CH642276A5 - Corps broyants forges en acier et leur procede de fabrication. - Google Patents
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Description
L'invention concerne des corps broyants en acier forgé. L'invention concerne également un procédé de fabrication de ces corps broyants.
On sait que, dans l'état actuel de la technique, les corps broyants sont appliqués au broyage soit de matériaux à faible taux d'usure (ciments, talc, etc.), soit de matériaux très abrasifs (minerais divers, charbon, etc.).
Dans le premier cas, on utilise des corps broyants moulés en fonte à haute teneur en chrome ou des corps broyants moulés en fonte blanche fortement alliée. Ces corps broyants ne sont malheureusement pas applicables, du fait de leur coût, au broyage de corps très abrasifs en milieu humide. Pour cette application, on a donc proposé d'utiliser des fontes faiblement alliées (2 à 7% de chrome) avec des carbures de chrome de type M7C3 (voir, par exemple, la demande de brevet français N° 77.31045, déposée le 14 octobre 1977, au nom de la titulaire), ou des fontes blanches hypo-eutecti-ques comprenant une structure de cémentite à carbure du type M3C sur une base perlitique (demande de brevet français N° 73.07662, déposée le 5 mars 1973, au nom de Taiheiyo Kinzoku Kabushiki Kaisha), ou encore des aciers laminables faiblement alliés à teneur en carbone inférieure à 1% en poids (aciers du type AISI 1090 par exemple) ou des aciers moulés ayant la même composition.
Dans la pratique, ces corps broyants présentent, suivant leur type, un certain nombre d'inconvénients, en particulier:
— un coût élevé, dû à l'emploi d'alliages coûteux, tels que ferro-chrome ou ferro-molybdène;
— une structure trempée en surface seulement, avec une solidification grossière;
— une structure d'acier martensitique issue du laminage, donc à faible teneur en carbone (inférieure, généralement, à 1 % en poids);
— une structure de fonte hypo-eutectique forgée à très forte teneur en carbone, sans carbure de chrome, avec du graphite libre et une matrice douce, qui présente une certaine fragilité.
L'invention vise à remédier à ces inconvénients en proposant des corps broyants ayant des caractéristiques de résistance à l'usure suffisantes pour permettre le broyage de matériaux fortement abrasifs, moyennant un coût limité.
s L'invention vise également à proposer un procédé consommant peu d'énergie pour la fabrication de corps broyants de ce type qui soient trempés à cœur et ne présentent qu'une faible décarburation superficielle.
La titulaire a en effet établi qu'il est possible d'obtenir les caracul téristiques désirées en réalisant des corps broyants forgés en acier à haute teneur en carbone (acier hypereutectoïde).
L'invention a, par conséquent, pour objet des corps broyants forgés en acier à haute teneur en carbone, ayant à cœur une structure martensitique finement divisée, comportant une teneur de 2 à 15 6% en poids de carbures, sous forme de carbures mixtes de fer et de chrome de formule (Fe,Cr)3C.
Dans une forme de réalisation préférée, les corps broyants selon l'invention comprennent, en pourcentages pondéraux, 1,1 à 2% de carbone, 0 à 2% de chrome, avec, de préférence, 0,5 à 2% de sili-20 cium, et/ou 0 à 1% de cuivre et/ou 0,5 à 2% de manganèse.
En vue d'améliorer certaines caractéristiques, telles que l'aptitude à la trempe ou la finesse du grain, ces corps broyants pourront contenir des traces d'éléments spéciaux tels que le bore (0 à 0,1% en poids), le titane (0 à 1% en poids) ou le niobium (0 à 0,1% en poids). 25 Pour améliorer certaines caractéristiques, on pourra également utiliser des éléments plus coûteux tels que le nickel (0 à 3% en poids), le molybdène (0 à 1%) ou le vanadium. '
Le procédé de préparation de ces corps broyants, sous forme de lopins forgés, est caractérisé en ce que l'on porte à une température 30 de 900 à 1100° C une barre ou des lopins d'acier provenant de coulée ou de moulage et ayant la composition désirée, en ce que, le cas échéant, on cisaille ladite barre en lopins à ladite température, et en ce que l'on effectue le forgeage desdits lopins à ladite température de 900 à 1100° C.
35 La structure de l'acier de départ sera fine, de préférence perlitique, et résultera par exemple d'une coulée continue.
A la température de 900 à 1100° C, le forgeage s'effectuera dans le domaine austénitique.
On mettra à profit la structure austénitique du boulet forgé, pour 40 le soumettre directement à une trempe, sans réchauffage préalable. En effet, immédiatement après forgeage, le boulet est à une température de 800 à 1000° C, et on peut le tremper soit à l'huile, soit à l'eau, suivant son diamètre, pendant une durée limitée, afin que sa température après trempe soit sensiblement supérieure à la température de 45 la transformation martensitique Ms. Le boulet est ensuite refroidi à l'air, de manière que la transformation martensitique s'opère dans la totalité du volume, sans risque de tapure ou de fissure.
Cette trempe pourra être suivie d'un revenu à basse température, entre 200 et 500° C, pour ajuster la dureté des boulets à l'application 5» envisagée.
Ce traitement, que rendent possible la composition et la structure du matériau forgé, évite une réchauffe avant trempe et consomme donc une quantité très limitée d'énergie.
En outre, la suppression d'une réchauffe avant trempe a pour 55 effet que le corps broyant ne présente qu'une décarburation superficielle limitée.
Les corps broyants ainsi réalisés ont en général une dureté de 500 à 650 HB.
La structure micrographique est une solution martensitique confi" tenant des carbures mixtes de fer et de chrome de type (Fe,Cr)3C finement divisés et répartis de manière homogène. La teneur en carbures est d'environ 6% en poids. Leur nombre est de l'ordre de 7000/mm2.
L'exemple illustre la mise en œuvre de l'invention.
65
Exemple:
On découpe à froid des lopins dans une barre d'acier issue d'une coulée continue, dont la composition pondérale est la suivante:
3
642 276
C: 1,7 à 1,9% Mn: 0,6%
Cr: 0,6 à 0,8% Cu: 0,5%
Si: 0,6%
On chauffe ces lopins à 1060° C et on les forge à cette température pour réaliser des boulets de 50 mm de diamètre, qui sortent du forgeage à 1020° C. On les trempe directement à l'huile jusqu'à une température de l'ordre de 300° C et on les laisse refroidir en vrac dans des caisses.
La dureté des boulets ainsi réalisés est comprise entre 500 et s 550 HB.
Claims (8)
1. Corps broyants forgés en acier à haute teneur en carbone, ayant à cœur une structure martensitique finement divisée, comportant une teneur en carbures de 2 à 6% en poids, sous forme de carbures mixtes de fer et de chrome de formule (Fe,Cr)3C.
2. Corps broyants selon la revendication 1, caractérisés en ce qu'ils comprennent, en pour cent en poids, 1,1 à 2% de carbone et 0 à 2% de chrome.
2
REVENDICATIONS
3. Corps broyants selon la revendication 2, caractérisés en ce qu'ils comprennent, en outre, en pour cent en poids, 0,5 à 2% de silicium, 0 à 1% de cuivre et 0,5 à 2% de manganèse.
4. Corps broyants selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisés en ce qu'ils comprennent des traces d'éléments choisis parmi le bore, le titane et le niobium.
5. Procédé de fabrication de corps broyants sous forme de lopins forgés selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'on porte à une température de 900 à 1100° C une barre ou des lopins d'acier provenant de coulée ou de moulage et ayant la composition désirée, en ce que, le cas échéant, on cisaille ladite barre en lopins à ladite température, et en ce que l'on effectue le forgeage desdits lopins à ladite température de 900 à 1100° C.
6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'acier de départ a une structure perlitique.
7. Procédé selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que les boulets forgés sont soumis directement à une trempe à l'huile ou à l'eau, sans réchauffage préalable, jusqu'à une température supérieure à la température de transformation martensitique, puis sont refroidis à l'air.
8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que les boulets sont ensuite soumis à un revenu entre 200 et 500° C.
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