Acier austénitique L'invention se rapporte à la fabrication d'aciers austénitiques non magnétiques desti nés à être employés dans des conditions d'ef fort élevé à la température ordinaire.
Les aciers austénitiques sont actuellement destinés surtout à être employés lorsque sont exigées des propriétés spéciales telles qu'une grande résistance à la corrosion, à l'oxydation et à l'usure, ainsi qu'aux efforts aux hautes températures, des propriétés non magnétiques, etc. Il existe cependant peu d'aciers austéniti- ques susceptibles d'être employés dans des conditions de grand effort à la température or dinaire. Leur limite d'élasticité est très faible par rapport à leur allongement final à l'essai, et ne peut être améliorée que par déformation plastique ou durcissement par travail.
Par exemple, des anneaux ou segments res tant non magnétiques, utilisés dans l'industrie électrique, sont faits ordinairement en un al liage de la composition typique suivante
EMI0001.0005
C <SEP> Si <SEP> Mn
<tb> <I>0,5501o</I> <SEP> 0,4% <SEP> <B>8,0%</B>
<tb> Ni <SEP> Cr
<tb> <B>8,0%</B> <SEP> 4,0% En vue de leur assurer un allongement à l'essai convenable, à la température ordinaire, ces anneaux sont durcis par une opération de forgeage à froid effectuée dans une grande presse hydraulique, les anneaux étant montés sur un mandrin. Cette opération de forgeage est un travail fastidieux demandant une grande habileté, et très exigeant quant à l'outillage. Les dimensions de l'anneau qui peut être traité sont limitées par la capacité de chargement de la presse.
Quelles que soient l'habileté et l'ex périence de l'opérateur, il est difficile d'obtenir un durcissement uniforme. Ce dernier dés avantage peut être surmonté jusqu'à un certain point par les méthodes de tournage ou de per çage de l'anneau, mais chacune de ces métho des comporte l'emploi d'un outillage puissant et coûteux.
Un durcissement par précipitation apparaît plus commode qu'un durcissement par travail, du fait qu'il ne présente pas de limite aux di mensions des articles à traiter et parce que le traitement par la chaleur par lequel il est réalisé permet d'obtenir une plus grande uniformité de durcissement d'un point à un autre de l'ar ticle et d'un article à un autre. Il n'existe ce pendant aujourd'hui pas d'alliage austénitique qui puisse être amené, par durcissement par précipitation, à acquérir les propriétés indi quées à la table ci-dessous tout en conservant son caractère non magnétique.
Les alliages auxquels on peut donner une limite de résis- tance appropriée par durcissement par préci pitation souffrent d'un manque de ductilité à la température ordinaire ou d'un développe ment de propriétés magnétiques.
Nous avons maintenant découvert une classe d'alliages austénitiques non magnétiques auxquels, par simple durcissement par préci pitation, peut être donnée une limite d'élasticité d'au moins 6300 kg/cm2, tandis qu'ils conser vent une bonne ductilité.
Ces alliages ont la composition suivante
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C <SEP> Si <SEP> Mn
<tb> <B>0,3-0,9</B> <SEP> 0,2-2,0 <SEP> <B>0,5-20,0</B>
<tb> Cr <SEP> Ni <SEP> V
<tb> max. <SEP> 8,0 <SEP> max. <SEP> 12,0 <SEP> 0;5, <SEP> - <SEP> 4,0 <SEP> % De préférence, le silicium et le vanadium forment ensemble au moins 1 %. Ces alliages peuvent encore contenir un ou plusieurs des éléments suivants et ceci jusqu'aux proportions indiquées
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Mo <SEP> 5 <SEP> 0/0
<tb> W <SEP> 5 <SEP> %
<tb> Ti <SEP> 5 <SEP> 0/0
<tb> Nb <SEP> et/ou <SEP> Ta <SEP> 5 <SEP> 0/0 <SEP> -
EMI0002.0015
Co
<SEP> 5 <SEP> 0/0
<tb> Cu <SEP> 6 <SEP> 0/0
<tb> A1 <SEP> 2,0 <SEP> 0/0
<tb> N2 <SEP> <B>0,25-0/0-</B>
<tb> B <SEP> 0,5 <SEP> 0/0
<tb> Zr <SEP> 2,0 <SEP> % Le' durcissement par précipitation est ef fectué à des températures entre 300 et 9500 C et pendant une période qui, selon la tempéra ture choisie, donne la résistance cherchée. Le mieux est de soumettre l'alliage d'abord à un traitement de dissolution à une température entre 1000 et 1300 C. La table suivante donne des exemples ty piques d'alliages conformes à l'invention.
Les propriétés de ces alliages ont été déterminées après un traitement par la chaleur consistant en un traitement de dissolution à 11500 C suivi d'un refroidissement à l'air et d'un nouveau traitement par la chaleur, pendant une période de 6 heures à 6500 C, dans le cas des alliages Nos 1 à 4, de 6 à 8 heures à 6000 C dans le cas de l'alliage No 5, et à 7000 C dans le cas de l'alliage No@ 7, suivi d'un refroidissement à l'air.
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En général, plus haute est la limite de ré sistance, plus faible est la ductilité.
Cependant, les alliages conformes à l'invention donnent en général un allongement d'au moins 15 %.
Les alliages conformes à l'invention sont non magnétiques, ayant une perméabilité au- dessous de 1,1 et en général, de l'ordre de 1,003 - 1,005. Ils peuvent être coulés ou for gés pour former des articles possédant une haute limite de résistance à ou près de la tem pérature ordinaire.
Austenitic steel The invention relates to the manufacture of non-magnetic austenitic steels for use in high stress conditions at room temperature.
Austenitic steels are currently intended above all to be used when special properties such as high resistance to corrosion, oxidation and wear, as well as to stresses at high temperatures, non-magnetic properties, are required, etc. However, there are few austenitic steels capable of being used under conditions of great stress at normal temperature. Their elastic limit is very low compared to their final elongation under test, and can only be improved by plastic deformation or hardening by working.
For example, non-magnetic rings or segments, used in the electrical industry, are ordinarily made into an alloy of the following typical composition:
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C <SEP> If <SEP> Mn
<tb> <I> 0.5501o </I> <SEP> 0.4% <SEP> <B> 8.0% </B>
<tb> Ni <SEP> Cr
<tb> <B> 8,0% </B> <SEP> 4,0% In order to ensure a suitable elongation during the test, at ordinary temperature, these rings are hardened by a cold forging operation performed in a large hydraulic press, the rings being mounted on a mandrel. This forging operation is tedious work requiring great skill, and very demanding in terms of tooling. The dimensions of the ring that can be processed are limited by the loading capacity of the press.
Regardless of the skill and experience of the operator, it is difficult to achieve uniform hardening. This latter disadvantage can be overcome to some extent by the methods of turning or piercing the ring, but each of these methods involves the use of powerful and expensive tools.
Precipitation hardening appears to be more convenient than working hardening, because it presents no limit to the dimensions of the articles to be treated and because the heat treatment by which it is carried out makes it possible to obtain more high uniformity of cure from point to point of article and article to article. However, today there is no austenitic alloy which can be caused, by precipitation hardening, to acquire the properties indicated in the table below while retaining its non-magnetic character.
Alloys which can be given an appropriate strength limit by precipitation hardening suffer from lack of ductility at room temperature or from the development of magnetic properties.
We have now discovered a class of non-magnetic austenitic alloys which, by simple precipitation hardening, can be given a yield strength of at least 6300 kg / cm2, while retaining good ductility.
These alloys have the following composition
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C <SEP> If <SEP> Mn
<tb> <B> 0.3-0.9 </B> <SEP> 0.2-2.0 <SEP> <B> 0.5-20.0 </B>
<tb> Cr <SEP> Ni <SEP> V
<tb> max. <SEP> 8.0 <SEP> max. <SEP> 12.0 <SEP> 0; 5, <SEP> - <SEP> 4.0 <SEP>% Preferably, silicon and vanadium together form at least 1%. These alloys may also contain one or more of the following elements up to the proportions indicated
EMI0002.0014
Mo <SEP> 5 <SEP> 0/0
<tb> W <SEP> 5 <SEP>%
<tb> Ti <SEP> 5 <SEP> 0/0
<tb> Nb <SEP> and / or <SEP> Ta <SEP> 5 <SEP> 0/0 <SEP> -
EMI0002.0015
Co
<SEP> 5 <SEP> 0/0
<tb> Cu <SEP> 6 <SEP> 0/0
<tb> A1 <SEP> 2.0 <SEP> 0/0
<tb> N2 <SEP> <B> 0.25-0 / 0- </B>
<tb> B <SEP> 0.5 <SEP> 0/0
<tb> Zr <SEP> 2,0 <SEP>% Precipitation hardening is carried out at temperatures between 300 and 9500 C and for a period which, depending on the temperature chosen, gives the desired resistance. It is best to first subject the alloy to a dissolution treatment at a temperature between 1000 and 1300 C. The following table gives typical examples of alloys in accordance with the invention.
The properties of these alloys were determined after a heat treatment consisting of a dissolution treatment at 11500 C followed by air cooling and further heat treatment, for a period of 6 hours at 6500 C. C, in the case of alloys Nos 1 to 4, 6 to 8 hours at 6000 C in the case of alloy No 5, and at 7000 C in the case of alloy No @ 7, followed by cooling in the air.
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In general, the higher the resistance limit, the lower the ductility.
However, the alloys in accordance with the invention generally give an elongation of at least 15%.
The alloys according to the invention are non-magnetic, having a permeability below 1.1 and in general, on the order of 1.003 - 1.005. They can be cast or forged to form articles having a high strength limit at or near room temperature.