Alliage ferreux très dur. La présente invention se rapporte à un alliage ferreux très dur, constitué par une fonte de fer contenant, outre le carbone, au moins du bore, cet alliage ne renfermant pas de carbone graphitique en proportion suscep- tible d'influer sur sa dureté, et ayant une dureté d'au moins 500 selon l'échelle Brinell, qui rend l'usinage de cet alliage impossible sauf par meulage et un point de fusion ne dépassant pas<B>1150</B> C.
On savait déjà que le bore combiné avec l'acier lui communique de la dureté; mais les essais faits sous ce rapport furent tous exé cutés avec des aciers n'ayant qu'une petite teneur en carbone ou en bore, ou de tous les deux, de sorte qu'on peut bien dire que la connaissance des quantités additionnelles dé sirables ou possibles en pourcents de bore, de carbone et en certains cas du nickel, ainsi que le contrôle des autres éléments, pour former un alliage de la nature considérée ici, n'exis- ta.it pas encore. Ce n'est qu'en étudiant les- dites relations pendant de longues années d'essais et d'applications pratiques qu'on est arrivé au but présent.
Ces essais ont permis la préparation d'al liages ayant les propriétés suivantes: Une dureté extrême pouvant s'élever jus qu'à 1000 selon l'échelle Brinell; une température clé fusion de plusieurs centaines de degrés plus basse que n'importe quel autre alliage ferreux d'une dureté com parable; une grande résistance à l'usure, beaucoup plus grande que celle de la fonte ordinaire; une résistance à la traction jusqu'à 4200 kg par cm'; la faculté de s'unir intimement lorsqu'on le met à l'état fondu en contact avec un corps en acier ou fer chauffé sans avoir besoin d'un flux pourvu que les surfaces soient bien net toyées; une très petite conductivité thermique, moins du tiers de celle de la fonte grise. Ces alliages peuvent être fabriqués à peu de frais et peuvent être employés partout dans l'industrie.
On peut obtenir un alliage conforme à l'invention ayant une dureté d'au moins 500 Brinell et un point de fusion compris entre 1065 et 1120 C en formant une fonte de fer contenant de 2 à 4 % en poids de carbone et de 0,2 à 21/2 % de bore. Pour obtenir une très haute dureté, d'au moins 700 Brinell, on peut ajouter du nickel à raison de 11/2 à <B>9%.</B> Pourtant encore d'autres métaux tels que le manganèse, le chrome, le tungstène, le vanadium, le molybdène, le cobalt, etc. peu vent être employés à des teneurs variées là où les meilleures propriétés de l'alliage ne doivent pas être obtenues au meilleur marché. D'autre part, quelques éléments se trou vant ordinairement dans la fonte, tels que le soufre et le phosphore, sont de préférence éli minés autant que possible.
S'ils sont déjà pré sents, ils doivent être réduits à 0,1 % pour le soufre et 0,3 % pour le phosphore. En pratique, on tient ces deux éléments chacun au-dessous 0,05 %, parce que les deux ont un effet pernicieux sur la dureté et sur la qualité de l'alliage. La même objection doit être faite aussi pour le silicium;
pourtant, cet élément peut être présent en une teneur d'environ 11/ % sans que le tout ait une dif-- férence appréciable, mais 21/2 % est le pour centage maximum tolérable et cela seulement combiné avec un pourcent de bore supérieur au pourcent ordinaire parce que, sans cela, du carbone graphitique sera précipité dans l'alliage, ce qu'on doit éviter, le carbone dans l'alliage ne devant exister que dans sa forme alliée.
Pourtant, exception doit être faite ici pour des traces seulement de carbone graphi- tique, parce que de petites traces n'influen cent pas sensiblement la dureté de l'alliage. Une très bonne qualité de l'alliage contient environ 1 % de silicium et la teneur en car bone et bore est telle qu'elle ne dépasse pas 412 % des deux éléments combinés, 6 % étant la limite extrême.
Une bonne combinaison des éléments con- duisant à un alliage dur et suffisant pour la plupart de ses emplois est:
EMI0002.0014
Carbone <SEP> 21/ <SEP> à <SEP> 3i/2 <SEP> % <SEP> en <SEP> poids
<tb> Bore <SEP> 0,75 <SEP> à <SEP> 11/2 <SEP> % <SEP> " <SEP> "
<tb> Nickel <SEP> 21/2 <SEP> à <SEP> 6 <SEP> % <SEP> " <SEP>
<tb> Silicium <SEP> ne <SEP> dépassant <SEP> pas <SEP> 11/2% <SEP> " <SEP> "
<tb> Soufre <SEP> <B>0,05%</B> <SEP> " <SEP> "
<tb> Phosphore <SEP> " <SEP> <B>0,0,5%</B> <SEP> " <SEP> " Le reste de l'alliage est du fer. L'aluminium doit être exclu complète ment, parce qu'une petite quantité déjà pro voque une réduction sensible de la dureté.
C'est pourquoi l'emploi d'un fer au bore fait selon le procédé thermitique, qui pourrait contenir une quantité appréciable d'alumine, doit être évité. 1 % de cuivre dans l'alliage en réduit la dureté.
Un tel alliage a une dureté d'au moins 700 Brinell et un point de fusion compris entre 1065 et 1120' C.
Si le nickel est exclu, la dureté sera con sidérablement réduite, mais restera cependant au-dessus de 500 Brinell. L'alliage garde ainsi encore assez de -dureté pour beaucoup de buts.
Des alliages conformes à l'invention et possédant des teneurs en carbone-bore telles que citées ci-après auront en absence du nickel les duretés suivantes:
EMI0002.0018
Pourcents <SEP> en <SEP> poids <SEP> NTonotron <SEP> Diamond
<tb> Brinell
<tb> Carbone <SEP> 3,5 <SEP> 2,5I <SEP> 2,0 <SEP> 500
<tb> Bore <SEP> 0,2 <SEP> 0,5 <SEP> 1,0
<tb> Carbone <SEP> 3,25 <SEP> 2,5 <SEP> 600
<tb> Bore <SEP> 0,5 <SEP> 1,0
<tb> Carbone <SEP> 3,25 <SEP> 700
<tb> Bore <SEP> l,0
<tb> Carbone <SEP> 3,0 <SEP> 800
<tb> Bore <SEP> 1,7 L'effet extraordinaire du nickel dans l'alliage est démontré graphiquement au des sin, où la courbe A montre l'augmentation de la dureté pour des teneurs en nickel de 1 à 10% pour un alliage contenant 3 % de carbone et 1 % de bore.
La courbe B montre l'effet contraire pour la fonte de fer avec une teneur d'environ 3 % en carbone, sans bore, quand on ajoute du nickel. Dans les deux exemples, le fer était pratiquement exempt de soufre et de phosphore. L'exemple A avait une teneur en silicium de 0,57 % et l'exemple B de<B>0,5</B> %, ce qui serait plutôt en faveur de l'exemple .B par rapport à la dureté. On voit dans l'exemple A, pour la teneur de 21 à 31/2 % en nickel, une aug mentation subite et considérable de la dureté pour l'alliage contenant du bore, tandis que le contraire a lieu pour la fonte de fer sim ple.
Avec des pourcents supérieurs de bore, la dureté dans la courbe A deviendrait plus grande, la limite de l'utilité pratique étant celle mentionnée plus haut.
L'alliage peut être formes en fondant les éléments ensemble dans les proportions vou lues. Un moyen d'introduction du bore peut être le fer au bore exempt d'alumine et d'une faible teneur en soufre et phosphore. Selon une méthode préférée pour la formation de l'alliage, on commence avec de la fonte grise de bonne qualité préférablement d'une teneur en carbone d'environ 3 % ou davantage, fonte qui contient de 2 à 4 % de silicium et ne contient ni phosphore, ni soufre, sauf peut- être un maximum de<B>0,3%</B> -à<B>0,15%</B> respec tivement et un faible pourcent de chrome, qu'on trouve ordinairement presque toujours dans la fonte.
On fond ladite fonte en con tact avec du borax et en présence de carbone libre en la fondant dans un creuset en gra phite ou en ajoutant du carbone libre et on la tient fondue jusqu'à ce que la réduction désirée du bore dans le borax par une réac tion avec le carbone et une partie du silicium et son absorption dans le fer ait eu lieu. On peut incorporer le nickel dans la charge, ou peut le fondre ensemble avec l'alliage fer- carbone-bore formé d'abord.
Le carbone dans l'alliage formé devrait être dans sa forme combinée, aucun graphite ne doit être présent, excepté de petites traces qui n'influencent pas sensiblement la dureté de l'alliage et 1a cassure doit être argentée et brillante.
On peut laisser couler l'alliage dans n'im porte quelle forme ou le mettre en lingots pour être refondu. Cependant, si l'on désire l'employer pour le revêtement de tubes ou de cylindres, il vaut mieux de le couler en forme .de galettes sur une plaque de fer pour qu'on puisse l'émietter ensuite. On le débar rasse alors des pailles d'oxyde de fer et .de corps étrangers en le traitant au jet de sable et par un .décapage à l'acide, ou autrement.
On casse alors les galettes en miettes d'une grandeur convenable pour les charger dans l'intérieur des tubes à revêtir et appliquer le revêtement sur les parois intérieures des tubes ou cylindres. par un dispositif à force centrifuge.