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Le brevet principal a pour objet un procédé d'éla- boration d'aciers au carbone ou alliés, dans lesquels on obtient par l'addition de 0,05 à 0,5 % d'aluminium au bain
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d'acier une dispersion si favorable des oxydes et des nitrures dans la matrice métallique que ces aciers possèdent une parfaite résistance au grossissement du grain aux températures courantes de cémentation.
Ledit brevet cite, à titre d'exemple, les aciers de cémentation au chrome-manganèse qui peuvent, à coup sur, être directement trempés à la température de cémentation.
Ces aciers sont parfaitement insensibles au grossissement du grain,même pour les plus longs temps de cémentation utilisés dans la pratique.
On a constaté avec surprise,lors de la mise en oeuvre des aciers de cémentation au carbone ou alliés faisant l'objet dudit brevet principal, que ces aciers présentaient encore d'autres avantages pratiques importants.
Ainsi, la température maxima de cémentation de 920 , applicable jusqu'à ce jour à tous les aciers de cémentation, pour un temps maximum de cémentation de 20 heures, peut être augmentée sensiblement.
Les aciers de cémentation contenant 0,05 à 0,50 % d'aluminium peuvent être cémentés à 1.000 C Le grain de l'âme du métal garde, à cette température, sa grosseur initiale correspondant à l'indice ASTM 8 ou 9, pendant que le grain .de la couche cémentée présente une grosseur équivalente à l'indice 6 à 9, même après cémentation de 20 heures à 1.000 Cet doit donc être considéré, selon toutes les définitions techniques,comme fin.
L'application d'une température de cémentation atteignant la limite de 1.000 C permet de réduire sensiblement la durée de la cémentation, grâce à l'accélération de la diffusion du carbone, et de rendre plus régulière la diminution de la teneur en carbone du bord à l'âme du métal,
On peut donc adopter, pour une profondeur donnée de carburation, un temps de cémentation égal au plus à la
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moitié du temps de cémentation classique.
Pour mieux faire ressortir le progrès technique obtenu par la susdite teneur en aluminium dissous dans la matrice (0,05 à 0,50 %), on va confronter un acier de , ci- mentation à grain fin suivant l'invention avec un acier de @@ citation à grain fin élaboré selon les procédés habituels.
1) Acier de cémentation à grain fin, qualité ordinaire correspondant à la nuance française 16 MC 5, fabriqué selon les procédés habituels.
- Grosseur du grain selon Me Quaid-Ehn, à l'état de départ: 6 à 8 - Grosseur du grain de l'âme du métal trempé à la sortie d'une cémentation solide de 10 heures à 1o000 C: 4 ou 5 - Grosseur du grain de la couche cémentée du métal trempé dans les mêmes conditions: 3 à 5
Le métal ne peut être trempé directement à la sortie de la cémentation.
2) Acier de cémentation à grain fin, qualité EC 80 cor- respondant à la nuance française 16 MC 5, élaboré sui- van t le brevet principal précité, - Grosseur du grain selon Me Quaid-Ehn, à l'état de départ: 8 ou 9 - Grosseur du grain de l'âme du métal trempé à la ,sortie d'une cémentation solide de 10 heures à 1.000 C: 8 ou
9 - Grosseur du grain de la couche cémentée du métal trempé dans les mêmes conditions: 7 à 9
Le métal peut être trempé directement à la sortie de la cémentation sans aucune perte de ténacité.
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Les aciers de cémentation à l'aluminium, élaborés suivant le brevet principal et destinés à être trempés directement à la sortie de la cémentation, présentent non seulement l'avantage de posséder une grande finesse de grain, mais encore l'important progrès technique ci-après:
La dureté maxima de la couche cémentée et trempée de tous les aciers de cémentation est fonction de leur te- neur en austénite résiduelle après trempe. Cette teneur elle-même dépend de la teneur en carbone de la couche ce mentée et de la température de trempe. On est donc obligé de cémenter les aciers de cémentation classiques à la tem- pérature limite inférieure, c'est-à-dire à une température maxima d'environ 900 C, et de limiter à un maximum de 0,7 à 0,8% la teneur en carbone de la couche cémentée.
Si cette teneur maxima est dépassée, les aciers cémentés, surtout ceux au chrome-manganèse, ont une teneur d'austénite résiduelle si élevée que la dureté de la couche cémentée descend au-dessous de 60 RC.
Les aciers de cémentation à l'aluminium élaborés suivant le brevet principal permettent, par contre, d'adopter une température de trempe supérieure et une teneur en carbo- ne sensiblement plus élevée dans la couche cémentée.
Les aciers de cémentation au chrome-manganèse et au chrome (16 MO 5 et 15 C 3), qui sont particulièrement sensibles, peuvent être carburés jusqu'à une teneur de 1,0 à 1,2 % de carbone dans la couche cémentée, sans que la dureté de cette couche descende au-dessous de 60 RC même si la trempe a été effectuée directement à la sortie de la cémentation à 1.000 C
Cet avantage joue un rôle capital pour l'utilisation de nouvelles méthodes de cémentation et plus particulièrement
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-J-r---5"- pour l'application de la cémentation gazeuse continue dans laquelle d'accidentels dépassements de la teneur en carbone
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de la couche cémentée et de la température de cémentation sont presque inévitables.
L'effet de l'élément d'alliage aluminium contenu dans l'acier peut être expliqué comme suit:
Lors de la cristallisation et du refroidissement ultérieur de l'acier dans le domaine gamma, il se forme des germes composés (surtout nitrures d'aluminium) dont 1, forme de répartition et la grosseur des particules dépen- dent de la teneur en azote et de la teneur en aluminium.
Ces germes augmentent tellement la tendance à la transfor .nation de l'austénite fortement carburée de la couche cément tée qui il n'apparaît plus d'austénite résiduelle nuisible jusqu'aux surcaburations élevées.
On connait l'action des germes contenant de l'alu'- minium sur le domaine perlitique. Mais il se produit, dans tous les aciers élaborés selon le brevet principal, une influence, inconnue jusqu'à ce jour,sur la transformation dans le domaine martensitique.
Conformément au brevet principal, non seulement les aciers de cémentation au chrome-manganèse et au chrome cités plus haut possèdent une insensibilité absolue à la surchauffe à 1.000 C et à la formation d'austénite résiduelle nuisible dans la couche cémentée, pour une surcaburation allant jusqu'- à 50 %, mais aussi tous les autres aciers de cémentation au carbone ou alliés, tels, par exemple, que les aciers au chrome molybdène.
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The main patent relates to a process for the preparation of carbon or alloy steels, in which one obtains by the addition of 0.05 to 0.5% aluminum to the bath.
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of steel such a favorable dispersion of oxides and nitrides in the metal matrix that these steels have perfect resistance to grain enlargement at current carburizing temperatures.
Said patent cites, by way of example, chromium-manganese carburizing steels which can, of course, be directly hardened at the carburizing temperature.
These steels are perfectly insensitive to grain growth, even for the longest carburizing times used in practice.
It was surprisingly found, during the use of the carburizing or alloy steels which are the subject of said main patent, that these steels still have other important practical advantages.
Thus, the maximum case-hardening temperature of 920, applicable to date to all case-hardening steels, for a maximum case-hardening time of 20 hours, can be significantly increased.
Case-hardening steels containing 0.05 to 0.50% aluminum can be case-hardened at 1,000 C. The grain of the metal core keeps, at this temperature, its initial size corresponding to the ASTM index 8 or 9, for that the grain of the cemented layer has a size equivalent to the index 6 to 9, even after cementation for 20 hours at 1.000 This must therefore be considered, according to all technical definitions, as fine.
The application of a carburizing temperature reaching the limit of 1000 C makes it possible to significantly reduce the duration of the carburizing, thanks to the acceleration of the diffusion of carbon, and to make the decrease in the carbon content of the edge more regular. to the soul of metal,
It is therefore possible to adopt, for a given depth of carburization, a carburizing time equal to at most the
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half of the classic cementation time.
To better demonstrate the technical progress obtained by the aforementioned content of aluminum dissolved in the matrix (0.05 to 0.50%), a fine-grained cementation steel according to the invention will be compared with a carbon steel. @@ fine-grained quotation prepared according to the usual methods.
1) Fine-grained case-hardening steel, ordinary quality corresponding to French grade 16 MC 5, manufactured according to the usual processes.
- Size of the grain according to Me Quaid-Ehn, at the starting state: 6 to 8 - Size of the grain of the core of the hardened metal at the exit of a solid cementation of 10 hours at 1000 C: 4 or 5 - Grain size of the hardened layer of the hardened metal under the same conditions: 3 to 5
The metal cannot be quenched directly upon exiting the carburizing.
2) Fine-grained case-hardening steel, EC 80 quality corresponding to French grade 16 MC 5, produced according to the aforementioned main patent, - Grain size according to Me Quaid-Ehn, at the starting state: 8 or 9 - Size of the grain of the core of the hardened metal at the exit of a solid cementation of 10 hours at 1.000 C: 8 or
9 - Grain size of the hardened layer of hardened metal under the same conditions: 7 to 9
The metal can be quenched directly at the outlet of the carburizing without any loss of toughness.
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Aluminum case-hardening steels, produced according to the main patent and intended to be hardened directly at the end of the case-hardening, not only have the advantage of having a great graininess, but also the important technical progress here- after:
The maximum hardness of the case-hardened and quenched layer of all case-hardened steels is a function of their residual austenite content after quenching. This content itself depends on the carbon content of the layer mentioned above and on the quenching temperature. We are therefore obliged to case harden conventional case-hardening steels at the lower limit temperature, that is to say at a maximum temperature of around 900 C, and limit to a maximum of 0.7 to 0.8 % the carbon content of the hardened layer.
If this maximum content is exceeded, hardened steels, especially those containing chromium-manganese, have a residual austenite content so high that the hardness of the hardened layer drops below 60 RC.
The aluminum case-hardening steels produced according to the main patent allow, on the other hand, to adopt a higher quenching temperature and a significantly higher carbon content in the case-hardened layer.
Chrome-manganese and chromium case-hardening steels (16 MO 5 and 15 C 3), which are particularly sensitive, can be carburized up to a content of 1.0 to 1.2% carbon in the hardened layer, without the hardness of this layer falling below 60 RC even if the quenching was carried out directly at the exit of the case-hardening at 1.000 C
This advantage plays a capital role for the use of new cementation methods and more particularly
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-J-r --- 5 "- for the application of continuous gas carburizing in which accidental exceedances of the carbon content
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The case hardened layer and the case hardened temperature are almost inevitable.
The effect of the aluminum alloy element contained in the steel can be explained as follows:
During the crystallization and subsequent cooling of the steel in the gamma region, compound seeds (especially aluminum nitrides) are formed, of which 1, distribution shape and particle size depend on the nitrogen content and of the aluminum content.
These germs increase the tendency to transform the strongly carburized austenite of the cemented layer so much that it no longer appears harmful residual austenite up to high overcaburations.
We know the action of germs containing aluminum on the pearlite domain. But there is, in all the steels produced according to the main patent, an influence, hitherto unknown, on the transformation in the martensitic field.
According to the main patent, not only the case-hardening steels with chromium-manganese and chromium mentioned above have an absolute insensitivity to overheating at 1000 C and to the formation of harmful residual austenite in the case-hardened layer, for an overcaburation of up to '- at 50%, but also all other carburizing carbon or alloy steels, such as, for example, chromium molybdenum steels.