Brevet FR2402714A1 — publié le 19790406

La présente-invention concerne un acier résistant à l'usure austénitique. le but de l'invention est d'augmenter la résistance de l'acier à l'abrasion et à l'usure provoquée par une abrasion combinée avec des chocs, par rapport à la résistance à l'usure de l'acier Hadfield Mn 12, dont la composition chimique est la suivante 1.0-1.35 % 0,0-1.0% Si, 11.0-14% Mn selon la norme norvégienne i 6. Conformément à l'invention, l'acier austénitique résistant à l'usure présente la composition chimique suivante 16-23% Mn, 1, 1-1,5 % C, 0-4% Cr, 0,1-0,5% Ti, cet acier contenant également les traces d'impuretés habituelles provenant du processus de fusion, le reste étant Pe. On a soutenu que le seul effet d'une augmentation de la proportion de manganèse au-dessus de 14 % dans l'acier austénitique résistant à l'usure, est d'accroître son coût. les résultats obtenus au moyen de l'acier austénitique réalisé selon l'invention permettent de réfuter cette affirmation. Un acier présentant une teneur en manganèse de 16 à 23 % présente une résistance accrue à l'usure par abrasion, dans la mesure où cet acier satisfait à d'au- tres conditions qui seront décrites ci-après. Un accroissement de la teneur en C augmente la dureté après le traitement thermique. Une différence correspondante dans la dureté sera encore constatée après le durcissement en service. De ce fait, si l'on compare la résistance à une usure purement abrasive de cet alliage avec différentes qualités de fonte, l'alliage présente de bonnes propriétés de résistance à l'usure,-mais n'a pas la fragilité de la fonte. Si la teneur en C est supérieure à 1,5 %, il sera difficile de dissoudre les carbures dans la structure coulée, de sorte que le produit qui en résulte serait sensible à la propagation de fissures. La teneur en Cr devrait être située dans la fourchette de O à 4 %, en fonction du domaine d'applications prévu pour l'alliage. le chrome augmente également la dureté de l'alliage après un traitement thermique, aussi bien que l'aptitude de l'acier à résister à la déformation aux chocs. Le chrome possède un effet stabilisateur vis-à-vis des carbures, et la proportion de chrome doit donc être maintenue au-dessous de la valeur maximum considérée, afin d'éviter la formation de fissures dans les sections transversales épaisses. Aux basses teneur en C, l'addition de Cr favorisera la formation de martensite. Ceci signifie que si la teneur en carbone de l'acier est trop basse, unemartensite fragile non désirée et extrêmement fragile se formera dans les surfaces décarburées. Ce problème est résolu par l'invention. Afin de rendre cet alliage approprié également aux sections transversales à parois épaisses, du titane réduisant la taille des grains est ajouté en pourcentage de 0,1 à 0,5 %. La quantité de titane dépend du domaine d'application et de l'épaisseur de la paroi. le titane augmente l'aptitude de l'alliage à résister à l'usure par abrasion, ainsi qu1à résister à des chocs puissants, car il diminue le risque de formation de fissures. l'addition deTi. élimine ou réduit la sone de cristaux en forme de colonne, et forme une structure équiaxiale à grains fins qui donne une structure coulée relativement ductile. Afin de montrer la résistance à l'usure par abrasion de l'alliage visé par l'invention de manière plus détaillée, on donnera ci-après les résultats d'essais expérimentaux dans les tables suivantes. Table I Composition chimique (pourcentage en poids) d'échantillons variés de l'alliage ; SS Mn 12 est utilisé comme référence (R). Alliage n % C % Mn % Si % Ti % P % Cr 51 1.42 18.0 0.70 0.14 0.044 2.37 55 1.42 19.5 0.75 0.14 0.025 - t I t 58 1.50 21.7 0.63 0.13 0.025 3.15 59 ! 1.38 ! 18.4 ! 0.57 # 0.013 ! 0.023 ! 2.55 R 1.18 12.3 0.82 -- 0.042 0.40 ! i Table II Estimation de résistance à l'usure normalisée à différents niveaux d 'usure (A x N x P) pour une usure purement abrasive.La valeur d'usure normalisée est obtenue en divisant la grandeur de l'usure sur le matériau échantillon essayé, par la grandeur de l'usure du matériau de référence au même niveau d'usure. A = nombre de fois N entre chaque mesure d'usure N = nombre de révolutions entre chaque repositionnement du papier abrasif P = chargement sur l'échantillon Abrasif SiO2 120 Alliage n Abrasif SiC 150 AxNxP AxNxP AxNxP AxNxP AxNxP AxNxP AxNxP AxNxP 600 1800 3600 6000 600 1800 3600 6000 51 !0.775 ! 0.776 !0.789! 0.800! 0.641! 0.864! 0.761! 0.696 55 0.832 0.722 0.767 0.837 0.769 0.856 0.746 0.707 58 1 ! 0.867 !0.884! i 0.667! 0.768! 0.764! 0.696 59 ! ! 0.944 11.039 ! 0.795! 0.880! 0.837! 0.828 R 1 1 1 1 1 1 1 1 Table III Estimation de dureté Vickers à différents niveaux d'usure ; série de testsutilisant SiC 150 comme abrasif sur des échantillons 51,5 et R. La table montre HV3. Alliage n AxNxP AxNxP AxNxP AxNxP AxNxP Moyenne 0 600 1800 3600 6000 51 ! 292 ! 297 ! 321 ! 296 ! 288 !299 55 ! 270 ! 268 ! 286 ! 244 272 ! 268 R ! 220 ! 233 ! 245 ! 244 ! 265 ! 241 Afin d'évaluer la résistance de l'alliage selon l'invention à l'usure provenant de chocs et d'abrasion combinés, des essais ont été exécutés dans une machine du genre casserole, en utilisant des pierres arrondies dans une première étape, et ure combinaison de pierres arrondies suivies de granit broyé, qualité 15-25, dans l'étape n0 2. Table IV Estimation d'usure normalisée et valeursde dureté tirées du test à la machine genre casserole, première étape. Alliage n 7000 24 000 50 000 HV3 HV3 rev. rev. rev. surface surface Diff. non usée usée 51 0.861 0.840 0.835 329 591 262 R 1 1 1 267 535 268 Table V Estimation d'usure normalisée et valeurs de dureté obtenues à partir du test avec la machine genre casserole, étape n 2 Pierre ronde 25-40 Granit broyé 15-25 HV30 Surface Alliage n ! - t ! usée t 7000 1 40 000 ! 57 000 t 78 000 I -78 000 rev. rev. rev. rev. rev. 51 0.902 0.827 0.814 0.806 648 55 0.982 0.896 0.898 0.901 648 58 0.920 0.837 0.812 0.800 614 59 . 0.911 I 0.856 I 0.846 I 0.830 I 622 R 1 1 1 1 606 ! I I I I Des essais sur des échantillons des memes alliages ont été ensuite conduits dans la machine genre casserole, dans laquelle la masse abrasive était un mélange de granit broyé, qualité 5-25 et des boules d'acier de 30mm de diamètre. Le rapport des billes de granit aux billes d'acier était sensiblement 4:1.Le poids important des billes d'acier entrains une pression sur une plus grande surface contre les barres test. Table VI Estimation d'usure normalisée après 130 000 révolutions de la casserole. Alliage n Estimation d'usure normalisée 51 ! 0, 715 55 1 O, 855 58 I Q, 725 59 1 O, 830 R ! 1 On peut constater au vu de ces résultats, que l'addition de Ti améliore nettement la résistance à une usure purement abrasive, tandis que cette amélioration est sensiblement moins marquée, mais cependant suffisamment claire pour les sollicitations par abrasion et chocs combinés. l'addition de Cr a un effet très positif contre les sollicitations combinées abrasion/choce. Pour la résistance à l'usure pure, l'addition de Cr n'est pas nécessaire. les résultats des essais ci-dessus montrent que ltacier résistant à l'usure conforme à l'invention présente une résistance à l'abrasion et à l'usure par chocs et abrasion combinés, de 25 à 30 % supérieure à celle de l'acier Hadfield Mn 12. Ces résultats avantageux ont également été vérifiés par des essais opérationnels. L'acier selon l'invention peut être réalisé par des procédés conventionnels, similaires à ceux permettant d'obtenir SS Mn 12. Grâce à l'effet de stabilisation des carbures du Cr, la trempe doit se produire à une température supérieure à celle du SS Mn 12 conventionnel. REVENDICATION Acier austénitique résistant à l'usure, présentant une bonne résistance à l'usure lorsqu'il est soumis à l'abrasion et à des sollicitations par abrasion et chocs combinés, caractérisé en ce qu'il présente la composition chimique suivante 16 - 23% Mn, 1,1 - 1,5% C, 0- 4% Or, 0,1 - 0,5% Ti, cet acier comportant en outre les traces d'impuretés habituelles provenant du processus de fusion, le reste étant constitué par Pe.