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On connaît des aciers de cémentation au chrome-nickel des types "ECN 25","ECN 35et "ECN 45conformes à la norme DIN 1662 ainsi que desaciers "15 Or-Ni 6" et'1.8 Cr-N1 8" conformée à la norme DIN 17.210, parmi lesquels particulièrement les aciers "ECN 45" et"L8 Cr-Ni 8" servent à la fabrication de pièces de cémentation dont les noyaux doivent avoir des duretés partlcu- lièrement élevées, même quand les sections transversales sont relativement grandes.
C'est ainsi que la norme DIN 17.210 prévoit ce qui suit pour l'acier "18 Cr-Ni 8": des disques de 30 mm d'épaisseurdoivent avoir une dureté EB30 de 343-414 (correspondant à une résistance à la traction de 120- 145 kgr/mm2) et des disques de 60 mm d'épaisseur, une dureté de 314 à 386 (correspondant à une résistance à la traction d'environ 110-135 kgr/mm2);
et la norme DIN 1662, spécifie pour l'acier "ECN 45" en barre d'épaisseur moyenne d'environ 60 mm de diamètre, après trempe à l'huile, une résistance de 120 à 140 kgr/mm2. Comme il ressort de la norme DIN 172.10, les aciers de cémentation qui y sont mentionnés entrent en premier lieu en ligne de compte pour la fabrication des roues'à plateaux, des roues coniques et des roues dentées de diamètres relativement grands. Il s'agit donc d'objets dans lesquels la zone à carburer entoure complètement la périphérie de la pièce, et d'aciers de la catégorie contenant jusque 0,3 % de carbone, 1 à 3% de chrome et 1 à 3%, de préférence 1,5 - 3% de nickel.
Toutefois, ces aciers connus au chrome-nickel à plus de 1 %, de préférence 1,5 % de nickel, offrent l'inconvénient d'une sensibilité' à la formation de fissures sur la couche superficielle carburée, sensibilité qui augmente quand la teneur en nickel s'accroît. Cette sensibilité à la formation de fissures s'explique par les transformations de structure que subissent les pièces après la cémentation en poudre appliquée suivant le procédé ordinaire. En général, après la carburation, on laisse les pièces se refroidir dans des caisses avant qu'elles ne soient ensuite adoucies par recuit ou durcies après les avoir retirées des caisses.
Lors du refroidissement en caisses, la zone périphérique carburée se transforme la première en perlite, alors que le noyau non carburé ne se transforme qu'à des températures plus basses à l'étage intermédiaire ouà celui de martensite, à cause de la faible attirance de ces a- ciers à la transformation. Du fait que cette transformation de structure du noyeau apparaît un certain temps après, il se produit dans la zone périphérique des tensions de traction pouvant aboutir à la production de fissures, et cela d'autant plus vite que les dimensions du noyau entouré par la couche carburée sont plus grandes.
On a essayé d'éviter cette formation de fissures en modifiant le procédé de traitement. Ainsi, par un refroidissement accéléré des pièces après la carburation, on peut entraver la transformation en perlite de la zône périphérique. Toutefois, ce mode de traitement entraîne également avec lui des difficultés, par exemple de mauvaises conditions de travail du personnel ouvrier, par suite de la formation de fumées et de saletés. Mais les pièces peuvent encore, après la carburation, n'être refroidies que jusqu'à l'étage de perlite, c'est-à-dire à environ 670-680 C et être recuites à cette température entraînant la formation de perlite, pour aboutir de façon obliga- toire à la transformation à l'étage de perlite aussi bien de la zone de la périphérie que du noyau.
Ces mesures échappatoires nécessitent par conséquent des opérations particulièresou un hall à fours supplémentaire, ou bien elles peuvent donner lieu à des difficultés d'exploitation ou à une réduction de la quantité produite.
On a tenté de contrecarrer la formation de fissures par addition de molybdène; toutefois, par ce procédé, les attirances à la transformation de la zone périphérique carburée et du noyau sont encore réduites davantage, de sorte que, dans ce cas, un refroidissement normal en caisses ne peut être réalisé.
Conformément à l'invention, en appliquant le refroidissement ordinaire en caisses après la carburation, on aboutit à éviter la formation de fissures dans la zone périphérique entourant le noyau non carburé dans
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des pièces en acier de cémentation chrome-nickel cités ayant des sections transversales pour lesquelles, jusqu'à présent, apparaissaient des formations de fissures du genre décrit, au cours du refroidissement en caisses.
Pour écarter cette apparition de défauts se produisant sur les pièces de sections relativement grandes, il est nécessaire de donner aux aciers de cémentation au chrome-nickel une teneur en vanadium telle que la transformati.on à l'étage de perlite s'effectue à vitesse élevée aussi bien dans la zone périphérique carburée que dans le noyau non-transformé, de manière que, par suite de cette vitesse, des formations de fissures ne puissent plus se produire. La teneur en vanadium nécessaire à ce but se situe dans Pintervalle compris entre environ 0,03 et 0,25 %.
Alors que dans l'acier de cémen- tation normal au chrome-nickel à environ 2 % de nickel et 2 % de chrome, la transformation à l'étage de perlite nécessite un recuit d'une durée de plus de 5 heures, en général de 6 à 8 heures, à la suite d'une addition de vanadium d'environ 0,10 %, par exemple on réalise cette transformation en 40 à 45 minutes, c'est-à-dire que la vitesse de transformation est portée environ à 8 à 10 fois sa valeur primitive, de sorte que les zones de la périphérie et du noyau se transforment à l'étage de perlite. Grâce à l'augmentation de la vitesse de transformation à cet étage, il est possible de continuer à appliquer le procédé de traitement usuel après durcissement par cémentation, et de laisser les pièces se refroidir dans des caisses sans qu'elles ne présentent de fissures.
Pour compenser la teneur en carbone partiellement libérée par le vanadium, il est à recommander d'augmenter la teneur en carbone de l'acier de quelques centièmes pour cent pour obtenir la même dureté du noyau.
Il est remarquable que par l'application du procédé conforme à l'invention, la grosseur des grains n'est pas diminuée et l'aptitude au durcissement n'est non plus pas influencée.
Rien n'est modifié non plus à l'essentiel de l'invention si les aciers utilisés renferment en outre de petites quantités d'autres éléments d'alliage tels par exemple: du molybdène, manganèse, tungstène, bore cuivre ou aluminium, seuls ou en mélange, les teneurs maxima en ces éléments étant de préférence les suivantes: pour le molybdène 0,3 % pour le manganse 1,5 % pour le tungstène 0,5 % pour le bore 0,3 % pour le cuivre 0,3 % pour l'aluminium 0,1 % Il en est de même si les aciers ont été refondus pour obtenir des structures à graines fins, par exemple par désoxydation à l'aluminium.
REVENDICATIONS.
1. Procédé de traitement d'aciers de cémentation à base de chromenickel, en évitant la sensibilité à la formation de fissures de la couche superficielle carburée dans des aciers àhaute dureté de noyau et àplus de 1,3 %, de préférence à plus de 1,7 % de nickel et au maximum 0,30 % de carbone quand on applique le refroidissement usuel en caisses âpres la carburation, caractérisé en ce que, pour des pièces d'acier devant être cémentées sur toute leur périphérie et ayant des sections transversales telles que, lors du refroidissement en caisses, des formations de fissures peuvent apparaître dans la couche carburée, on soumet au traitement des aciers ayant une teneur en vanadium telle que la transformation à l'étage de perlite s'effectue à grande vitesse,
aussi bien dans la zone périphérique carburée que dans le noyau non-carburé, de manière qu'il ne se produise pas de formations de fissures.
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Chrome-nickel case-hardening steels of the "ECN 25", "ECN 35 and" ECN 45 types conforming to the DIN 1662 standard as well as "15 Gold-Ni 6" and '1.8 Cr-N1 8 "steels conforming to the standard are known. DIN 17.210, of which in particular the steels "ECN 45" and "L8 Cr-Ni 8" are used for the manufacture of case-hardening parts whose cores must have particularly high hardnesses, even when the cross sections are relatively large.
For example, DIN 17.210 provides the following for "18 Cr-Ni 8" steel: 30 mm thick discs must have an EB30 hardness of 343-414 (corresponding to a tensile strength of 120-145 kgr / mm2) and discs 60 mm thick, a hardness of 314 to 386 (corresponding to a tensile strength of about 110-135 kgr / mm2);
and the DIN 1662 standard, specifies for steel "ECN 45" in bar of average thickness of about 60 mm in diameter, after quenching in oil, a resistance of 120 to 140 kgr / mm2. As emerges from DIN 172.10, the case-hardening steels mentioned therein are primarily considered for the manufacture of flattened wheels, bevel gears and toothed wheels of relatively large diameters. These are therefore objects in which the zone to be carburized completely surrounds the periphery of the part, and category steels containing up to 0.3% carbon, 1 to 3% chromium and 1 to 3%, preferably 1.5 - 3% nickel.
However, these known steels with chromium-nickel at more than 1%, preferably 1.5% nickel, have the drawback of a sensitivity 'to the formation of cracks on the carburized surface layer, which sensitivity increases when the content. in nickel increases. This sensitivity to the formation of cracks is explained by the structural transformations that the parts undergo after the powder cementation applied according to the ordinary process. In general, after carburizing, the parts are allowed to cool in cases before they are then softened by annealing or hardened after removing them from the cases.
When cooling in boxes, the carburized peripheral zone is the first to transform into pearlite, while the non-carburized core only transforms at lower temperatures at the intermediate stage or at that of martensite, due to the low attraction of these a- ciers for processing. Because this transformation of the structure of the core appears a certain time later, tensile stresses occur in the peripheral zone which can lead to the production of cracks, and this all the more quickly as the dimensions of the core surrounded by the layer carbureted are larger.
Attempts have been made to avoid this formation of cracks by modifying the treatment process. Thus, by accelerated cooling of the parts after carburizing, it is possible to hinder the transformation into perlite of the peripheral zone. However, this method of treatment also brings with it difficulties, for example poor working conditions of the workers, due to the formation of smoke and dirt. But the parts can still, after carburization, be cooled only up to the perlite stage, that is to say to about 670-680 C and be annealed at this temperature causing the formation of perlite, for necessarily lead to the transformation of the perlite stage of both the periphery zone and the core area.
These escape measures therefore require special operations or an additional furnace hall, or they may give rise to operating difficulties or to a reduction in the quantity produced.
Attempts have been made to counteract the formation of cracks by adding molybdenum; however, by this method, the transformation attractions of the carburized peripheral zone and the core are further reduced, so that, in this case, normal box cooling cannot be achieved.
In accordance with the invention, by applying the ordinary cooling in boxes after carburizing, the formation of cracks in the peripheral zone surrounding the non-carburized core in
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chromium-nickel case-hardening steel parts cited having cross-sections for which, until now, crack formations of the type described have appeared during cooling in cases.
To rule out this appearance of defects occurring on parts of relatively large sections, it is necessary to give the chrome-nickel case-hardening steels a vanadium content such that the transformation in the perlite stage takes place at high speed. high both in the peripheral carburized zone and in the untransformed core, so that, as a result of this speed, the formation of cracks can no longer occur. The vanadium content necessary for this purpose is in the range of about 0.03 to 0.25%.
Whereas in normal chromium-nickel cementing steel with about 2% nickel and 2% chromium, processing at the perlite stage requires annealing lasting more than 5 hours, in general. from 6 to 8 hours, following an addition of vanadium of approximately 0.10%, for example this transformation is carried out in 40 to 45 minutes, that is to say that the rate of transformation is increased to approximately to 8-10 times its original value, so that the periphery and core areas transform to the perlite stage. Thanks to the increase in the processing speed at this stage, it is possible to continue to apply the usual treatment process after hardening by case hardening, and to allow the parts to cool in boxes without showing any cracks.
To compensate for the carbon content partially released by the vanadium, it is recommended to increase the carbon content of the steel by a few hundredths percent to obtain the same hardness of the core.
It is noteworthy that by applying the method according to the invention the grain size is not reduced and the hardenability is not influenced either.
Nothing is modified either to the essence of the invention if the steels used also contain small amounts of other alloying elements such as for example: molybdenum, manganese, tungsten, boron copper or aluminum, alone or as a mixture, the maximum contents of these elements preferably being as follows: for molybdenum 0.3% for manganese 1.5% for tungsten 0.5% for boron 0.3% for copper 0.3% for aluminum 0.1% It is the same if the steels have been remelted to obtain structures with fine grains, for example by deoxidation with aluminum.
CLAIMS.
1. Process for the treatment of chromenickel-based carburizing steels, avoiding the susceptibility to crack formation of the carburized surface layer in steels with high core hardness and more than 1.3%, preferably more than 1 , 7% nickel and at most 0.30% carbon when the usual cooling in boxes after carburization is applied, characterized in that, for steel parts which have to be case hardened over their entire periphery and having cross sections such that, during cooling in cases, crack formations may appear in the carburized layer, steels having a vanadium content such that the transformation in the perlite stage takes place at high speed, is subjected to the treatment,
both in the peripheral carburized zone and in the non-carburized core, so that formation of cracks does not occur.