Brevet FR2637615A1 — publié le 19900413

L'invention a pour objet un acier maraging d'un certain type, un procédé pour le préparer, et son emploi. Des aciers dits maraging sont connus couramment depuis 1960. Ces aciers sont des aciers martensitiques fer- nickel qui sont durcis par la précipitation de composés in- termétalliques contenant Mo et Ti. En général, ils ont été utilisés pour des pièces forgées. L'invention se rapporte à un acier de type mara- ging ayant une certaine composition qui peut être utilisé aussi pour des produits moulés et, en particulier, pour des pièces moulées de grandes dimensions. L'acier de l'invention comprend, comme éléments d'alliage,du nickel à une teneur de 17 à 19% environ, du molybdène à une teneur de 4 à 6% environ, du cobalt à une teneur de 10 à 13% environ et du titane en dessous de 0, 35% environ. L'acier de type maraging est un alliage à base de fer qui se trouve, à l'état recuit de mise en solution, dans la gam- me austénitique et qui, par suite de son refroidissement à la température environnante, devient martensitique. La réaction produisant la martensite est favorisée par le de- gré important d'alliage de l'acier. Des composés interméta- liques sont précipités dans la martensite au cours d'un traiteoent de précipitation dans une gamme de températures de 400 à 600 C environ. Pour la formation des composés intermétalliques, au moins deux des éléments d'alliage suivants sont inclus dans l'acier: le cobalt, le molybdène et le titane. La ré- sistance à la traction et la dureté de l'acier sont basées sur ce processus de précipitation ainsi que sur la matrice martensitique. Le carbone est une impureté et sa concentra- tion devrait être au maximum de 0,05%, de préférence au maximum 0,02%, et dans le cas de grandes pièces de 0,01% au maximum. La concentration des éléments d'alliage dans un acier maraging conforme à la présente invention est: Ni 17 à 19 Z Mo 4 à 6 % Co 10 à 13 % Ti La concentration maximale des impuretés est la suivante: C 0,04 Z. L'une des impuretés les plus critiques est le carbone qui, au cours de refroidissement lent, forme de gran- des précipitations Ti(C,N) aux joints des grains, ce qui en réduit la résistance. L'acier est produit, de manière optimale, au mo- yen du procédé dit VODC (Convertisseur de Décarburation à l'Oxygène sous Vide). De cette façon, les faibles concentra- tions nécessaires en C, S, H, 0 et N sont atteintes de maniè- re optimale. Les propriétés mécaniques de l'acier de l'inven- tion sont les suivantes: Re> 1650 MPa (traction) Re > 2000 MPa (compression) R > 1730 MPa m-- A5 > 6 % Z Essai au choc Charpy entaille en V CVN > 15 J à 20 C Résistance à la fracturation KIC > 80 MPaVE-à 20 C KIIC > 140 MPa MWà 20 C. Les températures typiques de tra:tement thermi- que sont: homogénisation à 1200 C environ recuit de mise en solution à 900 C durcissement par précipitation à 450 C environ. Des variations de la durée de la précipitation n'ont pas d'effet significatif sur les propriétés mécani- ques. La soudabilité de l'acier est bonne aussi avec de grandes sections. Les propriétés mécaniques de la zone soudée correspondent aux propriétés de la matière de base. lesmeilleurs résultats sont obtenus lorsque le soudage est effectué avant le recuit de mise en solution et le durcis- sement par précipitation. La composition de la matière de soudage est substantiellement la même que celle du métal de base. Le préchauffage n'est pas nécessaire. Il est re- commandé d'utiliser une faible énergie pendant le soudage. L'acier peut être usiné à l'état de recuit de mise en solution. Les propriétés de la pièce usinée corres- pondent aux propriétés de l'acier martensitique AISI 4340 qui a été durci à la même valeur de dureté (30...35 HRC). A l'état durci par précipitation, la dureté de l'acier est de 50...53 HRC. Dans cet état, la vitesse d'usinage en relation avec la durée de vie de la machi- ne-outil est presque deux fois plus élevée que dans le cas de l'acier AISI 4340 durci à la dureté correspondante. Tou- tefois, dans le cas de l'acier conforme à la présente in- vention, il est normalement non nécessaire d'exécuter l'usinage à l'état durci par précipation parce que les chan- gements des dimensions pendant la précipitation sont très faibles, de 0,05%Z environ seulement. A partir de l'acier de l'invention, il est possi- ble de fabriquer des pièces usinées spécialement, de grandes dimensions, de la façon suivante: 1. Une ébauche est préparée par moulage à partir d'un acier maraging du type décrit ci-dessus (dureté 280... 320 HV). 2. L'ébauche est usinée grossièrement. 3. Les contraintes sont éliminées par un traite- ment thermique à 800...900 C, suivi d'un refroidissement à l'air (des contraintes peuvent résulter, par exemple, d'un usinage inégal). 4. L'usinage final est exécute. 5. Le durcissement par précipitation est effec- tué jusqu'à la durée ultime (500...800 HV) à 450...530 C, refroidissement à l'air. 6. La finition est exécutée. En comparaison du processus de fabrication de la même pièce à partir d'un acier à outil ultradur classi- que, les avantages suivants sont obtenus: - au moins trois opérations d'usinage ou de traitement thermique sont évitées, - des économies sont obtenues sur le coût du traitement thermique, - des temps de livraison plus courts sont pos- sibles, - des économies sont obtenues sur le coût de l'usinage (parce que la matière durcie n'a pas à être usi- née), - des criques et des déformations dues au trai- tement thermique sont évitées. Des emplois possibles de l'acier conforme à l'invention sont, en particulier: - outils de moulage sous pression pour l'alu- minium, - moules pour presse à injection et outils d'extrusion pour matières plastiques, - outils de poinçonnage et d'estampage pour métaux en feuilles, - structures résistantes à la pression pour les profondeurs de la mer, - chambres pour moteurs de roqsettes - applications aéronautiques et spatiales, - outils d'extrusion pour l'aluminium, - atterrisseur pour avions et hélicoptères, - roues et enveloppes pour pompes, - équipement hydraulique, - ressorts, - détecteurs pour la mesure de puissance. REVENDICATIONS 1 - Acier maraging, caractérisé en ce qu'il con- tient les substances suivantes: Ni, Mo, Co et Ti comme éléments d'alliage et en ce que les concentrations de ces éléments d'alliage sont: Ni de 17 à 19% environ Mo de 4 à 6% environ Co de 10 à 13% environ Ti utilisé comme matière pour pièces moulées. 3 - Acier maraging selon la revendication 2, utilisé comme matière pour des pièces moulées de grandes dimensions. 4 - Procédé pour la préparation d'acier mara- ging, caractérisé en ce que l'acier tel que revendiqué dans l'une quelconque des revendications 1 à 3 est préparé dans un convertisseur de décarburation à l'oxygène sous vide. - Procédé pour la fabrication de pièces mou- lées, selon lequel une ébauche est fabriquée en acier, l'ébauche est usinée et durcie, caractérisé en ce que 1' ébauche est fabriquée en acier maraging selon l'une quel- conque des revendications 1 à 3. 6 - Procédé selon la revendication 5,-caracté- risé par les opérations suivantes: - une ébauche est fabriquée en acier maraging selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, - l'ébauche est usinée grossièrement, - les contraintes sont éliminées par un traite- ment thermique à 800 - 900 C environ, - l'usinage final est exécute, - le durcissement par précipitation est effec- tué jusqu'à la dureté de 500...800 HV environ à une tempé- rature de 450...500 C environ.