CH340634A - Alloy containing iron, titanium and carbon, and its use - Google Patents

Alloy containing iron, titanium and carbon, and its use

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CH340634A
CH340634A CH340634DA CH340634A CH 340634 A CH340634 A CH 340634A CH 340634D A CH340634D A CH 340634DA CH 340634 A CH340634 A CH 340634A
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sep
titanium
alloy
carbon
matrix
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Inventor
Guenter Goettzel Claus
Joseph Grant Nicholas
Philip Skolnick Leonhard
Leo Ellis John
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Sintercast Corp America
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C35/00Master alloys for iron or steel
    • C22C35/005Master alloys for iron or steel based on iron, e.g. ferro-alloys

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Description

  

  Alliage contenant du fer, du titane et du carbone, et son     utilisation       La présente invention se rapporte à un alliage  contenant du fer, du titane et du carbone, à     forte     teneur en ces éléments, et à son     utilisation    pour la  confection d'outils ou     pièces    pour le     façonnage    de  métaux. Cet alliage, sous sa forme ayant subi un  traitement thermique, présente une     grande    dureté  jointe à une grande ténacité.  



       Le    titane, par une     formation        importante    de car  bure,     possède    des propriétés qui le rendent intéres  sant     comme    élément dans les alliages de fer, notam  ment pour la fabrication des aciers à outils. Le titane  combiné au carbone est très dur, résiste pratiquement  à l'usure et au frottement, et sensiblement à la corro  sion ; il a un faible     coefficient    de frottement,     une     conductibilité calorifique relativement élevée, ainsi  qu'une densité relativement faible comparativement  aux autres carbures, tels que ceux de tungstène, de  molybdène, etc.

   Cependant, jusqu'à présent, les al  liages ferreux contenant des quantités de titane dé  passant     5#%    présentaient une grande fragilité, au  point d'être     intravaillables    et impropres à la fabrica  tion de produits utilisables. Cette fragilité était due  à la présence de carbure de titane, sous forme de  gros agrégats dendritiques, et à une ségrégation plus  ou moins     marquée    dudit carbure.  



  L'alliage faisant l'objet de l'invention est par  contre pratiquement exempt des gros agrégats     den-          dritiques    et des ségrégations de carbure de titane, et  manifeste une grande dureté jointe à une     forte    résis  tance à la chaleur et à la corrosion, aux     efforts    mé  caniques, à l'usure et à l'abrasion.  



  Il est caractérisé en ce qu'il renferme au     moins          10        %        de        titane        pratiquement        en        totalité        sous        forme     de carbure, la phase carbure à base de titane     étant       répartie     uniformément    dans une     matrice    ferreuse  dont le fer est le     principal    constituant métallique.  



  La     matrice    ferreuse peut être composée d'acier  au carbone, d'acier     spécial    à teneur moyenne,     ou     d'acier spécial à     forte    teneur.     L'alliage    ferreux au ti  tane possède les caractéristiques de traitement à  chaud de l'acier. On     peut    donc lui     conférer        par    trai  tement     thermique    une dureté et une ténacité élevées.

    Dans le dessin annexé  La     fig.    1 est une reproduction d'une     micrographie     montrant la structure après recuit d'un     alliage    fer  reux     conforme    à     l'invention.       La     fig.    2 est une reproduction d'une microgra  phie montrant une autre forme de     structure    après  recuit d'un tel alliage.    La     fig.    3 est une reproduction d'une micrographie       montrant    la structure après trempe d'un alliage fer  reux conforme à     l'invention.     



  La     fig.    4 est une reproduction d'une     micrographie     montrant une autre forme de structure après trempe  d'un alliage ferreux conforme à l'invention, et  la     fig.    5 est un graphique comparant les duretés  dites   de récupération   de deux formes     d'exécution     de l'alliage ferreux     selon        l'invention    avec la dureté  de récupération     d'un    acier de la technique usuelle.  



  En général, l'alliage selon l'invention possède les  aptitudes aux traitements thermiques des aciers spé  ciaux à forte     teneur    en carbone pour     outils,        tels    que  les aciers à coupe rapide, tout en présentant les pro  priétés favorables des carbures de     tungstène    cémen  tés.      Pour préparer     cet    alliage, on peut utiliser un  acier spécial, un acier au carbone, ou du fer pur se  combinant par la suite avec du carbone pour for  mer un acier.

   L'expression       matrice    ferreuse   uti  lisée dans le présent exposé désigne une matrice qui,  du point de vue     cristallographique,    se caractérise,  aux températures ordinaires, par une     structure    pra  tiquement     ferritique,    ou cubique à corps     centré,    et qui  aux températures élevées inférieures au point de       fusion    de l'alliage ferreux se transforme en une     struc-          ture    pratiquement austénitique ou cubique à     faces     centrées.  



  L'alliage ferreux selon l'invention peut     renfer-          mer        du        titane        dans        les        limites        étendues        de        10    à     70        %     en poids,     ce    qui correspond à une     composition,    en       volume,

          d'environ        20    à     90        %        de        carbure        de        titane,

       le     complément        étant    l'acier dont les     quantités    varient       d'environ        80    à     10        '%        en        volume.        Les        limites        préférées          de        20    à     58        %        de        titane        en        poids,

          correspondent    à     en-          viron        40    à     80'%        en        volume        de        carbure        de        titane,          le        complément,        soit        environ        60    à     20%        en        volume     étant l'acier.  



  On décrit dans les exemples suivants plusieurs       formes        d'exécution    de l'alliage selon l'invention,       ainsi    que leur préparation.  



  <I>Exemple 1</I>  Un alliage, utilisable pour les outils de coupe  à une seule pointe et autres applications     analogues          exigeant    une grande dureté, a la composition sui  vante  
EMI0002.0078     
  
    Environ <SEP> 65 <SEP> % <SEP> en <SEP> poids <SEP> de <SEP> titane
<tb>    <SEP> <B>10,910/0</B> <SEP> > > <SEP> de <SEP> fer
<tb>    <SEP> 2 <SEP> % <SEP>   <SEP>   <SEP> de <SEP> cobalt
<tb>    <SEP> 0,71% <SEP> > > <SEP> de <SEP> chrome
<tb>    <SEP> <B>0,30/0 <SEP> > <SEP>  </B> <SEP> de <SEP> vanadium
<tb>    <SEP> 3,0% <SEP> <B>  <SEP>  </B> <SEP> de <SEP> tungstène
<tb>    <SEP> 18,

  1% <SEP> > > <SEP> de <SEP> carbone       <I>Exemple 2</I>    Un alliage très avantageux pour les applications  exigeant de la ténacité en même temps qu'une     forte          résistance    à l'usure et au frottement, est le suivant  
EMI0002.0081     
  
    Environ <SEP> 39,0 <SEP> % <SEP> en <SEP> poids <SEP> de <SEP> titane
<tb>    <SEP> 10,3 <SEP> % <SEP> > > <SEP> de <SEP> carbone
<tb>    <SEP> 0,7'% <SEP>   <SEP>   <SEP> de <SEP> chrome
<tb>    <SEP> 50 <SEP> '0/0 <SEP> > > <SEP> de <SEP> fer       Le titane est introduit dans le métal de base sous  forme de carbure de titane au lieu de l'être sous  forme de titane     métallique,    ce qui permet d'obtenir  des avantages au lieu des     résultats    préjudiciables an  térieurs.

   Des     essais    ont démontré que le carbure  de titane utilisé en     combinaison    avec un acier, tel  que par exemple un acier à faible teneur en carbone,  se dissout     partiellement    dans l'acier au cours du  chauffage à haute température     grâce    à quoi la ma  trice de l'alliage ferreux obtenu est     pourvue    d'une       teneur    en carbone et alliage supplémentaire amélio-         rant    ses propriétés de durcissement, de résistance  au recuit, de dureté à chaud, de     résistance    à la dé  formation, à l'usure, etc.

   Même lorsque la     matrice     ferreuse est dérivée d'un acier spécial à forte     teneur,     on obtient une amélioration des propriétés finales de  l'alliage ferreux.  



  La solubilité partielle du carbure de     titane    dans  la matrice ferreuse est particulièrement désirable car  elle donne des     microstructures    qui sont avantageuses  pour les propriétés de l'alliage notamment en ce qui  concerne la résistance à l'usure et à la déformation.

    Ces     microstructures    peuvent se composer de grains  de carbure de titane bien arrondis, partiellement ar  rondis -ou pratiquement anguleux, uniformément dis  persés dans toute la matrice ferreuse, que     celle-ci     soit composée de     perlite,        sphéroïdite,    de produits de       décomposition        martensitiques,    de     martensite,    ou de       bainite.        Les        fig.    1, 2, 3 et 4 donnent des exemples     de     ces     microstructures.    La fi-.

   1 qui est     une    reproduc  tion d'une micrographie, grossissement à<B>1000</B> die  mètres, montre que la microstructure de l'alliage  ferreux, à l'état recuit, comprend des grains de car  bure de titane partiellement arrondis, répartis pra  tiquement uniformément dans la     matrice    ferreuse de       perlite.    La     fig.    2, également prise avec un grossisse  ment de 1000 diamètres,

   montre des     grains    de car  bure<B>de</B>     titane        partiellement    arrondis dispersés dans  une     matrice    ferreuse analogue renfermant des quan  tités appréciables de     sphéroïdite.    La microstructure  de la<B>fi-.</B> 3, grossissement à 1000 diamètres, montre  des grains de carbure de titane bien arrondis disper  sés dans une     matrice    ferreuse analogue     composée     principalement de     martensite    résultant d'un refroi  dissement à l'eau à partir d'une température d'envi  ron     9851,    C.

   La     fig.    4 est analogue à la     fig.    3, sauf  qu'elle montre des. grains anguleux     de    carbure de  titane dispersés dans une matrice ferreuse     martensi-          tique.        Cette    structure est avantageuse dans le cas  d'outils de coupe.  



  La     fig.    5 est un diagramme     indiquant    la dureté  de récupération ou dureté après     trempe    de deux for  mes d'exécution de l'alliage selon l'invention (cour  bes A et B). On entend par dureté de récupération  la dureté à     température    ambiante d'un alliage ayant  été précédemment trempé et préchauffé aux tempé  ratures indiquées sur le diagramme. A titre de com  paraison, le graphique donne également une     courbe     de la dureté de récupération d'un acier     rapide    du  type courant 18-4-1 (courbe X).

   La courbe A indi  que la dureté de récupération d'un alliage renfermant       approximativement        50        %        de        titane,        du        carbone        en     quantité suffisante pour se combiner avec le titane,  le complément étant essentiellement du fer. La du  reté de récupération de cet alliage est supérieure à       celle        représentée    par la courbe X aux températures  dépassant environ 6700 C. Elle est également supé  rieure en     ce    qui concerne les températures inférieures  à 4400 C environ.

   La courbe B     représente    la dureté  de récupération d'un alliage renfermant     approximati-          vement        50        %        de        titane,        10        %        de        tungstène,        2!0/0        de         chrome, avec de faibles quantités de vanadium et du  carbone en quantité suffisante pour qu'il se com  bine pratiquement avec tout le titane et donne à la  matrice ferreuse des propriétés permettant les traite  ments thermiques.

   La dureté de récupération de     cet     alliage ferreux est supérieure à celle de l'alliage, cou  rant dans toute la gamme de températures jusqu'à     en-          vi@ron        1000     C.  



  Il ressort de     ce    qui précède que l'alliage ferreux  à fortes teneurs en titane et en carbone selon l'in  vention peut être soumis aux traitements thermiques  comme les aciers     courants    pour     obtenir    des structu  res dures ou recuites. Mais, à la     différence    des aciers  courants, l'alliage selon l'invention peut présenter sa  ténacité maximum à l'état complètement durci.

   Par       exemple,        un        alliage        ferreux        renfermant        environ        35        %     en poids de titane, le complément     étant    du fer et du  carbone     combiné    avec le titane,     présente    générale  ment, à l'état recuit, une résistance aux chocs d'en  viron 1,1     Kgm,    déterminée à l'essai     Izod    sur     une     éprouvette non entaillée de 4,7 mm au carré.

   Toute  fois, après durcissement     complet    du même alliage  par une trempe à l'eau à     partir    d'environ 9850     -C,     sa     résistance    aux chocs atteint environ 2,1     Kgm.    La  résistance aux chocs à l'état de trempe     complète    est  donc meilleure qu'à l'état recuit, alors que c'est l'in  verse pour la plupart des aciers courants.  



  Comme exemples     d'aciers    pouvant être utilisés en  association avec le carbure de titane pour la prépa  ration de l'alliage ferreux selon l'invention, on     peut     citer les aciers à faible, moyenne et     forte    .teneur en  carbone. Ces aciers sont: l'acier     SAE    1010, l'acier       SAE    1020, l'acier     SAE    1030, l'acier     SAE    1040,  l'acier     SAE    1080, etc. On peut utiliser le fer     pur     puisqu'il se combine avec le carbone pour     former     un acier au cours du     processus    de préparation de  l'alliage ferreux selon l'invention.

   On peut     utiliser     également les aciers spéciaux à faible, moyenne et  forte teneur en carbone, dont les compositions sont       les        suivantes    :     environ        0,8'%        de        chrome,        0,2        %        de          molybdène,        environ        0,30'%        de        carbone,        et        pratique-          ment    le complément de fer ;

   environ     5'%    de chrome,       1,4%        de        molybdène,        1,4'%        de        tungstène,        0,45,%          de        vanadium,        0,35        %        de        carbone,        le        complément          étant        du        fer;

          environ    8     %        de        molybdène,    4     %        de          chrome,    2     %        de        vanadium,        0,85        %        de        carbone,        le          complément        étant        du        fer    ;

       environ        18        %        de        tungstène,          4'%        de        chrome,    1     '%        de        vanadium,        0,75        %        de        car-          bone,        le        complément        étant        du        fer    ;

       environ        20        %          de        tungstène,        12        '%        de        cobalt,    4     %        de        chrome,    2     '%          de        vanadium,        0,80        %        de        carbone,        le        complément     étant du fer ;

   et généralement d'autres types d'acier  caractérisés, du point de vue cristallographique, par  une structure cubique à corps     centré    aux tempéra  tures ordinaires, se transformant en une structure  cubique à faces     centrées    aux températures élevées  inférieures au point de     fusion    de l'acier.  



       Le    carbure de titane utilisé dans la préparation  de l'alliage peut contenir des quantités limitées     d7au-          tres    carbures, de     préférence    en solution solide.

   On    peut par     exemple    remplacer     partiellement    le carbure  de titane par: du carbure de     tungstène    jusqu'à en  viron 35 0/0, du carbure de vanadium jusqu'à environ       35%,        du        carbure        de        zirconium        jusqu'à        environ        25,0/()     du carbure de     colombium    jusqu'à     environ    10 0/0,

   du       carbure        de        tantale        jusqu'à        environ        10        '%        etc.,

          la          quantité    totale de ces carbures n'excédant pas     envi-          ron        50        %        en        poids        de        la        quantité        totale        de        carbures     présente.

   Il est entendu que la teneur     minimum    en       titane        de        l'alliage        est        de        10'%.     



  Ainsi qu'il a été dit plus haut, l'alliage ferreux  selon l'invention est susceptible de traitements ther  miques. Par exemple, pour le recuit de     l'alliage,    on  le refroidit lentement en le faisant passer par la  température     A1    afin de donner à la     matrice    ferreuse  une     microstructure    consistant en     perlite    et en     sphé-          roïdite.    On entend par     température    A1 ,

   la tempéra  ture à laquelle le     cristal    cubique à faces     centrées    se  transforme en une structure     cristalline    cubique à corps       centré.    Pour la trempe, on     chauffe        l'alliage    à une  température     d'austénitisation        suffisante    pour con  vertir pratiquement la matrice en une     structure    cu  bique à     faces.        centrées    et pendant un temps     suffi-          sant    pour obtenir une     structure        

  uniforme,    puis on le  refroidit dans     l'air,    dans l'huile ou dans l'eau, sui  vant les propriétés de durcissement de     l'alliage    fer  reux, afin de décomposer     l'austénite    en     martenste.     On peut également transformer     l'austénite    en     bainite          pair        refroidissement    isotherme de     1a        température    sus  dite     d'austénitisation    à celle de     formation    de la bai  nite.  



  L'un des principaux avantages résultant de l'in  vention est que l'alliage     ferreux    à fortes teneurs en  titane et en carbone, recuit, peut être usiné dans  une large mesure par les procédés     courants.    Par  exemple, l'alliage en barre renfermant environ 35 0/0  en poids de titane et le complément d'acier au car  bone et de carbone combiné avec le titane, s'usine       facilement    à la forme voulue sur un tour en     utilisant     une qualité de coupe     d'acier    de carbure de     tungstène     cémenté,

   lorsqueRTI ID="0003.0228" WI="5" HE="4" LX="1367" LY="1853">  cet    alliage est recuit jusqu'à une  faible dureté ne dépassant pas 40 d'indice de dureté       Rockwell    C. La dureté de la barre usinée est en  suite relevée jusqu'à 72     Rockwell    C par trempe à  l'huile à partir d'une     température        d'environ    8700 C.  



  L'alliage     ferreux    selon l'invention peut être ob  tenu pratiquement exempt de dendrites massives de  carbure et de ségrégations, en coulant l'acier fondu  dans les     interstices    d'une     structure    poreuse agglomé  rée pratiquement composée de grains de carbure de  titane.

   Cette opération     s'effectue    en     agglomérant    les  grains de carbure de titane en un bloc poreux par  compression suivie d'un     chauffage    à une tempéra  ture élevée, généralement comprise entre environ       1000o    C à 1600  C pendant environ 1/4 d'heure à 6  heures, de préférence sous vide ou sous une pres  sion sous-atmosphérique ne     dépassant    pas environ  200 microns de colonne de mercure.

   Un autre pro  cédé consiste à     effectuer    la     coalescence    par compres  sion et chauffage simultanés dans les     limites    de tem-           pératures    indiquées, dans des     conditions    non oxy  dantes, pendant une durée d'environ 10 minutes à  environ 2 heures.

   On prépare ensuite le bloc poreux       fritté    pour la coulée en l'enfermant dans un moule de  matière réfractaire pratiquement     inerte    à l'égard de       l'alliage    ferreux, par exemple en     zircone        stabilisé,     toutes dispositions utiles étant prises pour     permettre          l'introduction    de l'acier en fusion dans le moule en  contact avec la     structure    poreuse de carbure.

   On  place     alors    le moule de matière réfractaire renfer  mant la     structure    poreuse de carbure     dans    un four  de coulée     approprié.    On introduit par     l'orifice    du  moule une quantité d'acier     suffisante    et l'on amène  le tout à une     température    dépassant généralement  d'environ     100(l    C le point de     fusion,    de l'acier afin  que l'acier fondu coule dans les     interstices    de bloc  poreux,

   remplisse ceux-ci     complètement    et fournisse  un excédent pour combler les cavités de     contraction,     les pailles, etc. La coulée s'achève sous vide ou à  une pression sous-atmosphérique ne     dépassant    pas  généralement environ 200     microns    de     colonne    de  mercure.

   Lorsque l'acier a     complètement    rempli les       interstices    de la structure poreuse de carbure de ti  tane et que l'état d'équilibre est atteint, le carbure  est     modifié    par une solution partielle dans la phase  liquide, grâce à laquelle il se trouve disloqué en  grains discontinus et uniformément     répartis.    On laisse  refroidir sous vide le bloc d'alliage     ferreux    ainsi ob  tenu par     coulée        intersticielle,    avant de le retirer du  four et de le séparer enfin du moule réfractaire.

   On  recuit ensuite le produit obtenu, par exemple en le       chauffant        dans    un four à une température d'au moins  7000 C environ et pouvant atteindre environ 1050  C,  pendant     environ    4 heures, dans des     conditions    non       oxydantes,    par exemple dans une atmosphère     réduc-          trice        composée        d'environ        93        %        d'azote        et        environ     7     %        d'hydrogène,

          ce        chauffage        étant        suivi        d'un        re-          froidissement    contrôlé de moins de 150 C environ par  heure jusqu'à une température d'environ 5400 C, ou  au-dessous.

       Ainsi    qu'il a été dit plus haut, la micro  structure de l'alliage ferreux recuit est généralement  constituée de grains durs de carbure de titane uni  formément     répartis    dans une matrice     ferreuse    recuite,  par exemple une     matrice    ayant une microstructure  de     perlite,        sphéroïdite,    ou de produits de décomposi  tion     martensitiques.    Les exemples suivants indiquent  plus en détail la manière d'appliquer le     précédent     procédé de préparation des alliages conformes à l'in  vention.

      <I>Exemple 3</I>    La composition d'un alliage pour outil d'avan  cement à chocs violents est la suivante  
EMI0004.0064     
  
    Environ <SEP> 43,0 <SEP> % <SEP> en <SEP> poids <SEP> de <SEP> titane
<tb>    <SEP> 45,3 <SEP> '0 <SEP> /0 <SEP>   <SEP>   <SEP> de <SEP> fer
<tb>    <SEP> 11 <SEP> 0/0 <SEP> <B>  <SEP>  </B> <SEP> de <SEP> carbone
<tb>    <SEP> 0,4 <SEP> % <SEP> 5 > <SEP> de <SEP> chrome
<tb>    <SEP> 0,2 <SEP> % <SEP> <B>  <SEP>  </B> <SEP> de <SEP> manganèse
<tb>    <SEP> <B>0,10/()</B> <SEP>   <SEP>   <SEP> de <SEP> molybdène       L'outil est fabriqué comme suit  Un lot de carbure de titane dont l'analyse est la       suivante    :

       78        %        de        titane,        20,68        %        de        quantité        to-          tale        de        carbone,        3,11        %        de        carbone        libre,        0,22        0/0          de        fer,        0,

  037        '%        d'hydrogène,        1,09        %        d'oxygène,          0,50        %        d'azote,        est        traité        dans        un        creuset        de        carbone,     dans l'air, à environ 1900  C.

   Après ce traitement,       la        teneur        en        carbone        libre        est        de        3,78        %        et        la        teneur          totale        en        carbone        20,

  51        '%.        L'aggloméré        traité    à  chaud est ensuite concassé à une dimension inférieure  à 55 mailles au     centimètre    linéaire. On     place    envi  ron 2000 grammes de ce produit concassé dans un  broyeur en acier inoxydable de 4 litres environ, que  l'on charge de<B>11500</B> grammes de boulets d'acier  de 12,7 mm et que l'on remplit à moitié de     trichlor-          éthylène.    Le produit est broyé pendant 100 heures,  puis soigneusement séché et passé au tamis de 55  mailles au centimètre linéaire.  



  Un aggloméré cylindrique poreux de 63,5 mm  de diamètre et de 31,75 mm de haut, est comprimé  à 630     kg/cml2.    Il     est    ensuite placé sur un support en  graphite, et chauffé à environ 1250 C pendant une  demi-heure sous un vide de. moins de 100 microns  de colonne de mercure. L'aggloméré poreux fritté  renferme approximativement     651%    en volume de  carbure de titane. On le     place    alors dans un moule  réfractaire consistant en zircone granuleux stabilisé.

    Puis on place au-dessus du moule     une    quantité préa  lablement     déterminée    de métal,     calculée    de manière  à remplir complètement tous les     interstices    séparant  les grains de carbure contenus dans le moule,

   plus       une        ample        quantité        excédentaire        de        l'ordre        de        50        %.     Cet     excédent    est nécessaire pour remplir le moule  complètement afin de combler les cavités de contrac  tion selon les techniques courantes en fonderie. Dans  le présent cas, le métal consiste en acier au     chrome-          molybdène        SAE    No 4130.

   La charge est placée dans  un four de coulée sous vide et amenée lentement à  une     température    d'environ 1530 C. La fusion de  l'acier a lieu à une pression d'approximativement  200     microns    de colonne de mercure à une tempéra  ture d'environ     1480 C.    Le métal en fusion coule  dans les     interstices    de la     structure    poreuse de carbure.  La température est maintenue à environ 1530 C       pendant    une heure pour permettre au métal d'at  teindre une grande fluidité afin de remplir complè  tement tous     les    vides et d'assurer la solubilité et  l'arrondissement des grains de carbure.

   On laisse re  froidir la fusion sous vide, avant de retirer le moule  du four et de démouler le     lingot.     



  Le lingot brut de fonte est recuit dans un four  à environ     870,1    C dans une atmosphère     protectrice          composée        d'environ        93        %        d'azote        et        environ    7     0/0          d'hydrogène.    La période de recuit de deux heures  est suivie d'un refroidissement contrôlé à une vi  tesse de moins de     l5o    C à l'heure jusqu'à une tempé  rature d'environ     540()    C.

   La structure recuite a alors  une dureté     Rockwell    C d'environ 45. On peut alors  donner au     lingot    la forme voulue au tour, en utilisant      une qualité de coupe d'acier de carbure de tungstène.  On conserve les tolérances habituelles pour rectifi  cation après trempe. Le lingot usiné est durci par       austénitisation    à environ 9800 C et refroidi dans un  bain d'huile. On soumet ensuite le lingot à un revenu  d'une heure environ à 2050 C.

   La structure ainsi  durcie a une dureté d'environ 70 à 71     RC.    Son  coefficient de rupture est d'environ 21     t/cm2    en  rupture transversale, et sa     résistance    aux chocs de  14 cm/kg déterminée sur     machine        Izod    avec une  éprouvette non entaillée de 4,7 mm au carré. Le  lingot est ensuite rectifié à la dimension     définitive,     et monté dans un support en acier spécial, prêt à  l'emploi.

      <I>Exemple 4</I>  La composition d'un alliage utilisable pour la  coupe est la suivante  
EMI0005.0008     
  
    Environ <SEP> 61,0 <SEP> % <SEP> en <SEP> poids <SEP> de <SEP> titane
<tb>    <SEP> 18,0'% <SEP> <B>  <SEP>  </B> <SEP> de <SEP> fer
<tb>    <SEP> 15,5% <SEP> <B>  <SEP>  </B> <SEP> de <SEP> carbone
<tb>    <SEP> 4,3 <SEP> % <SEP> <B>  <SEP>  </B> <SEP> de <SEP> tungstène
<tb>    <SEP> <B>0,90/0</B> <SEP>   <SEP>   <SEP> de <SEP> chrome
<tb>    <SEP> 0,2% <SEP> <B>  <SEP>  </B> <SEP> de <SEP> vanadium       La préparation est effectuée comme suit         Le    carbure de titane, traité selon l'exemple 3, est  aggloméré en une plaque rectangulaire à une pres  sion de 1,5     t/cm .    La plaque est ensuite coupée avec  une meule à liant de caoutchouc,

   en     petits    rectan  gles de 6,35 X 15,8 X 9,5 mm, dimension utilisa  ble pour un outil de coupe à une seule pointe. Des  rectangles identiques de plus petites dimensions sont  agglomérés directement avec une     pastilleuse    automa  tique. Les agglomérés sont chauffés à environ  1350      C    sous un vide de moins     de    100 microns de  colonne de mercure. Les structures poreuses ainsi       obtenues        renferment        approximativement        85        %        en     volume de carbure de titane.

   Ces agglomérés sont  placés dans un moule ouvert en oxyde de     béryllium     avec une charge de     métal    sur le dessus de chaque  structure poreuse. Dans le présent cas, l'alliage con  siste en un acier rapide du type 18-4-1 et la     quantité          utilisée        est        excédentaire        de        50        '%        par        rapport    à     celle     requise pour remplir le volume de vides de la struc  ture poreuse.

   L'excédent est     nécessaire    pour les rai  sons exposées à l'exemple 3. La coulée     intersticielle          s'effectue    sous vide à moins de 200 microns de co  lonne de mercure et à une température d'environ       1490o    C. On laisse imbiber à cette température pen  dant 40 minutes.

   Après refroidissement et retrait du  four à vide, on ne constate aucune     adhérence    des  pièces fondues au moule de support en     céramique,     et leur forme ainsi que leurs dimensions sont pro  ches de     celles    de l'aggloméré poreux primitif.     Ces          morceaux    sont soumis à une trempe à     l'huile    ou à  l'air à partir d'une     température    d'environ 10400 C et  sont achevés par rectification sous la forme de     pointe     d'outils.

   Leur dureté est d'environ 74     Rockwell    C ;    leur coefficient de rupture 16 170     kg/cm2,    et leur       résistance    au choc sur une éprouvette     Izod    de 4,7     mm     au carré de 6 cm/kg.  



  Bien     qu'il    soit préférable de fabriquer l'alliage  selon     l'invention    par la coulée     intersticielle,    on remar  quera que d'autres procédés peuvent être     utilisés.    Par  exemple, on peut mélanger les grains de     carbure    de  titane à l'acier sous     une    forme particulière et les  agglomérer en un bloc de la forme désirée, puis les  soumettre à un chauffage à température     élevée,    ne  dépassant pas généralement de plus de 1000 C le  point de fusion de la phase acier.

   En     chauffant    le  carbure en présence de la phase liquide, les effets       coopératifs    des deux constituants sont réalisés et l'on  obtient un     alliage        ferreux    susceptible de traitements  thermiques.  



  Le procédé ci-dessus de fabrication des     alliages     selon     l'invention    est décrit en détail dans l'exemple  suivant    <I>Exemple 5</I>  La     composition    d'un alliage utilisable pour les  filières     d'extrusion    est la suivante  
EMI0005.0065     
  
    Environ <SEP> 29,5'% <SEP> en <SEP> poids <SEP> de <SEP> titane
<tb>    <SEP> 58 <SEP> % <SEP> <B>  <SEP>  </B> <SEP> de <SEP> fer
<tb>    <SEP> 7,5% <SEP>   <SEP>   <SEP> de <SEP> carbone
<tb>    <SEP> 1,2 <SEP> 0/0 <SEP> <B>  <SEP>  </B> <SEP> de <SEP> molybdène
<tb>    <SEP> 1,2'% <SEP>   <SEP>   <SEP> de <SEP> tungstène
<tb>    <SEP> <B>0,310/0 <SEP>   <SEP>  </B> <SEP> de <SEP> vanadium       Pour préparer cette composition, on mélange in  timement 3700 grammes de carbure de titane,

   traité  selon l'exemple 3, avec 6300 grammes d'acier à ou  til sous     forme    de particules passant toutes au tamis  de 128 mailles au centimètre linéaire, par broyage  dans un broyeur en acier inoxydable. Le produit est  ensuite     aggloméré    à une pression     de    15,7     t/cm2.    Cet  aggloméré est chauffé sous un vide de     moins    de  200 microns de     colonne    de mercure et à une tem  pérature d'environ 14700 C pendant 3 heures.

   Après  refroidissement de l'alliage sous vide, on le recuit à  environ     8701,    C dans une atmosphère     protectrice          composée        d'environ        93        '%        d'azote        et    7     %        d7hydro-          gène.    La structure     recuite    a une dureté     Rockwell    C  d'approximativement 40,

   on peut alors la travailler  au tour pour lui donner la forme désirée en     utilisant     une qualité de coupe     d'acier    de carbure de tungstène.  On     conserve    les tolérances habituelles pour rectifi  cation après trempe. Le durcissement du     lingot        usiné     est effectué par     austénitisation    à environ     980o    C et  refroidissement au bain d'huile. Le     lingot    est en  suite soumis à     un    revenu d'une heure à     environ          200o    C.

   Sa dureté     Rockwell    C est alors     d'environ     70, et après rectification et finition, une pointe d'ex  trusion de cet alliage s'est montrée     excellente    en ce  qui concerne la résistance à l'abrasion et au frotte  ment:

    L'alliage ferreux à fortes teneurs en titane et en       carbone    selon     l'invention,    peut être     utilisé    sous la  forme de barres, rondins, carrés, blocs,     lingots    et      autres.

   configurations, pour la fabrication des ou  tils de coupe,     matrices    de découpage,     matrices    de  formage, filières d'étirage, cylindres, filières d'ex  trusion à     chaud,        matrices    de forgeage,     matrices    de  refoulement,     outils    d'alésage, et en général tous types  d'éléments d'outils, ou de     pièces    de     machines    résis  tant à l'usure et/ou à la chaleur.



  Alloy containing iron, titanium and carbon, and its use The present invention relates to an alloy containing iron, titanium and carbon, with a high content of these elements, and to its use for making tools or parts for metalworking. This alloy, in its heat-treated form, exhibits great hardness combined with great toughness.



       Titanium, due to a significant formation of carbon, has properties which make it interesting as an element in iron alloys, in particular for the manufacture of tool steels. Titanium combined with carbon is very hard, practically resistant to wear and friction, and noticeably resistant to corrosion; It has a low coefficient of friction, relatively high heat conductivity, as well as relatively low density compared to other carbides, such as tungsten, molybdenum, etc.

   However, heretofore, ferrous alloys containing quantities of titanium exceeding 5% have exhibited great brittleness, to the point of being unworkable and unsuitable for the manufacture of usable products. This fragility was due to the presence of titanium carbide, in the form of large dendritic aggregates, and to a more or less marked segregation of said carbide.



  The alloy forming the subject of the invention is, on the other hand, practically free from the large aggregates of dentitic and titanium carbide segregations, and exhibits great hardness together with a high resistance to heat and corrosion, to mechanical stresses, wear and abrasion.



  It is characterized in that it contains at least 10% of titanium almost entirely in the form of carbide, the titanium-based carbide phase being uniformly distributed in a ferrous matrix of which iron is the main metallic constituent.



  The ferrous die can be made of carbon steel, special medium grade steel, or special high grade steel. The titanium ferrous alloy has the characteristics of heat treatment of steel. High hardness and toughness can therefore be imparted to it by heat treatment.

    In the accompanying drawing, FIG. 1 is a reproduction of a micrograph showing the structure after annealing of an iron alloy according to the invention. Fig. 2 is a reproduction of a micrograph showing another form of structure after annealing of such an alloy. Fig. 3 is a reproduction of a micrograph showing the structure after quenching of an iron alloy in accordance with the invention.



  Fig. 4 is a reproduction of a micrograph showing another form of structure after quenching of a ferrous alloy according to the invention, and FIG. 5 is a graph comparing the so-called recovery hardnesses of two embodiments of the ferrous alloy according to the invention with the recovery hardness of a steel of conventional technology.



  In general, the alloy according to the invention has the aptitudes for heat treatment of special steels with a high carbon content for tools, such as high-speed steels, while exhibiting the favorable properties of cemented tungsten carbides. To prepare this alloy, a special steel, carbon steel, or pure iron can be used which subsequently combines with carbon to form a steel.

   The term ferrous matrix used in the present disclosure denotes a matrix which, from a crystallographic point of view, is characterized, at ordinary temperatures, by a practically ferritic, or body-centered cubic structure, and which at high temperatures below the point When the ferrous alloy melts into a practically austenitic or face-centered cubic structure.



  The ferrous alloy according to the invention can contain titanium within the extended limits of 10 to 70% by weight, which corresponds to a composition, by volume,

          about 20 to 90% titanium carbide,

       the remainder being steel, the amounts of which vary from about 80 to 10% by volume. The preferred limits of 20 to 58% titanium by weight,

          correspond to about 40 to 80% by volume of titanium carbide, the balance, or about 60 to 20% by volume being steel.



  Several embodiments of the alloy according to the invention are described in the following examples, as well as their preparation.



  <I> Example 1 </I> An alloy, usable for single point cutting tools and other similar applications requiring great hardness, of the following composition
EMI0002.0078
  
    About <SEP> 65 <SEP>% <SEP> in <SEP> weight <SEP> of <SEP> titanium
<tb> <SEP> <B> 10,910 / 0 </B> <SEP>>> <SEP> of <SEP> iron
<tb> <SEP> 2 <SEP>% <SEP> <SEP> <SEP> of <SEP> cobalt
<tb> <SEP> 0.71% <SEP>>> <SEP> of <SEP> chrome
<tb> <SEP> <B> 0.30 / 0 <SEP>> <SEP> </B> <SEP> of <SEP> vanadium
<tb> <SEP> 3.0% <SEP> <B> <SEP> </B> <SEP> of <SEP> tungsten
<tb> <SEP> 18,

  1% <SEP>>> <SEP> of <SEP> carbon <I> Example 2 </I> A very advantageous alloy for applications requiring toughness as well as high resistance to wear and friction , is the next
EMI0002.0081
  
    Approx. <SEP> 39.0 <SEP>% <SEP> in <SEP> weight <SEP> of <SEP> titanium
<tb> <SEP> 10.3 <SEP>% <SEP>>> <SEP> of <SEP> carbon
<tb> <SEP> 0.7 '% <SEP> <SEP> <SEP> of <SEP> chrome
<tb> <SEP> 50 <SEP> '0/0 <SEP>>> <SEP> of <SEP> iron Titanium is introduced into the base metal in the form of titanium carbide instead of in the form of of metallic titanium, which achieves advantages rather than previous detrimental results.

   Tests have shown that titanium carbide used in combination with a steel, such as for example a low carbon steel, partially dissolves in the steel during heating at high temperature whereby the matrix of the The resulting ferrous alloy is provided with an additional carbon and alloy content improving its properties of hardening, annealing resistance, hot hardness, resistance to deformation, to wear, etc.

   Even when the ferrous matrix is derived from a special high-grade steel, an improvement in the final properties of the ferrous alloy is obtained.



  The partial solubility of titanium carbide in the ferrous matrix is particularly desirable because it gives microstructures which are advantageous for the properties of the alloy, in particular with regard to resistance to wear and to deformation.

    These microstructures can be composed of well rounded titanium carbide grains, partially rounded - or practically angular, uniformly dispersed throughout the ferrous matrix, whether the latter is composed of perlite, spheroidite, martensitic decomposition products, martensite , or bainite. Figs. 1, 2, 3 and 4 give examples of these microstructures. The fi-.

   1 which is a reproduction of a micrograph, magnification at <B> 1000 </B> die meters, shows that the microstructure of the ferrous alloy, in the annealed state, includes partially rounded titanium carbon grains , distributed almost uniformly in the ferrous perlite matrix. Fig. 2, also taken with a magnification of 1000 diameters,

   shows partially rounded <B> </B> titanium carbide grains dispersed in a similar ferrous matrix containing appreciable amounts of spheroidite. The microstructure of <B> fi-. </B> 3, magnification to 1000 diameters, shows well-rounded titanium carbide grains dispersed in a similar ferrous matrix composed mainly of martensite resulting from cooling with water. water from a temperature of approx. 9851, C.

   Fig. 4 is similar to FIG. 3, except that it shows. angular grains of titanium carbide dispersed in a martensitic ferrous matrix. This structure is advantageous in the case of cutting tools.



  Fig. 5 is a diagram indicating the recovery hardness or hardness after quenching of two embodiments of the alloy according to the invention (curves A and B). The term “recovery hardness” is understood to mean the hardness at room temperature of an alloy which has been previously quenched and preheated to the temperatures indicated in the diagram. By way of comparison, the graph also gives a curve of the recovery hardness of a high speed steel of the common type 18-4-1 (curve X).

   Curve A indicates the recovery hardness of an alloy containing approximately 50% titanium, sufficient carbon to combine with titanium, the remainder being essentially iron. The recovery rate of this alloy is greater than that represented by curve X at temperatures exceeding approximately 6700 C. It is also greater with regard to temperatures below approximately 4400 C..

   Curve B represents the recovery hardness of an alloy containing approximately 50% titanium, 10% tungsten, 2! 0/0 chromium, with small amounts of vanadium and sufficient carbon for it to be recovered. com bines practically with all titanium and gives the ferrous matrix properties allowing heat treatment.

   The hardness of recovery of this ferrous alloy is greater than that of the alloy, running over the entire temperature range up to about 1000 C.



  It emerges from the foregoing that the ferrous alloy with high titanium and carbon contents according to the invention can be subjected to heat treatments such as common steels in order to obtain hard or annealed structures. However, unlike common steels, the alloy according to the invention can exhibit its maximum toughness in the fully hardened state.

   For example, a ferrous alloy containing about 35% by weight of titanium, the remainder being iron and carbon combined with titanium, generally has, in the annealed state, an impact resistance of about 1.1 kgm , determined in the Izod test on a non-notched 4.7 mm squared specimen.

   However, after complete hardening of the same alloy by quenching in water from about 9850 -C, its impact resistance reaches about 2.1 kgm. The impact resistance in the fully quenched state is therefore better than in the annealed state, whereas it is the reverse for most common steels.



  As examples of steels which can be used in combination with titanium carbide for the preparation of the ferrous alloy according to the invention, mention may be made of steels with a low, medium and high carbon content. These steels are: SAE 1010 steel, SAE 1020 steel, SAE 1030 steel, SAE 1040 steel, SAE 1080 steel, etc. Pure iron can be used since it combines with carbon to form a steel during the process of preparing the ferrous alloy according to the invention.

   It is also possible to use special low, medium and high carbon steels, the compositions of which are as follows: about 0.8% chromium, 0.2% molybdenum, about 0.30% carbon, and practically the iron supplement;

   about 5% chromium, 1.4% molybdenum, 1.4% tungsten, 0.45% vanadium, 0.35% carbon, the balance being iron;

          about 8% molybdenum, 4% chromium, 2% vanadium, 0.85% carbon, the balance being iron;

       about 18% tungsten, 4% chromium, 1% vanadium, 0.75% carbon, the balance being iron;

       about 20% tungsten, 12% cobalt, 4% chromium, 2% vanadium, 0.80% carbon, the balance being iron;

   and generally other types of steel characterized, crystallographically, by a body-centered cubic structure at ordinary temperatures, transforming into a face-centered cubic structure at elevated temperatures below the melting point of the steel .



       The titanium carbide used in the preparation of the alloy may contain limited amounts of other carbides, preferably in solid solution.

   For example, the titanium carbide can be partially replaced by: tungsten carbide up to about 35%, vanadium carbide up to about 35%, zirconium carbide up to about 25.0 / ( ) colombium carbide up to about 10 0/0,

   tantalum carbide up to about 10% etc.,

          the total amount of these carbides not exceeding about 50% by weight of the total amount of carbides present.

   It is understood that the minimum titanium content of the alloy is 10%.



  As stated above, the ferrous alloy according to the invention is capable of thermal treatments. For example, for annealing the alloy, it is cooled slowly by passing it through temperature A1 in order to give the ferrous matrix a microstructure consisting of pearlite and spheroidite. By temperature A1 is meant,

   the temperature at which the face-centered cubic crystal transforms into a body-centered cubic crystal structure. For quenching, the alloy is heated to an austenitizing temperature sufficient to practically convert the matrix into a face-shaped copper structure. centered and for a sufficient time to obtain a structure

  uniform, then it is cooled in air, in oil or in water, following the hardening properties of the iron alloy, in order to decompose the austenite into martenste. It is also possible to transform the austenite into bainite by isothermal cooling from the aforementioned temperature of austenitization to that of the formation of the baize.



  One of the main advantages resulting from the invention is that the ferrous alloy with high titanium and carbon contents, annealed, can be machined to a large extent by current methods. For example, the bar alloy containing about 35% by weight titanium and the balance of carbon steel and carbon combined with titanium, is easily machined to the desired shape on a lathe using a grade. cutting cemented tungsten carbide steel,

   when RTI ID = "0003.0228" WI = "5" HE = "4" LX = "1367" LY = "1853"> this alloy is annealed to a low hardness not exceeding 40 of Rockwell C hardness index. hardness of the machined bar is then raised to 72 Rockwell C by quenching in oil from a temperature of around 8700 C.



  The ferrous alloy according to the invention can be obtained practically free of massive carbide dendrites and segregations, by casting the molten steel in the interstices of an agglomerated porous structure substantially composed of titanium carbide grains.

   This operation is carried out by agglomerating the titanium carbide grains into a porous block by compression followed by heating to a high temperature, generally between about 1000o C to 1600 C for about 1/4 hour to 6 hours. , preferably under vacuum or at subatmospheric pressure not exceeding about 200 microns of mercury column.

   Another method is to effect the coalescence by simultaneous compression and heating within the indicated temperature limits, under non-oxidizing conditions, for a period of about 10 minutes to about 2 hours.

   The sintered porous block is then prepared for casting by enclosing it in a mold of refractory material practically inert with respect to the ferrous alloy, for example of stabilized zirconia, all useful measures being taken to allow the introduction of the molten steel in the mold in contact with the porous carbide structure.

   The mold of refractory material containing the porous carbide structure is then placed in a suitable casting furnace. A sufficient quantity of steel is introduced through the orifice of the mold and the whole is brought to a temperature generally exceeding about 100 (l C the melting point, of the steel so that the molten steel flows in porous block interstices,

   fill these completely and provide excess to fill contraction cavities, straws, etc. The casting is completed under vacuum or at subatmospheric pressure generally not exceeding about 200 microns of mercury column.

   When the steel has completely filled the interstices of the porous structure with titanium carbide and the equilibrium state is reached, the carbide is modified by a partial solution in the liquid phase, due to which it is dislocated into grains discontinuous and evenly distributed. The block of ferrous alloy thus obtained is allowed to cool under vacuum by interstitial casting, before removing it from the furnace and finally separating it from the refractory mold.

   The product obtained is then annealed, for example by heating it in an oven at a temperature of at least approximately 7000 C and up to approximately 1050 C, for approximately 4 hours, under non-oxidizing conditions, for example in a reducing atmosphere. trice composed of approximately 93% nitrogen and approximately 7% hydrogen,

          this heating being followed by a controlled cooling of less than about 150 ° C. per hour to a temperature of about 5400 ° C., or below.

       As stated above, the micro structure of the annealed ferrous alloy generally consists of hard grains of titanium carbide united formally distributed in an annealed ferrous matrix, for example a matrix having a microstructure of pearlite, spheroidite, or martensitic decomposition products. The following examples indicate in more detail the manner of applying the preceding process for preparing the alloys in accordance with the invention.

      <I> Example 3 </I> The composition of an alloy for a violent impact advancement tool is as follows
EMI0004.0064
  
    Approx. <SEP> 43.0 <SEP>% <SEP> in <SEP> weight <SEP> of <SEP> titanium
<tb> <SEP> 45.3 <SEP> '0 <SEP> / 0 <SEP> <SEP> <SEP> from <SEP> iron
<tb> <SEP> 11 <SEP> 0/0 <SEP> <B> <SEP> </B> <SEP> of <SEP> carbon
<tb> <SEP> 0.4 <SEP>% <SEP> 5> <SEP> of <SEP> chrome
<tb> <SEP> 0.2 <SEP>% <SEP> <B> <SEP> </B> <SEP> of <SEP> manganese
<tb> <SEP> <B> 0.10 / () </B> <SEP> <SEP> <SEP> of <SEP> molybdenum The tool is manufactured as follows A batch of titanium carbide whose analysis is the following    :

       78% titanium, 20.68% total carbon, 3.11% free carbon, 0.22% iron, 0,

  037% hydrogen, 1.09% oxygen, 0.50% nitrogen, is treated in a carbon crucible, in air, at about 1900 C.

   After this treatment, the free carbon content is 3.78% and the total carbon 20 content,

  51 '%. The hot-treated chipboard is then crushed to a size less than 55 meshes per linear centimeter. About 2000 grams of this crushed product are placed in a stainless steel mill of about 4 liters, which is loaded with <B> 11500 </B> grams of 12.7 mm steel balls and the half-filled with trichlorethylene. The product is ground for 100 hours, then carefully dried and passed through a 55 mesh sieve per linear centimeter.



  A porous cylindrical agglomerate 63.5 mm in diameter and 31.75 mm high, is compressed to 630 kg / cml 2. It is then placed on a graphite support, and heated to about 1250 C for half an hour under a vacuum of. less than 100 microns of mercury column. The sintered porous agglomerate contains approximately 651 volume% titanium carbide. It is then placed in a refractory mold consisting of stabilized granular zirconia.

    Then a previously determined quantity of metal is placed above the mold, calculated so as to completely fill all the interstices separating the grains of carbide contained in the mold,

   plus a large excess amount of around 50%. This excess is necessary to fill the mold completely in order to fill the contraction cavities according to common foundry techniques. In this case, the metal is chrome molybdenum steel SAE No 4130.

   The charge is placed in a vacuum casting furnace and slowly brought to a temperature of about 1530 C. Melting of the steel takes place at a pressure of approximately 200 microns of mercury column at a temperature of approximately 1480 C. The molten metal flows into the interstices of the porous carbide structure. The temperature is maintained at about 1530 C for one hour to allow the metal to reach a high fluidity in order to completely fill all the voids and to ensure the solubility and the rounding of the carbide grains.

   The fusion is left to cool under vacuum, before removing the mold from the oven and unmolding the ingot.



  The raw iron ingot is annealed in a furnace at about 870.1 C in a protective atmosphere composed of about 93% nitrogen and about 7% hydrogen. The two hour annealing period is followed by controlled cooling at a rate of less than 15o C per hour to a temperature of about 540 () C.

   The annealed structure then has a Rockwell C hardness of about 45. The ingot can then be shaped into the desired shape on the lathe, using a cut grade of tungsten carbide steel. The usual tolerances are kept for rectification after quenching. The machined ingot is hardened by austenitization at approximately 9800 C and cooled in an oil bath. The ingot is then tempered for about an hour at 2050 C.

   The thus hardened structure has a hardness of about 70 to 71 RC. Its coefficient of rupture is approximately 21 t / cm2 in transverse rupture, and its impact resistance of 14 cm / kg determined on an Izod machine with an unnotched specimen of 4.7 mm squared. The ingot is then ground to the final dimension, and mounted in a special steel support, ready for use.

      <I> Example 4 </I> The composition of an alloy that can be used for cutting is as follows
EMI0005.0008
  
    About <SEP> 61.0 <SEP>% <SEP> in <SEP> weight <SEP> of <SEP> titanium
<tb> <SEP> 18,0 '% <SEP> <B> <SEP> </B> <SEP> of <SEP> iron
<tb> <SEP> 15.5% <SEP> <B> <SEP> </B> <SEP> of <SEP> carbon
<tb> <SEP> 4.3 <SEP>% <SEP> <B> <SEP> </B> <SEP> of <SEP> tungsten
<tb> <SEP> <B> 0.90 / 0 </B> <SEP> <SEP> <SEP> from <SEP> chrome
<tb> <SEP> 0.2% <SEP> <B> <SEP> </B> <SEP> of <SEP> vanadium The preparation is carried out as follows The titanium carbide, treated according to Example 3, is agglomerated into a rectangular plate at a pressure of 1.5 t / cm. The plate is then cut with a rubber bonded grinding wheel,

   in small rectan gles of 6.35 X 15.8 X 9.5 mm, size usable for a single point cutting tool. Identical rectangles of smaller dimensions are agglomerated directly with an automatic pelletizer. The agglomerates are heated to about 1350 C under a vacuum of less than 100 microns of mercury column. The porous structures thus obtained contain approximately 85% by volume of titanium carbide.

   These agglomerates are placed in an open beryllium oxide mold with a metal charge on top of each porous structure. In this case, the alloy consists of a type 18-4-1 high speed steel and the amount used is 50% excess of that required to fill the void volume of the porous structure.

   The excess is necessary for the reasons given in Example 3. The interstitial casting is carried out under vacuum at less than 200 microns of column of mercury and at a temperature of about 1490 ° C. It is left to soak at this temperature. for 40 minutes.

   After cooling and removal from the vacuum furnace, no adhesion of the molten parts to the ceramic support mold is observed, and their shape and dimensions are close to those of the original porous agglomerate. These pieces are subjected to quenching in oil or air from a temperature of about 10400 C and are finished by grinding in the form of tool tips.

   Their hardness is about 74 Rockwell C; their rupture coefficient 16 170 kg / cm2, and their impact resistance on an Izod specimen of 4.7 mm squared of 6 cm / kg.



  Although it is preferable to manufacture the alloy according to the invention by interstitial casting, it will be noted that other methods can be used. For example, one can mix the grains of titanium carbide with steel in a particular form and agglomerate them into a block of the desired shape, and then subject them to heating at high temperature, generally not exceeding more than 1000 C the melting point of the steel phase.

   By heating the carbide in the presence of the liquid phase, the cooperative effects of the two constituents are achieved and a ferrous alloy is obtained which is capable of heat treatment.



  The above process for manufacturing the alloys according to the invention is described in detail in the following example <I> Example 5 </I> The composition of an alloy which can be used for extrusion dies is as follows
EMI0005.0065
  
    Approx <SEP> 29.5 '% <SEP> in <SEP> weight <SEP> of <SEP> titanium
<tb> <SEP> 58 <SEP>% <SEP> <B> <SEP> </B> <SEP> of <SEP> iron
<tb> <SEP> 7.5% <SEP> <SEP> <SEP> of <SEP> carbon
<tb> <SEP> 1,2 <SEP> 0/0 <SEP> <B> <SEP> </B> <SEP> of <SEP> molybdenum
<tb> <SEP> 1,2 '% <SEP> <SEP> <SEP> of <SEP> tungsten
<tb> <SEP> <B> 0,310 / 0 <SEP> <SEP> </B> <SEP> of <SEP> vanadium To prepare this composition, 3700 grams of titanium carbide are mixed thoroughly,

   treated according to Example 3, with 6300 grams of steel or til in the form of particles all passing through a sieve of 128 meshes per linear centimeter, by grinding in a stainless steel grinder. The product is then agglomerated at a pressure of 15.7 t / cm2. This agglomerate is heated under a vacuum of less than 200 microns of mercury column and at a temperature of about 14700 C for 3 hours.

   After cooling the alloy in vacuo, it is annealed to about 8701 ° C. in a protective atmosphere composed of about 93% nitrogen and 7% hydrogen. The annealed structure has a Rockwell C hardness of approximately 40,

   it can then be lathe worked to give it the desired shape using a cut grade of tungsten carbide steel. The usual tolerances are kept for rectification after quenching. The hardening of the machined ingot is carried out by austenitizing at around 980o C and cooling in an oil bath. The ingot is then subjected to tempering for one hour at around 200o C.

   Its Rockwell C hardness is then around 70, and after grinding and finishing, a tip of extrusion of this alloy has been shown to be excellent with regard to abrasion and friction resistance:

    The ferrous alloy with high titanium and carbon contents according to the invention can be used in the form of bars, logs, squares, blocks, ingots and others.

   configurations, for the manufacture of cutting tools, cutting dies, forming dies, drawing dies, cylinders, hot extrusion dies, forging dies, upsetting dies, boring tools, and in general all types of tool elements, or machine parts resistant to wear and / or heat.

 

Claims (1)

REVENDICATION I Alliage contenant du fer, du titane et du carbone, et à forte teneur en ces deux derniers éléments, carac- térisé en ce qu'il renferme au moins 10 % de titane pratiquement en totalité sous forme de carbure, CLAIM I Alloy containing iron, titanium and carbon, and with a high content of the latter two elements, characterized in that it contains at least 10% of titanium almost entirely in the form of carbide, la phase carbure à base de titane étant répartie unifor mément dans une matrice ferreuse dont le fer est le principal constituant métallique. SOUS-REVENDICATIONS 1. Alliage selon la revendication I, caractérisé en ce que sa teneur en titane est de 10 % à 70 0/0, en poids, the titanium-based carbide phase being uniformly distributed in a ferrous matrix of which iron is the main metallic constituent. SUB-CLAIMS 1. Alloy according to claim I, characterized in that its titanium content is 10% to 70% by weight, et en ce que la matrice a aux températures ordinaires une structure cristalline cubique à corps centré, se transformant en une structure cubique à faces centrées à une température élevée inférieure au point de fusion de ladite matrice. 2. and in that the matrix has at ordinary temperatures a body-centered cubic crystal structure, changing to a face-centered cubic structure at an elevated temperature below the melting point of said matrix. 2. Alliage selon la revendication I et la sous- revendication 1, caractérisé en ce que la teneur en titane est de 20 % à 58% en poids de l'alliage. 3. Alloy according to claim I and sub-claim 1, characterized in that the titanium content is 20% to 58% by weight of the alloy. 3. Alliage selon la revendication I, caractérisé en ce que la matrice a une structure comprenant de la perlite, de la sphéroïdite, ou des produits de décom position martensitiques. 4. Alliage selon la revendication I, caractérisé en ce que la matrice a une microstructure dure de martensite. 5. Alloy according to claim I, characterized in that the matrix has a structure comprising perlite, spheroidite, or martensitic decomposition products. 4. Alloy according to claim I, characterized in that the matrix has a hard martensite microstructure. 5. Alliage selon la revendication I, caractérisé en ce que la matrice a une microstructure dure de bai- nite. REVENDICATION II Utilisation de l'alliage selon la revendication I pour la confection d'outils ou pièces pour le façon nage de métaux. Alloy according to Claim I, characterized in that the matrix has a hard baïnite microstructure. CLAIM II Use of the alloy according to claim I for making tools or parts for metalworking.
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