Alliage de fer et utilisation dudit pour la fabrication de ressorts Il est connu que les alliages de fer et de nickel contenant moins de 27,3 % de nickel présentent deux états allotropiques.
Dans l'un, dit stable à chaud, la totalité du fer se trouve à l'état y, et dans l'autre, dit stable à froid, une partie du fer a passé de l'état y à l'état a en engendrant un constituant très dur sem blable à la martensite de l'acier trempé, souvent dé nommé pseudo-martensite .
Lors du refroidissement d'un tel alliage, le pas sage de l'état y à l'état a commence à une tempéra ture bien déterminée, qui est fonction de la teneur en nickel. Comme cette transformation est très lente, elle reste incomplète et l'alliage devient instable. Elle est toutefois fortement activée par un travail à froid produisant un écrouissage très marqué, que ce soit par martelage, laminage ou étirage.
L'incorporation de chrome dans l'alliage fer- nickel ne change pas le phénomène, mais elle abaisse la température du début de la transformation. Ainsi, alors que pour un alliage fer-nickel à 8-10 % de nickel, la température du début de la transformation est d'environ 500 C, elle est voisine de la tempéra ture ambiante pour un alliage de même teneur en nickel,
mais contenant en outre 15-18 % de chrome. II en résulte que, pour un alliage de cette dernière composition, un écrouissage très poussé est néces saire pour réaliser la transformation y en a aussi complète que possible. De plus, la teneur en nickel n'est pas suffisante pour engendrer assez de pseudo- martensite et l'élasticité de ressorts faits de cet alliage n'est pas comparable à celle de ressorts en acier trempé.
En conséquence, en dépit de toutes les tentatives faites jusqu'ici, et malgré leurs qualités remarqua bles, notamment leur résistance à la corrosion, les aciers au nickel-chrome n'ont pas pu être utilisés de façon extensive pour la fabrication de ressorts sou- mis à des efforts intenses, tels que les ressorts de mouvements d'horlogerie.
Pour une telle utilisation, il faudrait que l'alliage renferme un composant 1ë rendant apte au durcisse ment structural. Ce durcissement consiste, comme on le sait, à porter l'alliage à une température telle qu'il soit à l'état de solution solide homogène, à le maintenir à cet état par un refroidissement rapide ou hypertrempe, puis à faire dédoubler la solution solide sursaturée ainsi obtenue au moyen d'une chauffe de revenu (voir brevet suisse No 2l7814).
Ledit com posant, à mettre en solution, ne doit pas être trop dur, car il empêcherait dans la suite d'obtenir l'écrouissage nécessaire à la formation la plus com plète possible de pseudo-martensite. Il doit aussi être très stable pour ne précipiter qu'au moment voulu lors du traitement thermique de revenu, qui devra naturellement se situer au-dessous de la température de transformation y-@ a (5000 C), sans quoi la pseudo-mârtensite formée par écrouissage serait détruite.
Or, on vient de trouver que le niobium remplit à la perfection toutes les conditions ci-dessus énoncées pour rendre un alliage fer-nickel-chrome apte au durcissement structural, lorsqu'il se trouve dans cet alliage conjointement avec du carbone.
Basée sur ce qui vient d'être exposé, la présente invention se rapporte à un alliage de fer et à son utilisation pour la fabrication de ressorts, par exem ple de ressorts moteurs de mouvements d'horlogerie.
Cet alliage est caractérisé en ce qu'il contient en poids de 1 à 3,5 % de niobium, de 0,20 à 0,35 % de carbone, de 16 à 19 % de chrome, de 7,5 à 10,
5 % de nickel, de 0,2 à 1,2 % de silicium et de 0,7 à 1,5 % de manganèse, le solde, au moins en majeure partie, constitué par du fer.
Il peut encore contenir du molybdène en teneur d'au plus 0,8 0/0 en poids. Le niobium, qui rend l'alliage apte au dur cissement structural, paraît se trouver dans cet alliage sous forme de carbure, probablement de car bure complexe de niobium et de chrome.
On a en outre déterminé qu'il est avantageux que le niobium soit présent dans l'alliage dans la proportion d'un atome de niobium par atome de carbone. Le rapport de la teneur, en poids, du nio bium à celle du carbone est donc, de préférence, de 93/12, soit 7,75, ou environ 8. La présence de nio bium permet, comme on le constate, des pourcenta ges indiqués ci-dessus, d'augmenter très sensiblement la teneur en carbone par rapport à celle des alliages employés jusqu'ici et, par conséquent, d'accroîtr-. l'élasticité de ces alliages.
On a constaté que, même en présence de constituants durcissants auxiliaires, tels que Si, Mn ou Mo, la teneur en C peut être por- tée au-delà de 0,25 % sans créer de risques de casse, tout en donnant la possibilité d'effectuer un laminage poussé qui reste facile, n'entraîne pas une fragilité excessive et permet d'obtenir des rubans de cotes régulières (épaisseur constante au 1/4 de centième de millimètre).
A titre de comparaison, le laminage poussé serait incomparablement plus difficile en pré sence de carbure de tungstène.
On a également constaté que l'extraordinaire sta bilité du carbure de niobium rend les ressorts termi nés beaucoup plus résistants aux agents corrosifs. En effet, des ressorts fabriqués au moyen de l'alliage selon l'invention peuvent être maintenus pendant plusieurs jours dans une solution d'eau salée en res tant parfaitement blancs et brillants, ce qui n'est pas le cas avec des ressorts en alliages connus, qui se couvrent très rapidement d'une couche d'oxyde noir. Cette couche n'apparaît que très faiblement sur les ressorts en alliage selon l'invention, après un séjour de plus d'un mois dans l'eau salée et uniquement dans la zone de contact de l'eau avec l'air.
Pour la fabrication de ressorts moteurs de mou vements d'horlogerie, on peut, par exemple, utiliser un alliage de la composition suivante C = 0,280/9 en poids Cr = 18 Ni = 8<B> </B> Nb = 2,2<B> </B> Mo = 0,5 > > Mn = 0,8 Si = 0,9 > > Fer = complément à 100 0/0 On opère selon le procédé usuel qui consiste à laminer l'alliage adouci par hypertrempe et stable à chaud, pour obtenir, par écrouissage poussé, l'aug mentation de dureté la plus élevée possible, et à cou per ensuite la feuille obtenue en rubans qui sont rou lés en barillets,
puis traités thermiquement et finale ment estrapadés, afin de donner la belle forme en S appréciée des fabricants de ressorts.
Le traitement thermique de revenu utilisé pour durcir et stabiliser l'alliage avant l'estrapadage se situe au-dessous de la transformation a-y des allia ges irréversibles chromés, soit entre 375 et 500 . Sa durée pour tous les alliages usuels pour ressorts d'horlogerie sans Nb dépasse 1 h et peut aller très au-delà de 4 h. Avec l'alliage susindiqué, on obtient les qualités les meilleures après un traitement ne dépassant pas 1/z h. L'avantage pour le fabricant de ressorts est évident.
Au cours d'un traitement de lon gue durée, le ressort s'oxyde considérablement et, pour éviter cet inconvénient, il devient nécessaire de le traiter dans un four à vide si l'on veut lui conser ver un aspect blanc brillant. Le traitement thermique de 1/z h peut se faire à l'air sans prendre de précau tion spéciale. Les ressorts obtenus sont à peine tein tés et sont vendables sans autre sous cet aspect, d'où réduction considérable du coût de la fabrication.
Les ressorts fabriqués à partir des formes d'exé cution préférées de l'alliage selon l'invention offrent une très grande résistance à la fatigue et une élasti cité supérieure à celle des ressorts en acier trempé. De plus, et ceci est un avantage que le fabricant de ressorts appréciera hautement, selon les termes de l'homme du métier ils ne bossent pas à l'estra- padage (c'est-à-dire se laissent former sans point d'inflexion) et peuvent être déroulés rapidement sans précautions spéciales, se prêtant donc parfaitement à une production de grande série.
Au contraire, dans le cas des ressorts en alliages inoxydables connus, l'opération d'estrapadage doit être faite avec un grand soin, en aidant le ressort à se dérouler, sinon la moindre irrégularité dans l'effort fait apparaître une bosse sur la lame du ressort terminé.