent facilement et en fait ils peuvent être laminés directement à partir du lingot sans forgeage préalable
Ils sont tenaces et résistants à l'abrasion. Ces propriétés désirables sont obtenues en utilisant des quantités relativement faibles de chrome, vanadium et molybdène, les aciers contenant de préférence, mais pas nécessairement, aussi du tungstène, et en proportionnant convenablement la quantité de carbone,qui varie suivant les quantités d'éléments d'alliage comme on l'expliquera plus particulièrement ci-après.
Afin de mieux montrer la composition équilibrée de l'acier, on utilise généralement les pourcentages atomiques des éléments plutôt que les pourcentages en poids utilisés plus couramment.
Suivant l'invention, un acier rapide à faible teneur en éléments d'alliage comprend ;
4,79 à 5,97 pourcents atomiques de carbone
3,70 à 4,80 pourcents atomiques de chrome
3,98 à 4,86 pourcents atomiques de vanadium
1,25 à 3,42 pourcents atomiques de molybdène et
0 à 1,05 pourcent atomique de tungstène, le reste étant en substance du fer, les proportions de ces éléments satisfaisant à la règle (1) Ct - (CV + Cm)=- 0,10 à -0,40 pourcent atomique et à la règle (2) CV = 4 à 6.
Ct-Cv l'acier, Ct étant le pourcentage atomique de tout le carbone présent dans
C étant le pourcentage atomique du carbone nécessaire pour combiner tout le vanadium dans l'acier pour former VC et
C étant le pourcentage atomique du carbone nécessaire pour combi- ner tout le tungstène, le chrome et le molybdène dans l'acier pour former des carbures du type (Tu, Cr, Mo)6C.
La comparaison entre les pourcentages en poids et les pourcentages atomiques donne :
EMI1.1
<tb>
<tb> Pourcentage <SEP> en <SEP> poids <SEP> Pourcentage <SEP> atomique
<tb> Carbone <SEP> 1,05 <SEP> - <SEP> 1,30 <SEP> 4,79- <SEP> 5,97
<tb> Chrome <SEP> 3,70 <SEP> - <SEP> 4,50 <SEP> 3,70 <SEP> - <SEP> 4,80
<tb> Vanadium <SEP> 3,70 <SEP> - <SEP> 4,50 <SEP> 3,97 <SEP> - <SEP> 4,86
<tb> Molybdène <SEP> 2,20 <SEP> - <SEP> 6,00 <SEP> 1,25 <SEP> - <SEP> 3,42
<tb> de <SEP> préférence <SEP> 2,20 <SEP> - <SEP> 3,50 <SEP> 1,25 <SEP> - <SEP> 2,01
<tb> Tungstène <SEP> 0 <SEP> - <SEP> 3,50 <SEP> 0 <SEP> - <SEP> 1,05 <SEP>
<tb> de <SEP> préférence <SEP> 2,20 <SEP> - <SEP> 3,50 <SEP> 0,66 <SEP> - <SEP> 1,05
<tb>
On se référera maintenant aux tableaux suivants I, II et III.
<Desc/Clms Page number 2>
TABLEAU I
EMI2.1
<tb>
<tb> Pourcentage <SEP> en <SEP> poids <SEP> Pourcentage <SEP> atomique
<tb>
EMI2.2
c Tu Cr v Mo G ##Si##B:##N2# A 0,72 18,00 4,00 1,00 - 3, 70 6,04 4, 75 ., 2. -
EMI2.3
<tb>
<tb> B <SEP> 0,88 <SEP> - <SEP> 4,10 <SEP> 1,82 <SEP> 4,25 <SEP> 4,02 <SEP> - <SEP> 4,32 <SEP> 1,96 <SEP> 2,43
<tb>
EMI2.4
C 0,82 1,50 4, 00 2, 00 8,50 3,86 0,46 ., 34 2,21 5,00 D 0,83 6,00 4,00 2,00 5,00 3,97 1,87 .-'c.a42 2,25 2,99 E 1,15 6, 00 4, Oo 3,00 9,00 5, 1+5 1,86 4, 3 $ 3,35 3,56
EMI2.5
<tb>
<tb> F <SEP> 0,95 <SEP> 2,50 <SEP> 4,00 <SEP> 2,50 <SEP> 2,50 <SEP> 4,37 <SEP> 0,75 <SEP> 4,24 <SEP> 2,71 <SEP> 1,43
<tb> G <SEP> 1,00 <SEP> 3,00 <SEP> 4,00 <SEP> 3,00 <SEP> 3,00 <SEP> 4,57 <SEP> 0,89 <SEP> 4,21 <SEP> 3,23 <SEP> le72
<tb>
EMI2.6
H 1,27 5,50 4,50 4,00 4,50 5,93 1,68 4,85 4,40 2,63 1 1,40 - 4,10 4,15 4,25 6,26 - 4e23 4,37 2,38 J 1,56 6,56 4,
75 5,00 3,35 * 7,24 1,99 5,08 5,46 1-94 K 1,50 12,50 4,75 5,00 - * 7,17 3,90 5,24 5,63 L 1,09 2,40 3,90 4.s20 2,50 4,97 0,71 4,11 4s5- 1,42 M 1,16 2,70 4,20 3,80 2,80 5,30 0,81 4,43 4,09 1,60
EMI2.7
<tb>
<tb> N <SEP> 1,09 <SEP> 2,20 <SEP> 3,70 <SEP> 3,50 <SEP> 2,20 <SEP> 4,96 <SEP> 0,66 <SEP> 3,89 <SEP> 3,76 <SEP> 1,25
<tb> 0 <SEP> 1,20 <SEP> 3,10 <SEP> 4,40 <SEP> 4,50 <SEP> 3,20 <SEP> 5,49 <SEP> 0,92 <SEP> 4,65 <SEP> 4,85 <SEP> 1,83
<tb> P <SEP> 1,09 <SEP> 3,10 <SEP> 4,40 <SEP> 3,50 <SEP> 3,20 <SEP> 5,01 <SEP> 0,93 <SEP> 4,67 <SEP> 3,79 <SEP> 1,84
<tb>
EMI2.8
Q 1,20 2je0 3,70 4,50 2,20 5.44 0,65 3,87 4,80 1,25 R 1,00 2,00 3, 7U 3,70 2, 00 4s 56 0, 60 3,89 3,97 1,14
EMI2.9
<tb>
<tb> S <SEP> 1,13 <SEP> 2,55 <SEP> 4,05 <SEP> 4,00 <SEP> 2,65 <SEP> 5,16 <SEP> 0,76 <SEP> 4,27 <SEP> 4,30 <SEP> 1,51
<tb> T <SEP> 1,09 <SEP> 2,40 <SEP> 3,90 <SEP> 3,80 <SEP> 2,50 <SEP> 4,
98 <SEP> 0,71 <SEP> 4,11 <SEP> 4,09 <SEP> 1,43
<tb> U <SEP> 1,16 <SEP> 2,70 <SEP> 4,20 <SEP> 4,20 <SEP> 2,80 <SEP> 5,30 <SEP> 0,81 <SEP> 4,43 <SEP> 4,52 <SEP> 1,60
<tb>
EMI2.10
V 1,16 2,70 4,00 z20 2,70 5,30 0,81 4,21 la.s5- 1,54 W 1,20 3,00 4,00 4,30 3,00 5,49 0,90 4,22 4,63 1,72 X 1,30 3,50 -50 4,50 3,50 5,95 1,04 4,75 4,85 2,01
EMI2.11
<tb>
<tb> Y <SEP> 1,05 <SEP> 2,20 <SEP> 3,70 <SEP> 3,70 <SEP> 2,20 <SEP> 4,79 <SEP> 0,66 <SEP> 3,89 <SEP> 3,97 <SEP> 1,25
<tb> Z <SEP> 1,13 <SEP> - <SEP> 4,05 <SEP> 4,00 <SEP> 5,70 <SEP> 5,15 <SEP> - <SEP> 4,26 <SEP> 4,28 <SEP> 3,25
<tb> * <SEP> contient <SEP> 5% <SEP> de <SEP> cobalt
<tb>
<Desc/Clms Page number 3>
EMI3.1
<tb>
<tb> (1) <SEP> (2) <SEP> (3) <SEP> (4) <SEP> (5)
<tb>
EMI3.2
Acier et C C c -t7 (C v Cm
EMI3.3
<tb>
<tb> A <SEP> 3,70 <SEP> 1,21 <SEP> 1,80 <SEP> 0,69
<tb> B <SEP> 4,02 <SEP> 1,
96 <SEP> 1,13 <SEP> 0,93
<tb> C <SEP> 3,86 <SEP> 2,21 <SEP> 1,63 <SEP> 0,02
<tb> D <SEP> 3,97 <SEP> 2,25 <SEP> 1,55 <SEP> 0,17
<tb> E <SEP> 5,45 <SEP> 3,35 <SEP> 1,63 <SEP> 0,47
<tb> F <SEP> 4,37 <SEP> 2,71 <SEP> 1,07 <SEP> 0,59
<tb> G <SEP> 4,57 <SEP> 3,23 <SEP> 1,14 <SEP> 0,20
<tb> H <SEP> 5,93 <SEP> 4,40 <SEP> 1,53 <SEP> 0,00
<tb> I <SEP> 6,26 <SEP> 4,37 <SEP> 1,10 <SEP> 0,79
<tb> J <SEP> 7, <SEP> 24 <SEP> 5,46 <SEP> 1,50 <SEP> 0,28
<tb> K <SEP> 7,17 <SEP> 5,63 <SEP> 1,52 <SEP> 0,02
<tb> L <SEP> 4,97 <SEP> 4,51 <SEP> 1,04 <SEP> -0,58
<tb> M <SEP> 5,30 <SEP> 4,09 <SEP> 1,14 <SEP> 0,07
<tb> N <SEP> 4,96 <SEP> 3,76 <SEP> 0,97 <SEP> 0,23
<tb> 0 <SEP> 5,49 <SEP> 4,85 <SEP> 1,23 <SEP> -0,59
<tb> P <SEP> 5,01 <SEP> 3,79 <SEP> 1,24 <SEP> -0,02
<tb> Q <SEP> 5,44 <SEP> 4,80 <SEP> 0,96 <SEP> -0,32
<tb> R <SEP> 4,56 <SEP> 3,97 <SEP> 0,94 <SEP> -0,35
<tb> s <SEP> 5,16 <SEP> 4,30 <SEP> 1,
09 <SEP> -0,23
<tb> T <SEP> 4,98 <SEP> 4,09 <SEP> 1,04 <SEP> -0,15
<tb> U <SEP> 5,30 <SEP> 4,52 <SEP> 1,14 <SEP> -0,36
<tb> V <SEP> 5,30 <SEP> 4,51 <SEP> 1,09 <SEP> -0,30
<tb> W <SEP> 5,49 <SEP> 4,63 <SEP> 1,14 <SEP> -0,28
<tb> X <SEP> 5,95 <SEP> 4,85 <SEP> 1,30 <SEP> -0,20
<tb> Y <SEP> 4,79 <SEP> 3,97 <SEP> 0,97 <SEP> -0,15
<tb> Z <SEP> 5,15 <SEP> 4,28 <SEP> 1,25 <SEP> -0,38
<tb>
Ct = Pourcentage atomique total de carbone (tableau I) Cv= Pourcentage atomique total de vanadium (tableau I) Cm= 1/6e de la somme des pourcentages atomiques de Tu + Cr + Mo (tableau I) TABLEAU
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TABLEAU III
EMI4.1
<tb>
<tb> (1) <SEP> (2) <SEP> (3) <SEP> (4) <SEP> (5)
<tb>
EMI4.2
Acier et Cv Ct - e v e v
EMI4.3
<tb>
<tb> Ct-Cv
<tb> 3,70 <SEP> 1,21 <SEP> 2,49 <SEP> 0,49
<tb> B <SEP> 4,02 <SEP> 1,96 <SEP> 2,
06 <SEP> 0,95
<tb> C <SEP> 3,86 <SEP> 2,21 <SEP> 1,65 <SEP> 1,34
<tb> D <SEP> 3,97 <SEP> 2,25 <SEP> 1,72 <SEP> 1,31
<tb> E <SEP> 5,45 <SEP> 3,35 <SEP> 2,10 <SEP> 1,60
<tb> F <SEP> 4,37 <SEP> 2,71 <SEP> 1,66 <SEP> 1,63
<tb> G <SEP> 4,57 <SEP> 3,23 <SEP> 1,34 <SEP> 2,41
<tb> H <SEP> 5,93 <SEP> 4,40 <SEP> 1,53 <SEP> 2,88
<tb> 1 <SEP> 6, <SEP> 26 <SEP> 4,37 <SEP> 1,89 <SEP> 2,31
<tb> J <SEP> 7,24 <SEP> 5,46 <SEP> 1,78 <SEP> 3,07
<tb> K <SEP> 7,17 <SEP> 5,63 <SEP> 1,54 <SEP> 3,66
<tb> L <SEP> 4,97 <SEP> 4,51 <SEP> 0,46 <SEP> 9,80
<tb> M <SEP> 5,30 <SEP> 4,09 <SEP> 1,21 <SEP> 3,38
<tb> N <SEP> 4,96 <SEP> 3,76 <SEP> 1,20 <SEP> 3,13
<tb> 0 <SEP> 5,49 <SEP> 4,85 <SEP> 0,64 <SEP> 7,58
<tb> P <SEP> 5,01 <SEP> 3,79 <SEP> 1,22 <SEP> 3,11
<tb>
EMI4.4
Q 5 s lf4- 4, go 0,64 7,50 R 4s56 3,97 0,59 6,73 S 5,16 4.30 0, 86 5, 00 T 4,98 4,09 0, 9 4, 60
EMI4.5
<tb>
<tb> u <SEP> 5,30 <SEP> 4,
52 <SEP> 0,78 <SEP> 5,79
<tb> V <SEP> 5,30 <SEP> 4,51 <SEP> 0,79 <SEP> 5,71
<tb>
EMI4.6
W 5,49 4, 63 0,86 5,38
EMI4.7
<tb>
<tb> X <SEP> 5.95 <SEP> 4,85 <SEP> 1,10 <SEP> 4,41
<tb> Y <SEP> 4,79 <SEP> 3,97 <SEP> 0,82 <SEP> 4,84
<tb> Z <SEP> 5,15 <SEP> 4,28 <SEP> 0,87 <SEP> 4,92
<tb>
Le tableau I donne la liste des aciers de A à Z dans la première colonne. Il donne les pourcentages en poids et les pourcentages atomiques du carbone et des éléments d'alliage dans de nombreux types d'acier rapides Les aciers A à K inclus sont des exemples de nombreux aciers rapides connus dans le commerce qui sont tous hors du. cadre de l'invention. Les aciers L à R inclus sont d'autres aciers en dehors du cadre de l'invention. Les aciers 3 à Z inclus sont les aciers conformes à l'invention.
Un acier rapide doit avoir les qualités suivantes.pour donner satisfaction.
En premier lieu, il doit pouvoir se forger et se laminer facilement. De nombreux aciers rapides actuellement en usage contiennent un tel pourcentage d'éléments d'alliage dans le but d'augmenter leur résistance à l'abrasion et leur capacité de coupe, qu'ils sont difficiles à forger et à laminer. L'acier rapide suivant la présente invention non seulement peut être facilement forgé mais il peut être laminé directement du lingot.
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En second lieu, il doit posséder une ténacité supérieure à celle d'autres aciers rapides de manière à pouvoir en faire des outils qui ne se brisent pas facilement à l'usage.
Troisièmement, il doit posséder une bonne résistance à l'abra- sion et une bonne capacité de coupe.
-Quatrièmement, il doit être de fabrication économique à la fois du point de vue prix des éléments mélangés à l'acier et du point de vue de moindre production de déchets provenant de la transformation à chaud des lingots en barres.
Le premier but, c'est-à-dire, produire un acier qui puisse être forgé et laminé assez facilement, est atteint en maintenant la teneur en chrome, tungstène et molybdène raisonnablement basse.
Le second but, la grande ténacité, est atteint en maintenant la teneur en carbone inférieure à celle qu'on croyait possible antérieurement eu égard à la teneur en éléments d'alliage. On a découvert que, contraire- ment à certains enseignements, la teneur en carbone doit être maintenue à une valeur inférieure à celle qui est réellement nécessaire pour combiner avec tous les éléments formant des carbures. La teneur relativement faible en éléments d'alliage des aciers suivant l'invention contribue aussi à leur ténacité.
Le troisième but, la résistance à l'abrasion et la capacité de coupe, a été atteint en combinant l'alliage de l'acier de manière qu'il pos- sèdé une prépondérance de carbures de vanadium par rapport aux autres car- bures. Les carbures de vanadium produits en si grande quantité dans les aciers de l'invention sont beaucoup plus durs que les carbures mixtes de tungstène, chrome et molybdène qu'on trouve dans les aciers rapides.
On croit qu'il se passe ce qui suit dans la formation des car- bures dans l'acier rapide, mais sans se limiter à cette explication.
Les éléments formant des carbures, tungstène, chrome et molyb- dène, forment dans l'acier rapide des carbures mixtes représentés par la formule chimique (Tu, Cr, Mo)6 C. Cela signifie en fait que ces trois élé- ments formant carbure se combinent dans les proportions dans lesquelles ils se trouvent dans l'acier avec 1/6 de leurs pourcentages atomiques de carbone pour former un carbure. Si le total de tungstène, du chrome et du molybdène est pris dans son ensemble et considéré comme un métal formant carbure et désigné par "M", la formule du carbure peut être exprimée par M6C. Cela sig- nifie 'que 6 atomes de métal formant carbure se combinent avec 1 atome de carbone pour former le carbure M6C.
Lorsqu'un acier rapide est trempé en le chauffant à une tempéra- ture élevée (environ 2200 à 2400 F soit 1204 à 1315 C) et en le refroidis- sant rapidement, sa dureté est comprise entre 63 et 66 Rockwell C. Mais si on utilise un appareil microscopique susceptible de mesurer la dureté de particules séparées de (Tu, Cr, Mo)6 C, on trouve un équivalent Rockwell de C 77. On considère que ce sont ces particules de carbure plus dures dans l'acier rapide qui contribuent à sa résistance à l'abrasion et à sa capacité de coupe.
Grâce à un équilibre approprié des éléments formant carbure et du carbone dans l'acier rapide, on croit que le vanadium prend la forme d'un carbure qui peut tre exprimé chimiquement par VC. Cela signifie qu'un atome de vanadium se combine avec un atome de carbone pour former un carbure.
L' acier possède en abondance ces carbures VC comme on peut le voir en examinant les microstructures. La microdureté de ces carbures VC est l'équivalent de Rockwell C 84, ce qui est extrêmement dur, et ils résistent au polissage à l'alundum, en fait, il faut utiliser de la poussière de diamant pour préparer des échantillons métallographiques car autrement ces carbures VC font sail- lie à la surface comme des élévations arrondies.
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Ces carbures du type VC sont présents dans d'autres aciers rapides en quantités variables, mais la teneur en carbone et éléments d' alliage de l'acier rapide de la présente invention est équilibrée de telle manière qu'il y en a plus que dans tout autre acier ayant la même teneur en vanadium.
Le tableau II donne la liste des aciers de A à Z dans la pre- mière colonne. La seconde colonne est intitulée Ct: elle indique les pourcentages atomiques de tout le carbone présent dans l'acier. La troisième co- lonne est marquée C :elle indique le carbone nécessaire pour combiner tout le vanadium pour former des carbures VC et comme 1 atome de vanadium exige 1 atome de carbone pour former ce carbure, C est égal au pourcentage ato- mique du vanadium dans l'acier. La quatrième colonne est marquée Cm: elle indique les pourcentages atomiques de carbone nécessaires pour former le carbure du type M6C ou (Tu, Cr, Mo)6C. Il est évident que Cm est égal à un sixième du total des poids atomiques du tungstène,du chrome et du molybdène..
La cinquième colonne est intitulée Ct- (Cv + Cm) et elle exprime l'excès ou le défaut de carbone nécessaire pour former les divers carbures.
On remarquera dans la colonne 5 du tableau II que de nombreux aciers contiennent un excès de carbone sur la quantité nécessaire pour former des carbures avec les métaux d'alliage. Cet excès de carbone est cause de fragi- lité de ces aciers. Certains autres aciers manquent de carbone de sorte que tous les éléments formant des carbures ne peuvent être avantageusement uti- lisés et sont gaspillés,. D'autres aciers contiennent seulement un léger dé- faut de carbone de sorte qu'après l'utilisation sans perte de tous les élé- ments formant carbure, il n'y a positivement pas d'excès de carbone pour rendre fragile le réseau de l'acier.
Afin que l'acier soit tenace et qu'il n'y ait pas d'excès de car- bone pour le rendre fragile, on a trouvé que les aciers devaient se conformer à la règle suivante :
Règle (1) Ct- (Cv + C ) = -0,10 à -0,40 pourcent atomique.
Il est nécessaire qu'il y ait réellement pénurie de carbone par rapport à la quantité théorique requise pour combiner tous les éléments d' alliage. Lorsqu'il y a équilibre, juste assez et pas plus qu'il n'en faut pour former tous les carbures, il y a néanmoins un effet de fragilité sur le réseau de l'acier.
Le tableau III donne la liste des aciers de A à Z dans la première colonne. La seconde colonne est intitulée C : elle donne les pourcentages atomiques de la totalité du carbone présent dans l'acier. La troisième colon- ne marquée C indique le carbone nécessaire pour combiner tout le vanadium pour former des carbures VC et comme 1 atome de vanadium exige 1 .atome de car- bone pour former ce carbure, Cv égale le pourcentage atomique du vanadium dans l'acier. La quatrième colonne marquée Ct- Cv donne le pourcentage atomique du carbone restant après la formation des carbures VC. La cinquième colonne marquée Cv exprime le rapport entre le carbone combiné sous forme de C+-c carbures VC etVie restant carbone. carbures Vc et le restant du carbone.
Le tableau III montre que dans la plupart des aciers commerciaux A à K, le carbone combiné au vanadium pour former des carbures VC est soit inférieur soit à peine supérieur au carbone qui est combiné avec les autres métaux d'alliage ou avec le fer pour rendre le réseau fragile. On réalise qu'afin d'obtenir autant de carbures VC que possible par rapport aux autres carbures, il faudrait éliminer tout ou une grande partie du tungstène, du chrome et du molybdène, mais le résultat ne serait plus un "acier rapide"; un acier caractérisé par la possibilité de conserver une dureté élevée à des températures voisines de 1050 F (565 G) après trempe à très haute température.
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On a trouvé que pour que l'acier contienne autant que possible de carbures VC très durs, proportionnellement aux carbures (Tu, Cr, Mo)6C, tout en conservant les qualités désirables de l'acier rapide, il doit satisfaire à la règle (2) suivante:
Règle (2)
C = j
EMI7.1
Ct - Cv , à 6
Cette règle (2) signifie que le rapport du carbone nécessaire à la formation des carbures VC à tout le carbone restant dans l'acier doit être compris entre 4 et 6.
Lorsque la règle (2) est observée, les aciers obtenus contiennent une grande proportion de carbures VC par rapport aux carbures plus tendres du type (Tu., Cr, Mo) C., bien qu'il y ait encore suffisamment de carbures pins tendres pour donner de la dureté au réseau. Dans les aciers rapides recuits la plupart des carbures sont hors de solution mais lorsqu'ils sont chauffés pour la trempe, au fur et à mesure de l'élévation de la température de trempe et de l'augmentation de la durée du maintien à la température de trempe, une plus grande quantité de carbures (Tu, Cr, Mo)6C entre en solution solide dans le réseau pour lui donner résistance et dureté.
Cependant, dans les aciers de l'invention, les carbures VC qui sont nombreux et de grandes dimensions n'entrent en'solution qu'avec la plus grande difficulté et à la température de trempe maximum qui peut être atteinte sans croissance excessive du grain et avec une durée de maintien à cette température raisonnable, les carbures VC n'entrent pas en solution solide dans le réseau des aciers mais restent sous forme de grains nombreux de carbures durs.
En se référant aux règles (1) et (2) et aux aciers énumérés dans les tableaux II et III, on voit qu'aucun des aciers A à K ne satisfait à la règle (1). Les aciers A, B,' E, F et I ont tous un grand excès de carbone et ils sont considérablement moins tenaces que les aciers S à Z inclus con- formes à là présente invention. Les aciers D, G et J ont un léger excès de carbone. 'Les aciers D et J ont des teneurs élevées en éléments d'alliage et ils ne sont pas aussi tenaces que les aciers suivant la présente invention Les aciers C, H et K, bien qu'ils ne contiennent théoriquement pas d'excès , de carbone, ont une teneur élevée en éléments d'alliage et à cause de cela ils ne sont pas aussi tenaces que les aciers de la présente invention.
En se référant à la règle (2) et au tableau III, on voit que les aciers A et B contiennent si peu de carbures VC qu'on peut à peine les déce- ler dans la microstructure. Dans les aciers C, D, E et F, on peut voir très peu de carbures VC dans les microstructures. Dans les aciers G, H, I, J et K, il y a plus de carbures VC dans la microstructure, exactement comme le rapport Cv augmente de valeur. L'acier K a une teneur très élevée
EMI7.2
't'"''"v en éléments d'alliage, il manque de ténacité, il est très difficile à forger ou à laminer et il est très cher.
Les aciers Sà Z inclus,conformes à la présente invention,, satisfont aux règles (1) et (2). Ces aciers sont très tenaces. Ils ont une teneur relativement faible en éléments d'alliage et ils peuvent être facilement forgés; en fait ils peuvent être laminés directement du lingot. Ils sont peu coûteux à fabriquer. Le nombre de grains de carbures VC visibles dans leurs microstructures est trés grand et dépasse celui de tous les autres aciers connus et c'est là la raison pour laquelle les aciers de l'invention se prêtent si bien aux essais de coupe.
Les aciers F et G contiennent tous les deux trop de carbone pour satisfaire à la règle (1) et trop peu de carbures du type VC pour satisfaire à la règle (2). On a comparé des mèches en aciers F et G à des mèches en acier S et on a trouvé que les mèches en acier conforme à l'invention ont une durée
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de coupe de 5 à 10 fois celle des mèches en acier F ou G.
Deux mèches en acier S ont foré respectivement 123 et 155 trous avant rupture en comparaison avec 33 trous pour une mèche du même modèle en acier C utilisée sur le même bloc d'essai. La moyenne de 7 essais de forage montre que les mèches en acier S forent 111 trous en comparaison avec une moyenné de. 23 trous pour les mèches en acier C. Ces essais ont été faits sur un bloc d'essai en alliage chrome-nickel ayant subi un traitement thermique lui donnant une dureté de 24 Rockwell C.
L'acier I contient beaucoup trop de carbone pour satisfaire à la règle (1) et pour donner la ténacité optimum* Il ne contient pas assez de carbures du type VC pour satisfaire à la règle (2) et donner le maximum de résistance à l'abrasion.
Les aciers L à R inclus qui sont hors du cadre de l'invention ont été essayés en comparaison avec les aciers S à Z inclus qui rentrent dans le cadre de l'invention. Ces essais étaient des essais d'usinage com- portant l'emploi d'outils de coupe à point unique faits avec les divers aciers.
Ils ont montré que les aciers S à Z sont considérablement supérieurs aux autres aciers.
Dans les aciers L, O, Q et R, le rapport CV/C-c est trop éle t v vé pour satisfaire à la règle (2). Ces aciers contiennent une trop grande proportion de carbure Vc par rapport à la quantité d'autres carbures présents pour former un réseau convenable dans l'acier. Ces aciers manquent donc de la qualité de dureté à chaud et de dureté à la température ambiante. Ce n' est pas qu'il soit mauvais d'avoir trop de carbures VC dans l'acier mais c' est la petite quantité d'autres types de carbures qui donne à l'acier un ré- seau peu satisfaisant. En outre, les aciers L et 0 n'ont pas assez de car- bone pour satisfaire à la règle (1).
Dans les aciers M, N et P, le rapport Cv/Ct-Cv est trop faiCt-Cv ble pour satisfaire à la règle (2) et par conséquent, ces aciers ne contien- nent pas assez de carbures du type VC pour leur donner de bonnes propriétés de coupe.
En ce qui concerne le prix de revient des aciers de l'invention il est à remarquer que le tungstène est un élément d'alliage très cher et que les aciers de l'invention ont des teneurs relativement faibles de cet élément ou n'en contiennent pas du tout. En outre, la teneur totale en éléments d' alliage des aciers de l'invention est relativement faible. Par exemple, le coût des éléments d'alliage de l'acier S n'est qu'environ le tiers de celui des éléments de l'acier A, les cinq-huitièmes de celui de l'acier E et les cinq-sixièmes de celui de l'acier D.
REVENDICATIONS.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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This invention relates to high speed steels with a low content of alloying elements which are superior to those known heretofore. The steels according to the invention are easily forged and in fact they can be rolled directly from the ingot without prior forging.
They are tough and abrasion resistant. These desirable properties are obtained by using relatively small amounts of chromium, vanadium and molybdenum, the steels preferably containing, but not necessarily, also tungsten, and by suitably proportioning the quantity of carbon, which varies according to the quantities of elements of alloy as will be explained more particularly below.
In order to better show the balanced composition of steel, atomic percentages of the elements are generally used rather than the more commonly used weight percentages.
According to the invention, a high speed steel with a low content of alloying elements comprises;
4.79 to 5.97 atomic percent of carbon
3.70 to 4.80 atomic percent of chromium
3.98 to 4.86 atomic percent of vanadium
1.25 to 3.42 atomic percent of molybdenum and
0 to 1.05 atomic percent of tungsten, the remainder being substantially iron, the proportions of these elements satisfying rule (1) Ct - (CV + Cm) = - 0.10 to -0.40 atomic percent and to rule (2) CV = 4 to 6.
Ct-Cv steel, Ct being the atomic percentage of all the carbon present in
C being the atomic percentage of carbon needed to combine all the vanadium in the steel to form VC and
C being the atomic percentage of carbon necessary to combine all the tungsten, chromium and molybdenum in the steel to form carbides of the (Tu, Cr, Mo) 6C type.
The comparison between the percentages by weight and the atomic percentages gives:
EMI1.1
<tb>
<tb> Percentage <SEP> in <SEP> weight <SEP> Atomic percentage <SEP>
<tb> Carbon <SEP> 1.05 <SEP> - <SEP> 1.30 <SEP> 4.79- <SEP> 5.97
<tb> Chrome <SEP> 3.70 <SEP> - <SEP> 4.50 <SEP> 3.70 <SEP> - <SEP> 4.80
<tb> Vanadium <SEP> 3.70 <SEP> - <SEP> 4.50 <SEP> 3.97 <SEP> - <SEP> 4.86
<tb> Molybdenum <SEP> 2.20 <SEP> - <SEP> 6.00 <SEP> 1.25 <SEP> - <SEP> 3.42
<tb> of <SEP> preference <SEP> 2.20 <SEP> - <SEP> 3.50 <SEP> 1.25 <SEP> - <SEP> 2.01
<tb> Tungsten <SEP> 0 <SEP> - <SEP> 3.50 <SEP> 0 <SEP> - <SEP> 1.05 <SEP>
<tb> of <SEP> preference <SEP> 2.20 <SEP> - <SEP> 3.50 <SEP> 0.66 <SEP> - <SEP> 1.05
<tb>
Reference will now be made to the following Tables I, II and III.
<Desc / Clms Page number 2>
TABLE I
EMI2.1
<tb>
<tb> Percentage <SEP> in <SEP> weight <SEP> Atomic percentage <SEP>
<tb>
EMI2.2
c Tu Cr v Mo G ## Si ## B: ## N2 # A 0.72 18.00 4.00 1.00 - 3, 70 6.04 4, 75., 2. -
EMI2.3
<tb>
<tb> B <SEP> 0.88 <SEP> - <SEP> 4.10 <SEP> 1.82 <SEP> 4.25 <SEP> 4.02 <SEP> - <SEP> 4.32 <SEP > 1.96 <SEP> 2.43
<tb>
EMI2.4
C 0.82 1.50 4.00 2.00 8.50 3.86 0.46., 34 2.21 5.00 D 0.83 6.00 4.00 2.00 5.00 3.97 1.87 .- 'c.a42 2.25 2.99 E 1.15 6.00 4, Oo 3.00 9.00 5, 1 + 5 1.86 4.3 $ 3.35 3.56
EMI2.5
<tb>
<tb> F <SEP> 0.95 <SEP> 2.50 <SEP> 4.00 <SEP> 2.50 <SEP> 2.50 <SEP> 4.37 <SEP> 0.75 <SEP> 4 , 24 <SEP> 2.71 <SEP> 1.43
<tb> G <SEP> 1.00 <SEP> 3.00 <SEP> 4.00 <SEP> 3.00 <SEP> 3.00 <SEP> 4.57 <SEP> 0.89 <SEP> 4 , 21 <SEP> 3.23 <SEP> le72
<tb>
EMI2.6
H 1.27 5.50 4.50 4.00 4.50 5.93 1.68 4.85 4.40 2.63 1 1.40 - 4.10 4.15 4.25 6.26 - 4e23 4.37 2.38 J 1.56 6.56 4,
75 5.00 3.35 * 7.24 1.99 5.08 5.46 1-94 K 1.50 12.50 4.75 5.00 - * 7.17 3.90 5.24 5.63 L 1.09 2.40 3.90 4.s20 2.50 4.97 0.71 4.11 4s5- 1.42 M 1.16 2.70 4.20 3.80 2.80 5.30 0 , 81 4.43 4.09 1.60
EMI2.7
<tb>
<tb> N <SEP> 1.09 <SEP> 2.20 <SEP> 3.70 <SEP> 3.50 <SEP> 2.20 <SEP> 4.96 <SEP> 0.66 <SEP> 3 , 89 <SEP> 3.76 <SEP> 1.25
<tb> 0 <SEP> 1.20 <SEP> 3.10 <SEP> 4.40 <SEP> 4.50 <SEP> 3.20 <SEP> 5.49 <SEP> 0.92 <SEP> 4 , 65 <SEP> 4.85 <SEP> 1.83
<tb> P <SEP> 1.09 <SEP> 3.10 <SEP> 4.40 <SEP> 3.50 <SEP> 3.20 <SEP> 5.01 <SEP> 0.93 <SEP> 4 , 67 <SEP> 3.79 <SEP> 1.84
<tb>
EMI2.8
Q 1.20 2je0 3.70 4.50 2.20 5.44 0.65 3.87 4.80 1.25 R 1.00 2.00 3, 7U 3.70 2.00 4s 56 0, 60 3, 89 3.97 1.14
EMI2.9
<tb>
<tb> S <SEP> 1.13 <SEP> 2.55 <SEP> 4.05 <SEP> 4.00 <SEP> 2.65 <SEP> 5.16 <SEP> 0.76 <SEP> 4 , 27 <SEP> 4.30 <SEP> 1.51
<tb> T <SEP> 1.09 <SEP> 2.40 <SEP> 3.90 <SEP> 3.80 <SEP> 2.50 <SEP> 4,
98 <SEP> 0.71 <SEP> 4.11 <SEP> 4.09 <SEP> 1.43
<tb> U <SEP> 1.16 <SEP> 2.70 <SEP> 4.20 <SEP> 4.20 <SEP> 2.80 <SEP> 5.30 <SEP> 0.81 <SEP> 4 , 43 <SEP> 4.52 <SEP> 1.60
<tb>
EMI2.10
V 1.16 2.70 4.00 z20 2.70 5.30 0.81 4.21 la.s5- 1.54 W 1.20 3.00 4.00 4.30 3.00 5.49 0 , 90 4.22 4.63 1.72 X 1.30 3.50 -50 4.50 3.50 5.95 1.04 4.75 4.85 2.01
EMI2.11
<tb>
<tb> Y <SEP> 1.05 <SEP> 2.20 <SEP> 3.70 <SEP> 3.70 <SEP> 2.20 <SEP> 4.79 <SEP> 0.66 <SEP> 3 , 89 <SEP> 3.97 <SEP> 1.25
<tb> Z <SEP> 1.13 <SEP> - <SEP> 4.05 <SEP> 4.00 <SEP> 5.70 <SEP> 5.15 <SEP> - <SEP> 4.26 <SEP > 4.28 <SEP> 3.25
<tb> * <SEP> contains <SEP> 5% <SEP> of <SEP> cobalt
<tb>
<Desc / Clms Page number 3>
EMI3.1
<tb>
<tb> (1) <SEP> (2) <SEP> (3) <SEP> (4) <SEP> (5)
<tb>
EMI3.2
Steel and C C c -t7 (C v Cm
EMI3.3
<tb>
<tb> A <SEP> 3.70 <SEP> 1.21 <SEP> 1.80 <SEP> 0.69
<tb> B <SEP> 4.02 <SEP> 1,
96 <SEP> 1.13 <SEP> 0.93
<tb> C <SEP> 3.86 <SEP> 2.21 <SEP> 1.63 <SEP> 0.02
<tb> D <SEP> 3.97 <SEP> 2.25 <SEP> 1.55 <SEP> 0.17
<tb> E <SEP> 5.45 <SEP> 3.35 <SEP> 1.63 <SEP> 0.47
<tb> F <SEP> 4.37 <SEP> 2.71 <SEP> 1.07 <SEP> 0.59
<tb> G <SEP> 4.57 <SEP> 3.23 <SEP> 1.14 <SEP> 0.20
<tb> H <SEP> 5.93 <SEP> 4.40 <SEP> 1.53 <SEP> 0.00
<tb> I <SEP> 6.26 <SEP> 4.37 <SEP> 1.10 <SEP> 0.79
<tb> J <SEP> 7, <SEP> 24 <SEP> 5.46 <SEP> 1.50 <SEP> 0.28
<tb> K <SEP> 7.17 <SEP> 5.63 <SEP> 1.52 <SEP> 0.02
<tb> L <SEP> 4.97 <SEP> 4.51 <SEP> 1.04 <SEP> -0.58
<tb> M <SEP> 5.30 <SEP> 4.09 <SEP> 1.14 <SEP> 0.07
<tb> N <SEP> 4.96 <SEP> 3.76 <SEP> 0.97 <SEP> 0.23
<tb> 0 <SEP> 5.49 <SEP> 4.85 <SEP> 1.23 <SEP> -0.59
<tb> P <SEP> 5.01 <SEP> 3.79 <SEP> 1.24 <SEP> -0.02
<tb> Q <SEP> 5.44 <SEP> 4.80 <SEP> 0.96 <SEP> -0.32
<tb> R <SEP> 4.56 <SEP> 3.97 <SEP> 0.94 <SEP> -0.35
<tb> s <SEP> 5.16 <SEP> 4.30 <SEP> 1,
09 <SEP> -0.23
<tb> T <SEP> 4.98 <SEP> 4.09 <SEP> 1.04 <SEP> -0.15
<tb> U <SEP> 5.30 <SEP> 4.52 <SEP> 1.14 <SEP> -0.36
<tb> V <SEP> 5.30 <SEP> 4.51 <SEP> 1.09 <SEP> -0.30
<tb> W <SEP> 5.49 <SEP> 4.63 <SEP> 1.14 <SEP> -0.28
<tb> X <SEP> 5.95 <SEP> 4.85 <SEP> 1.30 <SEP> -0.20
<tb> Y <SEP> 4.79 <SEP> 3.97 <SEP> 0.97 <SEP> -0.15
<tb> Z <SEP> 5.15 <SEP> 4.28 <SEP> 1.25 <SEP> -0.38
<tb>
Ct = Total atomic percentage of carbon (Table I) Cv = Total atomic percentage of vanadium (Table I) Cm = 1 / 6th of the sum of the atomic percentages of Tu + Cr + Mo (Table I) TABLE
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TABLE III
EMI4.1
<tb>
<tb> (1) <SEP> (2) <SEP> (3) <SEP> (4) <SEP> (5)
<tb>
EMI4.2
Steel and Cv Ct - e v e v
EMI4.3
<tb>
<tb> Ct-Cv
<tb> 3.70 <SEP> 1.21 <SEP> 2.49 <SEP> 0.49
<tb> B <SEP> 4.02 <SEP> 1.96 <SEP> 2,
06 <SEP> 0.95
<tb> C <SEP> 3.86 <SEP> 2.21 <SEP> 1.65 <SEP> 1.34
<tb> D <SEP> 3.97 <SEP> 2.25 <SEP> 1.72 <SEP> 1.31
<tb> E <SEP> 5.45 <SEP> 3.35 <SEP> 2.10 <SEP> 1.60
<tb> F <SEP> 4.37 <SEP> 2.71 <SEP> 1.66 <SEP> 1.63
<tb> G <SEP> 4.57 <SEP> 3.23 <SEP> 1.34 <SEP> 2.41
<tb> H <SEP> 5.93 <SEP> 4.40 <SEP> 1.53 <SEP> 2.88
<tb> 1 <SEP> 6, <SEP> 26 <SEP> 4.37 <SEP> 1.89 <SEP> 2.31
<tb> J <SEP> 7.24 <SEP> 5.46 <SEP> 1.78 <SEP> 3.07
<tb> K <SEP> 7.17 <SEP> 5.63 <SEP> 1.54 <SEP> 3.66
<tb> L <SEP> 4.97 <SEP> 4.51 <SEP> 0.46 <SEP> 9.80
<tb> M <SEP> 5.30 <SEP> 4.09 <SEP> 1.21 <SEP> 3.38
<tb> N <SEP> 4.96 <SEP> 3.76 <SEP> 1.20 <SEP> 3.13
<tb> 0 <SEP> 5.49 <SEP> 4.85 <SEP> 0.64 <SEP> 7.58
<tb> P <SEP> 5.01 <SEP> 3.79 <SEP> 1.22 <SEP> 3.11
<tb>
EMI4.4
Q 5 s lf4- 4, go 0.64 7.50 R 4s56 3.97 0.59 6.73 S 5.16 4.30 0.86 5.00 T 4.98 4.09 0.9 4, 60
EMI4.5
<tb>
<tb> u <SEP> 5.30 <SEP> 4,
52 <SEP> 0.78 <SEP> 5.79
<tb> V <SEP> 5.30 <SEP> 4.51 <SEP> 0.79 <SEP> 5.71
<tb>
EMI4.6
W 5.49 4.33 0.86 5.38
EMI4.7
<tb>
<tb> X <SEP> 5.95 <SEP> 4.85 <SEP> 1.10 <SEP> 4.41
<tb> Y <SEP> 4.79 <SEP> 3.97 <SEP> 0.82 <SEP> 4.84
<tb> Z <SEP> 5.15 <SEP> 4.28 <SEP> 0.87 <SEP> 4.92
<tb>
Table I gives the list of steels from A to Z in the first column. It gives the weight percentages and atomic percentages of carbon and alloying elements in many types of high speed steels. Steels A through K inclusive are examples of many known commercial high speed steels which are all non-grade. framework of the invention. Steels L to R inclusive are other steels outside the scope of the invention. Steels 3 to Z included are the steels in accordance with the invention.
A high speed steel must have the following qualities to be satisfactory.
First, it must be able to forge and roll easily. Many high speed steels currently in use contain such a percentage of alloying elements in order to increase their abrasion resistance and cutting capacity that they are difficult to forge and roll. The high speed steel according to the present invention not only can be easily forged but it can be rolled directly from the ingot.
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Second, it must have greater toughness than other high speed steels so that it can be made into tools that do not break easily with use.
Third, it must have good abrasion resistance and good cutting ability.
-Fourthly, it must be economical to manufacture both from the point of view of the price of the elements mixed with the steel and from the point of view of less production of waste from the hot processing of ingots into bars.
The first goal, that is, to produce a steel which can be forged and rolled relatively easily, is achieved by keeping the content of chromium, tungsten and molybdenum reasonably low.
The second object, high toughness, is achieved by keeping the carbon content lower than that previously believed possible with regard to the content of alloying elements. It has been found that, contrary to some teachings, the carbon content should be kept below that which is actually required to combine with all the carbide forming elements. The relatively low content of alloying elements in the steels according to the invention also contributes to their toughness.
The third goal, abrasion resistance and cutting ability, has been achieved by combining the alloy of steel so that it has a preponderance of vanadium carbides over other carbides. The vanadium carbides produced in such large amounts in the steels of the invention are much harder than the mixed carbides of tungsten, chromium and molybdenum found in high speed steels.
The following is believed to occur in the formation of carbides in high speed steel, but not limited to this explanation.
The carbide-forming elements, tungsten, chromium and molybdenum, in high speed steel form mixed carbides represented by the chemical formula (Tu, Cr, Mo) 6 C. This in fact means that these three carbide-forming elements combine in the proportions in which they are found in steel with 1/6 of their atomic percentages of carbon to form a carbide. If the total of tungsten, chromium and molybdenum is taken as a whole and considered a carbide-forming metal and denoted by "M", the formula for the carbide can be expressed as M6C. This means that 6 carbide-forming metal atoms combine with 1 carbon atom to form the M6C carbide.
When high speed steel is quenched by heating it to a high temperature (about 2200 to 2400 F or 1204 to 1315 C) and cooling it rapidly, its hardness is between 63 and 66 Rockwell C. But if we uses a microscopic apparatus capable of measuring the hardness of particles separated from (Tu, Cr, Mo) 6 C, we find a Rockwell equivalent of C 77. It is considered that it is these harder carbide particles in high speed steel that contribute abrasion resistance and cutting ability.
Thanks to an appropriate balance of the elements forming the carbide and of the carbon in the high speed steel, it is believed that the vanadium takes the form of a carbide which can be expressed chemically by VC. This means that a vanadium atom combines with a carbon atom to form a carbide.
Steel has these VC carbides in abundance as can be seen by examining the microstructures. The microhardness of these VC carbides is the equivalent of Rockwell C 84 which is extremely hard, and they resist alundum polishing, in fact, diamond dust must be used to prepare metallographic samples because otherwise these VC carbides protrude to the surface as rounded elevations.
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These VC type carbides are present in other high speed steels in varying amounts, but the content of carbon and alloying elements of the high speed steel of the present invention is balanced in such a way that there is more than in. any other steel with the same vanadium content.
Table II gives the list of steels from A to Z in the first column. The second column is titled Ct: it indicates the atomic percentages of all the carbon present in the steel. The third column is marked C: it indicates the carbon needed to combine all the vanadium to form VC carbides and since 1 atom of vanadium requires 1 atom of carbon to form this carbide, C is equal to the atomic percentage of vanadium in steel. The fourth column is marked Cm: it indicates the atomic percentages of carbon necessary to form the carbide of the M6C or (Tu, Cr, Mo) 6C type. It is obvious that Cm is equal to one sixth of the total atomic weights of tungsten, chromium and molybdenum.
The fifth column is titled Ct- (Cv + Cm) and it expresses the excess or lack of carbon required to form the various carbides.
It will be noted in column 5 of Table II that many steels contain an excess of carbon over the amount necessary to form carbides with the alloying metals. This excess of carbon is the cause of the brittleness of these steels. Some other steels lack carbon so that not all of the carbide-forming elements can be used to advantage and are wasted. Other steels contain only a slight defect of carbon so that after lossless use of all the carbide-forming elements there is positively no excess carbon to make the network brittle. steel.
In order for steel to be tough and for there to be no excess carbon to make it brittle, it was found that steels had to comply with the following rule:
Rule (1) Ct- (Cv + C) = -0.10 to -0.40 atomic percent.
It is necessary that there is a real shortage of carbon compared to the theoretical amount required to combine all the alloy elements. When there is equilibrium, just enough and no more than is necessary to form all the carbides, there is nevertheless an effect of brittleness on the steel network.
Table III gives the list of steels from A to Z in the first column. The second column is entitled C: it gives the atomic percentages of all the carbon present in the steel. The third column marked C indicates the carbon needed to combine all the vanadium to form VC carbides and since 1 atom of vanadium requires 1 atom of carbon to form this carbide, Cv equals the atomic percentage of vanadium in the carbide. steel. The fourth column labeled Ct-Cv gives the atomic percentage of the carbon remaining after the formation of the VC carbides. The fifth column labeled Cv expresses the ratio of the combined carbon as C + -c carbides VC and Life remaining carbon. Vc carbides and the rest of the carbon.
Table III shows that in most of the commercial steels A to K, the carbon combined with vanadium to form VC carbides is either lower or only slightly higher than the carbon which is combined with other alloying metals or with iron to make the fragile network. It is realized that in order to obtain as many VC carbides as possible compared to other carbides, all or a large part of the tungsten, chromium and molybdenum would have to be removed, but the result would no longer be a "high speed steel"; a steel characterized by the possibility of retaining a high hardness at temperatures close to 1050 F (565 G) after quenching at very high temperature.
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It has been found that in order for steel to contain as much as possible very hard VC carbides, in proportion to the (Tu, Cr, Mo) 6C carbides, while retaining the desirable qualities of high speed steel, it must meet the rule ( 2) following:
Rule (2)
C = j
EMI7.1
Ct - Cv, at 6
This rule (2) means that the ratio of the carbon necessary for the formation of the VC carbides to all the carbon remaining in the steel must be between 4 and 6.
When rule (2) is observed, the steels obtained contain a large proportion of VC carbides compared to softer carbides of the type (Tu., Cr, Mo) C., although there are still sufficient softer pine carbides to give hardness to the network. In annealed high speed steels most of the carbides are out of solution but when heated for quenching, as the quench temperature rises and the temperature hold time increases. quenching, a larger quantity of carbides (Tu, Cr, Mo) 6C enters solid solution in the network to give it strength and hardness.
However, in the steels of the invention, the VC carbides which are numerous and of large dimensions enter into solution only with the greatest difficulty and at the maximum quenching temperature which can be reached without excessive growth of the grain and with a holding time at this reasonable temperature, the VC carbides do not enter solid solution in the steel network but remain in the form of numerous grains of hard carbides.
Referring to rules (1) and (2) and to the steels listed in Tables II and III, it can be seen that none of the steels A to K satisfy rule (1). Steels A, B, 'E, F and I all have a large excess of carbon and are considerably less tough than the included S to Z steels according to the present invention. D, G and J steels have a slight excess of carbon. 'Steels D and J have high levels of alloying elements and they are not as tenacious as steels according to the present invention Steels C, H and K, although they do not theoretically contain excess, carbon, have a high content of alloying elements and therefore are not as tough as the steels of the present invention.
Referring to rule (2) and Table III, it can be seen that steels A and B contain so little VC carbides that they can hardly be detected in the microstructure. In C, D, E and F steels, very little VC carbides can be seen in the microstructures. In G, H, I, J and K steels there are more VC carbides in the microstructure, just as the Cv ratio increases in value. K steel has a very high content
EMI7.2
't' "''" v in alloying elements, it lacks toughness, it is very difficult to forge or roll, and it is very expensive.
Steels S to Z included, in accordance with the present invention, satisfy rules (1) and (2). These steels are very tough. They have a relatively low content of alloying elements and they can be easily forged; in fact they can be rolled directly from the ingot. They are inexpensive to manufacture. The number of grains of VC carbides visible in their microstructures is very large and exceeds that of all other known steels and this is the reason why the steels of the invention lend themselves so well to cutting tests.
Both F and G steels contain too much carbon to satisfy rule (1) and too little VC-type carbides to satisfy rule (2). Wicks made from F and G steels were compared to wicks made from S steel and it was found that the wicks made of steel according to the invention have a durability
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cutting 5 to 10 times that of F or G steel bits.
Two S-steel bits drilled 123 and 155 holes, respectively, before breaking compared to 33 holes for a drill of the same model in C-steel used on the same test block. The average of 7 drill tests shows that the S-steel drill bits drill 111 holes compared to an average of. 23 holes for the steel bits C. These tests were carried out on a test block in chromium-nickel alloy having undergone a heat treatment giving it a hardness of 24 Rockwell C.
Steel I contains far too much carbon to satisfy rule (1) and to give optimum toughness * It does not contain enough VC type carbides to satisfy rule (2) and give maximum resistance to l 'abrasion.
Steels L to R inclusive which are outside the scope of the invention have been tested in comparison with steels S to Z inclusive which come within the scope of the invention. These tests were machining tests involving the use of single point cutting tools made from the various steels.
They have shown that S to Z steels are considerably superior to other steels.
In L, O, Q and R steels, the CV / C-c ratio is too high to satisfy rule (2). These steels contain too high a proportion of Vc carbide relative to the amount of other carbides present to form a suitable network in the steel. These steels therefore lack the quality of hot hardness and hardness at room temperature. It is not that it is bad to have too much VC carbides in the steel, but it is the small amount of other types of carbides that gives the steel an unsatisfactory network. In addition, L and 0 steels do not have enough carbon to satisfy rule (1).
In M, N and P steels, the Cv / Ct-Cv ratio is too low to satisfy rule (2) and therefore these steels do not contain enough VC type carbides to give them good cutting properties.
As regards the cost price of the steels of the invention, it should be noted that tungsten is a very expensive alloying element and that the steels of the invention have relatively low contents of this element or do not contain any. not at all. In addition, the total content of alloying elements in the steels of the invention is relatively low. For example, the cost of alloying elements of steel S is only about one-third that of elements of steel A, five-eighths of that of steel E, and five-sixths of that of steel D.
CLAIMS.
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