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Les pièces en acier soumises aux vibrations, surtout les ressorts, doivent posséder -une limite d'endu-
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rance aussi élevée que possible. Cette limite dépend de la charge de rupture et de la limite élastique de l'acier,' ainsi que de l'état de surface de la pièce.
Des études poussées ont conduit à la découverte que la limite d'endurance des aciers à ressorts est considérablement influencée par la teneur en phosphore des aciers et ce, d'une façon sensiblement plus forte que par la limite élastique et la charge de rupture de l'acier ou par le traitement thermique et l'état de surface de la pièce.
La présente invention concerne l'utilisation d'un acier contenant moins de 0,015% et, de préférence, moins de 0,012% de phosphore, pour la fabrication de piè- ces et, en particulier, de ressorts en acier devant posséder une limite d'endurance élevée.
Cette idée est surprenante, étant donné que, jusque ce jour, les teneurs en phosphore admissibles pour les aciers à ressorts de haute qualité, par exemple, étaient de 0,035 à 0,040%.
La présente invention repose sur cette décou- verte que le phosphore influence fortement la limite d'endurance d'un acier, fait s'expliquant par la forte ségrégation du phosphore dans l'acier. On a constaté que des teneurs en phosphore de plus de 0,015% conduisent déjà à la' formation d'un eutectique hypophosphorique ternaire d'une teneur en phosphore de plus de 1%, aux joints
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des grains de la structure primaire, cet eutectique ne pouvant être éliminé par la transformation habituelle à chaud et par le traitement thermique. L'insertion d'une phase fragile riche en phosphore dans la structure pro- voque des amorces de fissures dans l'acier lorsqu'il est soumis à des efforts de vibration, ce qui cause sa rup- ture prématurée.
L'eutectique hyposphosphorique ternaire ne se forme plus dans les aciers à ressorts d'une composition chimique normale, lorsque leur teneur en phosphore est de 0,015%, de préférence de moins de 0,012%, de sorte que leur limite d'endurance ne peut plus en être sensi- blement influencée. Pour ces basses teneurs en phosphore, la faible compensation, par diffusion, des concentrations se produisant pendant le façonnage à chaud suffit pour maintenir une structure' suffisamment homogène même dans . les parties de la tête du lingot tendant fortement à la ségrégationo
L'effet nocif d'une teneur en phosphore élevée, même inférieure aux teneurs courantes,peut être atténué par un recuit d'homogénéisation,. Ce recuit doit être fait entre 1150 et 1350 0 avec un très long temps de mair e.
En conséquence, le recuit d'homogénéisation n'est appli que que pour renforcer l'effet des faibles teneurs en phosphore selon la présente inventions
Il est évident que toutes les mesures conduisant
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à une structure primaire plus fine du lingot, telles que: faibles dimensions des lingots, basses températures de coulée en lingotières et additions, au bain, d'éléments formant des germes et affinant le grain (désoxydants spéciaux comme l'aluminium, le calcium, le silicium ou combinaisons de zirconium) réduisent la formation de phosphures nocifs. L'expérience a cependant démontré que la valeur maxima de 0,01,5% de phosphore dans le bain d'acier doit être respectée, afin de pouvoir obtenir, à coup sûr, des résultats impeccables.
L'exemple ci-après montre la limite d'endurance de ressorts à lames fabriqués à partir d'un acier normal et l'amélioration de cette limite pour des ressorts con- fectionnés à partir d'un acier élaboré suivant la présente invention; a) - Acier à ressort au silicium trempant à l'huile à
0,60% de C, 1,85% de Si, 0,73% de Mn, 0,026% de P et 0,020% de S, traité à une résistance de 135 Eg/ mm2; limite d'endurance des ressorts finis (jusqu'à la formation d'amorces de fissures):
85. 000 à 225.000 vibrations. b)- Acier à ressort au silicium trempant à l'huile iden- tique à l'acier contenant 0,62% de C, 1,92% de Si, 0,70% de Mn, 0,021% de S, mais seulement 0,012% de phosphore dans le bain, traité à 135 kg/mm2, mêmes conditions d'essai que pour a: 375.000 à 410.000 vibrations.
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Ces résultats sont semblables avec des lames de ressorts en acier au carbone et en acier allié, telles qu'elles sont utilisées pour les emplois les plus divers.
Il en est de même pour les ressorts à boudin en fil machine ou fil étiré.
On peut également observer l'influence nuisible d'une haute teneur en phosphore de l'acier sur la résistance aux efforts de flexion rotative d'une barre de torsion par exemple.La fixation de la teneur maxima en phosphore à 0,015% donne également des valeurs plus élevées et plus homogènes de la limite d'endurance que celles des aciers ordinaires dans le cas d'efforts répétés de pliage, de torsion ou de pliage et de torsion.
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Steel parts subjected to vibrations, especially springs, must have -an endpoint-
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rancid as high as possible. This limit depends on the breaking load and the elastic limit of the steel, as well as on the surface condition of the part.
Extensive studies have led to the discovery that the endurance limit of spring steels is considerably influenced by the phosphorus content of the steels and this, in a significantly greater way than by the elastic limit and the breaking load of the steel. 'steel or by heat treatment and the surface condition of the part.
The present invention relates to the use of a steel containing less than 0.015% and, preferably, less than 0.012% phosphorus, for the manufacture of parts and, in particular, of steel springs to have a limit of. high endurance.
This idea is surprising, given that until now the permissible phosphorus contents for high quality spring steels, for example, have been 0.035 to 0.040%.
The present invention is based on the discovery that phosphorus strongly influences the endurance limit of a steel, which is explained by the strong segregation of phosphorus in the steel. It has been found that phosphorus contents of more than 0.015% already lead to the formation of a ternary hypophosphoric eutectic with a phosphorus content of more than 1%, at the joints.
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grains of the primary structure, this eutectic not being able to be eliminated by the usual hot transformation and by heat treatment. The insertion of a brittle phase rich in phosphorus in the structure causes the initiation of cracks in the steel when it is subjected to vibration forces, which causes its premature rupture.
Ternary hyposphorus eutectic is no longer formed in spring steels of normal chemical composition, when their phosphorus content is 0.015%, preferably less than 0.012%, so that their endurance limit can no longer to be significantly influenced by it. For these low phosphorus contents, the low compensation, by diffusion, of the concentrations occurring during hot working is sufficient to maintain a sufficiently homogeneous structure even in. the parts of the head of the ingot tending strongly to segregation
The harmful effect of a high phosphorus content, even lower than current levels, can be mitigated by homogenization annealing. This annealing must be done between 1150 and 1350 0 with a very long holding time.
Consequently, the homogenization annealing is only applied to enhance the effect of the low phosphorus contents according to the present inventions.
It is evident that all the measures leading
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a finer primary structure of the ingot, such as: small dimensions of the ingots, low casting temperatures in ingot molds and additions, in the bath, of elements forming germs and refining the grain (special deoxidizers such as aluminum, calcium, silicon or zirconium combinations) reduce the formation of harmful phosphides. However, experience has shown that the maximum value of 0.01.5% phosphorus in the steel bath must be respected, in order to be able to obtain, without fail, impeccable results.
The following example shows the endurance limit of leaf springs made from normal steel and the improvement of that limit for springs made from steel made according to the present invention; a) - Silicon spring steel quenched in oil
0.60% C, 1.85% Si, 0.73% Mn, 0.026% P and 0.020% S, treated to a resistance of 135 Eg / mm2; endurance limit of the finished springs (until the formation of cracks):
85,000 to 225,000 vibrations. b) - Oil quenched silicon spring steel same as steel containing 0.62% C, 1.92% Si, 0.70% Mn, 0.021% S, but only 0.012 % phosphorus in the bath, treated at 135 kg / mm2, same test conditions as for a: 375,000 to 410,000 vibrations.
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These results are similar with carbon steel and alloy steel leaf springs as they are used for a wide variety of jobs.
It is the same for coil springs in wire rod or drawn wire.
One can also observe the detrimental influence of a high phosphorus content of steel on the resistance to rotational bending forces of a torsion bar, for example. Fixing the maximum phosphorus content at 0.015% also gives higher and more homogeneous values of the endurance limit than those of ordinary steels in the case of repeated bending, twisting or bending and twisting forces.