Procédé de fabrication de pièces métalliques. L'invention a pour objet un procédé de fabrication, à partir de métal en poudre, de pièces en acier dont la limite supérieure de l'intervalle de température dans lequel l'aus- ténite se transforme complètement en mar- tensite est supérieure à la température am biante.
Elle permet d'obtenir des pièces non dé formées, de dimensions précises et d'une ré sistance voisine de celle des aciers les plus durs et les meilleurs, sans avoir recours aux opérations coûteuses successives d'usinage, de trempe et de rectification de précision.
Elle permet, en outre, d'abréger la durée des opérations d'agglomération ou de frittage tout en fournissant des pièces compactes d'une densité et d'une résistance qui n'ont pu être réalisées jusqu'à présent.
L'invention met à profit le fait connu que certains aciers à l'état doux austénitique (gamma) caractéristique des températures supérieures à la température critique, peu vent être trempés, non en réalité à la tempé rature ambiante, mais à une température infé rieure à celle qui correspond à la formation rapide de la perlite et supérieure à l'inter valle Ar" (généralement compris entre 93 et 221 C), sans revenir immédiatement aux for mes plus dures (alpha) qui sont stables à ces températures.
La description de l'intervalle Ar" est donnée dans le chapitre VI de l'ou vrage d'Epatein Alliages de fer et de car- boue . En choisissant, aussitôt après cette trempe à une température intermédiaire, le moment de comprimer le métal à ses dimen-, sions finales avant qu'il ait eu le temps de se transformer à l'état stable, on a l'avantage de disposer d'une masse de métal doux, élas tique, qui peut être comprimé à l'état de très faible porosité, sans exercer une pression excessive, ni chauffer les matrices ou les poin çons à une température les affaiblissant no tablement.
De plus, le frittage qui serait né cessaire pour faire acquérir à la pièce la té nacité et la résistance voulues après compres-, Sion, et provoquerait sa déformation et lui ferait perdre la grande précision des dimen sions assurée par l'opération de compression, devient inutile.
Le -procédé selon l'invention est caracté risé en ce que l'on chauffe une pièce compacte poreuse, obtenue par compression de métal en poudre et principalement formée-.de fer et de carbone, à une température supérieure à la température critique pendant un temps suf fisant pour provoquer de façon sensiblement complète sa transformation à l'état austéniti- que, on trempe ladite pièce compacte à une température inférieure à la température cri tique, inférieure à 536 C- et supérieure à la limite supérieure dudit intervalle, on com prime ladite pièce dans une matrice pendant que le métal est encore en prédominance à l'état d'austénite,
la pièce étant soumise en suite à des conditions telles qu'elle acquière une structure stable. La poudre mise en oeuvre peut être une poudre d'acier contenant différents éléments d'alliage ou une poudre de fer mélangée à des éléments d'alliage en poudre, tels que le nickel, le chrome, le manganèse, le molybdène, le tungstène, le vanadium et le tantale ainsi que leurs carbures, à l'exclusion du carbure de nickel, qui -ne se diffuse que partiellement dans l'acier.
En général, les éléments d'alliage autres que le cobalt retardent la transformation et abaissent l'intervalle Ar", c'est-à-dire l'inter valle dans les limites duquel la transforma tion de l'austénite en martensite est complète. Des teneurs excessives en manganèse, chrome et nickel ou une combinaison quelconque de ces métaux peuvent même retarder infini ment la transformation et sont donc inadmis sibles.
D'ordinaire, le procédé suivant l'invention s'exécute comme suit a) On comprime à froid la poudre mélan gée avec un lubrifiant tel que l'acide stéari que, en lui faisant acquérir une densité d'en viron 7 (par exemple porosité de 10 %). On lubrifie également les surfaces de la matrice et du poinçon.
b) On chauffe la pièce compacte à une température de 371 à 593 C pour en chasser le lubrifiant, puis on la chauffe à une tempé rature supérieure à la température critique de l'-acier en question en le transformant en austénite. S'il contient des éléments d'alliage n'ayant pas diffusé, il peut être avantageux de prolonger ce chauffage assez longtemps pour permettre à la diffusion de s'effectuer. Mais on emploie de préférence une poudre dans laquelle les éléments d'alliage sont déjà diffusés d'une manière suffisamment uni forme pour qu'un chauffage de courte durée soit suffisant.
Le chauffage s'effectue en atmosphère non oxydante dont la nature est commode à vérifier par l'essai de non colora tion de l'acier inoxydable brillant 18-8 .
c) On trempe la pièce compacte à une température inférieure à sa température cri tique, mais plus élevée que la limite supé rieure de l'intervalle Ar". La trempe s'effec- tue assez rapidement pour que la structure de l'acier reste en totalité ou en grande par-, tic à l'état austénitique temporairement stable.
d) Avant qu'une quantité appréciable d'austénite ait eu le temps de se transformer, on recomprime la pièce compacte rapidement à peu près à la même température avec une matrice et un poinçon chauffés d'une manière appropriée pour lui faire prendre ses dimen sions finales, de préférence sous une forte pression, par exemple de 9,5 à 14 tonnes/cm2. Si la compression est assez rapide, la densité de la pièce compacte peut ainsi atteindre une valeur de 7,5 à 7,7 ou supérieure, qui lui fait acquérir une très forte résistance.
La forme peut ainsi être beaucoup plus compliquée que celle des pièces subissant une compression ordinaire à froid pour deux raisons: 1 Le métal s'écoule plus facilement, et 2 même si des différences de densité subsistent, la pièce ne subit pas de frittage final à haute tempé rature donnant lieu à une notable déforma tion..
Dans certains cas, il est possible de com biner la trempe avec la compression, en intro duisant rapidement la pièce compacte austé- nitique chauffée dans une matrice volumi neuse à une température légèrement infé rieure à la tempéfature de matriçage et en faisant agir la pression immédiatement, en soustrayant ainsi, rapidement de la chaleur à la pièce compacte relativement petite et en lui faisant prendre. la température de matri çage de préférence avant que le matriçage soit terminé. De préférence, la structure est pra tiquement austénitique lors du matriçage de la pièce compacte; et elle doit l'être tout au moins en prédominance.
e) On transforme la structure austéniti- que en une forme stable. Cette transforma tion s'effectue spontanément sans. déforma tion, soit par formation de baïnite si la tem pérature 1 augmente ou diminue légèrement, ou 2 reste à peu près constante, soit 3 par formation de martensitesilapièce compacte est refroidie rapidement à la température ambiante.
Ce refroidissement ne doit pas être plus rapide qu'il n'est nécessaire pour empêcher la trans formation à l'état de baïnite, afin que les con- traintes qui prennent naissance sous l'effet de fortes variations de température et la dila tation qui résulte de la transformation à l'état de martensite à des vitesses différentes d'une partie de la pièce à l'autre ne provo quent pas de déformation, ni d'affaiblisse ment, ni ne laissent subsister des contraintes résiduelles; toutes ces précautions sont faci les à observer.
En transformant ainsi la struc ture austénitique en une forme finale stable à basse température et avec de faibles varia tions de température, les dimensions de la pièce finie peuvent être conservées à 0,0005 mm près par rapport aux dimensions que lui a fait acquérir la matrice au cours de l'opéra tion de compression finale. En règle générale, la pièce peut être refroidie dans l'air ou dans un gaz non oxydant. Aucune opération de frittage n'est nécessaire. .
f) La pièce peut être étirée, recuite, etc., par les moyens connus, si on le désire.
Les opérations décrite ci-dessus sont résu mées graphiquement sur la figure ci-jointe, qui est un diagramme des transformations isothermiques (voir par exemple à titre de comparaison Atlas of Isothermal Transfor mation Diagrams , United States Steel, 1943) d'un acier type contenant 0,8o/oC et 0,8o/oMn, austénisé à 899 avec grains de grosseur 6. L'axe vertical du côté gauche indique les ni veaux de température et l'axe vertical du côté droit indique la dureté finale en degrés de dureté Rockwell C en fonction du temps porté en valeurs logarithmiques sur l'axe horizontal.
Les courbes I et II représentent respectivement la transition entre l'austénite et l'austénite-ferrite, d'une part, et la transi tion entre l'austénite-ferrite et la baïnite, d'autre part. L'intervalle Ar" précité est indiqué.
Les lettres a à e (qui correspondent aux opérations décrites ci-dessus et désignées de la même manière) indiquent les phases du procédé dans les conditions suivantes La pièce compacte froide comprimée est maintenue pendant une période d'une durée appropriée a-b à une température<I>ta</I> à la quelle elle se transforme en austénite. Au mo- ment c, on la trempe à une température infé rieure à sa température critique, mais supé rieure à la limite supérieure de l'intervalle Ar".
Pendant la période, d, la pièce compacte subit une recompression rapide à une tempé rature sensiblement constante tc. Puis, la pièce compacte recomprimée, encore à l'état, austénitique, est transformée à l'état stable par un des moyens suivants-: on peut la ré chauffer à une certaine température el, puis la transformer en banite à température cons tante, pour lui faire acquérir une dureté dé terminée, caractéristique de la température de transformation;
ou bien on peut la maintenir à peu près à la température de recompression et la transformer en baïnite, en lui faisant acquérir la dureté correspondant à cette tem pérature, comme l'indique le point e2, ou bien on peux refroidir la pièce compacte à la tem pérature ambiante, comme l'indique % courbe e3, pour former de la martensite.
Pendant toutes ces opérations, on protège de préférence la pièce contre l'oxydation en la maintenant dans une atmosphère inerte ou non oxydante: La compression effectuée dans le procédé suivant l'invention est très différente de la. compression ordinaire à chaud, qui s'effectue à une température beaucoup plus élevée dans le but de ramollir le métal seulement par l'âc- tion de la température, ce qui a évidemment pour effet de ramollir le métal des matrices et des poinçons. Pendant l'opération de com pression à chaud, la dureté du métal com primé à chaud ne varie pas en fonction du temps tant que la température reste cons tante.
Au contraire, dans le procédé suivant l'invention, le métal a été trempé à un état temporairement stable de ramollissement non naturel à la température de l'opération, et on le recomprime ou le matrice pendant une période d'une durée limitée, avant qu'il re devienne dur.
De préférence, la- température de recom- pression ou matriçage est comprise entre 205 et 317 C, mais l'invention n'est pas limitée à cet intervalle. Ces conditions ont été considé rées jusqu'à présent comme absolument inacceptables dans le traitement du fer et de l'acier soit pour le comprimer à chaud, soit pour faire prendre sa forme à un lingot. Cet intervalle de température a été appelé inter valle de fragilité au bleu (voir Z. Jef- fries & R.
S. Archer, The Science of Metals , page 182), car le traitement du fer ou de l'acier à l'état stable à cette température a pgur effet de les rendre extrêmement fragi les, lorsqu'on les refroidit à la température ambiante.
La résistance et la dureté du fer et de l'acier sont plus grandes et leur ductilité plus faible dans l'intervalle de la fragilité au bleu, et, par suite, ils sont plus difficiles à travail ler. Le métal, des matrices et des poinçons n'est donc pas mou lorsqu'il est chauffé à la température de la pièce, pour la matricer pendant qu'elle est à l'état métastable, et en fait sa température peut être comprise dans l'intervalle de la fragilité au bleu, qui corres pond à ..me dureté non élastique.
Lorsque la matière première consiste en poudre de fer en mélange avec des éléments d'alliage en poudre, on emploie de préférence de la poudre de fer extrêmement pure, non rendue fragile par l'hydrogène ni écrouie. Le degré de pureté de la poudre sera suffisant pour que la totalité des impuretés dissoutes ne dépasse pas 0,3-0,5 0%, que la perte de poids de 1a pou dre chauffée dans l'hydrogène sec pendant deux heures à 982 C soit inférieure à 0,4 à 0,
7 % et que la grosseur des grains soit égale ou supérieure à la grosseur N 9 de l'échelle ASTM des grosseurs des grains des divers métaux.
L'invention est exposée en détail dans les exemples suivants <I>Exemple</I> Z: On mélange intimement (par exemple dans un broyeur à boulets) du fer électroly- tique avec 1% de manganèse métallique, 0,9 % de carbone et 1% de lubrifiant (acide stéarique)
. On comprime ce mélange sous une pression de 4 tonnes/em2 et on le fritte à 1093 C pendant trois heures (pour permettre à la diffusion de s'effectuer, en particulier celle du manganèse) dans de l'hy- drogène contenant 0,32 % en volume de gaz naturel.
Puis, on trempe la pièce compacte frittée et sensiblement homogène dans un bain de soudure fondue à 260 C, on la comprime (matrice) pendant deux minutes sous une pression de 14 tonnes/cm2 dans une matrice également à une température d'environ 260 C, on la fait sortir de la matrice- et on la refroidit rapidement, en transformant sa structure austénitique à peu près complète ment en martensite. On peut la recuire ensuite par un procédé connu pour augmenter sa té nacité, si on le désire.
Etant donné que la transformation de l'austénite ayant la composition indiquée ci- dessus ne commence pas avant que deux mi nutes se soient écoulées après que l'acier a été trempé à une température inférieure à sa température critique, la pièce compacte est austénitique pendant qu'elle subit la recom- pression (matriçage).
La densité d'un échan tillon d'essai a été trouvée égale à 7,54, qui correspond à une porosité d'environ 2 % et sa-dureté Roekwell-C égale à. 58. Après éti rage à 593 C, sa résistance à la traction était supérieure à 105,4 kg/mm2 et sa dureté Rock- well-B égale à 102.
Une pièce compacte semblable a été fabri quée en partant de la même matière première, comprimée à la même pression et frittée à la même température pendant. le même temps, puis refroidie lentement (au lieu de la trem pée) de façon à rendre sa structure perliti- que. L'échantillon fritté a été chauffé à 260 C, et matricé dans tune matrice et avec un poinçon chauffés également à 260 C sous une pression de 141,7 kg/mm2. La densité de cet échantillon était de 7,
11 correspondant à une porosité d'environ 9 % et ses propriétés physiques étaient beaucoup moins satisfai santes, du fait de la résistance plus forte de la perlite aii matriçage par rapport à l'aus- ténite temporairement stable.
Si on trempe cette pièce en la chauffant à une température supérieure à sa température critique et en la comprimant ensuite, elle subit des déformations considérables, qui ne permettent pas de la fabriquer avec des tolérances étroites, qu'on peut obtenir en comprimant la pièce de struc ture austénitique temporairement stable, opé ration qui n'exige aucun traitement thermi que ultérieur à haute température pour obte nir une forte dureté. Exemple <I>2:</I> La matière première est une poudre d'acier ayant à peu près la composition de l'acier S. A. E.
1080, c'est-à-dire: carbone 0,75 à 0,88 %, manganèse 0,60 à 0,90 0/0, phos- phore 0,04 % max. et soufre 0,05 /o max., le complément étant du fer. Cette poudre d'acier est trop dure pour qu'on puisse obtenir une forte densité de l'ordre de 7,3 à 7,7 et des caractéristiques physiques élevées en la com primant à froid et la frittant par les procédés ordinaires.
On mélange cette poudre avec 1 % d'acide stéarique dans un broyeur à boulets ou autre mélangeur. Puis, on la comprime à. froid dans une matrice sous une pression de 42,5 à 141,7 kg/mm2, par exemple sous forme d'une barre d'environ 50 X 6 X 6 mm, qu'on fait sortir de la matrice de compression à froid. Puis, on fritte la pièce comprimée à froid dans une atmosphère non oxydante, non carburante et non décarburante, qui peut consister en hydrogène et en méthane. La tem pérature de frittage peut être comprise entre 815 et 1315 C et est de préférence égale à l093 C.
Etant donné que la matière première con siste en une poudre d'acier, dans laquelle le carbone et les éléments d'alliage sont dissous et à peu près uniformément répartis dans toutes les particules de la poudre, la durée du frittage peut être plus courte que dans l'exemple précédent, où doivent s'effectuer l'homogénéisation et la production de l'acier. La durée du frittage doit être suffisante pour que la structure de l'acier devienne complè tement austénitique. La limite supérieure de l'intervalle Ar" de cet acier est d'environ 221 C. A la fin de la période de frittage, on trempe la pièce en acier austénitique agglo mérée dans un bain de mercure à une tempé rature d'environ 271 C.
Lorsque la pièce en acier austénitique a atteint sensiblement - cette température et avant qu'une quantité appréciable de baïnite s'y soit formée, la structure de la pièce res tant austénitique, on l'introduit dans une ma trice appropriée qui est à une température de 271 C et on la comprime au moyen d'un poinçon chauffé à la même température sous une pression de matriçage d'environ 141,7 kg/mm2, qu'on- maintient de préférence pen dant 15 secondes.
La structure de la pièce est alors austénitique. Puis on fait sortir la pièce matricée en acier austénitique de la ma trice, et on peut alors la refroidir par un des moyens décrits ci-dessus pour transformer l'austénite en martensite ou en baïnite ou en un. mélange de martensite et de baïnite en proportions quelconques à volonté.
Manufacturing process for metal parts. The object of the invention is a process for manufacturing, from powdered metal, steel parts of which the upper limit of the temperature range in which austenite is completely transformed into martensite is greater than the ambient temperature.
It makes it possible to obtain undeformed parts, of precise dimensions and of a resistance close to that of the hardest and best steels, without having to resort to successive costly operations of machining, hardening and precision grinding. .
It also makes it possible to shorten the duration of the agglomeration or sintering operations while providing compact parts with a density and a resistance which have not been possible until now.
The invention takes advantage of the known fact that certain steels in the mild austenitic state (gamma) characteristic of temperatures above the critical temperature, can be quenched, not in reality at ambient temperature, but at a lower temperature. to that which corresponds to the rapid formation of perlite and greater than the Ar "interval (generally between 93 and 221 C), without immediately returning to the harder forms (alpha) which are stable at these temperatures.
The description of the interval Ar "is given in chapter VI of Epatein's book Alloys de fer et de carmud. By choosing, immediately after this quenching at an intermediate temperature, the moment to compress the metal to its final dimensions before it has had time to transform into a stable state, we have the advantage of having a mass of soft, elastic metal, which can be compressed in the state of very low porosity, without exerting excessive pressure or heating the dies or punches to a temperature which weakens them significantly.
In addition, the sintering which would be necessary to make the part acquire the desired toughness and resistance after compression, Zion, and would cause its deformation and would make it lose the great precision of the dimensions ensured by the compression operation, becomes unnecessary.
The -procédé according to the invention is characterized in that a porous compact piece is heated, obtained by compression of powdered metal and mainly formed-.de iron and carbon, at a temperature above the critical temperature for a period of time. time sufficient to bring about substantially complete transformation to the austenitic state, said compact part is quenched at a temperature below the critical temperature, below 536 C- and above the upper limit of said interval, we com prime said part in a die while the metal is still predominantly in the austenite state,
the part being subsequently subjected to conditions such that it acquires a stable structure. The powder used can be a steel powder containing different alloying elements or an iron powder mixed with powdered alloying elements, such as nickel, chromium, manganese, molybdenum, tungsten, vanadium and tantalum and their carbides, excluding nickel carbide, which diffuses only partially in the steel.
In general, alloying elements other than cobalt retard transformation and lower the Ar "interval, that is, the range within which the transformation of austenite into martensite is complete. Excessive levels of manganese, chromium and nickel or any combination of these metals can even delay processing infinitely and are therefore inadmissible.
Ordinarily, the process according to the invention is carried out as follows a) The powder mixed with a lubricant such as stearic acid is cold pressed, causing it to acquire a density of about 7 (for example porosity of 10%). The surfaces of the die and the punch are also lubricated.
b) The compact part is heated to a temperature of 371 to 593 ° C. to remove the lubricant therefrom, then it is heated to a temperature above the critical temperature of the steel in question by transforming it into austenite. If it contains alloying elements which have not diffused, it may be advantageous to prolong this heating long enough to allow diffusion to take place. Preferably, however, a powder is employed in which the alloying elements are already diffused in a sufficiently uniform manner that short-term heating is sufficient.
The heating is carried out in a non-oxidizing atmosphere, the nature of which is easy to verify by the test for non-coloring of shiny 18-8 stainless steel.
c) The compact part is quenched at a temperature lower than its critical temperature, but higher than the upper limit of the Ar "interval. Quenching takes place quickly enough that the structure of the steel remains wholly or largely in the temporarily stable austenitic state.
d) Before an appreciable amount of austenite has had time to transform, the compacted part is quickly recompressed at about the same temperature with a die and a punch heated in a suitable manner to allow it to set its dimensions. final sions, preferably under high pressure, for example from 9.5 to 14 tons / cm2. If the compression is fast enough, the density of the compact part can thus reach a value of 7.5 to 7.7 or higher, which makes it acquire a very strong resistance.
The shape can thus be much more complicated than that of parts undergoing ordinary cold compression for two reasons: 1 The metal flows more easily, and 2 even if differences in density remain, the part does not undergo final sintering at high temperature giving rise to noticeable deformation.
In some cases, it is possible to combine the quenching with the compression, by rapidly introducing the heated austenitic compact part into a voluminal die at a temperature slightly below the forging temperature and making the pressure act immediately. , thereby rapidly removing heat from the relatively small compact part and causing it to set. the forging temperature preferably before the forging is completed. Preferably, the structure is practically austenitic during the forging of the compact part; and it must be predominantly at least.
e) The austenitic structure is transformed into a stable form. This transformation takes place spontaneously without. deformation, either by formation of bayite if the temperature 1 increases or decreases slightly, or 2 remains approximately constant, or 3 by formation of martensites, the compact part is cooled rapidly to room temperature.
This cooling must not be faster than necessary to prevent the transformation to the state of bayite, so that the stresses which arise under the effect of strong variations in temperature and the expansion which resulting from the transformation in the state of martensite at different speeds from one part of the part to the other does not cause deformation or weakening, nor do they leave residual stresses; all these precautions are easy to observe.
By thus transforming the austenitic structure into a final form which is stable at low temperature and with small temperature variations, the dimensions of the finished part can be kept to within 0.0005 mm of the dimensions given to it by the die. during the final compression operation. Typically, the part can be cooled in air or in a non-oxidizing gas. No sintering operation is necessary. .
f) The workpiece can be stretched, annealed, etc., by known means, if desired.
The operations described above are summarized graphically in the attached figure, which is a diagram of the isothermal transformations (see for example for comparison Atlas of Isothermal Transformation Diagrams, United States Steel, 1943) of a typical steel. containing 0.8o / oC and 0.8o / oMn, austenized to 899 with grain size 6. The vertical axis on the left side indicates the temperature levels and the vertical axis on the right side indicates the final hardness in degrees of Rockwell hardness C as a function of time plotted in logarithmic values on the horizontal axis.
Curves I and II respectively represent the transition between austenite and austenite-ferrite, on the one hand, and the transition between austenite-ferrite and bayite, on the other hand. The above-mentioned Ar "interval is indicated.
The letters a to e (which correspond to the operations described above and designated in the same way) indicate the process phases under the following conditions The cold compressed compact part is held for a period of an appropriate time ab at a temperature < I> ta </I> at which it turns into austenite. At time c, it is quenched at a temperature below its critical temperature, but above the upper limit of the Ar "interval.
During period, d, the compact part undergoes rapid recompression at a substantially constant temperature tc. Then, the recompressed compact part, still in the austenitic state, is transformed into the stable state by one of the following means: it can be reheated to a certain temperature el, then transformed into banite at constant temperature, to make it acquire a definite hardness characteristic of the transformation temperature;
either we can maintain it at approximately the recompression temperature and transform it into bayite, by making it acquire the hardness corresponding to this temperature, as indicated by point e2, or else we can cool the compact part at the ambient temperature, as indicated by% curve e3, to form martensite.
During all these operations, the part is preferably protected against oxidation by keeping it in an inert or non-oxidizing atmosphere: The compression carried out in the process according to the invention is very different from. ordinary hot pressing, which is carried out at a much higher temperature for the purpose of softening the metal only by the increase in temperature, which obviously has the effect of softening the metal of the dies and punches. During the hot-pressed operation, the hardness of the hot-pressed metal does not vary with time as long as the temperature remains constant.
In contrast, in the process according to the invention, the metal has been quenched to a temporarily stable state of unnatural softening at the operating temperature, and recompressed or die for a period of limited time, before let him become hard.
Preferably, the recompression or die-stamping temperature is between 205 and 317 ° C., but the invention is not limited to this range. These conditions have heretofore been considered to be absolutely unacceptable in the treatment of iron and steel either to compress it when hot or to make an ingot take its shape. This temperature interval has been called the blue brittleness interval (see Z. Jefries & R.
S. Archer, The Science of Metals, page 182), because treating iron or steel in a stable state at this temperature causes them to become extremely brittle when cooled to room temperature. .
The strength and hardness of iron and steel are greater and their ductility lower in the range of brittleness to blue, and, therefore, they are more difficult to work. The metal, dies and punches are therefore not soft when heated to room temperature, to forge it while it is in the metastable state, and in fact its temperature may be within the interval from brittleness to blue, which corresponds to ..m inelastic hardness.
When the raw material consists of iron powder mixed with powdered alloying elements, preferably extremely pure iron powder, not made brittle by hydrogen or strain-hardened, is used. The degree of purity of the powder will be sufficient so that the total dissolved impurities do not exceed 0.3-0.5 0%, that the weight loss of the powder heated in dry hydrogen for two hours at 982 C either less than 0.4 to 0,
7% and the grain size is equal to or greater than size N 9 of the ASTM scale for grain sizes of various metals.
The invention is described in detail in the following examples <I> Example </I> Z: Electrolytic iron is intimately mixed (for example in a ball mill) with 1% metallic manganese, 0.9% of carbon and 1% lubricant (stearic acid)
. This mixture is compressed under a pressure of 4 tonnes / m 2 and sintered at 1093 C for three hours (to allow diffusion to take place, in particular that of manganese) in hydrogen containing 0.32. % by volume of natural gas.
Then, the sintered and substantially homogeneous compact part is quenched in a bath of molten solder at 260 C, it is compressed (die) for two minutes under a pressure of 14 tonnes / cm2 in a die also at a temperature of about 260 C , it is taken out of the matrix and cooled rapidly, transforming its austenitic structure almost completely into martensite. It can then be annealed by a known method to increase its toughness, if desired.
Since the transformation of austenite having the above composition does not begin until two minutes have elapsed after the steel has been quenched at a temperature below its critical temperature, the compact part is austenitic for that it undergoes recompression (stamping).
The density of a test sample was found to be 7.54, which corresponds to a porosity of about 2% and its Roekwell-C hardness equal to. 58. After stretching at 593 C, its tensile strength was greater than 105.4 kg / mm2 and its Rockwell-B hardness equal to 102.
A similar compact part was made from the same raw material, compressed at the same pressure and sintered at the same temperature for the same. the same time, then cooled slowly (instead of quenching) so as to make its pearlitic structure. The sintered sample was heated to 260 C, and stamped in a die and with a punch also heated to 260 C under a pressure of 141.7 kg / mm2. The density of this sample was 7,
11 corresponding to a porosity of about 9% and its physical properties were much less satisfactory, due to the stronger resistance of the perlite to forging compared to the temporarily stable austenite.
If this part is quenched by heating it to a temperature above its critical temperature and then compressing it, it undergoes considerable deformations, which do not allow it to be manufactured with close tolerances, which can be obtained by compressing the part from temporarily stable austenitic structure, operation which does not require any subsequent heat treatment at high temperature to obtain high hardness. Example <I> 2: </I> The raw material is a steel powder having roughly the composition of S. A. E.
1080, that is: carbon 0.75 to 0.88%, manganese 0.60 to 0.90 0/0, phosphorus 0.04% max. and sulfur 0.05 / o max., the remainder being iron. This steel powder is too hard to obtain a high density of the order of 7.3 to 7.7 and high physical characteristics by cold pressing and sintering it by ordinary methods.
This powder is mixed with 1% stearic acid in a ball mill or other mixer. Then, we compress it to. cold in a die under a pressure of 42.5 to 141.7 kg / mm2, for example in the form of a bar of approximately 50 X 6 X 6 mm, which is taken out of the cold compression die. Then, the cold-compressed part is sintered in a non-oxidizing, non-fuel and non-decarburizing atmosphere, which may consist of hydrogen and methane. The sintering temperature can be between 815 and 1315 C and is preferably equal to 1093 C.
Since the raw material consists of steel powder, in which the carbon and alloying elements are dissolved and roughly evenly distributed in all the particles of the powder, the sintering time may be shorter than in the previous example, where the homogenization and production of the steel must take place. The duration of the sintering must be sufficient for the structure of the steel to become completely austenitic. The upper limit of the Ar "interval of this steel is about 221 C. At the end of the sintering period, the agglomerated austenitic steel part is quenched in a mercury bath at a temperature of about 271. vs.
When the austenitic steel part has reached substantially this temperature and before an appreciable amount of baain has formed therein, the structure of the part remains austenitic, it is introduced into an appropriate matrix which is at a temperature. of 271 ° C. and compressed with a punch heated to the same temperature under a stamping pressure of about 141.7 kg / mm 2, which is preferably maintained for 15 seconds.
The structure of the part is then austenitic. Then the forged part of austenitic steel is taken out of the matrix, and it can then be cooled by one of the means described above to transform the austenite into martensite or into bayite or into one. mixture of martensite and bayite in any proportions at will.