Brevet FR2217432A1 — publié le 19740906

La présente invention concerne des aciers à usinabilité améliorée par une certaine teneur en indium, et aussi diverses modalités de procédés d'élaboration pour les obtenir On sait que l'aptitude à l'usinage des aciers peut être améliorée par l'addition de divers éléments, dont l'action bénéfique peut être liée s - soit à un rôle de lubrification des interfaces, copeau-outil ou pièce-outil, - soit à un r81e de fragilisation dans la zone de cisaillement. Plusieurs éléments (S - Se - Te - Pb - Bi) sont utilisés de manière habituelle dans les aciers, et présentent tous divers inconvénients - baisse des caractéristiques en travers, principalement pour le soufre, - difficulté de transformation à chaud, principalement pour le tellure, - mauvaise répartition dans le lingot, principalement pour le plomb et pour le bismuth, - toxicité, principalement pour le sélénium et le plomb. Le but de la présente invention est d'améliorer l'usinabilité des aciers tout en diminuant ou en supprimant les inconvénients mentionnés ci-dessus. Â cet effet, la présente invention a d'abord pour objet des aciers contenant une certaine teneur en indium, au plus égale à 0,350 %. Il n'est pas exclu que cette teneur in indium des aciers selon l'invention soit associée à celle d'autres éléments déjà connus pour améliorer l'usinabilité, et qui ont été cités ci-dessus. L'invention a aussi pour objet diverses modalités d'élaboration des aciers à l'indium. Suivant une première variante d'élaboration, l'indium est ajouté à l'acier liquide à l'état d'indium, corps simple. Suivant une deuxième variante d'élaboration, l'indium est ajouté à l'acier liquide à l'état de corps composés, ou alliages tels que t plomb-indium, étain-Indiùrn9 plomb-bismuth-indium-cadmium, soufre-indium, sélénium-indium,- etc; o.. Suivant des caractéristiques particulières de l'inventions l'addition d'indium, ou d'alliages ou de composés d'indium, à l'acier liquide, peut être effectuée soit dans le four d'aciérie, soit en poche de coulée, soit en lingotière. Afin de bien montrer le grand intérêt de l'invention, il faut mentionner ici les caractéristiques de l'indium, et les avantages qui en résultent. Tout d'abord, l'indium est un lubrifiant très efficace. Esuite,sa présence entrains une fragilisation de l'acier aux températures régnant dans la zone de cisaillement du copeau lors de l'usinage de l'acier. Son absence de toxicité permet son emploi en aciérie dans de très bonnes conditions. Sa basse tension de vapeur et son point de vaporisation (2.000 C) nettement supérieur aux températures de coulée de l'achier lui assurent un très bon rendement, proche de 100 . Sa densité (7,3), voisine de celle de l'acier liquide (7,1) favorise se répartition homogène dans le lingot d'acier. L'amélioration d'usinabilité est d'autant plus forte que la teneur en indium est plus élevée, et devient surtout sensible pour des teneurs supérieures à 0,100 5'. C'est ainsi que les gains de productivité en usinage obtenus par l'addition d'indium à ltacier varient de 20 % environ pour une teneur de 0,15 % d'indium à 150 ffi environ pour une teneur de 0t35 % d'indium. Un autre avantage important de la présence d'indium, dès les plus faibles teneurs, telles que 0,010 5' par exemple, est 11 obtention dtun copeau fragmenté pour les diverses opérations d'usinage considérées. On sait l'intérêt que présente l'obtention d'un tel copeau dans l'usinage sur machines automatiques. En revanche, il faut mentionner que, dans les aciers de construction, l'indium provoque une certaine baisse de résilience et une diminution de forgeabilité. Ces diminutions sont acceptables jusqu'à 0,350 5' d'indium# Au-delà, elles deviennent relativement importantes. C'est pourquoi l'invention limite la teneur en indium de gracier à cette valeur. La présence d'indium est efficace, pour améliorer l'usinabilité, dans les aciers de construction su carbone et alliés, dans les aciers inoxydables, martensitiques, ferritiques et austéni- tiques, dans les aciers rapides, et, d'une façon générale, dans tous les allia es à base de fere Afin de bien faire comprendre l'intérêt de l'ir.vention, on va décrire ci-après, à titre d'exemples non limitatifs, deux aciers contenant deux teneurs distinctes en indium, et on va les comparer à un acier très voisin mais sans indium puis à un acier voisin sans indium, mais avec 0,185 % Pb. Il s'agit de quatre aciers de type XC 38 contenant respectivement 0 %, 0,086 %, et 0,340 % d'indium. On désigne par IC 38 un acier au carbone contenant 0,380 % de Carbone. environ Plus précisément, les analyses ae ces quatre-aciers sont les suivantes t Si% ~~~ i) Sans Pb ni In 0,38 0,72 0,32 0,023 0,005 2) Avec Pb sans In 0,38 0,72 0;;28 0,023 0,005 - 0,185 3) Sans Pb avec In 0,39 0,78 0,28 0,021 0,006 0,096 4) Sans Pb avec In 0,38 0,68 0,20 0,023 0,005 0,340 Pour ces quatre aciers, le tableau ci-après indique les résultats d'essais dtusinabilite et aussi les résultats d'essais mécaniques. L'usinabilité a été évaluée en perçage et en tournage t les indices d'usinabilité expriment les gains de productivité (dé- bit de copeau) pour une même usure de l'outil en prenant comme base l'acier sans plomb ni Indium auquel on a affecté l'indice 100 Caractéristiques méca. Basais d'usinabilité Trait. 850 1h eau + 550 1h air Indice Indice d'usina- dtusina- R RO,002 A 50 Kcu bilité. bilité. hbar hbar % daj/cm2 en perçage en tournage Sans Pb ni In base 100 base 100 80,0 55,0 20 8,2 Avec Pb sans In 140 124 79,6 58,0 17 7,5 (Pb=0,185 %) Sans Pb avec In 110 106 79,4 54,0 18 5,7 (In=0,096 %) Sans Pb avec In 242 140 75,6 51,4 19 4,9 (In=0,340 %) Les gains d'usinabilités obtenus dans la coulée à forte teneur en indium sont très nettement supérieurs à ceux obtenus par addition de plomb. l'amélioration de productivité obtenue est plus limitée pour la teneur en indium de 0,096 % mais il faut rappeler que l'addition d'indium, meme à faible teneur ( Z 0,050 5'), apporte l'avantage d'une fragmentation aisée du copeau. Comme indiqué cidessus, on observe une baisse de la résilience dans les coulées à l'indium. Il est bien évident que lton peut, sans sortir du cadre de l'invention imaginer des variantes et perfectionnements de dé- tails, de même qu'envisager l'emploi de moyens équivalents. REVENDICADIONS 10) Aciers à usinabilité améliorée, caractérisés en ce qutils contiennent une certaine teneur en indium, au plus égale à 0,350 . 20) Aciers selon la revendication 1, caractérisés en ce qu'ils contiennent en outre au moins un des éléments suivants s soufre, sélénium, tellure, plomb bismuth 30) Procédé d'élaboration des aciers mentionnés dans l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé par une addition d'indium, corps simple, à l'acier liquidez 4 ) Procédé d'élaboration des aciers mentionnés dans l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé par une addition d'un composé ou alliage d'indium à l'acier liquide. 50) Procédé d'élaboration des aciers mentionnés dans l'une quelconque des revendications 1 ou 2, selon l'une quelconque des revendications 3 ou 4. caractérisé en ce que 11 addition à l'acier liquide d'indium ou dtun composé d'indium s'effectue dans le four d'aciérie. 60) Procédé d'élaboration des aciers mentionnés dans l'une quelconque des revendications 1 ou 2, selon l'une quelconque des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que l'addition à l'acier liquide d'indium ou d1un composé d'indium s'effectue dans la poche de coulée0 70) Procédé d'élaboration des aciers mentionnés dans l'une quelconque des revendications 1 ou 2, selon l'une quelconque des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que l'addition à l'acier liquide d'indium ou d'un composé d'indium s'effectue en lingotière.