CH340634A - Alliage contenant du fer, du titane et du carbone, et son utilisation - Google Patents

Alliage contenant du fer, du titane et du carbone, et son utilisation

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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
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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.

Claims (1)

  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,
    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,
    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.
    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.
    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.
    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.
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