Alliage à base de fer, nickel, chrome, aluminium, et procédé de fabrication de cet alliage La présente invention .a pour objet .un alliage à base de fer, nickel, chrome, aluminium, riche en fer, et son procédé de fabrication.
L'invention a pour but la réalisation d':un alliage pouvant être travaillé à froid ou à chaud et qui, après un traitement final durcissant, présente ides caracté ristiques physiques constantes d'une coulée à l'autre, et spécialement :une limite élastique et .une charge de rupture particulièrement élevées.
Dans la pratique industrielle, des durcissements de différentes natures sont utilisés. On conn.aî#t le dur- cis.sement des aciers riches en carbone, dans ce cas, l'austénite se décompose au cours du refroidissement pour donner naissance à des .structures plus dures (martensite, bainite)
. La dureté des produits de dé composition de l'austénite au cours du refroidisse- ment est .d'autant plus élevée que la teneur ,en carbone est plus grande. Ce type de durcissement, .qui permet d'obtenir de hautes caractéristiques mécaniques, pré sente cependant un certain nombre d'inconvénients,
tels que la déformation résultant d'une trempe à partir d'une température élevée, l'irrégularité dans des carac téristiques, la fragilité relative des aciers riches en carbone, ou des difficultés de soudure, par exemple.
On connaît également le durcissement structu ral des austénites stables, dont le développement ré sulte des recherches entreprises dès 1928 dans les Usines de la Société propriétaire du présent brevet. Ce type de durcissement s'est révélé particulièrement souple , il peut être réalisé .par un revenu à partir d'une température relativement basse, ce qui permet d'éviter de fortes déformations et les aléas de la trempe. Cependant,
le niveau de dureté obtenu par durcissement structural des au.sténites stables est net- terrent plus faible que celui que l'on peut obtenir par la trempe des aciers.
Certains :auteurs ont étudié le durcissement struc tural d'alliages ferritiques stables, dans ce cas égale ment, le durcissement n'est pas très important et, par ailleurs, ces afa ges sont relativement fragiles.
Le durcissement structural ,des austénites stables résulte de la variation de solubilité des éléments dur cissants en fonction de la .température,
et la deman deresse a constaté qu'un changement dans la structure cristallographique de l'alliage .permet d'exalter le dur- cissement structural en général et le durcissement structural par l'alumimum en particulier.
Pour bien préciser la nature -de l'alliage objet du brevet, la demanderesse a représenté schématique ment dans da fig. 1 la variation de solubilité de l'alu minium dans une structure austénitique stable (courbe E) ainsi que dans un alliage présentant une transformation gamma-alpha au refroidissement (courbe E D B<B>A)</B> à la température T2.
Si l'alliage austénitique stable et l'alliage présentant une trans- formation gamma-:alpha au refroidissement sont tous les deux trempés à partir :
de la température T,, puis vieillis à la température T3, .le durcissement sera pro- portionnel à la longueur ClC3, dans le cas @de l'austé- nite, et C,C'3 dans le cas de l'alliage qui présente une transformation gamma-alpha. Les courbes 1, 2, 3 et 4 (fig. 2)
représentent les variations ides duretés Vickers H" ,déterminées sous<I>2,5 kg,</I> en fonction de la température de revenu pendant trois heures pour trois coudées austénitiques .stables et pour une coudée qui présente une transformation gamma-alpha au refroidissement dont les compositions sont données dans le tableau ci-après
EMI0002.0001
Coulée <SEP> C <SEP> Si <SEP> Mn <SEP> Ni <SEP> Cr <SEP> AZ
<tb> 1 <SEP> 0,
24 <SEP> 004 <SEP> 1,9 <SEP> 35,28 <SEP> 9,92 <SEP> 3,35
<tb> 2 <SEP> 0,24 <SEP> 0,04 <SEP> 2,06 <SEP> 36,96 <SEP> 11,42 <SEP> 3,75
<tb> 3 <SEP> 0,12 <SEP> 0,11 <SEP> 2,06 <SEP> 35,53 <SEP> 15,58 <SEP> 3,83
<tb> 4 <SEP> 0,06 <SEP> 0,05 <SEP> 0,96 <SEP> 15,73 <SEP> 7,27 <SEP> 4,13 Les duretés de ces alliages ont été déterminées<B>à</B> l'état hypertrempé après un écrouissage intense de 87,5% suivi d'un vieillissement réalisé à l'état écroui.
On remarque que le durcissement structural de la coulée 4 par vieillissement à 4500 C-500 C est particulièrement important. L'alliage .objet du brevet est donc tel qu'il présente une transformation gamma- alpha au refroidissement, de manière que l'élément durcissant soit mis en solution à haute température à l'état gamma,
puis précipite -en phase alpha après la transformation gamina-alpha.
L'alliage selon l'invention est caractérisé en ce que les teneurs en poids :de l'alliage, :en nickel et en chrome correspondent au domaine délimité par le contour A B C D E représenté au schéma annexé (fig. 3), et en ce que l'alliage est exempt de ferrite S libre, .en ce qu'il comprend une teneur en poids allant de 1 % à 6 % d'aluminium,
et une teneur en carbone au plus égale à 0,15 0/0, l'alliage présentant la plus grande partie de l'austénite en une structure a d'as pect martensitique et, d'autre part, un composé riche en aluminium.
Lse conditions :de traitement thermique laissant en sursaturation l'aluminium ou, d'une manière géné rale, conduisant à un état adouci par opposition à un état durci, seront dans ce qui suit appelées hyper- trempe.
L'alliage, transformé par l'hypertrem,pe, peut être ensuite durci par :revenu à une température suffisam ment basse, n'entraînant ni oxydation, ni déforma tion.
Une caractéristique :essentielle de l'alliage selon l'invention est qu'il ne :contient pas de :ferrite s libre, et que, du fait du rapport ide teneurs entre les élé ments alphagènes et gammagènes, cette ferrite ne ris que pas de se produire au cours des traitements ther miques.
Dans ces conditions, on peut utiliser pleine ment la propriété de l'aluminium ide favoriser la transformation .de l'austénite en ferrite a d'aspect martensitique, et la propriété de l'aluminium d'être peu soluble en phase a, alors qu'il est fortement solu ble en phase gamma.
Au cours du chauffage à haute température, l'al liage est austénitique, et il est donc possible de faire passer en solution solide une proportion importante d'aluminium. Comme cette austénite n'est pas stable, elle se transforme en ferrite a. d'aspect marten.sitique au cours du refroidissement.
Le traitement de mise en solution ou d'adoucis sement est effectué à une température allant de 750o C à 1250o C. La durée de maintien est variable suivant la température et l'importance des pièces à traiter. Elle :est de quelques minutes dans le cas de traitements au défilé à une température ;de 11501) C par exemple, et peut atteindre vingt heures quand le traitement est à une température relativement basse.
Cet adoucissement peut être réalisé en plusieurs éta pes ; il peut, par exemple, être utile d'effectuer un traitement,de normalisation à haute température, puis un traitement d'adoucissement à une température plus basse. Le plus souvent un traitement de 30 minutes à 800() C est suffisant.
Le refroidissement qui suit la mise en solution peut avoir lieu suivant les :cas, à l'air, dans l'huile, ou dans l'eau. Le revenu durcissant peut être réalisé à une tem pérature allant de 200 C à 700 C suivant les carac téristiques recherchées et suivant le traitement que l'alliage a subi avant le revenu (hypertrempe, ou hy- pertrempe suivie d'un écrouissage). La durée du revenu peut être comprise .entre quelques minutes et vingt-quatre heures.
Le durcissement peut également être réalisé par -des traitements de vieillissement répé tés, chacun de ces traitements étant suivi d'un refroi dissement à l'ambiante ou à une température infé rieure à celle-ci.
Pendant ce revenu, l'aluminium, initialement en sursaturation dans la ferrite a d'aspect martensitique formée au cours du refroidissement, se précipite dans la martensitc sous forme d'un composé riche en alu minium, en produisant un durcissement structural important.
La région hachurée délimitée par le contour A B C D E (fig. 3) détermine les teneurs en nickel et en chrome utilisables selon l'invention, ,le point repré sentatif de l'alliage devant se trouver â l'intérieur de ce contour. La fia. 3 indique, en abscisse, les teneurs en chrome, et en ordonnée les teneurs en nickel.
L'alliage selon l'invention contient de plus de 1 % à 6 % d'aluminium qui peut être partiellement rem- placé par du titane et/ou :du mo;lybdène, la teneur en aluminium ne devenant pas inférieure à 0,5 0/0.
L'ad dition de titane et/ou de molybdène peut avoir pour effet de modifier la composition, la structure cristal- lographique ou la cinétique de précipitation du com posé riche en aluminium.
En outre, l'alliage peut contenir jusqu'à 2 % de silicium et jusqu'à 4 % de manganèse.
La teneur en carbone doit être limitée au maxi- mum à 0,15 %.
Compte tenu de l'influence des différents élé ments de l'alliage sur la formation de ferrite 8, il faut en outre que la somme des pourcentages en poids Cr -f- 1,5 Si + 2,5 Al -I- 2,5 Ti -i- 0,8 Mo - Ni 12 C - 0;2 Mn soit au .plus égale à 10.
De plus, l'alliage peut contenir diverses additions en petites quantités, ne modifiant cependant pas sa nature tant en ce qui concerne la balance des éléments alphagènes et gammagènes, qu'en ce qui concerne le mécanisme de durci serrent structural de l'alliage par précipitation d'un composé riche .en aluminium et/ou en titane et/ou en molybdène au cours du revenu dur cissant.
Les alliages selon l'invention présentent une apti tude au durcissement et ,une limite élastique plus im portantes, grâce à la précipitation .en phase a d'un constituant riche en aluminium et/ou en titane et/ou en molybdène,
que les alliages exempts de .ces élé- ments tels que les alliages à 18 % de chrome et 8 % en nickel.
Certains ,alliages connus titrant environ 17 % de chrome et 7 % de nickel contiennent une proportion relativement faible d'aluminium. Ces alliages présen tent de .la ferrite 8 libre.
Les alliages selon l'invention, du fait de la balance des éléments chrome et nickel précisée par le domaine hachuré A B C D E, ne con tiennent pas ide ferrite 8. Ils supportent de ce fait une teneur ,plus élevée en aluminium qui peut être com- prise entre 1 % et 6 % et :
est généralement supérieure à 2,5 % quand on veut obtenir les caractéristiques mécaniques les plus élevées.
L'absence de ferrite 8 est extrêmement intéres sante dans ce type d'alliage.
L'austénite de l'alliage, très instable, se décom pose en phase a d'aspect martensitique au cours du refroidissement jusqu'à la température ambiante qui suit le traitement à haute température ;
l'au.sténite résiduelle, s'il en subsiste, peut être transformée par réfrigération à plus basse température au par écrouis- sage. Le duricissement de l'alliage étant lié à la varia tion de solubilité de l'aluminium en phase y et a, et la composition de l'alliage étant telle que la ferrite 8 libre n'apparaisse pas,
toute la matrcepeut participer au durcissement structural dû à la précipitation .d'un composé riche en aluminium @en sursaturation dans la ferrite a. L'existence d'une certaine quantité @de ferrite ô libre revient donc, dans certains alliages connus, à réduire les possibilités de durcissement structural.
Comme .l'aluminium, outre son action sur l'apti tude au durcissement, favorise :la formation de ferrite e, il est essentiel que les teneurs -en chrome et nickel soient comprises à l'intérieur :
du domaine hachuré A B C D E et que la somme ides pourcentages en poids Cr + 1,5 Si + 2,5<B>AI</B> + 2,5 Ti + 0,8 Mo - Ni - 12C - 0,2 Mn soit au plus égale à 10 pour éviter les risques de formation .de la ferrite b. Dans le cas des alliages connus titrant environ 17 % de chrome,
7 % de nickel et 1,2 % d'aluminium, de faibles écarts ,dans la composition des coulées peuvent pro voquer des variations importantes de la teneur en ferrite 8 libre et par voie de conséquence une disper- sion des caractéristiques mécaniques d'une coulée à une autre.
Parmi les autres avantages ide d'alliage revendiqué, liés à l'absence de ferrite 8, on peut citer les suivants - la température d'hypertremp.e peut être relevée pour mettre en solution une plus forte teneur .en aluminium, sans risquer ide donner naissance à une forte proportion de ferrite 8 libre ;
- l'absence de risque ide formation d e ferrite 8 per met de ne pas avoir à fixer avec une grande pré cision la température d'hyp.ertrempe. Dans les alliages contenant une certaine proportion de fer rite, par contre, une variation de la température d'adoucissement @provoquerait ,une variation im portante ide :
la teneur @en ferrite e libre et, par voie de conséquence, ides variations dans les propriétés mécaniques de l'alliage ; - l'absence d e formation @de ferrite 5 dans l'alliage selon l'invention permet ide réduire les inconvé nients liés à la @segrégation dendritique. Dans les alliages contenant de la ferrite 8, ces inconvénients sont particulièrement accusés quand des lingots sont de forte dimension,
.le coaur des lingots étant alors très riche en ferrite ; - l'alliage ayant, aux températures élevées, une structure austénitique exempte -de ferrite 8, les transformations à chaud ide l'alliage (forgeage et laminage) ne présentent aucune difficulté.
En résumé, l'absence de ferrite S libre dans l'al liage suivant l'invention permet -d'exalter le durcis sement structural ide l'alliage, d'obtenir une bonne reproductibilité ides caractéristique:s mécaniques d'une coudée à une autre, de ,réduire les inconvénients liés à la segrégation dendritique et -de faciliter la transfor mation à chaud de l'alliage.
La phase alpha :Obtenue après J'hypertrempe est suffisamment plastique pour que l'alliage puisse être aisément mis en forme, laminé à froid, tréfilé ou es tampé, comme le montrent les résultats indiqués à propos des exemples qui vont suivre.
L'invention va maintenant être décrite en se réfé rant à des coulées ide compositions idifférentes et à des modalités de traitement variées. De ,préférence, les coudées sont élaborées :sous vide, mais une,élaboration à l'air .est également possible.
A l'occasion des exemples qui vont suivre, des indications seront données sur des possibilités ,de rem placement de certains éléments de #l'a#lliage par des éléments équivalents. <I>Exemple 1</I> Une coulée a été effectuée ayant en pourcentage en poids la composition suivante
EMI0003.0189
<U>C <SEP> Si <SEP> Mn <SEP> Ni <SEP> Cr <SEP> Al <SEP> Fe</U>
<tb> 0.025 <SEP> 0.14 <SEP> 0.59 <SEP> 16.32 <SEP> 7.01 <SEP> 3.6,9 <SEP> complément.
Les traitements et caractéristiques de l'alliage sont résumés dans le tableau ci-dessous.
Les traitements d'hypertrempe ont été réalisés sur des ébauches 7 mm de diamètre et 65 mm de long, et les éprouvettes de traction ont été prélevées dans des plats forgés.
EMI0004.0001
Traitements <SEP> E <SEP> 0,2 <SEP> kg/mm2 <SEP> R <SEP> kg/mm-' <SEP> A <SEP> % <SEP> <B>'10/0</B>
<tb> 30 <SEP> mn <SEP> 800 <SEP> reft. <SEP> huile <SEP> . <SEP> . <SEP> .. <SEP> . <SEP> ....... <SEP> 65,9 <SEP> <B>109,3</B> <SEP> 13,6 <SEP> 71,9
<tb> <SEP> <SEP> -E- <SEP> 450ù <SEP> 1 <SEP> h <SEP> reft. <SEP> air <SEP> ..120;
9 <SEP> 150,2 <SEP> 12,1 <SEP> 22
<tb> <SEP> <SEP> -f- <SEP> 480ù <SEP> 1 <SEP> h <SEP> <SEP> <SEP> .... <SEP> . <SEP> 127,3 <SEP> 148,6 <SEP> <B>11,8</B> <SEP> 41,5
<tb> <SEP> -f- <SEP> 500ù <SEP> 1 <SEP> h <SEP> <B> <SEP> </B> <SEP> .. <SEP> . <SEP> .. <SEP> 131,3 <SEP> 151,6 <SEP> 12,2 <SEP> 33,7
<tb> <SEP> <SEP> -,- <SEP> 520ù <SEP> 1 <SEP> h <SEP> > <SEP> . <SEP> ..... <SEP> 128,4 <SEP> 145;
8 <SEP> 13,2 <SEP> 33,7 E est la limite élastique A est l'allongement R est la charge de rupture et M est la striction <I>Exemple 2</I> Une coulée a été effectuée ayant la composition suivante
EMI0004.0008
<U>C <SEP> Si <SEP> Mn <SEP> Ni <SEP> Cr <SEP> <B>A</B>l <SEP> Fe</U>
<tb> 0.03 <SEP> 0.14 <SEP> 0.53 <SEP> 1<B>1</B>.16 <SEP> 10.911 <SEP> 2:03 <SEP> complément.
Les traitements et caractéristiques de l'alliage sont résumés dans le tableau ci,dessous
EMI0004.0011
Traitements <SEP> E <SEP> 0,2 <SEP> kg/mm2 <SEP> R <SEP> kg/mm2 <SEP> A <SEP> % <SEP> <B>S <SEP> O/0</B>
<tb> 30 <SEP> mn <SEP> <B>8001,</B> <SEP> reft. <SEP> huile <SEP> .... <SEP> .... <SEP> . <SEP> . <SEP> 65,1 <SEP> 103,5 <SEP> 11,5 <SEP> 74,1
<tb> <SEP> <SEP> -I- <SEP> 480e <SEP> 1 <SEP> h <SEP> refit.
<SEP> air <SEP> 134,1 <SEP> 149,5 <SEP> 12,9 <SEP> 47,1
<tb> <SEP> <SEP> -f- <SEP> 500ù <SEP> 1 <SEP> h <SEP> <SEP> <SEP> 146,2 <SEP> 160,1 <SEP> 10,4 <SEP> 51,9
<tb> <SEP> s, <SEP> -I- <SEP> 550ù <SEP> 1 <SEP> h <SEP> <SEP> <SEP> 130,7 <SEP> 14.7,0 <SEP> 11,6 <SEP> 45,2 II est précisé que le remplacement poids pour poids d'une partie de l'aluminium :par du titane et/ou du molybdène donne des alliages doués ide propriétés intéressantes, la teneur en aluminium étant au moins égale à 0,5 0/0.
<I>Exemple 3</I> A titre d'exemple, sont indiquées ci-après les caractéristiques mécaniques obtenues avec une coulée titrant
EMI0004.0018
<U>C <SEP> Si <SEP> Mn <SEP> Ni <SEP> Cr <SEP> Al <SEP> Ti</U>
<tb> 0.06 <SEP> 0:08 <SEP> 0.37 <SEP> 16.11 <SEP> 7.39 <SEP> 1.96 <SEP> 1.60
EMI0004.0019
Traitements <SEP> E <SEP> 0,2 <SEP> kg/mm2 <SEP> R <SEP> kg/mm= <SEP> A <SEP> %
<tb> 30 <SEP> mn <SEP> <B>850,1</B> <SEP> refroidissement <SEP> huile <SEP> 63 <SEP> 90 <SEP> 22 <SEP> 70
<tb> 30 <SEP> mn <SEP> -t- <SEP> 3 <SEP> h <SEP> 4800 <SEP> refroidissement <SEP> air <SEP> 138 <SEP> 15@ <SEP> 8,.5 <SEP> 16
<tb> 30 <SEP> mn <SEP> -f- <SEP> 3 <SEP> h <SEP> 500ù <SEP> refroidissement <SEP> air <SEP> 132 <SEP> 146 <SEP> 10.
<SEP> 32
<tb> 30 <SEP> mn <SEP> -I- <SEP> 3 <SEP> h <SEP> <B>5201,</B> <SEP> refroidissement <SEP> air <SEP> . <SEP> .. <SEP> 132 <SEP> 146 <SEP> 13 <SEP> 35 <I>Exemple 4</I> Il a été constaté due -le remplacement poids pour poids d'une partie .du chrome par du molybdène, avec toutefois une teneur maximum de 4,5 % de molybdène dans l'alliage,
permet d'accroître les caractéristiques mécaniques à froid. Par -ailleurs, ale molybdène permet de conserver le bénéfice du :durcissement à une tem pérature modérément élevée.
Une coulée a été effectuée ayant :la composition suivante
EMI0004.0045
<U>C <SEP> Si <SEP> Mn <SEP> Ni <SEP> Cr <SEP> Al <SEP> Mo <SEP> Fe</U>
<tb> 0.01 <SEP> 0.14 <SEP> 0.57 <SEP> 15.10 <SEP> 4.36 <SEP> 3.51 <SEP> 2.40 <SEP> complément.
Cette coulée dérive ,de celle de l'exemple 1 par le remplacement d'environ 2,5 % de Cr par 2,5 % de molybdène.
EMI0005.0001
Traitements <SEP> E <SEP> 0,2 <SEP> kg/mm2 <SEP> R <SEP> kg/mm2 <SEP> A <SEP> % <SEP> <B>#:</B> <SEP> 0/0
<tb> 30 <SEP> mn <SEP> 800e <SEP> refroidissement <SEP> huile <SEP> . <SEP> 108,0 <SEP> 126;8 <SEP> 9,0 <SEP> 71,9
<tb> .> <SEP> <SEP> + <SEP> 3 <SEP> h <SEP> 500 <SEP> refroidissement <SEP> air <SEP> 182,9 <SEP> 194,7 <SEP> 8,1 <SEP> 26,7
<tb> <SEP> <SEP> + <SEP> 3 <SEP> h <SEP> 520e <SEP> <SEP> 18:
6,1 <SEP> 194,8 <SEP> 9,2 <SEP> 42,1
<tb> + <SEP> 3 <SEP> h <SEP> 550 <SEP> <SEP> 177,6 <SEP> 184,2 <SEP> 7,9 <SEP> 5<B><I>1</I></B>,0
<tb> .> <SEP> <SEP> + <SEP> 3 <SEP> h <SEP> 580e <SEP> <SEP> 170,8 <SEP> 175,4 <SEP> 7,2 <SEP> 52,8 Les caractéristiques obtenues après une hypertrempe suivie d'un revenu sont très nettement supérieures à celles obtenues sur des alliages durcis par l'aluminium,
titrant environ 15 % de chrome, 7 0l0 de nickel et 2 % de molybdèn;e.
Il est à noter que l'on peut obtenir après une trempe à 800 Cet un revenu de 3 heures à 550 un allon- gement @de 9 % et une striction ide 40 0/0,
alors que la charge de rupture est de 195 kg/mm2 et la limite élasti- que de 185 kglme. La résilience correspondante est de KuI. = 2,2 kg/cm2,
alors que la résilience des alliages titrant environ 15 % de chrome, 7 % de nickel, 2 % de molybdène et 1,2 % d'aluminium est inférieure à 1 et le ;
plus ;souvent ,de l'ordre de 0,5 kg/cm2 pour une charge de rupture de l'ordre ide 150 kg/mm2.
La supériorité technique du nouvel -alliage revendiqué sur les alliagesconnus dérivés,des alliages à 18 0/0 de chrome et 8 % de nickel et durcis par l'aluminium apparaît .nettement dans les
courbes de la fig. 4 qui représentent la variation des caractéristiques mécaniques :à chaud en fonction ;de la température à laquelle l'essai de traction rapide a été .réalisé.
Les caractéristiques de l'alliage de référence sont indiquées en traits pleins alors que les caractéristiques de l'alliage selon l'invention sont indiquées en traits interrompus.
EMI0005.0113
<U>C <SEP> Si <SEP> Mn <SEP> Ni <SEP> Cr <SEP> Al <SEP> Mo</U>
<tb> 0.08 <SEP> 0.47 <SEP> 0.76 <SEP> 7.18 <SEP> 15.10 <SEP> 1.30 <SEP> 2.60 Les éprouvettes :ont subi les traitements suivants avant les essais de traction 1 h ;
à 1050 C refroidissement huile + 1 h 1/2 à 760 C, refroidissement eau à 0 C + maintien de 1/2 h à 0@, C + 1 h à 570o C, refroidissement à l'air.
L'alliage selon l'invention avait pour composition
EMI0005.0126
<U>C <SEP> si <SEP> Mn <SEP> Ni <SEP> Cr <SEP> Al <SEP> Mo</U>
<tb> 0.025 <SEP> 0.01 <SEP> 0.57 <SEP> 16.2 <SEP> 4.17 <SEP> 3.28 <SEP> 2.20 Avant ales essais de traction à chaud, les éprouvettes avaient été traitées 3 h à 800e C, refroidissement à l'huile + 3 h à 550o C refroidissement à l'air.
On constate que, à toute température, la limite élastique et la charge de rupture de la nuance selon l'in vention sont nettement plus élevées et que les allongements et les strictions sont égaux ou supérieurs à ceux de l'alliage de référence.
Les essais de fluage viennent confirmer la :supériorité technique de l'alliage selon l'invention. Les essais de fluage ont été réalisés à 400 C en utilisant les mêmes coulées .et les mêmes traitements thermiques que ceux utilisés @pour les essais de -traction rapides à chaud.
EMI0005.0147
Contrainte <SEP> Alliage <SEP> de <SEP> référence <SEP> Nouvel <SEP> alliage
<tb> _
<tb> kg/mm' <SEP> Durée <SEP> de <SEP> vie <SEP> Allongement <SEP> Durée <SEP> de <SEP> vie <SEP> Allongement
<tb> en <SEP> heures <SEP> à <SEP> la <SEP> rupture <SEP> 0/u <SEP> en <SEP> heures <SEP> à <SEP> la <SEP> rupture <SEP> /o
<tb> 115 <SEP> 65 <SEP> 15,6
<tb> 110 <SEP> 0,75 <SEP> 9,5
<tb> 105 <SEP> 22.2,50 <SEP> 14,6
<tb> 100 <SEP> 29,5 <SEP> 12,5 <SEP> 680 <SEP> 15,4 II est également possible de remplacer poids pour poids une partie @du chrome par de l'aluminium, la teneur en aluminium étant toujours comprise entre 1 et 6 0/0.
Dans ce cas, la teneur .en :chrome de l'ialliage pourrait "être inférieure à la teneur .résultant de la fi-. 3, mais la somme des éléments chrome et aluminium doit être alors égale à lateneur en chrome indiquée sur cette figure. Si Te chrome .est simultanément .remplacé par du molybdène et de l'aluminium, l'abscisse de la fig. 3 correspond à la somme Cr + Mo + Al .
De la :même manière, il est possible de remplacer unie partie du nickel par du manganèse et par :du car- bone à des teneurs telles que la somme Ni 0/0 + 30 C 0/0 + 0,
5 .Mn % soit égale à la teneur :en nickel corres- pondant au domaine délimité par le contour A B C D E de la fig. 3.
Toutefois, la teneur en manganèse ne 4 910, et la teneur en carbone ne doit pas dépasser 0,15%.
En cars de substitution du chrome par du molybdène et/ou de l'aluminium, et @du nickel par du carbone et/ou du manganèse, il faut que la somme Cr -I- 1,5 Si + 2,5 Al -I- 2,5 Ti -i- 0,8 Mo - Ni - 12C - 0,2 Mn demeure inférieure à 10.
L'alliage selon l'invention peut être déformé plastiquement à froid sans difficulté avant le durcissement final. Cette propriété peut être mise à profit en particulier pour obtenir des feuillards et du fil.
Il est possible d'obtenir une réduction relative d'épaisseur de plus de 90 % par laminage à froid,
et de plus de 75 % par tréfilage sans aucun adoucissement intermédiaire.
Il est également possible d'obtenir des emboutissages profonds sur le métal hypertrempé.
Par exemple, sur un flan de 0,24 mm d'épaisseur, hypertrempé au défilé à 1150o C et ayant la compo sition suivante
EMI0006.0059
<U>C <SEP> Si <SEP> Mn <SEP> Ni <SEP> Cr <SEP> A1 <SEP> Fe</U>
<tb> 0.04 <SEP> 0.01 <SEP> 0.47 <SEP> 16.30 <SEP> 7.03 <SEP> 3.54 <SEP> le <SEP> reste la profondeur d'emboutissage, -réalisée au cours d'un essai Erichsen, a été de 9 mm, le diamètre de la bille étant de 20 mm et le diamètre des mâchoires d e 27 mm.
Il a également été .constaté que si un écrouissage intense est réalisé après l'hypertrem.pe, un traitement de revenu effectué ensuite à une température moyenne qui est souvent de l'ordre .de 400 à 500 C exalte consi dérablement le :durcissement @de l'alliage.
A .titre d'exemple, un écrouissage de 87,5 % par laminage à froid, et un revenu de trois heures à 450e C permettent d'obtenir, sur un feuillard de 0,10 mm ayant la .même composition -que celle du flan de 0,
24 mm qui vient d'être indiqué, une limite élastique à 0,2 % de 240 kg/m@m2 et une charge de rupture de 250 kg/mm2.
Sur un fil de la même coulée, écroui par tréfilage de 73 0/0, les caractéristiques obtenues après vieillis- sement de trois heures à 450o C sont de 230 kg/mm-' pour la limite élastique conventionnelle à 0,
2 % et de 238 kg/mm-' pour la charge de rupture.
Les caractéristiques mécaniques particulièrement élevées obtenues ,après une hypertrempe et un revenu, ou après une hypertrempe, un écrouissage et un revenu d'un alliage selon .l'invention permettent son emploi dans le domaine de la fabrication de ressorts :ainsi que, d'une manière générale, dans le domaine de l'aéro nautique et es engins balistiques. A cet égard, il est intéressant de noter que la densité de l'alliage est relati vement faible, de l'ordre de 7,5 et que le rapport
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est donc particulièrement élevé.
L'al..liage selon l'invention a, de plus, .une bonne résistance à la corrosion. Compte tenu des teneurs en nickel, chrome et aluminium, l'alliage ne rouille pas dans l'eau et n'est pas attaqué par immersion dans une solution de chlorure de sodium à 3 0/0 ou dans des solutions d'acide acétique à des concentrations variables.
Par ailleurs, les alliages riches en chrome, correspondant au domaine délimité par le contour A B C D E, résistent bien aux solutions d'acide nitrique.
Cinq essais consécutifs de 48 heures chacun ont été réalisés à la température ambiante sur un alliage ayant la composition
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<U>C <SEP> Si <SEP> Mn <SEP> Ni <SEP> Cr <SEP> A1 <SEP> Fe</U>
<tb> 0.04 <SEP> traces <SEP> 0.31 <SEP> 11.31 <SEP> <B>1</B>1.87 <SEP> 3.59 <SEP> le <SEP> reste La charge de rupture après écrouissage et revenu durcissant à 500o C était de 241 kg/m,m@.
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N03H <SEP> 4" <SEP> Bé <SEP> (10%) <SEP> N03H,10 <SEP> Bé <SEP> (20%) <SEP> NO.;H <SEP> 33 <SEP> Bé <SEP> (62 <SEP> U'à
<tb> Perte <SEP> en <SEP> poids <SEP> :
<SEP> mg/dm /24 <SEP> h <SEP> mg/dm2/24 <SEP> h <SEP> mg/dm=/24 <SEP> h
<tb> métal <SEP> laminé <SEP> à <SEP> froid <SEP> de <SEP> 87,5 <SEP> % <SEP> . <SEP> . <SEP> 24 <SEP> <B>19,7</B> <SEP> pas <SEP> d'attaque
<tb> métal <SEP> laminé <SEP> de <SEP> 87,5 <SEP> % <SEP> -I- <SEP> 3 <SEP> h <SEP> 500o <SEP> C <SEP> 6 <SEP> 11,5 <SEP> pas <SEP> d'attaque La résistance à la corrosion .est intéressante dans de nombreuses applications et, en particulier, l'al liage selon l'invention convient bien pour la fabrica tion de ressorts moteurs destinés à l'horlogerie pour lesquels une corrosion est une amorce de rupture.
Du fait des teneurs élevées en nickel, chrome et aluminium, l'alliage selon l'invention ne rouille pas s'il est exposé à l'atmosphère.
Un ressort moteur de qualité .doit en outre déve lopper un couple élevé, ce qui implique de bonnes caractéristiques mécaniques. Ces caractéristiques mé caniques élevées sont obtenues par un écrouissage intense suivi .d'un revenu à une température relative ment basse, généralement comprise entre 400o C et 550o C.
Compte tenu du .processus de :durcissement de l'alliage, la fabrication des ressorts moteurs pour l'horlogerie est plus simple que celle des ressorts en acier au carbone. Par ailleurs, les ressorts fabriqués à partir de cet alliage présentent certains avantages par rapport aux ressorts fabriqués en acier au car bone 1 - Il n'est pas nécessaire de prendre des précau- tions particulières pour éviter la corrosion tant pour la fabrication que pour .le stockage ou l'expédition des ressorts, l'alliage étant inoxydable.
2 - Le processus ide fabrication n'implique qu'un revenu :sur un matériau préalablement écroui, les fours de traitement sont simples et les caractéristiques obtenues sur ressorts peuvent être :très régulières. Dans le cas des aciers au carbone, par contre, des installations de trempe sont nécessaires et l'efficacité de la trempe n'est jamais .très régulière.
3 - L'alliage écroui conservant une bonne mal léabilité, le façonnage des ressorts est aisé et n'entraîne .pas une usure anormale des outils.
Il n'est par ailleurs pas nécessaire d'adou cir une des extrémités de la Darne pour former le coqui,llon de retenue. Après traitement de -durcissement, ce coquillon demeure donc ri gide et ne se déforme pas en service dans la montre.
4 - La teneur en carbone ide l'alliage demeurant faible, la bride peut être soudée par points sans difficultés.
5 - Les ressorts fabriqués à partir de l'alliage ont en outre les avantages :suivants a. Ils sont incassables au sens des horlogers. b. Ils développent des .couples élevés.
c. Ils sont stables. Les couples de ces ressorts ne diminuent pas parfatigue, ni par main tien prolongé à la température ambiante, contrairement à ce que .l'on observe :dans le cas des ressorts .en acier :au .carbone.
L'écrouissage nécessaire pour développer le dur cissement -de l'alliage peut être réalisé de différentes manières, suivant le processus de transformation utilisé.
<I>A - L'alliage est transformé en bandes</I> <I>par laminage à chaud</I> Les bandes laminées à chaud sont fortement écrouies par ,laminage à .froid ; .suivant d'épaisseur des bandes laminées à chaud de départ, et l'épaisseur des bandes finales, un ou plusieurs adoucissements inter médiaires peuvent être nécessaires de manière à réali ser un taux d'écrouissage déterminé qui est le plus souvent supérieur à 80 %.
<I>B - L'alliage est laminé à chaud</I> <I>à l'état de fil machine</I> Après calibrage du fil machine par .tréfilage, celui- ci est laminé à froid pour obtenir des bandelettes dont la largeur, qui ,dépend ,du diamètre du fil machine de départ, est le plus souvent supérieure à 10 mm.
Un ou plusieurs adoucissements intermédiaires peuvent être nécessaires pour respecter .un taux ;d'écrouissage adé quat qui est le plus souvent supérieur à<B>80'</B> 0/0. Dans ces deux processus de transformation, les lacets nécessaires à la confection des ressorts sont cisaillés dans la bande ou la bandelette et les rives sont polies mécaniquement.
<I>C - L'alliage est laminé</I> d <I>chaud</I> <I>à l'état de fil machine</I> Au lieu de se borner à un calibrage du fil, il est possible de poursuivre le tréfilage jusqu'à obtenir un fil dont le diamètre est tel que .par laminage ultérieur on obtienne directement le lacet nécessaire à la con fection du ressort.
Le fil ayant un diamètre faible et l'écrouissage par laminage :étant alors insuffisant, il est nécessaire, pour obtenir de bonnes .caractéristi- ques sur ressorts, de conjuguer l'écrouissage par tré- filage et l'écrouissage par ;laminage.
Quelle que soit la technique de transformation utilisée, l'alliage suivant l'invention permet d'obtenir de bons ressorts moteurs et conserve les propriétés énumérées ci-dessus.