Brevet FR2835850A1 — publié le 20030815

ALLIAGE RESISTANT A L'USURE CONTENANT DE L'AUSTENITE RESIDUELLE, POUR SIEGE DE SOUPAPE RAPPORTE La présente invention est relative à un alliage à base de fer résistant à l'usure, contenant une grande quantité d'austénite résiduelle stable pour améliorer la résistance à l'usure de sièges de soupapes rapportés (SSR) de moteurs. L'alliage selon l'invention est particulièrement utile pour fabriquer des sièges de soupapes d'admission rapportés, utilisés dans des moteurs à combustion interne de service intense où la température de fonctionnement n'est pas suffisamment élevée pour former une atmosphère très oxydante pour favoriser la formation d'oxydes protecteurs sur les surfaces des SSR. Selon un autre aspect, la présente invention est relative à des pièces réalisées à l'aide de tels alliages, qu'elles soient moulées ou renforcées. Selon une autre possibilité, des pièces réalisées à l'aide de tels alliages peuvent être fabriquées par des procédés classiques en métallurgie des poudres, soit par compression à froid et frittage, soit par compression à chaud à de fortes pressions pour assurer la résistance à l'usure. La résistance à l'usure et la compatibilité d'usure avec des alliages courants pour soupapes sont des propriétés importantes pour des alliages de sièges de soupapes d'admission rapportés utilisés dans des moteurs à combustion interne, où la température moyenne de fonctionnement des SSR d'admission est de l'ordre de 205 à 345 C, et la compatibilité d'usure est définie comme la tendance à l'endommagement des alliages au contact d'une soupape ou d'un revêtement de soupape. Actuellement, on utilise couramment des alliages à base de fer et à base de cobalt pour des sièges de soupapes d'admission rapportés dans des moteurs à combustion interne diesel ou à carburant sec. En raison de leur faible coût, des alliages à base de fer, comme les alliages à base de fer à forte teneur en chrome et les alliages du type acier à outil rapide, sont largement utilisés comme matières pour SSR d'admission dans des moteurs à état de charge moyenne ou faible. Une grande quantité de carbures alliés et une matrice dure de martensite sont les facteurs essentiels pour une bonne résistance à l'usure de ces alliages à base de fer. Cependant, ces alliages ne peuvent pas assurer une résistance à l'usure ou une compatibilité d'usure suffisante dans bien des nouveaux moteurs à combustion interne à puissance supérieure et à faible taux d'émissions. Bien que des alliages à base de cobalt comme le Stellite) 3 ou le Tribaloy@ T-400 puissent offrir une résistance à l'usure suffisante en tant que matière pour SSR d'admission dans certaines conditions exigeantes, le coût élevé du cobalt limite l'emploi courant de ces alliages à base de cobalt chez les motoristes. Il existe également de nombreux brevets portant sur des aciers à outils ou autres alliages à base de fer pour des applications nécessitant une résistance à l'usure. Le brevet des E. U. A. n 4 778 522, le brevet des E. U. A. n 4 155 754, le brevet des E. U. A. n 4 844 024 sont quelques exemples d'alliages résistant à l'usure, du type aciers à outils. Le brevet des E. U. A. n 4021 205 divulgue un article en alliage ferreux réalisé à l'aide de poudre frittée, dans lequel la teneur en carbone est de 1,0 à 4,0%, la teneur en chrome de 10,0 à 30, 0% en poids, la teneur en nickel de 2,0 à 15,0%, la teneur en molybdène de 10,0 à 30,0%, la teneur en cobalt de 20,0 à 40,0%, la teneur en niobium de 1,0 à 5,0%, le reste étant constitué de fer. Le brevet des E. U. A. n 6 248 292 divulgue un alliage de placage à base de fer pour des soupapes de moteurs à combustion interne. Cet alliage contient 0,5 à 3, 0% de carbone, 20,0 à 70,0% de molybdène, 5,0 à 40,0% de nickel, le reste étant constitué de fer. Dans les cas où des oxydes se forment facilement, l'alliage de placage a la composition suivante : carbone, 0,5 à 3,0%, chrome, 0,1 à 10,0%, molybdène, 20,0 à 60,0%, nickel, 5,0 à 40,0%, le reste étant constitué de fer et d'impuretés inévitables. La publication de brevet japonais 59-229 465 divulgue un alliage à base de fer possédant une excellente résistance à l'usure grâce à des apports, dans des proportions spécifiques, de C, Cr, Nb, Mo, W, V et Ta dans Fe. Cet alliage contient 1,0 à 3,0% de carbone, 10,1 à 20,0% de chrome, 0,2 à 5,0% de niobium, un ou deux métaux pris parmi 0,5 à 10,0% de molybdène, 0,5 à 10,0% de tungstène, 0,5 à 5,0% de vanadium, 0,2 à 5,0% de tantale. Le brevet des E. U. A. n 5 316 596 divulgue un acier pour tôles laminées, contenant 1,5 à 3,5% de carbone, 1,5% ou moins de silicium, 1,2% ou moins de manganèse, 5,5 à 12,0% de chrome, 2,0 à 8,0% de molybdène, 0,6 à 7,0% de niobium, 3,0 à 10,0% de vanadium, et conforme aux formules : V+1, 8Nb Le brevet des E. U. A. n 5 578 773 divulgue un acier rapide pour métallurgie des poudres, contenant 2,2 à 2,7% de carbone, 1,0% ou moins de silicium, des traces et jusqu'à 1,0% de manganèse, 3,5 à 4,5% de chrome, 2,5 à 4,5% de molybdène, 2,5 à 4,5% de tungstène, 7,5 à 9,5% de vanadium, le reste étant constitué de fer et d'impuretés inévitables. La présente invention vise à élaborer un alliage à base de fer possédant une meilleure compatibilité d'usure et une plus grande résistance à l'usure pour servir dans des SSR. Il a été inventé un alliage nouveau à base de fer qui possède une microstructure exclusive pour assurer une meilleure résistance d'usure et une meilleure compatibilité avec les alliages de revêtement de soupape au contact desquels il se trouve. La microstructure des alliages selon l'invention est composée de carbures alliés et d'une matrice d'austénite stable avec une petite quantité de martensite. La combinaison d'une grande quantité d'austénite résiduelle et d'une petite quantité de martensite assure une meilleure résistance à l'usure et une meilleure compatibilité d'usure que les alliages du type à matrice martensitique pure utilisés dans les alliages classiques à base de fer pour les SSR. L'existence de martensite dans la matrice accroît la dureté des alliages selon l'invention, ce qui constitue un important paramètre pour la résistance à la pénétration d'un SSR. Par conséquent, un objectif de l'alliage consiste à avoir une dureté Rockwell C comprise entre 45 et 55. On sait qu'une petite quantité d'austénite résiduelle dans des aciers à outils a un effet complexe sur la résistance à l'usure des aciers à outils. Malheureusement, même si l'austénite résiduelle a un effet positif sur la résistance à l'usure, l'austénite résiduelle est thermodynamiquement instable et se décompose en martensite à la température de l'azote liquide, à une forte température de fonctionnement, voire à la température ambiante. La transformation de phase d'austénite en martensite peut accroître fortement le diamètre extérieur d'un SSR selon la quantité d'austénite résiduelle transformée, car l'austénite a une plus grande densité que la martensite. Parfois, on utilise de l'azote liquide ou de la neige carbonique pour refroidir un SSR afin d'installer un SSR dans une culasse. Dans les SSR contenant de l'austénite résiduelle instable, le diamètre extérieur des SSR augmente au point de contrebalancer la réduction de taille due au refroidissement dans l'azote liquide, ce qui rend difficile l'installation de ces SSR dans des culasses. Dans les alliages selon l'invention, la stabilité de l'austénite résiduelle a été fortement améliorée en établissant soigneusement les compositions chimiques dans des limites spécifiques, et la plus grande partie de l'austénite résiduelle présente dans les alliages selon l'invention est stable même en cas de refroidissement jusqu'à la température de l'azote liquide. Selon un premier aspect, la présente invention est un alliage ayant la composition suivante : Elément Pourcentage en poids Carbone 2, 0-4, 0 Silicium 1, 0-3, 0 Chrome 3, 0-9, 0 Manganèse 0, 0-4, 0 Molybdène 5, 0-15, 0 Tungstène 0, 0-6, 0 Vanadium 0, 0-6, 0 Niobium 0, 0-4, 0 Nickel 3, 0-15, 0 Cobalt 0-6, 0 Fer reste Selon un autre aspect de l'invention, des pièces métalliques sont réalisées à l'aide de l'alliage, par exemple par moulage ou par procédé de métallurgie des poudres par formage à partir d'une poudre et frittage. En outre, l'alliage est utilisé sous forme de fil ou de poudre pour renforcer par placage les pièces en tant que revêtement protecteur. L'invention et nombre des avantages qui s'y attachent apparaîtront facilement plus clairement en référence à la description détaillée ci-après, faite en considération des dessins annexés, sur lesquels : la figure 1 est un graphique du changement de diamètre extérieur d'un siège de soupape rapporté en fonction de la force magnétique après traitement thermique et refroidissement à l'azote liquide ; la figure 2 est un graphique illustrant l'effet de la teneur en nickel sur la force magnétique d'exemples d'alliages ; la figure 3 est un graphique illustrant l'effet du molybdène sur la force magnétique d'exemples d'alliages ; la figure 4 est un graphique illustrant l'effet du chrome sur la force magnétique d'exemples d'alliages ; la figure 5 est un graphique illustrant l'effet de la teneur en nickel sur la dureté d'exemples d'alliages ; la figure 6 est un graphique illustrant l'effet du molybdène sur la dureté d'exemples d'alliages ; la figure 7 est un graphique illustrant l'effet du chrome sur la dureté d'exemples d'alliages. La microstructure de la plupart des alliages classiques à base de fer pour SSR, comme les aciers rapides et les alliages du type à forte teneur en chrome, est constituée par des carbures alliés durs et une matrice de martensite revenue pour obtenir une bonne résistance à l'usure. La martensite revenue est également renforcée par des atomes en solution tels que des atomes de tungstène, de molybdène, de chrome et autres. Le principe de la conception d'alliage du type acier à outils s'est montré efficace pour obtenir une grande résistance à l'usure dans différents outils de coupe où une grande dureté à chaud est essentielle pour conserver une arête de coupe tranchante à haute température pendant une opération de coupe. L'usure d'un SSR d'admission résulte des effets cumulés de fortes contraintes normales de contact et de cisaillement après de multiples cycles d'ouverture et de fermeture très rapprochés. La température moyenne ordinaire de fonctionnement d'un SSR d'admission est seulement d'environ 200 à 300 C, ce qui n'est pas suffisant pour former des oxydes protecteurs si les moteurs ont un fonctionnement très peu polluant. La formation et la propagation de fissures sous la surface constituent l'un des principaux mécanismes à l'origine de la perte de matière d'un SSR d'admission. Des alliages à matrice à la fois dure et tendre ont tendance à avoir une meilleure résistance à l'usure que ceux ayant seulement une matrice dure ou tendre pour une utilisation dans des SSR d'admission, car la matrice tendre est avantageuse pour réduire le taux de formation de fissures ainsi que pour émousser les fissures franches afin de stopper la propagation des fissures. La matrice dure assure une résistance nécessaire de la matière à la pénétration. Cependant, la plus grande difficulté dans les alliages selon l'invention réside dans la manière de rendre stable l'austénite résiduelle à la température de fonctionnement d'un SSR d'admission, voire sous azote liquide, sans qu'elle ne se change en martensite, car le refroidissement dans l'azote liquide est un procédé courant lors de l'installation d'un SSR. La transformation de phase d'austénite en martensite est un processus à augmentation de volume et provoque donc une augmentation des dimensions des SSR. Une forte augmentation des dimensions d'un SSR par suite de la transformation de phase rend difficile l'installation des SSR dans les culasses. Après une longue étude expérimentale, on constate que la stabilité de l'austénite résiduelle peut être fortement améliorée dans les alliages selon l'invention en établissant des compositions chimiques dans des limites spécifiques. Un procédé simple et efficace de contrôle par balance magnétique est utilisé pour examiner la stabilité de l'austénite résiduelle dans de nombreux échantillons d'alliages. Un échantillon de forme annulaire est placé sur une balance d'une précision de 0,01 gramme, puis un aimant permanent en fer-néodyme-bore d'un diamètre de 3 mm et d'une épaisseur de 4 mm est placé sur l'échantillon annulaire. L'espacement entre l'aimant et l'échantillon est de 1,27 mm. Le poids de chaque échantillon contrôlé est enregistré avec ou sans l'aimant. La différence de poids avec et sans l'aimant est la force d'attraction magnétique. Comme l'austénite résiduelle est ferrimagnétique et que la martensite est ferromagnétique, plus il y a d'austénite résiduelle dans un échantillon d'alliage, plus la force d'attraction magnétique est faible. La figure 1 est un graphique du changement des dimensions d'un SSR en fonction de la force magnétique. Concrètement, l'austénite résiduelle est stable si le changement de dimensions à la température ambiante est inférieur à 0,025 mm après refroidissement dans de l'azote liquide, ce qui signifie que l'austénite résiduelle est stable si la force magnétique est inférieure à 50 grammes après le traitement dans l'azote liquide. Comme représenté sur le tableau 2, la force magnétique d'un outil M2 à matrice constituée de 100% de martensite est d'environ 160 grammes, tandis que la force magnétique d'un alliage à base de nickel avec 100% d'austénite est d'environ 0,4 gramme. En première approximation, la teneur en martensite d'un échantillon d'alliage peut être évaluée comme étant approximativement proportionnelle à la force magnétique. Un dispositif de contrôle d'usure d'une pointe sur un disque, à haute température, a été utilisé pour mesurer la résistance à l'usure par glissement des alliages, car l'usure par glissement est le mode d'usure courant d'un siège de soupape rapporté en raison du mouvement glissant de la soupape contre le siège de soupape rapporté dans les moteurs à combustion interne. L'exemplaire de pointe, mesurant 6,35 mm de diamètre et environ 25,4 mm de longueur était en alliages pour soupapes. Le disque était en alliages rapportés, mesurant 50,8 mm de diamètre et 12,5 mm d'épaisseur. Les essais ont été effectués conformément à ASTM G99-90. On a fait tourner le disque à une vitesse de 0,13 m/s pour une distance totale de glissement de 255 m. La perte de poids a été mesurée sur les deux échantillons de pointe et de disque après chaque essai en utilisant une balance d'une précision de 0,1 mg. On a utilisé de l'eatonite 6 comme alliage pour la pointe, car il s'agit d'un alliage couramment employé pour revêtir les soupapes. L'eatonite 6 est un alliage austénitique à base de fer mis au point par Eaton Corporation. Les échantillons d'alliages nO 1 à 6 contiennent 2,40% en poids de carbone, 2,0% en poids de silicium, 6,0% en poids de chrome, 5,0% en poids de molybdène, 4,0% en poids de vanadium, 0 à 12,0% en poids de nickel, le reste étant constitué par du fer avec une petite quantité d'impuretés. L'échantillon d'alliage n 7 contient 1,6% en poids de carbone, 2,0% en poids de silicium, 0,4% en poids de manganèse, 6,0% en poids de chrome, 5,0% en poids de molybdène, 4,0% en poids de vanadium, 1,0% en poids de niobium, le reste étant constitué par du fer avec une petite quantité d'impuretés. L'échantillon d'alliage n 8 contient 1,8% en poids de carbone, 2,0% en poids de silicium, 0,4% en poids de manganèse, 6,0% en poids de chrome, 5,0% en poids de molybdène, 5,0% en poids de vanadium, 2,0% en poids de niobium, le reste étant composé par du fer avec une petite quantité d'impuretés. L'échantillon d'alliage n 9 contient 3, 0% en poids de carbone, 2,0% en poids de silicium, 0,4% en poids de manganèse, 6,0% en poids de chrome, 20,0% en poids de molybdène, 1,0% en poids de vanadium, 1,0% en poids de niobium, le reste étant constitué par du fer avec une petite quantité d'impuretés. Les échantillons d'alliages n 10 à 13 contiennent 2,5% en poids de carbone, 2,0% en poids de silicium, 0,4% en poids de manganèse, 12,0% en poids de molybdène, 1,5% en poids de tungstène, 2,0% en poids de vanadium, 1,5% en poids de niobium, 8,0% en poids de nickel, 3,0 à 12,0% en poids de chrome, le reste étant constitué par du fer avec une petite quantité d'impuretés. Les échantillons d'alliages n 14 à 16 contiennent 2,5% en poids de carbone, 2,0% en poids de silicium, 0,4% en poids de manganèse, 6,0% en poids de chrome, 12,0% en poids de molybdène, 1,5% en poids de tungstène, 2,0% en poids de vanadium, 0 à 2,5% en poids de niobium, 8,0% en poids de nickel, le reste étant constitué par du fer avec une petite quantité d'impuretés. L'échantillon d'alliage n 17 contient 2,4% en poids de carbone, 2,0% en poids de silicium, 0,4% en poids de manganèse, 6,0% en poids de chrome, 5,0% en poids de molybdène, 4,0% en poids de vanadium, 8,0% en poids de nickel, le reste étant constitué par du fer avec une petite quantité d'impuretés. Les échantillons d'alliages n 18 et 19 contiennent 2,5% en poids de carbone, 2,0% en poids de silicium, 0,4% en poids de manganèse, 6,0% en poids de chrome, 8,0 à 10,0% en poids de molybdène, 1,5% en poids de tungstène, 2,0% en poids de vanadium, 1,5% en poids de niobium, 8,0% en poids de nickel, le reste étant constitué par du fer avec une petite quantité d'impuretés. L'échantillon d'alliage n 20 contient 2,2% en poids de carbone, 2,0% en poids de silicium, 0,4% en poids de manganèse, 6,0% en poids de chrome, 15,0% en poids de molybdène, 2,0% en poids de vanadium, 8,0% en poids de nickel, le reste étant constitué par du fer avec une petite quantité d'impuretés. L'échantillon d'alliage n 21 contient 2,5% en poids de carbone, 2,0% en poids de silicium, 0,4% en poids de manganèse, 6,0% en poids de chrome, 12,0% en poids de molybdène, 4,0% en poids de vanadium, 1,5% en poids de niobium, 8,0% en poids de nickel, le reste étant constitué par du fer avec une petite quantité d'impuretés. L'échantillon d'alliage n 22 contient 2,5% en poids de carbone, 2,0% en poids de silicium, 2,0% en poids de manganèse, 6,0% en poids de chrome, 6,0% en poids de molybdène, 6,0% en poids de tungstène, 2,0% en poids de vanadium, 1,5% en poids de niobium, 8,0% en poids de nickel, le reste étant constitué par du fer avec une petite quantité d'impuretés. L'échantillon d'alliage n 23 contient 2,5% en poids de carbone, 2,0% en poids de silicium, 0,4% en poids de manganèse, 6,0% en poids de chrome, 12,0% en poids de molybdène, 1,5% en poids de tungstène, 2,0% en poids de vanadium, 1,5% en poids de niobium, 6,0% en poids de cobalt, 8,0% en poids de nickel, le reste étant constitué par du fer avec une petite quantité d'impuretés. L'échantillon d'alliage n 24 contient 2,5% en poids de carbone, 1,0% en poids de silicium, 0,4% en poids de manganèse, 5,0% en poids de chrome, 12,0% en poids de molybdène, 2,5% en poids de vanadium, 1,5% en poids de niobium, 8,0% en poids de nickel, le reste étant constitué par du fer avec une petite quantité d'impuretés. L'échantillon d'alliage n 25 contient 0,9% en poids de carbone, 2,0% en poids de silicium, 0,4% en poids de manganèse, 5,0% en poids de chrome, 8,0% en poids de molybdène, 1,0% en poids de vanadium, 6,0% en poids de nickel, le reste étant constitué par du fer avec une petite quantité d'impuretés. L'échantillon d'alliage n 26 contient 2,5% en poids de carbone, 4,0% en poids de silicium, 2,0% en poids de manganèse, 6,0% en poids de chrome, 12,0% en poids de molybdène, 2,0% en poids de vanadium, 3,0% en poids de niobium, 8,0% en poids de nickel, le reste étant constitué par du fer avec une petite quantité d'impuretés. Les échantillons d'alliages n 27 à 30 sont des alliages du commerce constituant des exemples comparatifs. Des exemplaires des échantillons d'alliages ci-dessus ont été moulés et usinés avant de subir des contrôles de magnétisme, d'usure et de dureté. Les compositions nominales de ces échantillons d'alliages sont détaillées sur le tableau 1. Tableau 1. Compositions chimiques des alliages (en pourcentages de poids) Echantillon d'alliage (nom commercial) C Si Mn Cr Mo W Fe V Nb Ni 1 (témoin) 2,4 2,0 0,4 6,0 5, 0-Reste 4, 0 2 2,4 2,0 0,4 6,0 5, 0-Reste 4, 0-3, 0 3 2,4 2,0 0,4 6,0 5, 0-Reste 4, 0-6, 0 4 2,4 2,0 0,4 6,0 5, 0-Reste 4, 0-8, 0 5 2,4 2,0 0,4 6,0 5, 0-Reste 4, 0-10, 0 6 2,4 2,0 0,4 6,0 5, 0-Reste 4, 0-12, 0 7 (témoin) 1,6 2,0 0,4 6,0 5, 0-Reste 4,0 1, 0 8 (témoin) 1,8 2,0 0,4 6,0 5, 0-Reste 5,0 2, 0 1 (témoin) 2,4 2,0 0,4 6,0 5, 0-Reste 4, 0 9 (témoin) 3,0 2,0 0,4 6,0 20, 0-Reste 1,0 1, 0 10 2,5 2,0 0,4 3,0 12,0 1,5 Reste 2,0 1,5 8,0 11 2,5 2,0 0,4 6,0 12,0 1,5 Reste 2,0 1,5 8,0 12 2,5 2,0 0,4 9,0 12,0 1,5 Reste 2,0 1,5 8,0 13 (témoin) 2,5 2,0 0,4 12,0 12,0 1,5 Reste 2,0 1,5 8,0 14 2,5 2,0 0,4 6,0 12,0 1,5 Reste 2, 0-8, 0 15 2,5 2,0 0,4 6,0 12,0 1,5 Reste 2,0 1,5 8,0 16 2,5 2,0 0,4 6,0 12,0 1,5 Reste 2,0 2,5 8,0 17 2,4 2,0 0,4 6,0 5, 0-Reste 4, 0-8, 0 18 2,5 2,0 0,4 6,0 8,0 1,5 Reste 2,0 1,5 8,0 19 2,5 2,0 0,4 6,0 10,0 1,5 Reste 2,0 1,5 8,0 11 2,5 2,0 0,4 6,0 12,0 1,5 Reste 2,0 1,5 8,0 20 2,2 2,0 0,4 6,0 15, 0-Reste 2, 0-8, 0 11 2,5 2,0 0,4 6,0 12,0 1,5 Reste 2,0 1,5 8,0 21 2,5 2,0 0,4 6,0 12,0 1,5 Reste 4,0 1,5 8,0 11 2,5 2,0 0,4 6,0 12,0 1,5 Reste 2,0 1,5 8,0 22 2,5 2,0 2,0 6,0 6,0 6,0 Reste 2,0 1,5 8,0 11 2,5 2,0 0,4 6,0 12, 0-Reste 2,0 1,5 8,0 23 2,5 2,0 0,4 6,0 12,0 1,5 Reste 2,0 1,5/Co 8,0 24 2,5 1,0 0,4 5,0 12, 0-Reste 2,5 1,5 8,0 11 2,5 2,0 0,4 6,0 12,0 1,5 Reste 2,0 1,5 8,0 25 (témoin) 0,9 2,0 0,4 5,0 8,0 2,0 Reste 1, 0-6, 0 3 2,4 2,0 0,4 6,0 5, 0-Reste 4, 0-6, 0 26 2,5 4,0 2,0 6,0 12,0 1,5 Reste 2,0 3,0 8,0 11 2,5 2,0 0,4 6,0 12,0 1,5 Reste 2,0 1,5 8,0 27 (Acier M2 à outils) 1,6 0,4 0,5 4,0 6,5 5,5 79,1 1,5 28 (Silchrome XB) 1,5 2,4 0,5 20,0 0,2 0,2 73, 6--1, 2 29 (Eatonite 2) 2,3 0,7 0,1 29, 5-15, 0 5, 0--47, 2 30 (Eatonite 6) 1,6 1,2 0,7 30,0 5, 0-Reste--16, 5 Tableau 2. Résultats des essais d'usure Echantillon d'alliage Perte de poids de la pointe Perte de poids du disque (mg) (mg) 1 2, 7 18, 73 1 (brut de coulée) 1,55 8,55 10 1,8 2,7 11 0,9 3,1 12 3,2 3,7 13 1,9 9,6 14 0,5 2,5 15 0,7 2,8 16 1,0 2,3 19 0,4 3,3 21 1,0 2,5 22 2,2 2,9 23 1,8 3,7 26 1,1 4,1 27 5,3 45,1 28 3,5 58,6 Tableau 3. Contrôle de force magnétique (gramme) Exemple d'alliage (Brut de coulée) 593 C-1 h 593 C-1 h + azote liquide 1 (0% Ni) 51,85 114,88 144,24 2 (3% Ni) 21,26 62,13 121,64 3 (6% Ni) 7,40 30,40 75,41 4 (8% Ni) 3,52 6,01 42,45 5 (10% Ni) 0,88 1,16 19,57 6 (12% Ni) 1,11 1,69 29,47 7 (1,6% C) 129,05 133,69 8 ('1,8% C) 130,96 125,36 144,01 1 (2,4% C) 51,85 114,88 144,24 9 (3,0% C) 30,30 89,45 113,21 10 (3% Cr) 1,51 17,44 97,94 11 (6% Cr) 1,81 4,65 20,72 12 (9% Cr) 5,59 10,40 27,00 13 (12% Cr) 10,50 13,50 25,66 14 (0% Nb) 3,76 8,51 46,99 15 (1, 5% Nb) 1,81 4,65 20,72 16 (2, 5% Nb) 3,01 6,03 30,00 17 (5% Mo) 3,52 6,01 42,45 18 (8% Mo) 2,44 4,21 39,26 19 (10% Mo) 2,95 5,52 36,04 11 (12% Mo) 1,81 4,65 20,72 20 (15% Mo) 1,12 2,80 23,03 11 (2,0% V) 1,81 4,65 20,72 21 (4% V) 1,74 3,63 37,86 22 (6% Mo, 6% W) 6,21 15,10 48,22 11 (12% Mo) 1,81 4,65 20,72 11 (0% Co) 1,81 4,65 20,72 23 (6% Co) 1,66 4,41 30,33 24 (1,0% Si) 0,70 1,05 2,95 Il (2% Si) 1,81 4,65 20,72 25 (0,9% C) 17,73 56,52 135,20 3 (2,4% C) 7,40 30,40 75,41 ll (0,4% Mn) 1,81 4,65 20,72 26 (2,0% Mn) 1,07 7,15 21,16 29 (Eatonite 2) 0,16 0,16 0,15 30 (Eatonite 6) 0,28 0,31 0,30 Tableau 4. Dureté Rockwell C de quelques échantillons d'alliages dans différents états Exemple d'alliage (Brut de coulée) 593 C-1 h 593 C-1 h + azote liquide 1 (0% Ni) 53,1 61,6 64,2 2 (3% Ni) 49,4 54,8 60,4 3 (6% Ni) 48,4 49,6 56,0 4 (8% Ni) 42,9 49,4 51,6 5 (10% Ni) 39,6 48,3 48,6 6 (12% Ni) 40,9 47,8 50,4 7 (1,6% C) 61,5 62,3 61,5 8 ('1,8% C) 60,7 61,0 61,6 1 (2,4% C) 53,1 61,6 64,2 9 (3,0% C) 64,4 65,9 70,0 10 (3% Cr) 46,0 49,0 57,4 11 (6% Cr) 48,7 52,6 53,8 12 (9% Cr) 46,8 51,7 52,6 13 (12% Cr) 45,3 49,5 48,6 14 (0% Nb) 46,4 52,4 54,8 15 (1, 5% Nb) 46,4 51,2 54,2 16 (2,5% Nb) 48,4 50,1 53,6 17 (5% Mo) 42,9 49,4 51,6 18 (8% Mo) 46,4 51,2 54,2 19 (10% Mo) 48,3 52,5 54,7 11 (12% Mo) 48,7 52,6 53,8 20 (15% Mo) 47,4 48,6 49,5 Il (2,0% V) 48,7 52,6 53,8 21 (4% V) 47,3 50,1 53,7 22 (6% Mo, 6% W) 44,8 52,0 53,3 11 (12% Mo) 48,7 52,6 53,8 ll (0% Co) 1,81 4,65 20,72 23 (6% Co) 1,66 4,41 30,33 24 (1,0% Si) 0,70 1,05 2,95 Il (2% Si) 1,81 4,65 20,72 25 (0,9% C) 17,73 56,52 135,20 3 (2,4% C) 7,40 30,40 75,41 ll (0,4% Mn) 1,81 4,65 20,72 26 (2,0% Mn) 1,07 7,15 21,16 A l'état brut de coulée, l'échantillon d'alliage nO 1 contient environ 60% d'austénite résiduelle. Le traitement par chauffage et refroidissement transforme l'austénite résiduelle en martensite dans l'échantillon d'alliage n 1, comme représenté sur le tableau 3 et le tableau 4, où la dureté Rockwell C de l'échantillon d'alliage n 1 traité par chauffage et refroidissement est de 64,2, ce qui est beaucoup plus que dans l'état brut de coulée (dureté Rockwell C 53,1) par suite de la transformation de phase. L'ampleur de l'usure est de 21,4 mg pour l'exemple d'alliage n 1 avec une matrice de 100% de martensite, tandis que l'ampleur de l'usure est de 10,1 mg pour le même alliage brut de coulée contenant environ 60% d'austénite résiduelle. Ainsi, il ressort des résultats des essais d'usure que l'austénite résiduelle peut fortement améliorer la résistance à l'usure par glissement à une température intermédiaire (260 C) même avec une dureté beaucoup plus faible si on compare l'exemple d'alliage n 1 dans l'état brut de coulée avec 593 C pendant 1 heure et un traitement de refroidissement dans l'azote liquide. Ainsi, on cherche maintenant à savoir comment rendre stable l'austénite résiduelle même après un traitement par chauffage et refroidissement dans l'azote liquide. Des résultats de contrôle d'usure de quelques autres échantillons d'alliages sont également détaillés sur le tableau 2. Sur les figures 2 à 4, la force magnétique est une indication de la quantité d'austénite résiduelle dans les exemples d'alliages. Plus la force magnétique est faible, plus la quantité d'austénite résiduelle est grande. Pour un alliage à base de nickel (Eatonite 2) et un alliage austénitique à base de fer (Eatonite 6), la force magnétique est inférieure à 0,5 gramme. Pour des alliages martensitiques à base de fer subissant un traitement complet par la chaleur, par exemple l'acier M2 à outils et le Silchrome XB, la force magnétique est supérieure à 140 grammes mais inférieure à 170 grammes Par conséquent, en première approximation, on suppose que la quantité de martensite est proportionnelle à la force magnétique et que la quantité d'austénite résiduelle est inversement proportionnelle à la force magnétique. Sur les figures 5 à 7, la différence de dureté entre les états brut de coulée et de traitement par la chaleur des échantillons d'alliages est due au durcissement par précipitation et à la transformation de l'austénite en martensite. La différence de dureté due au traitement de refroidissement résulte de la transformation de l'austénite en martensite. Le nickel est l'un des éléments les plus importants dans les alliages selon l'invention pour établir la quantité d'austénite résiduelle et sa stabilité. Comme représenté sur le tableau 2 et la Fig. 2, la quantité d'austénite résiduelle et la stabilité de l'austénite résiduelle augmentent d'une façon linéaire avec l'apport de nickel jusqu'à un maximum de 10,0% en poids, tandis qu'un apport plus grand de nickel a peu d'effet sur la quantité d'austénite résiduelle et sa stabilité. Pour satisfaire l'exigence de stabilité dimensionnelle des SSR, la teneur en nickel doit être égale ou supérieure à 8,0% en poids afin de réduire à moins de 50 grammes la force magnétique. Un apport de nickel réduira la dureté de l'alliage dans les états brut de coulée, après traitement par chauffage et après refroidissement dans l'azote liquide, car une augmentation de la quantité d'austénite résiduelle et une trop grande quantité de nickel dans l'alliage selon l'invention transforment la matrice en 100% d'austénite stable. Cet effet est évident lorsque le nickel passe de zéro à 8,0% en poids. Une teneur supérieure en nickel donne un plus grand effet de durcissement par précipitation si on compare les valeurs de dureté dans les états brut de coulée et après traitement par la chaleur (tableau 4 et Fig. 5). Par conséquent, la teneur optimale en nickel est d'environ 6,0 à 10,0% en poids. Un apport de molybdène peut encore accroître la stabilité de l'austénite résiduelle dans les échantillons d'alliages à teneur suffisante en nickel. La Fig. 3 montre que l'apport de molybdène peut fortement accroître la stabilité de l'austénite résiduelle à des teneurs comprises entre 6,0% en poids et 12,0% en poids. La quantité d'austénite résiduelle après traitement par chauffage et refroidissement est plus que doublée lorsque la teneur en molybdène passe de 6,0 à 12,0% en poids, ce qui indique que le molybdène peut effectivement rendre plus stable l'austénite résiduelle. D'après la Fig. 1, la condition minimale pour assurer la stabilité de l'austénite résiduelle est que sa force magnétique soit inférieure à 50 grammes après le traitement par chauffage et le refroidissement dans l'azote liquide. Les échantillons d'alliages n 11, 17 à 20 contiennent 5,0 à 15,0% en poids de molybdène ; l'effet de celui-ci sur la force magnétique de l'alliage est résumé sur le tableau 2 et la Fig. 3. L'apport de molybdène peut accroître la dureté de l'échantillon d'alliage brut de coulée mais a peu d'effet sur les échantillons d'alliages traités par chauffage et refroidissement (Fig. 6). Le tungstène et le molybdène sont deux éléments réfractaires dont on estime généralement qu'ils sont interchangeables quant à leurs effets sur les propriétés des aciers à outils. Cependant, le tungstène présente un effet différent de celui du molybdène quant à la stabilité de l'austénite résiduelle. L'échantillon d'alliage n 22 contient 6,0% en poids de tungstène et 6,0% en poids de molybdène. Sa force magnétique est de 48,22 grammes, ce qui est beaucoup plus que dans les échantillons d'alliages n 17 et n 18 dans lesquels la teneur en molybdène est respectivement de 5,0% en poids et 8,0% en poids. Cela signifie qu'un apport de tungstène jusqu'à 6,0% en poids réduit la stabilité de l'austénite résiduelle. Par conséquent, la teneur en tungstène dans les alliages selon l'invention doit être limitée à moins de 6,0% en poids. L'apport de chrome a un effet exclusif sur les alliages selon l'invention. Comme représenté sur la Fig. 5, lorsque la teneur en chrome passe de 3,0 à 6,0%, il se produit une énorme augmentation de la stabilité de l'austénite résiduelle. Dans l'échantillon d'alliage n 3 à 3,0% en poids de chrome à l'état brut de coulée, la quantité d'austénite résiduelle est de l'ordre de 75%. Cependant, seulement environ 30% de l'austénite résiduelle sont stables dans l'alliage après le traitement par chauffage et refroidissement, ce qui indique que l'austénite résiduelle dans l'échantillon d'alliage n 3 a une très mauvaise stabilité. La force magnétique n'est que d'environ 20 grammes dans l'échantillon d'alliage n 11 à 6,0% en poids de chrome. Un plus grand apport de chrome réduit légèrement la stabilité de l'austénite résiduelle dans les échantillons d'alliages n 12 et n 13. Ainsi, en ce qui concerne la stabilité de l'austénite résiduelle, la teneur en chrome doit être égale ou supérieure à 6,0% dans les alliages selon l'invention. Les résultats des contrôles d'usure indiquent que l'ampleur de l'usure augmente avec la teneur en chrome dans les échantillons d'alliages n 10 à 13 lorsque la teneur en chrome est supérieure à 6, 0% en poids (tableau n 2). Ainsi, la teneur optimale en chrome se situe entre 6, 0 et 9, 0% en poids dans les alliages selon l'invention. L'apport de niobium peut accroître efficacement la stabilité de l'austénite résiduelle lorsque la quantité de niobium passe de 0 à 1,5% en poids (tableau 3). Cependant, un plus grand apport de niobium jusqu'à une teneur de 2,5% en poids (échantillon d'alliage n 16) réduit la stabilité de l'austénite résiduelle. Par conséquent, la teneur en niobium dans les alliages selon l'invention est comprise entre 0 et 2,5 % en poids. L'effet du vanadium sur la stabilité de l'austénite résiduelle est présenté sur le tableau 3, dans les échantillons d'alliages n 11 et n 21. Une plus forte teneur en vanadium réduit la stabilité de l'austénite résiduelle. Par conséquent, la teneur en vanadium est comprise entre 2,0 et 4,0% en poids. Un apport de cobalt jusqu'à 6,0% en poids réduit légèrement la stabilité de l'austénite résiduelle dans les échantillons d'alliages n 11 et n 23 (tableau 3). Par conséquent, dans les alliages selon l'invention, il est nécessaire que la teneur en cobalt soit comprise entre 0 et 6,0% en poids. Du manganèse peut également être ajouté dans les alliages selon l'invention et son effet sur l'austénite résiduelle est mineur si on compare les échantillons d'alliages n 11 et n 26. Dans les alliages selon l'invention, la teneur en manganèse est comprise entre 0 et 2,0% en poids. Le carbone a également un grand effet sur la quantité d'austénite résiduelle dans les alliages selon l'invention. Les échantillons d'alliages n 7 à 9 contiennent de 1,6 à 3,0% en poids, sans nickel. La quantité d'austénite résiduelle augmente très fortement lorsque la teneur en carbone dépasse 1,8% en poids. Les échantillons d'alliages n 3 et n 25 contiennent respectivement 2,4% en poids et 0,9% en poids de carbone. La stabilité de l'austénite résiduelle est beaucoup plus grande dans l'échantillon d'alliage n 3 que dans l'échantillon d'alliage n 25 (tableau 3). Une plus forte teneur en carbone est également requise pour faire face à l'apport de chrome, de molybdène, de tungstène, de vanadium et de niobium afin de former suffisamment de carbures alliés pour une meilleure résistance à l'usure. Par conséquent, la teneur en carbone est de 2,0 à 3,0% en poids dans les alliages selon l'invention. Le silicium réduit la stabilité de l'austénite résiduelle, comme indiqué par les échantillons d'alliages n 11 et 24. Par conséquent, la teneur en silicium doit être comprise entre 1,0 et 2,0% en poids dans les alliages selon l'invention. On appréciera que les alliages de la présente invention peuvent être incorporés dans de nombreuses réalisations dont seulement quelques unes ont été décrites. L'invention peut être utilisée sous d'autres formes sans sortir de ces caractéristiques essentielles ou de son esprit. Il faut souligner que l'apport de quelques autres constituants, étapes de traitement, matières ou composants non spécifiquement évoqués aura un effet négatif sur la présente invention. Par conséquent, la meilleure mise en oeuvre de l'invention peut exclure des constituants, étapes de traitement matières ou composants autres que ceux détaillés ci-dessus pour être inclus ou utilisés dans l'invention. Cependant, les mises en oeuvre décrites sont considérées à titre purement illustratif et non restrictif Aussi, la portée de l'invention ressort-elle plutôt des revendications que de la description précédente. Tout changement restant sous le sens et dans un domaine d'équivalence des revendications, est couvert par leur portée. Revendications : 1. Alliage à base de fer résistant à l'usure, caractérisé en ce qu'il comprend : a) environ 2,0 à environ 4,0% en poids de carbone ; b) environ 3,0 à environ 9,0% en poids de chrome ; c) environ 1,0 à environ 3,0% en poids de silicium ; d) environ 0 à environ 6,0% en poids de cobalt ; e) environ 5,0 à environ 15,0% en poids de molybdène ; f) environ 3,0 à environ 15,0% en poids de nickel ; g) environ 0 à environ 6,0% en poids de vanadium ; h) environ 0 à environ 4,0% en poids de niobium ; i) environ 0 à environ 4,0% en poids de manganèse ; j) environ 0 à environ 6,0% en poids de tungstène ; k) le reste étant constitué par du fer, pour un total de 100% en poids. 2. Pièce pour organe de moteur à combustion interne, fabriquée avec l'alliage selon la revendication 1. 3. Pièce selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'elle est formée par moulage de l'alliage, par placage avec de l'alliage sous forme de fil ou de poudre, ou encore par un procédé de métallurgie des poudres. 4. Composition d'alliage selon la revendication 1, caractérisée en ce que la quantité de nickel est comprise entre environ 6,0% en poids et environ 10,0% en poids. 5. Composition d'alliage selon la revendication 1, caractérisée en ce que la quantité de niobium est comprise entre environ 1,0% en poids et environ 2,0% en poids. 6. Composition d'alliage selon la revendication 1, caractérisée en ce que la quantité de manganèse est comprise entre environ 0% et environ 0,8% en poids. 7. Composition d'alliage selon la revendication 1, caractérisée en ce que la quantité de tungstène est comprise entre environ 0,5% et environ 2,5% en poids. 8. Siège de soupape résistant à l'usure, caractérisé en ce qu'il comprend un alliage à base de fer comprenant : a) environ 2,0 à environ 4,0% en poids de carbone ; b) environ 3,0 à environ 9,0% en poids de chrome ; c) environ 1,0 à environ 3,0% en poids de silicium ; d) environ 0 à environ 6,0% en poids de cobalt ; e) environ 5,0 à environ 15,0% en poids de molybdène ; f) environ 3,0 à environ 15,0% en poids de nickel ; g) environ 0 à environ 6,0% en poids de vanadium ; h) environ 0 à environ 4,0% en poids de niobium ; i) environ 0 à environ 4,0% en poids de manganèse ; j) environ 0 à environ 6,0% en poids de tungstène k) le reste étant constitué par du fer, pour un total de 100% en poids.