Brevet FR2226476A1 — publié le 19741115

La présente invention concerne des aciers de travail à froid. Les aciers de travail à froid doivent, en raison des efforts auxquels ils sont soumis, présenter une très grande résistance à l'usure, à laquelle doit être associée une ténacité minimale. En particulier, dans les scies alternatives et circulaires, qui sont soumises à de très grands efforts, ainsi que dans les scies à ruban de scierie et à tronçonner pour le travail du bois, des exigences de plus en plus impératives sont imposées en ce qui concerne les propriétés de ténacité de l'acier. les outils destinés à ces applications étaient Jusqu'à présent fabriqués avec des aciers contenant de 0,50 à 1,20 % de-carbone. Pour élever le niveau de qualité, on a allié additivement à ces aciers outre leurs teneurs en manganèse et en silicium usuelles, du chrome, du molybdène, du tungstène, du vanadium et du nickel. La dureté en service d'aciers de travail à froid atteint, selon leur utilisation, entre 50 et 70 HRC. D'une part, en raison des efforts d'usure, des duretés plus élevées sont nécessaires et, d'autre part, lorsqu'on augmente ces duretés, la té nacité des matériaux utilisés diminue dans une mesure telle que certains outils, avant même leur expédition à l'utilisateur, peuvent être endommagés par le moindre choc. Certes, une réduction de la dureté par un traitement de revenu améliore les propriétés de ténacité, mais elle entraîne, en service, une usure plus rapide. L'addition, comme éléments d'alliage, de chrome, de molybdène, et de tungstène n'amène une légère amélioration des propriétés de résistance à l'usure à une température relativement élevée que dans la mesure où des carbures de chrome, de molybdène et de tungstène se forment dans l'acier.Ces carbures sont noyés dans la matrice martensitique et ne restent efficaces que dans la mesure où celle-ci présente, également, une dureté relativement élevée. Un traitement de revenu, ctest-à-dire une réduction de dureté et une augmentation de ténacité correspondantes, ne permet d'obtenir des résultats satisfaisants qu'au début de l'utilisation. Au ccurs du service ultérieur, la matrice de l'acier se détériore et les grains des carbures se désagrègent. Des échauffements au-dessus de 1000C provoqués par le travail accélèrent ce processus. tTne autre proposition antérieure, destinée à prolonger la durée de vie d'outils de travail à froid, consiste à appliquer une couche particulièrement résistante à l'usure sur l'arête de travail des outils. Toutefois, cette façon de procéder présente cet inconvénient qu'après un certain temps, la couche superficielle finit quand même par s'user et que pour procéder à un nouveau dépôt d'une telle couche, il est nécessaire de démonter 1' ensemble de l'outil et de le traiter à nouveau. Compte tenu de ce qui précède, l'invention a, notamment, pour objet de prolonger la durée de vie d'outils de travail à froid et en même temps de réduire la fragilité naturelle de ces outils tout en leur donnant une plus grande dureté. Pour résoudre ce problème, on allie additivement aux aciers de travail à froid du niobium à raison d'un pourcentage d'un ordre de grandeur compris entre 0,05 et 2 %, des additions de tantale au niobium pouvant, en outre, être prévues avec l'ordre de grandeur techniquement usuel dans le ferroniobium. Grâce à l'addition de niobium, dans les aciers à faible teneur en carbone, la résistance à la déformation à long terme jus qu'd 5000C peut être notablement améliorée. En outre, il est dé à connu d'ajouter du niobium à des aciers de travail à chaud et à des aciers rapides. Dans tous ces cas, les propriétés de résistance à chaud de ces aciers sont améliorées. Dans les aciers au nickel-chrome austénitiques, l'effet produit sur les caractéristiques de liaison du carbone par addition de niobium à raison de huit à dix fois la teneur en carbone empêche la désagrégation des grains. Dans tous les cas, l'utilisation de niobium comme élément d'alliage s'effectue en présence de quantités relativement grandes des éléments comprenant le molybdène, le chrome, le tungstène et le nickel. l'utilisation de niobium dans les aciers à outils est limitée, du fait que le niobium forme avec le carbone des carbures peu solubles qui conduisent, d'une part, à un appauvris- sement en carbone du matériau de base et, d'autre part, en raison de la faible solubilité des fractions séparées de carbure de niobium, à des difficultés lors du traitement thermique de tels aciers. Dune manière surprenante, la Demanderesse a trouvé que des additions de niobium à des aciers de travail à froid faiblement alliés, à teneur en carbone, conduisent à une amélioration sensible de la résistance à l'usure avec, en même temps, l'obtention d'une ténacité et d'une solidité optimales. Ces propriétés assu rent, lors de la fabrication de scies circulaires, à channe, et à ruban, ainsi que de lames de tout type, des durées de vie extra mement longues. Contre toute attente, on a constaté que l'effet optimal d' additions de niobium dans les aciers de travail à froid se fait sentir si les autres éléments d'alliage tels que le chrome, le molybdène, le tungstène, le nickel et le vanadium sont compris dans les pourcentages de 0,01 à 1 % de chrome, 0,01 à 1 ffi de molybdène, 0,01 à 1 % de tungstène, 0, 01 à 2 % de nickel et 0,01 à 0,5 ffi de vanadium. Pour la fabrication de scies à ruban et à chaîne, il convient d'utiliser des aciers contenant de 0,55 à 0,95 % de carbone, 0,25 à 0,50 % de silicium, 0,30 à 0,50 % de manganèse, 0,1 à 0,2 % de chrome, 0,1 à 0,2 % de molybdène, 0,1 à 0,2 ffi de tung stène, 0,05 à 0,1 % de vanadium, 0,8 à 1,2 % de nickel et 0,25 à 0,35 % de niobium, le reste étant du fer et les éléments secondaires qui accompagnent l'acier d'ordinaire. Pour les couteaux mécaniques, les burins, les couteaux de boucher et de boulanger, les lames de ciseaux, les plaquettes de coupe, les poinçons, les outils coupants aratoires et les outils à ébarber, des aciers présentant une composition comprenant 0,50 à 1,10 % de carbone, 0,25 à 0,50 % de silicium, 0,20 à 0,70 % de manganèse, 0,15 à 0,25 % de molybdène, 0,15 à 0,25 % de chrome, 0,01 à 0,05 % de vanadium, 0,30 à 0,55 % de niobium, le reste étant du fer et les éléments secondaires de l'acier, se sont avérés particulièrement-satisfaisants. tes lames de taraud ou outils à fileter, les forets hélicoI- daux et surtout les outils de coupe à plaquettes rapportées sont avantageusement fabriqués avec un acier contenant 0,95 à 1,35 % de carbone, 0,30 à 0,60 % de silicium, 0,80 à 1,20 % de manganèse, 0,30 à 0,60 % de chrome, 0,30 à 0,60 % de tungstène, 0,15 à 0,20 % de vanadium, 0,40 à 0,65 % de niobium, le reste étant du fer et les éléments secondaires qui accompagnent habituellement l'acier. Pour des applications qui, outre la résistance à l'usure et la ténacité, exigent également une grande élasticité, il est recommandé d'allier additivement, aux aciers suivant l'invention, du silicium jusqu'à concurrence de 1,8 %. Des exigences extrêmement impératives sont imposées en ce qui concerne la résistance à usure, la ténacité et 1'41astieit6, dans les marteaux pneumatiques. Un acier suivant l'invention dt une composition comprenant 0,45 à 0s60 % de carbone, 1,30 à 1,70% de silicium, 0,50 à 1,00 % de manganèse, 0,50 à 1,00 % de chrome, 0,10 à 0,30 % de molybdène, 0,30 à 0,80 % de nickel, 0,30 à 0,60% de niobium, le reste étant du fer et les éléments secondaires de l'acier, s'est avéré, lors des essais, capable de satisfaire aux exigences qui sont imposées aux aciers pour forets. Pour récapituler, on voit donc que l'invention propose des aciers de travail à froid composés de 0,45 à 1,50 % de carbone, 0,2 à 2 % de manganèse, 0,2 à 1,8 % de silicium, éventuellement jusqu'd 1 % de chrome, jusqu'à 1 % de molybdène, jusqu'à 1 % de tungstène, jusqu'à 0,5 % de vanadium, et jusqu'à 2 % de nickel, le reste étant du fer et les éléments secondaires de l'acier et quelle réside en ce que des aciers de cette composition contiennent de 0,05 % à 2,5 % de niobium. Pour faciliter le façonnage à chaud, il peut être avanta geux d'ajouter à des aciers suivant l'invention jusqu'à 2 % de manganèse. REVEEDICATIOIi Acier de travail à froid composé de 0,45 à 1,50 % de carbone, 0,2 à 2 % de manganèse, 0,2 à 1,8 % de silicium avec éventuellement jusqu'à 1 % de chrome, jusqu'à 1 % de molybdène, jusqu'à 1 % de tungstène, jusqu'à 0,50 % de vanadium,- jusqu'à 2 % de nickel et jusqu'à 0,5 % de cuivre, le reste étant du fer et les éléments secondaires qui accompagnent habituellement l'acier, caractérisé en ce qu'il contient de 0,05 à 2,5 % de niobium.