WO2007143800A1 - Projectile en acier adouci a coeur - Google Patents

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WO2007143800A1
WO2007143800A1 PCT/BE2007/000048 BE2007000048W WO2007143800A1 WO 2007143800 A1 WO2007143800 A1 WO 2007143800A1 BE 2007000048 W BE2007000048 W BE 2007000048W WO 2007143800 A1 WO2007143800 A1 WO 2007143800A1
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WO
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steel
water
metal
weight
granulation
Prior art date
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PCT/BE2007/000048
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English (en)
Inventor
Alain Schmitz
Gisèle Walmag
Vittorino Tusset
Original Assignee
Centre De Recherches Metallurgiques Asbl - Centrum Voor Research In De Metallurgie Vzw
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42B—EXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
    • F42B7/00—Shotgun ammunition
    • F42B7/02—Cartridges, i.e. cases with propellant charge and missile
    • F42B7/04—Cartridges, i.e. cases with propellant charge and missile of pellet type
    • F42B7/046—Pellets or shot therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42B—EXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
    • F42B12/00—Projectiles, missiles or mines characterised by the warhead, the intended effect, or the material
    • F42B12/72—Projectiles, missiles or mines characterised by the warhead, the intended effect, or the material characterised by the material
    • F42B12/74—Projectiles, missiles or mines characterised by the warhead, the intended effect, or the material characterised by the material of the core or solid body
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49712—Ball making

Definitions

  • the present invention relates to a method of manufacturing steel projectiles, such as balls, for hunting cartridges as a substitute for traditional lead shots.
  • the invention also relates to steel projectiles and cartridges obtained by the method.
  • the load of a cartridge consists of spherical balls with not only a tolerance on the diameter of about 0.1 mm, but still a tight tolerance on the weight to ensure a reproducible ballistic behavior and ensure a constant loading of the cartridge which is done by volumetric measurement.
  • the steel balls must undergo a surface treatment such as copper plating, addition of graphite, etc., in order to avoid any agglomeration of the charge which could be detrimental to good dispersion.
  • the hardness should be as low as possible and not exceed 110 HV 10 surface and 100 HV 10 heart.
  • - granulation with water a jet of steel is cast BOUS a jet of water at high pressure or directly into a tank.
  • the size of the particles obtained is variable (from 1 to a few millimeters according to the technique), but the common characteristic of these is the irregular, non-spherical shape of the product;
  • Steam granulation this process, developed in particular by Mintek (South Africa), uses a jet of water vapor, which makes it possible to avoid a too violent mechanical disturbance of the metal jet. This type of process involves the appearance of a size dispersion due to the absence of sphericity, which leads to the loss of part of the production.
  • a hash system of the liquid metal flow is for example dispersed on a turntable before being subjected to the final granulation with water or steam.
  • the wire used is of the ULC type, for example with a carbon content of 0.02% C.
  • This type of thread is very expensive and very little available, if we consider the quantities to be produced in the field of hunting cartridges.
  • the advantage of the yarn is that the utilization efficiency of the production is 100%. In flat steels, mild steels are much more available, including different thicknesses, which therefore correspond to different ball diameters. Unfortunately, part of the production is also unusable in this case, given the falls.
  • powder metallurgy To manufacture some metal parts, generally complex shape is used powder metallurgy. It consists of compacting the powder in a mold and subjecting the assembly to a sintering operation at high temperature.
  • Some tungsten carbide spheres are particularly prepared by this technique. From iron powder, it is conceivable to examine the possibility of obtaining extra-mild steel balls by a compaction / sintering process.
  • WO-A-00/44517 discloses a projectile and a related manufacturing process of relatively high carbon steel (up to 1.5% C), produced by water atomization and annealed softened in a non-oxidizing atmosphere with a controlled dew point, at a temperature of between 600 and 1200 ⁇ C, to make it suitable for ballistic use.
  • Softening results mainly from surface decarburization, preferably with an average Knoop surface hardness of less than 225 (Vickers surface hardness at least greater than 130).
  • the present invention aims to provide a solution that does not have the disadvantages of the state of the art.
  • the invention aims to provide a treatment from a current steel grade to obtain a final hardness less than 100 HV 10.
  • an object of the invention is to provide this treatment to obtain a low hardness on steel balls, evenly over their entire volume (heart).
  • An additional object of the invention is to eliminate a certain propensity for ricochets, usually inherent to steel projectiles.
  • An additional object of the invention is to allow the manufacture of balls having a good sphericity.
  • a first object of the present invention relates to a method of manufacturing a steel or iron projectile for a hunting cartridge or sporting shot in order to give it a hardness of between between 40 HV 10 and 110 HV 10 at room temperature, preferably between 40 HV 10 and 85 HV 10, characterized at least by the following successive steps:
  • liquid metal whose carbon content is between 0.8 and 4.0% C by weight, preferably between 0.8 and 2.0, is used. % C by weight;
  • the liquid metal is cast in a granulation process with water or steam to obtain spheroidal steel particles
  • said particles are subjected to a thermal treatment for softening the solidified metal by graphitization while remaining in the ferritic domain;
  • these particles are optionally subjected to a surface coating treatment.
  • the softening heat treatment comprises at least the following successive steps:
  • said metal is annealed for approximately 3 minutes from the ambient temperature to a temperature greater than
  • said steel is cooled with water, preferably with boiling water, at a rate of at least 20 ° C./sec until it reaches room temperature; - is carried income said metal, under non-oxidizing atmosphere or slightly reducing type HNX to a temperature below 700 0 C, preferably below 65O 0 C; said metal is maintained under the aforementioned atmosphere at this latter temperature for a period of between 1 and 6 days, preferably between 1 and 4 days. Maintaining the method of the invention in a non-oxidizing atmosphere is mandatory to avoid decarburization of the processes of the state of the art.
  • the metal further comprises, expressed by weight, maximum 0.4% Mn, between 0.1 and maximum 2.0% Si, maximum 2.0% A1, maximum 0.04% P, maximum 0 , 04% S, maximum 1% of other alloying elements, the balance consisting of iron and usual impurities.
  • Silicon or aluminum in appropriate amounts confer a complementary inoculant effect insofar as they both increase the precipitating force of the graphite, thus reducing the graphitization time, without the presence of residual cementite.
  • the granulation step with water or steam is performed in the presence of a surfactant.
  • the granulation step with water or steam is preceded by a step of hashing the flow of liquid metal.
  • the step of hashing the flow of liquid metal is performed by means of a turntable.
  • the turntable is a plate made of a material that is not wetted by the liquid steel such as zirconia, alumina, boron nitride or syalon.
  • the turntable is a perforated tray.
  • the granulation step with water or steam is replaced by a sintering step from iron powder.
  • the granulation step with water or steam is replaced by a step of manufacturing -mechanical, from wire or sheet.
  • a second subject of the present invention relates to a spheroidal projectile or steel ball, comprising a carbon content of between 0.8 and 2.0% by weight and a hardness with a core of less than 100 HV 10. preferably 85 HV 10, carried out by the aforementioned method.
  • said projectile has a carbon content of between 1.2 and 1.8% C by weight.
  • the projectile is provided with a surface coating to prevent agglomeration of the load.
  • a third object of the present invention relates to a hunting or sports shooting cartridge comprising a load of steel balls as described above.
  • FIG. 1 represents micrographic sections of steel balls respectively before and after decarburization treatment of the steel according to the state of the art.
  • FIG. 2 shows micrographic sections respectively before and after treatment thermochemical similar to that of the invention in the case of a eutectoid steel.
  • Figure 3 shows micrographic sections respectively before and after thermochemical treatment similar to that of the invention in the case of hypereutectoid hot rolled steel (1.2% by weight).
  • Figure 4 shows micrographic sections respectively before and after thermochemical treatment where the tempering temperature is 700 0 C, in the case of hypereutectoid steel (1.5% C by weight).
  • FIG. 5 represents micrographic sections respectively before and after thermochemical treatment according to the invention in the case of a hypereutectoid steel (1.5% by weight), the tempering temperature being 65O 0 C.
  • the state of the art consists of softening by annealing under a decarburizing atmosphere of a common steel such as hypereutectoid steel (for example 1.5% C by weight), consisting of supersaturated carbon ferrite (Fe3C cementite).
  • the mechanism is a decarburization of the outer layer of the ball due to the diffusion of carbon on the surface of the ball where it combines with oxygen for form carbon dioxide that escapes into the atmosphere.
  • hardness values are expressed in Vickers hardness, the measurement method being well known to those skilled in the art (see for example EN ISO 6507-1 standard).
  • this specific treatment makes it possible to manufacture a new product, made from recoated liquid steel.
  • the granulation is preferably carried out with steam added with a specific surfactant.
  • a perlitic steel of eutectoid composition (0.8% by weight) was annealed to bring it into the austenitic range.

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Abstract

La présente invention se rapporte à un procédé de fabrication d'un projectile en acier ou à base de fer pour cartouche de chasse ou tir sportif en vue de lui conférer une dureté comprise entre 40 HV 10 et 110 HV 10 à la température ambiante, caractérisé au moins par les étapes successives suivantes : - on utilise de l'acier ou de la fonte liquide, dont la teneur en carbone est comprise entre 0,8 et 4, 0 %C en poids; - on coule le métal liquide selon un procédé de granulation à l'eau ou la vapeur d'eau pour obtenir des particules d'acier sphéroïdales; - on soumet lesdites particules à un traitement thermique d'adoucissement du métal solidifié par graphitisation en restant dans le domaine ferritique; - on soumet éventuellement lesdites particules à un traitement de revêtement de surface. L'étape de granulation à l'eau ou à la vapeur d'eau peut être remplacée par une étape de fabrication mécanique, à partir de fil ou de tôle.

Description

PROJECTILE EN ACIER ADOUCI A CŒUR
Objet de l'invention
[0001] La présente invention se rapporte à un procédé de fabrication de projectiles d'acier, tels que des billes, pour cartouches de chasse comme substitut des plombs traditionnels. [0002] L'invention se rapporte également aux projectiles en acier et aux cartouches obtenus par le procédé .
Arrière-plan technologique [0003] Le marché mondial des plombs de chasse est actuellement de 120 000 tonnes par an. En Europe, il est d'environ 60 000 tonnes.
[0004] Suite aux réglementations environnementales plus strictes, l'utilisation du plomb dans les munitions de chasse et de tir sportif est déjà interdite dans plusieurs pays européens (notamment aux Pays-Bas, en Suéde, en
Allemagne), en particulier pour le tir en zone humide.
[0005] Parmi les solutions techniques possibles et économiquement viables de substitution du plomb de chasse (fer, acier, métaux lourds, alliages, céramique, etc.), seule la grenaille d'acier apparaît comme une alternative viable- En. effet, elle possède une densité satisfaisante, est non toxique, d'un prix abordable, etc.
[000G] La grenaille d'acier est d'ailleurs commercialisée en Amérique du Nord par les plus grands fabricants dans le domaine, depuis une vingtaine d'années, comme charge de substitution.
[0007] II est connu que la charge d'une cartouche est constituée de billes sphériques avec non seulement une tolérance sur le diamètre d'environ 0,1 mm, mais encore une tolérance serrée sur le poids pour garantir un comportement balistique reproductible et assurer un chargement constant de la cartouche qui se fait par mesure volumétrique . Les billes d'acier doivent subir un traitement de surface tel que cuivrage, addition de graphite, etc., afin d'éviter toute agglomération de la charge qui pourrait porter préjudice à une bonne dispersion.
[0008] Les calibres des charges les plus utilisées sont repris dans le tableau 1 ci-dessous. [0009] On recherche pour ce genre d'application une composition du type acier doux peu allié, comme par exemple : max. 0,06 %C, max. 0,4 %Mn, max. 0,1-0,3 %Si, max. 0,04 %P, max. 0,04 %S .
[0010] La dureté doit être la plus faible possible et ne pas excéder 110 HV 10 en surface et 100 HV 10 à cœur.
[0011] Actuellement, sur le plan purement balistique, les chasseurs et tireurs sportifs ont une nette préférence pour les plombs de chasse qui sont traditionnellement utilisés. En effet, ils considèrent que le plomb de chasse possède certaines aptitudes balistiques spécifiques que l'on retrouve difficilement dans les produits de substitution.
[0012] Le marché traditionnel des chasseurs et tireurs manifeste donc certaines réticences à utiliser les cartouches à billes d'acier actuellement dans le commerce. Les principaux arguments utilisés pour justifier ces réticences à l' encontre des billes d'acier sont liés aux éléments suivants : - risque accru de ricochets. - usure plus élevée du canon,
- chute plus importante de vitesse et de pénétration en fonction des distances,
- prix plus élevé des munitions. [0013] D'autres alliages non toxiques (par exemple « Hevi-Shot » : tungstène-nickel -fer) ont été également développés. Hg peuvent techniquement concurrencer les grenailles d'acier car ils offrent, de par leur densité élevée, un comportement balistique similaire à celui des charges traditionnelles en plomb. Cependant ces alliages sont d'un coût trop élevé.
[0014] D'autre part, pour ce qui concerne la production de grenailles d'acier, deux voies sont possibles.
A partir d'acier liquide
10015] Etant donné les tonnages à produire, cette voie implique d'installer le procédé sur un site de production d'acier liquide ayant une capacité du type fonderie en le complétant par une unité de granulation adéquate. Différentes techniques de granulation de métaux liquides sont disponibles sur le marché :
- le procédé Osprey, atomisation par voie gazeuse sous pression, ne rentre pas vraiment dans le type « granulation » car il est dédié à la production de particules fines (lOOμm) destinée à la métallurgie des poudres ;
- la granulation à l'eau : un jet d'acier est coulé BOUS un jet d'eau à haute pression ou directement dans un bac. La taille des particules obtenues est variable (de 1 à quelques millimètres selon la technique) , mais la caractéristique commune de celles-ci est la forme irrégulière, non sphérique, du produit ; - la granulation à la vapeur d'eau : ce procédé, développé notamment par Mintek (Afrique du Sud) , utilise un jet de vapeur d'eau, ce qui permet d'éviter une perturbation mécanique trop violente du jet de métal. [0015] Ce type de procédé implique l'apparition d'une dispersion de taille suite à l'absence de sphéricité, qui conduit à la perte d'une partie de la production
(rendement de l'ordre de 60 %) . De plus, contrairement au plomb qui a une température de fusion beaucoup plus faible que celle de l'acier, il est difficile de refondre en circuit fermé les billes d'acier produites hors calibre.
[0017] Les meilleurs résultats sont obtenus avec un acier très chargé en carbone (> 1,5 %) dont la dureté est inférieure à 100 HV 10, voire 80 HV 10- Les aciers ULC sont à proscrire dans le cadre de cette technique.
[0018] Pour réduire la dispersion de taille, certains procédés font précéder la phase de granulation à l'eau par un système de hachage du flux de métal liquide. Ce dernier est par exemple dispersé sur un plateau tournant avan,t de subir la granulation finale à l'eau ou à la vapeur d'eau.
A partir de fil ou de tôle (voie mécanique) [0019] Cette voie s'inspire des techniques de fabrication des clous ou autres pièces d'acier de grande consommation. Des opérations de frappe et d'estampage de fil tréfilé ou de tôle permettent d'obtenir des billes. On connaît des machines permettant la fabrication de billes d'acier pour roulement. Au départ d'une bobine de fil d'acier, un lopin d'acier est découpé poux- ensuite être progressivement transformé en bille, par déformation, entre des plateaux rainures généralement en fonte.
[0020] Le fil utilisé est de type ULC, par exemple d'une teneur en carbone de 0,02 %C. Ce type de fil est très coûteux et très peu disponible, si on envisage les quantités à produire dans le domaine des cartouches de chasse. Par contre, l'avantage du fil est que le rendement d'utilisation de la production est de 100 %. [0021] Dans les aciers plats, les aciers doux sont beaucoup plus disponibles, y compris dans différentes épaisseurs, qui correspondent donc à différents diamètres de bille. Malheureusement, une partie de la production est également inutilisable dans ce cas, vu les chutes.
A partir de poudre de fer
[0022] Pour fabriquer en matériaux métalliques certaines pièces, généralement de forme complexe, on utilise la métallurgie des poudres. Elle consiste à compacter dans un moule la poudre et à soumettre l'ensemble à une opération de frittage à haute température.
[0023] Certaines sphères en carbure de tungstène sont notamment préparées par cette technique. Au départ de poudre de fer, il est envisageable d'examiner la possibilité d'obtenir des billes en acier extra-doux par un procédé de compaction/frittage.
[0024] En résumé, les techniques d'obtention de billes à partir de fil, de tôle et de poudre de fer présentent le désavantage d'être plus onéreuses que la technique par voie liquide.
Etat de la technique
[0025] Dans l'état de la technique, on connaît un procédé d'adoucissement d'un acier au carbone, courant et économique, tel qu'une ferrite à gros cristaux, par décarburation. Pour mémoire, un fer pur monocristallin possède une dureté extrêmement basse (30-40 HV 10) , qui peut être considérée comme la limite inférieure absolue. 10026] Le document WO-A-00/44517 propose un projectile et un procédé de fabrication associé en acier à teneur relativement élevée en carbone (jusqu'à 1,5 %C) , produit par atomisation à l'eau et adouci par recuit sous atmosphère non-oxydante à point de rosée contrôlé, à une température comprise entre 600 et 1200σC, pour le rendre apte à une utilisation balistique. L'adoucissement résulte principalement d'une décarburation en surface, avec de préférence une dureté de surface Knoop moyenne inférieure à 225 (dureté Vickers en surface au moins supérieure à 130) .
Buts de l ' invention
[0027] La présente invention visse à fournir une solution qui ne présente pas les inconvénients de l'état de la technique.
[0028] En particulier, l'invention vise à fournir un traitement à partir d'une nuance d'acier courant permettant d'obtenir une dureté finale inférieure à 100 HV 10.
[0029] En outre, un but de l'invention est de fournir ce traitement en vue de l'obtention d'une dureté faible sur des billes d'acier, uniformément sur tout leur volume (à cœur) .
[0030] un but complémentaire de l'invention est de supprimer une certaine propension aux ricochets, habituellement inhérente aux projectiles en acier.
[0031] Un but complémentaire de l'invention est encore de permettre la fabrication de billes ayant une bonne sphéricité.
[0032] Un but encore complémentaire de l'invention de fabriquer des billes d'acier ayant des propriétés
(auto) lubrifiantes permettant une usure moindre du canon de 1 ' arme . Principaux éléments caractéristiques de l'invention [0033] Un premier objet de la présente invention se rapporte à un procédé de fabrication d'un projectile en acier ou à base de fer pour cartouche de chasse ou tir sportif en vue de lui conférer une dureté comprise entre 40 HV 10 et 110 HV 10 à la température ambiante, de préférence entre 40 HV 10 et 85 HV 10, caractérisé au moins par les étapes successives suivantes :
- on utilise de l'acier ou de la fonte liquide, ci-après appelé métal liquide, dont la teneur en carbone est comprise entre 0,8 et 4,0 %C en poids, de préférence entre 0,8 et 2,0 %C en poids ;
- on coule le métal liquide selon un procédé de granulation à l'eau ou la vapeur d'eau pour obtenir des particules d'acier sphéroïdales ;
- on soumet lesdites particules à un traitement thermique d'adoucissement du métal solidifié par graphitisation en restant dans le domaine ferritique ;
- on soumet éventuellement lesdites particules à un traitement de revêtement de surface.
[0034] Selon l'invention, le traitement thermique d'adoucissement comprend au moins les étapes successives suivantes :
- on recuit ledit métal pendant environ 3 minutes depuis la température ambiante jusqu'à une température supérieure à
800°C ;
- on refroidit ledit acier à l'eau, de préférence à l'eau bouillante, à une vitesse d'au moins 20°C/ε jusqu'à la température ambiante ; - on effectue un revenu dudit métal, sous atmosphère non- oxydante ou légèrement réductrice de type HNx, jusqu'à une température inférieure à 7000C, de préférence inférieure à 65O0C ; - on maintient ledit métal sous l'atmosphère précitée à cette dernière température pendant une durée comprise entre 1 et 6 jours, de préférence comprise entre 1 et 4 jours. [0035] Le maintien du procédé de l'invention sous atmosphère non-oxydante est obligatoire pour éviter la décarburation des procédés de l'état de la technique. [0036] Avantageusement, le métal comprend en outre, exprimé en poids, maximum 0,4 %Mn, entre 0,1 et maximum 2,0 %Si , maximum 2,0 %A1, maximum 0,04 %P, maximum 0,04 %S, maximum 1 % d'autres éléments d'alliage, le solde étant constitué de fer et des impuretés habituelles. Le silicium ou l'aluminium en quantités appropriées confèrent un effet inoculant complémentaire dans la mesure où ils augmentent l'un et l'autre la force de précipitation du graphite, donc réduisent le temps de graphitisation, sans présence de cémentite résiduelle.
[0037] Selon une modalité d'exécution préférée de l'invention, l'étape de granulation à l'eau ou à la vapeur d'eau est effectuée en présence d'un agent tensioactif .
[0038] Avantageusement, l'étape de granulation à l'eau ou à la vapeur d'eau est précédée d'une étape de hachage du flux de métal liquide. [0039] De préférence, l'étape de hachage du flux de métal liquide est effectuée au moyen d'un plateau tournant .
[0040] Selon une première modalité de réalisation pratique, le plateau tournant est un plateau réalisé en une matière qui n'est pas mouillée par l'acier liquide comme par exemple la zircone, l'alumine, le nitrure de bore ou le syalon. [0041] Selon une deuxième modalité de réalisation pratique, le plateau tournant est un plateau perforé .
[0042] Selon une autre modalité préférée, l'étape de granulation à l'eau ou à la vapeur d'eau est remplacée par une étape de frittage à partir de poudre de fer.
[00431 Selon une troisième modalité préférée, l'étape de granulation à l'eau ou à la vapeur d'eau est remplacée par une étape de fabrication -mécanique, à partir de fil ou de tôle.
[0044] Un deuxième objet de la présente invention se rapporte à un projectile sphéroïdal ou bille en acier, comprenant une teneur en carbone comprise entre 0,8 et 2,0 %C en poids et de dureté à cœur inférieure à 100 HV 10, de préférence à 85 HV 10, mis en œuvre au moyen du procédé précité.
[0045] Avantageusement, ledit projectile a une teneur en carbone comprise entre 1,2 et 1,8 %C en poids. [0046] De préférence, le projectile est muni d'un revêtement de surface pour éviter l'agglomération de la charge.
[0047] Un troisième objet de la présente invention se rapporte à une cartouche de chasse ou de tir sportif comprenant une charge de billes d'acier telle que décrites ci -dessus.
Brève description des figures
[0048] La figure 1 représente des coupes micrographiques de billes d'acier respectivement avant et après traitement de décarburation de l'acier selon l'état de la technique.
[0049] La figure 2 représente des coupea micrographiques respectivement avant et après traitement thermochimique similaire à celui de l'invention dans le cas d'un acier eutectoïde.
[0050] La figure 3 représente des coupes micrographiques respectivement avant et après traitement thermochimique similaire à celui de l'invention dans le cas d'un acier laminé à chaud hypereutectoide (1,2 %C en poids) .
[0051] La figure 4 représente des coupes micrographiques respectivement avant et après traitement thermochimique où la température de revenu est de 7000C, dans le cas d'un acier hypereutectoide (1,5 %C en poids).
[0052] La figure 5 représente des coupes micrographiques respectivement avant et après traitement thermochimique selon l'invention dans le cas d'un acier hypereutectoide (1,5 %C en poids), la température de revenu étant de 65O0C.
Description d'une forme d'exécution de l'état de la technique [0053] Comme indiqué ci-dessus, l'état de la technique est constitué par un adoucissement par recuit sous atmosphère décarburatrice d'un acier courant comme un acier hypereutectoide (par exemple 1,5 %C en poids), constitué de ferrite sursaturée en carbone (cémentite Fe3C) . L'exemple de la figure l se rapporte à un traitement de décarburation sur billes d'acier, obtenues par atomisâtion à l'eau, à partir d'un acier initial de ce type présentant une dureté vickers HV = 650. Après un revenu pendant 24 heures à l'air, à 7000C, on obtient une couche superficielle fortement adoucie (HV = 95) et une martonsite à coeur sensiblement adoucie (HV = 242) par rapport à la dureté initiale. Le mécanisme est une décarburation de la couche externe de la bille due à la diffusion du carbone à la surface de la bille où il se combine à l'oxygène pour former du dioxyde de carbone qui s'échappe dans 1 ' atmosphère .
Remarque : les valeurs de dureté sont exprimées en dureté Vickers, la méthode de mesure étant bien connue de l'homme de métier (voir par exemple norme EN ISO 6507-1) .
Description d'une forme d'exécution préférée de l'invention [0054] Le traitement original selon l'invention permet d'obtenir des propriétés tout à fait inattendues pour un acier et en particulier pour un acier à haute teneur en carbone. ''
[0055] A l' encontre des préjugés, la Demanderesse a montré, dans le cadre de la présente invention, que sur base d'un acier à haute teneur en carbone, facilement produit par la voie du four électrique par exemple, un traitement spécifique permettait d'obtenir un acier final a dureté très faible (par exemple 85 HV 10) et présentant des caractéristiques mécaniques qui minimisent l'effet ricochet dans le domaine balistique.
[0056] Combiné de préférence à un procédé de fabrication de grenaille sphérique à partir d'acier liquide et éventuellement d'un traitement de revêtement de la surface empêchant l'agglomération des billes d'acier dans la cartouche, ce traitement spécifique permet de fabriquer un produit nouveau, à partir d'acier liquide recarburé. [0057] La granulation est effectuée de préférence encore à la vapeur d'eau additionnée d'un tensioactif spécifique. [0058] Dana une première phase d'essais, on a recuit un acier perlitique de composition eutectoïde (0,8 %C en poids) pour amener celui-ci dans le domaine austénitique . Ainsi, on porte la température de l'acier à 9000C, ce qui donne une dureté HV = 927. On abaisse ensuite la température par trempe à l'eau depuis 9000C jusqu'à la température ambiante (T = 2O0C) pour obtenir une martensite
(solution solide sursaturée en carbone) . Ensuite, on effectue un revenu jusqu'à un point ne se situant pas au- delà du domaine ferritique (T < 7270C) , par exemple 7000C.
Après un maintien à l'air pendant 2 heures, respectivement
96 heures, on obtient une dureté Vickers réduite à 215, respectivement 172 (voir fig. 2) . Dans ce dernier cas, on observe au final une ferrite avec en inclusion de petites particules sphériques de carbures finement distribuées, ce qui correspond au phénomène de coalescence (coupe de droite, fig. 2) .
[0059] On connaît dans l'état de la technique un traitement similaire sur un produit laminé à chaud dans le cas d'un acier hypereutectoide (1,2 %C en poids) . Sur la micrographie représentée sur la figure 3 correspondant à une dureté HV = 96, on observe cependant ici des carbures et dea flocules ou nodules de graphite pur. Une composition hypereutectoîde de l'acier conduit à un équilibre fer- graphite globulaire. Ces nodules de graphite confèrent à l'acier un adoucissement significatif par rapport à 1 ' exemple précédent .
[0060] A contre-pied de l'état de la technique, on prendra donc le parti, selon la présente invention, d'augmenter la proportion initiale de carbone dans l'acier pour augmenter la précipitation du graphite et partant l'adoucissement de la microstructure, au cours du traitement préconisé.
[0061] Dans un autre essai, on a recuit pendant 180 secondes des billes d'acier fabriquées selon l'état de l'art (voie liquide) et de composition hypereutectoîde
(1,5 %C ©n poids) jusqu'à une température de 115O0C (HV =
613), on refroidit à l'eau jusqu'à l'ambiante et ensuite, on effectue un revenu jusqu'à 7000C, cette température étant maintenue pendant 24 heures. La microstructure obtenue ici ne permet pas d'atteindre le but visé car elle conduit à la formation d'une structure de type perlite (agrégat de ferrite et de cémentite précipitée) , d'une dureté de l'ordre de 240 (fig. 4). L'absence de graphitisation est sans doute due au fait que, dans ce cas, la température de recuit est supérieure à celle de l'eutectoîde (acier amené par dépassement dans le domaine austénitique) . [0062] Dans un autre essai encore, on recuit des billes d'acier fabriquées selon l'état de l'art (voie liquide) et de composition hypereutectolde (1,5 %C en poids), pendant 180 secondes jusqu'à 11500C (HV = 613). Ensuite on trempe l'acier à l'eau jusqu'à l'ambiante, on effectue un revenu jusqu'à 650βC et maintient à cette température pendant 24 heures. Ce traitement permet l'obtention d'une dureté hétérogène avec des zones sombres de dureté HV ≈ 205, qui correspondent à une matrice ferrite avec précipitation de carbures qui commencent à graphitiser (courbe de droite, fig. 5) et d'autres zones « blanches » ou claires de dureté HV = 95, qui font apparaître des filandres de graphite (courbe de gauche, fig. 5) . [0063] L'invention présente les avantages suivants :
- obtention d'une microstructure avec une phase tendre de graphite qui a un rôle amortisseur d'énergie, ce qui est intéressant notamment pour la suppression des ricochets ;
- effet lubrifiant du graphite qui cause une usure moindre du canon de l'arme et évite l'utilisation d'une bourre particulière en polymère comme dans l'état de la technique ;
- utilisation d'un acier courant à haute teneur en carbone permettant d'éviter des difficultés de coulabilité ; - bonne sphéricité des billes obtenues à partir des aciers chargés en carbone ;
- traitement de la bille sur tout son volume (à cœur) selon l'invention avec une dureté faible et homogène alors que la filière de décarburation selon l'état de la technique fournit une dureté hétérogène, faible en surface et plus importante à cœur.
Figure imgf000017_0001

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de fabrication d'un projectile en acier ou à base de fer pour cartouche de chasse ou tir sportif en vue de lui conférer une dureté comprise entre 40 HV 10 et 110 HV 10 à la température ambiante, de préférence entre 40 HV 10 et 85 HV 10, caractérisé au moins par les étapes successives suivantes :
- on utilise de l'acier ou de la fonte liquide, ci-après appelé métal liquide, dont la teneur en carbone est comprise entre 0,8 et 4,0 %C en poids, de préférence entre 0,8 et 2,0 %C en poids ;
- on coule le métal liquide selon un procédé de granulation à l'eau ou la vapeur d'eau pour obtenir des particules d'acier sphéroïdales ; - on soumet lesdites particules à un traitement thermique d'adoucissement du métal solidifié par graphitisation en restant dans le domaine ferritique ;
- on soumet éventuellement lesdites particules à un traitement de revêtement de surface. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le traitement thermique d'adoucissement comprend au moins les étapes successives suivantes :
- on recuit ledit métal pendant environ 3 minutes depuis la température ambiante jusqu'à une température supérieure à
800"C ;
- on refroidit ledit acier à l'eau, de préférence à l'eau bouillante, à une vitesse d'au moins 20°C/s jusqu'à la température ambiante ; - on effectue un revenu dudit métal, sous atmosphère non- oxydante ou légèrement réductrice de type HNx, jusqu'à une température inférieure à 7000C, de préférence inférieure à 65O0C ,- - on maintient ledit métal sous l'atmosphère précitée à cette dernière température pendant une durée comprise entre 1 et 6 jours, de préférence comprise entre 1 et 4 jours . 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le métal comprend en outre, exprimé en poids, maximum 0,4 %Mn, entre 0,1 et maximum 2,0 %Si, maximum 2,0 %Al , maximum 0,04 %P, maximum 0,04 %S, maximum 1 % d'autres éléments d'alliage, le solde étant constitué de fer et des impuretés habituelles.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape de granulation à l'eau ou à la vapeur d'eau est effectuée en présence d'un agent tensioactif . 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape de granulation à l'eau ou à la vapeur d'eau est précédée d'une étape de hachage du flux de métal liquide.
6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'étape de hachage du flux de métal liquide est effectuée au moyen d'un plateau tournant.
7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le plateau tournant est un plateau réalisé en une matière qui n'est pas mouillée par l'acier liquide comme par exemple la zircone, l'alumine, le nitrure de bore ou le syalon.
8. Procédé selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que le plateau tournant est un plateau perforé . 9. Procédé selon la revendication l, caractérisé en ce que l'étape de granulation à l'eau ou à la vapeur d'eau est remplacée par une étape de frittage à partir de poudre de fer.
10. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape de granulation à l'eau ou à la vapeur d'eau est remplacée par une étape de fabrication mécanique, à partir de fil ou de tôle. il. Projectile sphéroidal ou bille en acier, comprenant une teneur en carbone comprise entre 0,8 et 2,0 %C en poids et de dureté à cceur inférieure à 100 HV 10, de préférence à 85 HV io, mis en œuvre au moyen du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10. 12. Projectile selon la revendication 11, comprenant une teneur en carbone comprise entre I72 et 1, θ %C en poids.
13. Projectile selon la revendication 11 ou 12, caractérisé en ce qu'il est muni d'un revêtement de surface pour éviter l'agglomération de la charge.
14. Cartouche de chasse ou de tir sportif caractérisée en ce qu'elle comprend une charge de billes d'acier selon l'une quelconque des revendications 11 à 13.
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