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La présente invention est relative à un procédé d'obtention de revêtements durs et résistants à l'usure, sur les objets en fer ou en acier, par soudage de rechargement, ainsi qu'à une baguette de soudage convenant à la mise en oeuvre de ce procédé.
Pour parvenir au but indiqué, on utilise quelquefois des baguettes de soudage qui fournissent une soudure constituée par de l'acier à haute teneur en carbone.
Ces baguettes de soudage ont toutefois divers inconvénients. La dureté dépend dans une forte mesure de la vitesse de refroidissement du cordon de soudure déposé ainsi que d'autres facteurs variables. Pour de nombreuses applications, la résistance à l'usure est insuffisante, et la dureté diminue fortement aux températures élevées. Il existe, d'autre part, divers types de baguettes pour le soudage de rechargement qui fournissent un cordon de soudure constitué d'un acier spécial plus ou moins fortement allié ou d'un autre alliage dur. Ces baguettes de soudage permettent de réaliser des rechargements ayant d'excellentes propriétés, mais sont trop coûteuses pour de nombreuses applications.
C'est l'un des buts principaux de la présente invention que de parvenir à un procédé de rechargement et à une baguette de soudage qui permettent, avec la mise en oeuvre de petites additions d'alliage coûteuses, l'obtention de revêtements ou rechargement ayant une très bonne résistance à l'usure.
Le procédé qui fait l'objet de la présente invention est essentiellement caractérisé par le fait que, si, l'objet, on dépose par rechargement un acier ayant la composition suivante :
EMI1.1
<tb>
<tb> Carbone <SEP> 0,5 <SEP> à <SEP> 1,2 <SEP> % <SEP>
<tb> Silicium <SEP> 2 <SEP> à <SEP> 8
<tb> Manganèse <SEP> 0 <SEP> à <SEP> 4
<tb> Chrome <SEP> 0,5 <SEP> à <SEP> 5 <SEP> %, <SEP> mais <SEP> au <SEP> plus <SEP> une <SEP> teneur
<tb>
égale à celle de silicium, le reste étant du fer, avec ou sans les impuretés usuelles.
Les revêtements ou rechargements réalisés par ce procédé ont une très bonne résistance à l'usure. Il sont, en outre, insensibles à l'oxydation aux températures élevées. Il faut, d'autre part, les désigner comme stables au revenu, étant donné qu'une partie notable de leur dureté se conserve lorsqu'on les porte à des températures élevées. Les revêtements ou rechargements ne sont pas sujets aux fissurations at adhèrent fortement au support, même sous des contraintes semblables à des chocs.
Dans une forme modifiée du procédé selon la présente invention, l'alliage d'acier déposé par soudage'contient également, à côté du chrome, un ou plusieurs autres métaux donnant naissance à des carbures,comme le tungstène, le molybdène et le vanadium, ce qui permet d'accroître encore davantage la dureté et la stabilité au revenu du rechargement. La teneur en métaux donnant des carbures, chrome non compris, ne doit pas être supérieure à la teneur en chrome qui est 'd'au moins 0,5%. La somme des teneurs en chrome et en autres métaux donnant des carbures ne doit pas être supérieure à 5% et doit être, au plus, égale à la teneur en silicium.
Même sans additions de ce genre constituées par des métaux donnant des carbures mais autres que le chrome,les rechar,gements réalisés selon la présente invention répondent tout de même à des conditions sévères en ce qui concerne la durété, la résistance à l'usure et l'insensibilité à l'oxydation, et ils peuvent être utilisés dans de nombreux domaines où l'on était obligé jusqu'à présent de faire usage de matières à teneurs élevées en additions d'alliage coûteuses.
Le manganèse ne constitue pas un élément nécessaire de l'acier à déposer conformément à la présente invention, mais il n'a pas d'effet
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nuisible lorsqu'il est utilisé en teneurs modérées et il peut, lorsqu'on le désire, être utilisé, par exemple, au réglage de la teneur en austénite résiduelle de l'acier déposé par soudage. Le manganèse peut, éventuellement, être remplacé en totalité ou en partie par du nickel. Mais l'uti lisation de nickel n'offre aucun avantage qui corresponde à son prix plus élevé et n'a donc pas lieu, pratiquement, d'être envisagé. On adopte, en général, pour la teneur en manganèse, une valeur inférieure à 0,7 % et de préférence inférieure à 0,4%.
Lorsqu'on dépose des alliages d'acier durs, il est en général souhaitable que l'austénite du métal déposé par soudage présente une inertie si élevée à la transformation qu'il devienne possible de faire usage de ce qu'on appelle le soudage par étapes. On entend par ce terme le procédé dans lequel on maintient, lors du rechargement par soudage en plusieurs passes, la température du métal déposé constamment au-dessus de la température Ms à laquelle commence la formation de martensite. Ce n'est que lorsque le soudage est terminé qu'on permet à la température de s'abaisser en traversant la zone de formation de martensite, et au cours de cet abaissement toutes les couches ou passes de métal déposées par soudage sont trempées à coeur.
Si on veut alors obtenir une dureté régulière et uniforme, il ne faut pas que l'austénite ait déjà été transformée auparavant en majeure partie en un constituant d'une structure différente. Cette condition est remplie dans le procédé qui fait l'objet de la présente invention par le fait qu'on adopte une teneur suffisamment élevée en additions d'alliage. La règle approchée qui s'applique en l'espèce est que la teneur en silicium, ajoutée au double de la teneur en autres éléments d'alliage que le carbone, le silicium et le fer, doit être d'au moins 5% environ.
Le procédé qui fait l'objet de la présente invention s'applique tout d'abord au dépôt d'aciers au silicium caractérisés, dont la teneur en silicium. est au moins égale à peu près à la teneur totale en tous les autres métaux d'alliage (que le fer) .
La teneur en carbone de l'acier déposé doit être choisie, dans le domaine indiqué, de telle sorte que la dureté martensique de l'acier atteigne son maximum au moins d'une manière approchée, de telle sorte donc qu'une augmentation supplémentaire de la. teneur en carbone ne fournisse pas d'augmentation de la dureté du métal déposé par soudage et trempé. Le plus souvent, une teneur en carbone de 0,6 à 0,7% est suffisante. Il vaut mieux éviter les teneurs en carbone supérieures à 0,8% environ.
Pour la teneur en chrome,on adopte, de préférence, des valeurs comprises entre 1,5 et 2,5 %.
Le tableau ci-dessous donne deux exemples de compositions du métal déposé par soudage suivant le procédé de la présente invention.
EMI2.1
<tb>
<tb>
Exemple <SEP> C <SEP> SI <SEP> Mn <SEP> Cr <SEP> Fe
<tb>
<tb> 1 <SEP> 0,7 <SEP> 2,7 <SEP> 0,3 <SEP> 2,3 <SEP> reste
<tb> II <SEP> 0,7 <SEP> 4,3 <SEP> 0,3 <SEP> 2,2 <SEP> reste
<tb>
Un dépôt selon l'exemple I ou II sur un support en acier présente, après le refroidissement à partir de la température de soudage, une dureté d'environ 60 Rockwell G. Après revenu à 600 C, la dureté est encore d'environ 45 Rockwell C.
La baguette de soudage qui fait l'objet de la présente invention est caractérisée par le fait qu'elle contient du fer, du carbone, du silicium,du chrome et éventuellement du manganèse dans des proportions telles que le métal déposé par soudage à partir de cette baguette utilisée dans des conditions normales constitue un acier ayant la composition suivante :
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EMI3.1
<tb>
<tb> Carbone <SEP> 0,5 <SEP> à <SEP> 1,2 <SEP> %
<tb> Silicium <SEP> 2 <SEP> à <SEP> 8 <SEP> %
<tb> Manganèse <SEP> 0 <SEP> à <SEP> 4 <SEP> % <SEP>
<tb> Chrome <SEP> 0,5 <SEP> à <SEP> 5 <SEP> %, <SEP> mais <SEP> teneur
<tb>
au plus égale à la teneur en silicium, le reste étant du fer,avec ou sans les impuretés usuelles.
Le cas échéant, on peut remplacer le chrome, en partie, par d'autres métaux donnant naissance à des carbures et on peut remplacer le manganèse, en totalité ou en partie, par du nickel, ainsi que cela a été exposé ci-dessus à propos de la discussion du procédé qui fait l'objet de la présente invention.
Par métal déposé par soudage à partir de la baguette, il faut entendre un métal déposé par soudage qui n'a pas été dilué par la matière du support ni mélangé à cette matière. Pour déterminer la composition du métal déposé par soudage à. partir d'une baguette de soudage donnée, il est d'usage, pour éliminer avec certitude une influence de la matière du support, de déposer les unes sur les autres, sur le support, constitué par exemple par un morceau de tôle de fer, un nombre tél de couches que leur épaisseur totale soit de 30 mm environ. On prélève l'échantillon à analyser sur la surface supérieure de la masse obtenue par ce dépôt, en rabotant ou en perçant cette masse jusqu'à une profondeur d'à peu près 5mm au maximum.
Le dépôt par soudage de la masse sur laquelle doit être prélevé l'échantillon doit se faire dans des conditions de soudage normales. S'il s'agit d'une électrode de soudage à l'arc, il faut donc que la nature du courant (continu ou alternatif) et sa polarité soient les types de courant et de polarité normaux pour l'électrode considérée, et il faut que l'intensité de courant de soudage soit comprise dans la région qui est normale pour cette électrode (il faut donc qu'elle ne soit pas d'une faiblesse telle que l'arc tende à s'éteindre ou qu'il se forme des inclusions de scories, et il ne faut pas qu'elle soit si élevée que le bout de l'électrode soit porté à une température supérieure à celle de l'incandescence rouge foncé ou que le cordon de soudure devienne poreux). Le soudage doit se faire avec un arc aussi court que possible.
S'il s'agit d'une baguette de soudage au chalumeau, il faut que la flamme soit faiblement réductrice et qu'elle couvre bien. Dans ce cas, également, il faut souder la pièce à chaud.
L'invention est relative, en particulier, -- des électrodes enrobées pour le soudage à l'arc, c'est-à-dire des électrodes composées d'une âme qui représente la majeure partie du poids de métal de l'électrode, et d'un enrobage qui contient des éléments qui donnent naissance à une scorie et qui éventuellement dégagent des gaz. L'enrobage peut, en outre, contenir, d'une manière connue, des substances désoxydantes et des additions d'alliage, par exemple sous la forme de métaux purs ou d'alliages ou de carbures. L'enrobage peut contenir, en outre, par exemple de la poudre de fer, pour améliorer les caractéristiques de soudage.
L'âme est constituée, de préférence, par du fer ou acier non allié, tandis que l'enrobage contient les additions nécessaires d'alliage, de telle sorte que le métal déposé par soudage ait la composition prescrite selon la présente invention. La composition contenue dans l'enrobage et destinée à former des scories peut être de n'importe quel type connu et-approprié, par exemple du type à rutile ou du type basique (carbonate de chaux, spath fluor).
On peut donner l'exemple suivant pour une composition d'enrobage pour une électrode de soudage à l'arc selon la présente invention :
EMI3.2
<tb>
<tb> Farrochrome <SEP> (à <SEP> 65% <SEP> de <SEP> chrome) <SEP> 9 <SEP> %
<tb> Ferrosilicium <SEP> (à <SEP> 47% <SEP> de <SEP> silicium) <SEP> 25 <SEP> % <SEP>
<tb> Graphite <SEP> 3 <SEP> % <SEP>
<tb> Pierre <SEP> calcaire <SEP> 31,5 <SEP> %
<tb>
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Spath fluor 31,5 %
On mélange cette composition avec une quantité telle d'une solution d'orthosilicate dé potasse que la masse puisse se travailler à la presse, et on applique cette composition par pression sur les âmes en acier doux des électrodes.
Une électrode dont le fil d'âme a un diamètre de 4 mm et contient environ 0,3 % de manganèse et 0,09 % de carbone, et qui est munie d'un enrobage du type ci-dessus indiqué et d'une .épaisseur de 1,25 mm, fournit lors de son dépôt par soudage (courant continu, électrode au pôle positif) un métal déposé par soudage directement à partir de la baguette dont la compositiDn est la suivante :
EMI4.1
<tb>
<tb> C <SEP> 0,8 <SEP> %
<tb> Si <SEP> 3,7 <SEP> % <SEP>
<tb> Mn <SEP> 0,4%
<tb> Cr <SEP> 2,2 <SEP> %
<tb>
REVENDICATIONS.
1. - Procédé d'obtention d'un dépôt dur et résistant à l'usure sur les objets en fer ou en acier, caractérisé par le fait que sur l'objet on dépose par soudage d'apport un acier de la composition suivante :
EMI4.2
<tb>
<tb> Carbone <SEP> 0,5 <SEP> à <SEP> 1,2 <SEP> %
<tb> Silicium <SEP> 2 <SEP> à <SEP> 8 <SEP> %
<tb> Manganèse <SEP> 0 <SEP> à <SEP> 4 <SEP> %
<tb> Chrome <SEP> 0,5 <SEP> à <SEP> 5 <SEP> %, <SEP> mais <SEP> teneur <SEP> au
<tb>
plus égale à la teneur en silicium, le restant étant du fer, avec ou sans les impuretés usuelles.
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The present invention relates to a process for obtaining hard and wear-resistant coatings on iron or steel objects, by overlay welding, as well as to a welding rod suitable for the implementation of this process.
In order to achieve the stated purpose, welding rods are sometimes used which provide a weld consisting of high carbon steel.
However, these welding rods have various drawbacks. The hardness depends to a large extent on the rate of cooling of the deposited weld bead as well as other variable factors. For many applications, the wear resistance is insufficient, and the hardness decreases sharply at elevated temperatures. There are, on the other hand, various types of sticks for overlay welding which provide a weld bead made of a more or less highly alloyed special steel or other hard alloy. These welding rods make it possible to carry out hardfacing having excellent properties, but are too expensive for many applications.
It is one of the main objects of the present invention to achieve a hardfacing process and a welding rod which, with the implementation of small expensive alloy additions, make it possible to obtain coatings or hardfacing. having very good wear resistance.
The process which is the subject of the present invention is essentially characterized by the fact that, if, the object, a steel having the following composition is deposited by surfacing:
EMI1.1
<tb>
<tb> Carbon <SEP> 0.5 <SEP> to <SEP> 1.2 <SEP>% <SEP>
<tb> Silicon <SEP> 2 <SEP> to <SEP> 8
<tb> Manganese <SEP> 0 <SEP> to <SEP> 4
<tb> Chrome <SEP> 0.5 <SEP> to <SEP> 5 <SEP>%, <SEP> but <SEP> to <SEP> plus <SEP> a <SEP> content
<tb>
equal to that of silicon, the remainder being iron, with or without the usual impurities.
The coatings or top-ups produced by this process have very good wear resistance. They are, moreover, insensitive to oxidation at high temperatures. On the other hand, they should be designated as tempering stable, since a significant part of their hardness is retained when brought to elevated temperatures. The coatings or recharges are not subject to cracking and adhere strongly to the substrate, even under stresses similar to shocks.
In a modified form of the process according to the present invention, the weld-deposited steel alloy also contains, besides chromium, one or more other metals giving rise to carbides, such as tungsten, molybdenum and vanadium, this further increases the hardness and tempering stability of the hardfacing. The content of metals giving carbides, excluding chromium, should not be greater than the content of chromium which is at least 0.5%. The sum of the contents of chromium and of other metals giving carbides must not be greater than 5% and must be, at most, equal to the content of silicon.
Even without additions of this kind consisting of metals giving carbides but other than chromium, the recharges made according to the present invention still meet severe conditions with regard to hardness, wear resistance and insensitivity to oxidation, and they can be used in many fields where it was heretofore necessary to make use of materials with high contents of expensive alloy additions.
Manganese is not a necessary part of the steel to be deposited in accordance with the present invention, but it has no effect.
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detrimental when used in moderate amounts and can, when desired, be used, for example, in controlling the residual austenite content of welded-deposited steel. The manganese can optionally be replaced in whole or in part by nickel. But the use of nickel does not offer any advantage which corresponds to its higher price and is therefore not practically to be envisaged. In general, a value of less than 0.7% and preferably less than 0.4% is adopted for the manganese content.
When depositing hard steel alloys, it is generally desirable that the austenite of the weld-deposited metal exhibit such a high processing inertia that it becomes possible to make use of so-called spot welding. steps. This term is understood to mean the process in which the temperature of the deposited metal is maintained constantly above the temperature Ms at which the formation of martensite begins during the overlay by welding in several passes. It is only when the welding is finished that the temperature is allowed to drop as it passes through the martensite formation zone, and during this reduction all the layers or passes of metal deposited by welding are hardened to the heart. .
If one then wants to obtain a regular and uniform hardness, it is not necessary that the austenite has already been transformed before in major part into a constituent of a different structure. This condition is fulfilled in the process which forms the subject of the present invention by the fact that a sufficiently high content of alloy additions is adopted. The approximate rule which applies in this case is that the silicon content, added to twice the content of alloying elements other than carbon, silicon and iron, must be at least about 5%.
The method which is the subject of the present invention applies first of all to the deposition of characterized silicon steels, including the silicon content. is at least roughly equal to the total content of all other alloying metals (than iron).
The carbon content of the deposited steel must be chosen, within the range indicated, so that the martensic hardness of the steel reaches its maximum at least in an approximate manner, so that a further increase in the. carbon content does not provide an increase in the hardness of the metal deposited by welding and tempering. Most often, a carbon content of 0.6-0.7% is sufficient. It is better to avoid carbon contents greater than approximately 0.8%.
For the chromium content, values of between 1.5 and 2.5% are preferably adopted.
The table below gives two examples of compositions of the metal deposited by welding according to the process of the present invention.
EMI2.1
<tb>
<tb>
Example <SEP> C <SEP> SI <SEP> Mn <SEP> Cr <SEP> Fe
<tb>
<tb> 1 <SEP> 0.7 <SEP> 2.7 <SEP> 0.3 <SEP> 2.3 <SEP> remains
<tb> II <SEP> 0.7 <SEP> 4.3 <SEP> 0.3 <SEP> 2.2 <SEP> remainder
<tb>
A deposit according to Example I or II on a steel support has, after cooling from the welding temperature, a hardness of about 60 Rockwell G. After tempering at 600 ° C., the hardness is still about 45 Rockwell C.
The welding rod which is the object of the present invention is characterized in that it contains iron, carbon, silicon, chromium and optionally manganese in proportions such as the metal deposited by welding from this rod used under normal conditions constitutes a steel having the following composition:
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EMI3.1
<tb>
<tb> Carbon <SEP> 0.5 <SEP> to <SEP> 1.2 <SEP>%
<tb> Silicon <SEP> 2 <SEP> to <SEP> 8 <SEP>%
<tb> Manganese <SEP> 0 <SEP> to <SEP> 4 <SEP>% <SEP>
<tb> Chromium <SEP> 0.5 <SEP> to <SEP> 5 <SEP>%, <SEP> but <SEP> content
<tb>
at most equal to the silicon content, the remainder being iron, with or without the usual impurities.
If necessary, the chromium can be replaced, in part, by other metals giving rise to carbides and the manganese, in whole or in part, can be replaced by nickel, as was explained above at About the discussion of the method which is the object of the present invention.
By metal deposited by welding from the rod, it is meant a metal deposited by welding which has not been diluted by the material of the support nor mixed with this material. To determine the composition of the metal deposited by welding to. From a given welding rod, it is customary, to eliminate with certainty an influence of the material of the support, to deposit one on top of the other, on the support, consisting for example of a piece of sheet iron, a number of layers such that their total thickness is approximately 30 mm. The sample to be analyzed is taken from the upper surface of the mass obtained by this deposit, by planing or drilling this mass to a depth of approximately 5 mm at most.
The deposit by welding of the mass from which the sample is to be taken must be carried out under normal welding conditions. If it is an arc welding electrode, it is therefore necessary that the nature of the current (direct or alternating) and its polarity are the normal types of current and polarity for the electrode considered, and it The welding current must be within the region that is normal for this electrode (so it must not be so weak that the arc tends to go out or is formed slag inclusions, and it must not be so high that the tip of the electrode is heated to a temperature higher than that of the dark red incandescence or that the weld bead becomes porous). Welding should be done with as short an arc as possible.
If it is a torch welding rod, the flame must be weakly reducing and cover well. In this case, too, the part must be hot welded.
The invention relates, in particular, to coated electrodes for arc welding, that is to say electrodes made up of a core which represents the major part of the weight of metal in the electrode, and a coating which contains elements which give rise to a slag and which possibly give off gases. The coating may further contain, in a known manner, deoxidizing substances and alloying additions, for example in the form of pure metals or alloys or carbides. The coating may additionally contain, for example, iron powder, to improve the welding characteristics.
The core is preferably made of iron or unalloyed steel, while the coating contains the necessary alloying additions, so that the metal deposited by welding has the prescribed composition according to the present invention. The composition contained in the coating and intended to form slag can be of any known and appropriate type, for example of the rutile type or of the basic type (lime carbonate, fluorspar).
The following example can be given for a coating composition for an arc welding electrode according to the present invention:
EMI3.2
<tb>
<tb> Farrochrome <SEP> (at <SEP> 65% <SEP> of <SEP> chrome) <SEP> 9 <SEP>%
<tb> Ferrosilicon <SEP> (at <SEP> 47% <SEP> of <SEP> silicon) <SEP> 25 <SEP>% <SEP>
<tb> Graphite <SEP> 3 <SEP>% <SEP>
<tb> Stone <SEP> limestone <SEP> 31.5 <SEP>%
<tb>
<Desc / Clms Page number 4>
Fluorspar 31.5%
This composition is mixed with such an amount of an orthosilicate solution of potassium hydroxide that the mass can be worked in the press, and this composition is applied by pressure on the mild steel cores of the electrodes.
An electrode whose core wire has a diameter of 4 mm and contains about 0.3% manganese and 0.09% carbon, and which is provided with a coating of the above-mentioned type and a. thickness of 1.25 mm, provides during its deposition by welding (direct current, electrode at the positive pole) a metal deposited by welding directly from the rod, the composition of which is as follows:
EMI4.1
<tb>
<tb> C <SEP> 0.8 <SEP>%
<tb> If <SEP> 3.7 <SEP>% <SEP>
<tb> Mn <SEP> 0.4%
<tb> Cr <SEP> 2,2 <SEP>%
<tb>
CLAIMS.
1. - Process for obtaining a hard deposit and resistant to wear on iron or steel objects, characterized in that on the object is deposited by filler welding a steel of the following composition:
EMI4.2
<tb>
<tb> Carbon <SEP> 0.5 <SEP> to <SEP> 1.2 <SEP>%
<tb> Silicon <SEP> 2 <SEP> to <SEP> 8 <SEP>%
<tb> Manganese <SEP> 0 <SEP> to <SEP> 4 <SEP>%
<tb> Chromium <SEP> 0.5 <SEP> to <SEP> 5 <SEP>%, <SEP> but <SEP> content <SEP> at
<tb>
more equal to the silicon content, the remainder being iron, with or without the usual impurities.