Brevet FR2569426A1 — publié le 19860228

-- 1 -- La présente invention concerne le développement d'aciers du type à haute teneur de carbone et alliage à bas pourcentage utilisés pour la fabrication de disques et d'autres organes actifs de machines agricoles, caractérisé par l'existence de niobium dans leur composition, rendant les disques et autres organes précités fort résistants à l'usure et leur donnant d'extraordinaires conditions pour amortir de façon adéquate les impacts survenus pendant les travaux aux champs, c'est-à-dire, en les attribuant une haute tenacité. D'ailleurs, comme déjà connu, les disques utilisés sur les équipements agricoles sont des organes actifs responsables à mouvoir la terre ou à enlever les plantes indésirables, étant donc toujours sujets à fonctionner dans les conditions les plus diverses de frottement ou d'application de charges, ce qui actuellement ne permet pas un usage pendant longtemps. Alors, voilà pourquoi les fabricants de ce type d'équipement s'efforcent toujours d'en améliorer le rendement et de prolonger le temps d'usage, notamment en considérant que le coût relativement haut de celui-ci rend chère sa rechange, laquelle pour quelques instruments parfois doit être faite dans peu de moissons. Les disques agricoles conventionnels sont obtenus à partir de tôles ayant compositions diverses, comme on peut le constater, par exemple, dans la norme technique n* NBR 6192/1983 - ABNT: (ASSOCIATION 8RESILIENNE DE NORMES TECHNIQUES). TOLE D'ACIER LAMINEE A CHAUD POUR LA FABRICATION D'EQUIPEMENT AGRICOLE Dési- gnation Elément (Z du poids) Carbone Manganèse Silicium Chrome Vanadium 59DA 0,55-0,65 0,80-1,10 0.15-0,35 0,90-1,20 0,07-1,12 DA3 0,65-0,75 0,60-0,90 0,15-0,30 --------- --------- 70DA6 0.65-0,75 0,60-0,90 0.15-0,30 0,05-0,20 ----- DA9 0,65-0,75 0,60-0,90 0,15-0,30 0,40-0,60 --------- DA 0,75-0,88 0,60-0,90 0,15-0,30 --------- --------- 88DA3 0,83-0,93 1,10-1,40 0,15-0,30 --------- --------- 88DA6 0,83-0,93 1,10-1,40 0,15-0,30 --------- -------- 3588DA9 0,83-0,93 1,25-1,55 0,15-0,30 --------- --------- ayant les teneurs maximales de phosphore = 0,040 et soufre = O,40Z pour tôles recevant le traitement de laminage croisé; ou teneurs maximales de phosphore = 0,025Z et soufre = O,O15X pour tales recevant - 2 - traitement de laminage unidirectionnel. La composition désignée O7DA9, quoique ayant les mêmes inconvénients des autres, est celle qui a été la plus utilisée dans la production de tôles pour la fabrication de disques et d'autres outils de machines agricoles. En ce qui concerne leur fabrication et en partant de tôles connues, les disques sont moulés en différentes formes, tous ceux passant par les phases de coupe, forage, chauffage à la température de 950 à 980'C, estampage, et ensuite ils sont trempés en huile, revenus dans une variation de température de 480 à 580'C, affûtés et peints généralement par immersion. En ce qui concerne les qualités données aux disques pour le- travail qu'ils exécutent, sont très importantes la composition de la tôle et les phases de traitement thermique, soit la trempe et le revenu, puisque ceux-ci déterminent la structure finale ete les propriétés mécaniques des disques. En retournant aux compositions traditionnelles, nous sommes d'avis que l'utilisation de l'une ou de l'autre présente de graves inconvénients, parmi eux se détachant avec importance majeure les suivants: - variation de la tenacité, en vertu du chauffage relativement haut (950 à 980C), entrainant la croissance du grain d'austénite de façon continue ou discontinue (grains duplex, qui diminuent sensiblement la résistance à l'impact),. - bas pourcentage de carbures (Fe3C) présenté par le matériau après trempe et revenu, le prédisposant à l'usure prononcée par l'abrasion avec le sol. Donc, dans de telles circonstances et dans le but de les surmonter, plusieurs aspects concernant la composition et les phases de traitement, soit trempe et revenu, ont été analysés, en fonction de quoi a été développé le perfectionnement faisant l'objet du présent brevet d'invention, lequel consiste essentiellement dans l'inclusion de niobium (Nb) dans la composition des aciers du type à haute teneur de carbone et alliage à bas pourcentage, appliqués dans la fabrication de disques et d'autres instruments aratoires pour labourer la terre, qui par sa forme d'action a amené de nouvelles propriétés, mentionnées ci-après, aux disques et autres organes actifs des machines agricoles. En vue de mieux éclaircir le perfectionnement d'aciers pour la -3-fabrication de disques et d'autres instruments aratoires pour labourer la terre, faisant l'objet du présent brevet d'invention, des dessins adéquats sont ajoutés, auxquels: - la figure 1 montre la grosseur du grain d'austénite de l'acier ABNT 70DA9 usuellement employé (Attaque picral Amplification X); - la figure 2 montre la grosseur du grain d'austénite de l'acier avec niobium (Attaque picral - Amplification 100 X) ; - la figure 3 montre un graphique comparatif entre la croissance du grain d'austénite de l'acier A8NT 70DA9 et l'acier avec niobium; - la figure 4 montre un graphique comparatif de la perte de poids entre la composition conventionnelle A, 8, C et 0, faisant l'objet de l'invention, lorsque soumises à l'essai d'usure; - la figure 5 montre le résultat de "'l'Essai de la Sphére' sur l'acier ABNT 70DA9,. traité thermiquement - Dureté 40-41 Rockwell c; - la figure 6 montre le résultat de "l'Essai de la Sphère' sur l'acier avec niobium, traité thermiquement - Dureté 40-41 Rockwell c; les figures 7 et 8 montrent des graphiques représentant "l'Essai de Durcissibilité par la Trempe pour Acier, selon ASTM A 245- 45T", auquel ont été soumis les aciers inventés; et - la figure 9 montre un graphique comparatif de la dureté du revenu lorsque trempé à 960'C en huile de l'acier ABNT 70DA9 usuel et les aciers avec niobium, suivant l'invention. Conformément au proposé dans la présente invention, le perfectionnementdes aciers pour la fabrication de disques et d'autres instruments aratoires pour labourer la terre consiste essentiellement dans inclusion dans la composition d'un acier à haute teneur de carbone et alliage à bas pourcentage. du type employé dans la fabrication de disques et d autres organes actifs de machines agricoles pour labourer la terre, d'une portion de niobium (Nb) en basse ou haute concentration. De façon embarrassante, la présence de Nb dans l'acier pour cette fin peut être définie sous une des formes suivantes: A B C D C 0,70-0,90 0,70-0,90 0,70-0,90 0,70-0,90 - Mn 0,80-1,10 0,80-1,10 1,30-2,00 1,30-2,00 256942e -4 - Si 0,15-0,30 0,150,30 0,15-0,30 0,15-0,30 P 0,025(max.) 0,025(max.) 0,025(max.) 0,025(max.) S 0,015(max.) 0,015(max.) 0,015(max.) 0,015(max.) Cr 0,'0-0,60 0,40-0,60 ---------- ---------- Nb 0,01-0,10 0,10-1,00 0,01-0,10 0,10-1,00 Le niobium,-élément clef de la nouvelle composition, assure l'élimination du grain grand ou duplex (qui provoque la variation de tenacité), dû à son action d'élément microliant, agissant comme un efficace raffineur de grain, maintenant une granulation fine ASTH 8 et inférieure à 8 jusqu'à la température d'austénitisation d'environ 1100'C, ce qui augmente avec beaucoup d'avantages les variations ordinairement limitées de température obligatoirement utilisée pour d'austénitisation des aciers communs, utilisés jusqu'alors. Les figures 1 et 2 ci-jointes montrent l'effet de la température d'austénitisation pour l'acier de la composition 70DA9 de la norme ABNT (figure 1) et pour l'acier avec niobium (figure 2). On note que ce dernier, avec niobium, a présenté une granulation beaucoup plus fine, à la température d'austénitisation de 900 'C. A la figure 3, on note l'effet de la croissance des grains d'austénite pour l'acier A8NT 70DA9 et avec niobium. Ce raffinage de grain entraine une augmentation considérable de la tenacité à l'impact, augmentation à la fatigue des disques de charrues et herses. Comme cela est connu, le grain fin mène à une diminution sensible de microgerçures aussi bien transgranulaire que intergranulaire, en martensite du type 'plate' (haute teneur de carbone), laquelle pour une même teneur de carbone dépend grandement de la grosseur du grain d'austénite, comme cité par 'Microcracking Sensitivity in Fe-C Plate Martensite" - A.R. MARDER, A.O. 8ENSCOTER, AND G. KRAUSS - Metallurgical Transactions, Volume 1, June 1970 1545; et encore 'The Effet of Austénite Grain Size or Microcracking in Martensite of an Fe-1. 22C Alloy" - R.P. BROBST AND G. KRAUSS - Metallurgical Transactions, Volume 5, February 1974 - 457. On peut ajouter que, à part l'action du'niobium comme raffineur de grain, on a encore aprés la trempe et le revenu la précipitation de carbures de niobium (NbC) ou de carbonitrures de niobium (NbN) d'une forme discontinue et finement dispersée, enanmliorant la résistance à l'usure par abrasion, il était aussi connu que les grains fins ont plus de résistance à l'usure par abrasion que les grains grossiers, en 69422 -5 - plus d'augmenter la tenacité. La figure 4 montre les résultats obtenus aux essais d'usure pour les compositions développées avec Nb A B C D en comparaison avec l'alliage ABNT 70DA9, chaque résultat représentant une moyenne de six déterminations. On note dans la figure respective que tous les alliages développés, aussi bien de basse que de haute teneur de niobium, présentent moins de perte de masse que l'acier ABNT 70DA9, en caractérisant, donc, une plus grande résistance à l'usure par abrasion pour les alliages développés. Les essais d'usure par abrasion ont été effectués par glissement à sec contre un disque abrasif attaché à un disque en aluminium avec une rotation de 300 rpm, charge de 800g et temps de dureté de 25 minutes. Les échantillons d'essai des aciers étudiés ont été traités thermiquement pour duretés allant de 40 à 41 Rockwell c. Après les traitements thermiques les échantillons d'essai ont été rectifiés à la taille normale de 10 millimètres de diamètre par 20 millimètres de long et essayés après. L'amélioration de la tenacité a été vérifiée à travers "l'Essai de la Sphère", suivant le Projet de Norme ABNT N' 12.02.05.004 - DISQUE POUR MACHINES AGRICOLES - ESSAI DE LA SPHERE - Méthode d'Essai, dont les résultats sont présentés aux figures 5 et 6 pour l'acier ABNT DA9 et avec niobium, respectivement. On note que l'acier 70DA9 après l'essai (figure 5) a présenté un déchirement de matière, tandis que celui avec niobium n'a eu qu'une simple déformation plastique nécessaire pour le passage de la sphère, donc montrant une plus grande tenacité. L'effet du niobium dans la trempabilité a été évalué à travers l'essai 'Jominy', o on note que le même n'a pratiquement aucun effet sur l'augmentation de la trempabilité, aussi bien aux compositions présentées contenant du chrome et du manganèse qu'aux compositions contenant seulement du manganese. Les figures 7 eet 8 sont des graphiques représentant l'Essai de Ourcissibilité par la Trempe pour Acier, selon ASTM 245-45T", étant utilisée à la figure 8 la composition 0,751 C, 0,911 Mn, 0,26% Si, 0,217 P, 0,027 S, 0,63Z cr et 0,02Z Nb, tandis qu'à la figure 8, la composition utilisée est 0,731 C, 1,501 Mn, 0,271 Si, 0,020% P, 0,0177 S et 0,41Z Nb. Selon vu, parmi les compositions d'alliages pour la fabrication - 6 - de disques et instruments aratoires ordinairement employés, se détachent celles contenant dans leur composition Mn et Cr en petites quantités et d'autres contenant seulement Mn en grandes quantités, les premières, du à l'usage des deux éléments, ayant une plus grande fragilité du revenu que les alliages contenant un seul élément. L'usage du niobium, maintenant proposé, à titre d'effet secondaire pourrait diminuer ou même éviter la fragilité du revenu, en fonction de quoi il pourrait parfaitement remplacer le vanadium et le molybdène, usuellement employés pour éviter la fragilité du revenu. De cette manière, toutes les compositions essayées ont présenté à peu près la même trempabilité et dureté après le revenu pour échantillons trempés à 960'C en huile, tel que le montre le graphique à la figure 9. - 7 REVENDICATIONS 1. Perfectionnement en aciers pour la fabrication de disques et d'autres instruments aratoires pour labourer la terre, du type à haute teneur de carbone et alliage à bas pourcentage, caractérisé par l'inclusion de niobium (Nb) dans la composition des aciers et dans une possibilité d'exécution étant compris par 0,70 à 0,901 en poids de carbone (C); 0,80 à 1,101 en poids de manganèse (Mn); 0,15 à 0,301 en poids de silicium (Si) ; 0,0251 (maximum) en poids de phosphore (P); 0,015Z (maximum) en poids de soufre (S); 0,40 à 0,601 en poids de chrome (Cr) et 0,01 à 1,00Z en poids de niobium (Nb). 2. Perfectionnement en aciers pour la fabrication de disques et d'autres instruments aratoires pour labourer la terre, selon la revendication 1, et dans une autre possibilité d'exécution caractérisé pour être compris entre 0,70 à 0,90Z en poids de carbone (C); 1,30 à 2,001 en poids de manganèse (Mn); 0,15 à 0,30Z en poids de silicium (Si); 0,025Z (maximum) en poids de phosphore (P); 0,015Z (maximum) en poids de soufre (S) et 0,01 à 1,00Z en poids de niobium (Nb).