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" ACIER "
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La présente invention concerne des aciers graphitiques qui, ainsi qu'on l'a reconnu maintenant, constituent un type d'acier spécial. Une caractéristique de ces aciers bien connus est qu'il. contiennent du graphite libre et qu'ils sont capables d'acquérir une grande dureté lorsqu'on leur fait subir un traitement thermi que approprié . Ils possèdent une grande résistance à l'abrasion à l'enlèvement du métal et à l'usure par frottement, et ils sont classés comme étant d'usinage facile.
Ces propriétés,jointes à des propriétés mécaniques désirables, ont eu pour résultat que les aciers graphitiques ont été employés à une très grande échel le pour la fabrication d'un grand nombre de matrices,de poin- çons, de rouleaux de repoussage au tour,de coupe et conformation de broches et d'autres outils utilisés dans les buts indiqués,no- tamment lorsqu'on exige une grande résistance à la fatigue et à l'abrasion.
Deux types d'aciers graphitiques sont beaucoup employés. L'in d'eux contient environ 1,5% de carbone et environ 1% de sili- ciu,tandis que l'autre, de composition analogue, contient aussi une petite quantité de molybdène . Un autre type connu d'acier graphitique qui possède les propriétés communes aux aciers gra- phitiques et certaines propriétés supplémentaires qui ne sbnt pas habituelles, contient 1,5 % environ de carbone, 0,4 % envi- ron de manganèse, 0,5 % environ de molybdène,0,65 % environ de silicium et 2,8 % environ de tungstène.
Les aciers graphitiques déjà connus sont trempés par re- froidissement brusque dans -un liquide,c'est-à-dire dans de l'huile, de l'eau ou une saumure, et aucun de ces aciers graphi- em tiques anciennnt connus ne peut être trempé à l'air. La nécessi té de tremper par refroidissement brusque dans un liquide est indésirable dans certains cas,par exemple lorsqu'il s'agit de pièces dont la section n'est pas uniforme eu dont la longueur est relativement grande et la section relativement petite, à cause de la déformation qui peut résulter des tensions apparais- @
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sant lors du refroidissement brusque . De plus, le refroidis- sement brusque dans un réfrigérant liquide exige un équipement spécial.
Les aciers graphitiques mis au point plus tard ent les propriétés générales caractéristiques des aciers graphiti- ques et la propriété supplémentaire de pouvoir être trempés à l'air. Ils contiennent environ 1 à 2 % de carbone, 0,25 à 1% environ de chrome, 0,75 à 1,5 % environ de manganèse, 0,25 à 1 % environ de molybdène, 1,5 à 2,5 % environ de nickel et 0,75 à 1,25 % environ de silicium.
On a constaté que les aciers graphitiques connus avant la présente invention sont parfaitement satisfaisants dans leurs domaines particuliers et on en a utilisé des milliers de ton- nes . Toutefois, tous ont ceci de particulier que leurs carac- téristiques de trempe sont fixées de manière assez critique dans chaque cas. D'autre part, pour certaines applications, on exige des aciers à trempe profonde,par exemple lorsqu'il s'agit d'un objet soumis à une forte usure et pouvant être meulé un grand nombre de fois, mais qui n'est pas soumis à de grands chocs. Dans d'autres cas,on désire une trempe peu profonde pour obtenir une surface trempée résistant à l'usure et enfermant un noyau plus tendre et ductile .
Du fait que les caractéristiques de trempe des aciers graphitiques connus avant la présente in- vention sont fixées de manière assez critique,ces aciers ne sont pas propres à des applications variées,telles que les types individuels puissent être employés,suivant les besoins,pour donner aussi bien une trempe profonde qu'une trempe peu pro- fonde. En ce qui concerne la pratique de la fabrication et de la vente, ainsi que leur économie, il serait désirable,d'autre part, de pouvoir satisfaire aux conditions d'une trempe peu profonde aussi bien qu'à celles d'une trempe profonde avec une seule et même composition, ce qui simplifierait la production, réduirait l'importance des stocks et assurerait des avantages correspondants.
Le but principal de la présente invention est la réalisa- tion d'aciers graphitiques et d'objets fabriqués avec ces @
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aciers dans lesquels les propriétés caractéristiques des aciers graphitiques soient combinées à une capacité de trempe régla- ble, c'est-à-dire permettant de les tremper profondément ou peu profondément, suivant les besoins,ces aciers étant en outre de composition simple et peu coûteux et n'exigeant pas l'emploi de grandes quantités d'éléments d'alliage, et pouvant aussi être trempés à l'air.
On décrira maintenant l'invention en se référant au dessin ci-joint, qui est un graphique dont les courbes représentent les caractéristiques de trempe de deux aciers obtenus conformément à l'invention.
On a découvert, et c'est sur cette découverte que la pré- sente invention est basée, que l'on obtient des aciers graphiti- ques dont la trempe peut être réglée, en modifiant les composi- tions indiquées plus haut et notamment en réduisant sensible- ment la teneur en nickel, en augmentant la limite supérieure pour le silicium et en abaissant la limite inférieure pour le manganèse . Il est également utile d'abaisser la limite infé- rieure du molybdène .
Suivant la présente invention, des objets en acier graphi- tique sont fits avec des aciers contenant 1 à 2% environ de carbone, 0,25 à 1 % environ de chrome , 0,5 à 1,5 % environ de manganèse, 0,2 à 1% environ de molybdène, 0,25 à 1,4 % en- viron de nickel et 0,75 à 2 % environ de silicium. La teneur en phosphore et en soufre doit être maintenue basse.
Le reste de la composition des aciers est du fer avec des impuretés dont les quantités sont celles que l'on rencontre usuellement dans de tels aciers, mais il est bien entendu qu'il peut y avoir d'au- tres éléments d'alliage, 2 condition qu'ils n'aient pas d'effet nuisible sur les propriétés caractéristiques de la présente in- vention , et c'est pour cette raisohque l'on peut dire que le reste des aciers est effectivement du fer, d'autant plus que ces éléments d'alliage supplémentaires n'altèrent pas la nature essentielle des produits fabriqués conformément à l'invention.
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Ces aciers permettent de faire des objets pouvant être trempés profondément ou peu profondément, suivant la composition particulière choisie entre les limites indiquées et, dans tous les cas, ils possèdent les autres propriétés des aciers graphi- tiques, y compris les propriétés mécaniques,telles que la ré- sistance à la traction,la limite d'élasticité,etc.., qui sont nécessaires et désirables pour les applications auxquelles les aciers graphitiques sont destinés.
Le nickel employé entre les limites indiquées a pour résultat une plus faible teneur en aus- ténite, mais celle-ci est suffisante pour donner des propriétés mécaniques adéquates par son effet de renforcement sur la ferri- te ; elle est également assez grande pour effectuer la graphiti- sation nécessaire pour fournir le carbone graphitique et pour conférer la capacité d'agir de façon adéquate dans la trempe.
Dans la mise en pratique de l'invention, on obtient une trempe profonde en utilisant du manganèse,du chrome,du molybdè- ne, du nickel et du silicium en quantités voisines des limites supérieures indiquées,tandis que l'on obtient une trempe peu profonde en utilisant ces métaux en quantités voisines des limi- tes inférieures indiquées. Les compositions sont aussi naturelle ment équilibrées suivant la pratique connue relative à l'acier graphitique, c'est-à-dire que, pendant le travail à chaud,le carbone sera entièrement ou presque en combinaison et de façon que la graphitisation ait lieu au cours du recuit ultérieur.
La sensibilité maximum à la trempe a lieu lorsque la quantité de carbone combiné varie entre 0,5 et 0,9 %. Lorsque la quanti- té de carbone est très supérieure à l'eutectoïde,comme c'est le cas pour ces aciers, la présence de carbures en excès peut re- tarder la formation d'austénite pendant le traitement thermique, et dans la mise en pratique de la présente invention, il est généralement désirable d'équilibrer la composition de telle ma- nière qu'une quantité suffisante du carbone soit transformée en carbone graphitique, de -façon que la teneur en carbone agra- phitique se rapproche de l'eutectoïde. En général, pour des te-
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neurs données en Cr, Mn, Mo, Ni et Si, une variation du carbone entre les limites indiquées est sans action notable sur les ca- ractéristiques de trempe.
La caractéristique de trempe réglable des aciers et objets conformes à la présente invention peut être représentée à ti- tre d'exemple par les compositions suivantes:
EMI6.1
C Cr Mn Mo Ni Si P S %%%%%% % f0 Acier A 1,45 0,32 1,0 0,26 0,59 1,20 0,015 0,034 Acier B 1,50 0,53 0,g9 0,45 0,99 1,39 0,021 0,035
Les aciers ci-dessus ont été fabriqués dans un four élec- trique à induction et coulés en lingots de 13,608 kg environ, forgés à chaud en barres rondes de 31,75 m qui ont ensuite été soumises aux opérations de recuit suivantes (graphitisation):
Charge à 540 C
Chauffage à 654 C (111 par heure) " " 710 C (55,5 " " " " 743 C (33,3 " " " " 760 C (15,6 " "
EMI6.2
TT " 777 C ( 5,5 " Tr
Maintien à 6 heures
Refroidissement à 593 C (11 par heure)
Déchargement à l'air.
Des barres Jominy de type normal à refroidissement final brusqme ont ensuite été usinées avec la matière recuite, puis on les a chauffées pendant 45 minutes dans urbain de sel neu- tre à 830 C et refroidies brusquement suivant la pratique Jomi- ny prescrite . Les duretés déterminées sur les échantillons obtenus sont indiquées dans le dessin ci-joint.Dans ce dessin,on a indiqué en abscisse la distance, en seizièmesde pouce, à partir de l'extrémité brusquement refroidie de l'échantillon tandis qu'en ordonnée on a indiqué la dureté Rockwell. On re- marquera que l'acier A peut être trempé à une distance -) Jominy de 15,87 mm jusqu'à Rc 60, ce qui indique que c'est un acier à trempe peu profonde .
Par contre, l'acier B, qui contient la même quantité de carbone, mais de plus grandes quantités
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d'éléments d'alliage, présente une capacité de trempe de 3,8098 de distance Jominy jusqu'à Rc 60, ce qui indique que c'est un acier à trempe profonde . Les caractéristiques de trempe nette- ment différentes de ces deux aciers montrent clairement comment on peut obtenir à la fois une trempe profonde et une trempe peu profonde par la mise en pratique de la présente invention* Il est naturellement possible d'obtenir des résultats intermédiai- res. Une composition sembleble à A, mais avec 1,15 de carbone seulement, a montré une courbe'Jominy qui est essentiellement la même que celle de l'acier A, ce qui est généralement vrai pour ces aciers.
Les aciers conformes à la présente invention peuvent être obtenus par des procédés courants dans l'industrie pour la pro- duction d'aciers graphitiques. On les fabrique de préférence dans un four électrique par la pratique normale de l'acier "tué"',les divers éléments d'alliage étant convenablement introduits à l'é- tat de ferro-alliages ou aurement si on le désire . Ils sont cou- lés dans des coquilles pour éviter la formation de graphite dans les lingots.
Les lingots sont traités, avant et pendant le travail à chaud de la façon connue dans l'industrie de l'acier graphitique, c'est-à-dire de façon que le carbone reste sensiblement entière- ment à l'état de carbone combiné pendant le travail. Généralement parlant,les lingots doivent être traités à chaud,par exemple par laminage ou forgeage à une température ne dépassant pas environ
1065 C ou 1093 C pour produire des pièces ayant la forme et les dimensions désirées en vue de leur transformation en produits finis.
Lorsqu'il est nécessaire de forger la matière laminée à chaud pour faire des matrices, filières ou poinçons ou autres outils, les pièces laminées à chaud doivent être chauffées len- tement jusqu'à 1093 C et maintenues à cette température jusqu'à ce qu'elles aient été chauffées dans toute leur masse,après quoi on les forge à la forme voulue en ayant soin que la température ne tombe pas au-dessous de 954 C pendant le travail de forge.
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Lorsque les objets ont la forme voulue, on les graphitise en les soumettant à des traitements de normalisation et de re- cuit. A cet effet, on les normalise en les chauffant au-dessus du point critique, convenablement à environ 92? C pour provo- quer la décomposition et la diffusion des carbures. On les refroidit ensuite suivant la pratique de normalisation ordinai- re, en les retirant du four et en les refroidissant à l'air.
On recuit ensuite les objets en les réchauffant jusqu'au point critique ou au-dessus, par exemple en les chauffant à 788 C et en les maintenant à cette température pendant quatre heures. On refroidit ensuite les objets lentement de 11 C environ par heure, jusqu'au-dessous du point critique, après quoi on les retire du four et on les laisse refroidir à l'air.De cette façon les carbu res sont partiellement décomposés et il se produit du carbone graphitique avec une sphéroidification des carbures résiduels.
Lorsqu'ils sont traités de la manière qui vient d'être dé- crite, les aciers de la composition préférée indiquée ci-des- sus contiennent des pourcentages notables de graphite libre,sui- vant leur composition particulière, le reste du carbone étant à l'état de carbone combiné. Le carbone graphitique donne à la surface des qualités lubrifiantes qui sont utiles pour les ob- jets visés par l'invention, tandis que les carbures assurent, après un traitement thermique approprié, une grande résistance à l'usure et une structure possédant d'autres qualités désirable- qui seront indiquées en détail plus loin. La combinaison du car- bone graphitique et des carbures sphéroidifiés a aussi pour ef- fet que les aciers obtenus dans cet état peuvent être usinés fa- cilement.
Ce qui caractérise les produits obtenus suivant la présente invention, c'est que le carbone graphitique est disper- sé, à l'état de carbone finement divisé, uniformément dans toute la masse et que ces aciers, lorsqu'ils sont trempés,possè- dent des qualités remarquables de non accrochage.
Après avoir été graphitisés, les objets sont usinés ou terminés autrement jusqu'à la forme et jusqu'aux dimensions dé- sirées, après quoi on les soumet à un traitement de trempe au
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cours duquel ils sont chauffés au-dessus du point critique et refroidis à l'air. On peut obtenir ainsi un certain nombre de structures différentes suivant les conditions de la trempe.
On peut produire des structures austénitiques, mais il est actuellement préférable, pour la plupart des applications, d'effectuer ce traitement thermique de trempe de manière à ti produire une structure austénitique-martensique. Il est parti- culièrement désirable d'utiliser à cet effet un procédé de trempe double. Avec des sections ayant jusqu'à environ 5 cm d'épaisseur,il est ordinairement suffisant d'enrober les objets dans une composition appropriée, de les chauffer à 885 C,puis de les refroidir à l'air et de les retremper ensuite à 843 C.
Avec des sections de 5 à 10 cm d'épaisseur,la première chauffe doit être à environ $99 C, tandis que pour des sections de plus de 10 cm, la première chauffe doit être d'environ 912-913 C.
Dans les deux cas,la nouvelle trempe est effectuée à 843 C,tem- pérature à laquelle les objets sont maintenus jusqu'à ce qu'ils soient chauffés dans toute leur masse. Pendant la première trem pe, une proportion notable d'auténite sera conservée. La deu- xième trempe est utile par ce qu'elle assure de plus grandes propriétés de résistance à l'usure dues à la production de mar- tensite par transformation d'une partie de l'austénite. Des duretés de 60 à 65 Rc peuvent être obtenues régulièrement par une trempe effectuée de la manière décrite.
La capacité de trempe réglable des aciers obtenus sui- vant la présente invention et des objets fabriqués avec ces aciers est très avantageuse pour desraisons que tout homme de l'art comprendra facilement. Un autre avantage consiste en ce qu'il est possible d'effectuer la trempe sans déformation des outils de section variable ou de longueur considérable et de petite section ,dont le refroidissement brusque dans l'huile ou dans l'eau est une opération risquée. De plus,ces aciers possèdent la propriétés exceptionnelle de pouvoir également être trempés dans l'huile ou dans l'eau si cela est désirable pour une raison quelconque .
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REVENDICATIONS.
1. Acier allié de qualité de trempe réglable contenant 1 à 2 % de carbone et 0,25 à 1 % environ de chrome, caractérisé en ce qu'il contient aussi 0,5 à 1,5 % environ de manganèse, 0,2 à 1 % environ de molybdène, 0,25 à 1,4 % environ de nickel, 0,75 à 2 % environ de solicium, le reste étant effectivement du fer, ce qui réalise un acier ayant la propriété de pouvoir être travaillé à chaud et de produire,, par un traitement thermique, des structures austénitiques- ti martensques contenant du carbone graphitique et du carbure sphéroï- difié finement dispersé dans toute la structure,
et ayant une grande résistance à l'usure et pouvant être trempé profondément lorsque ses éléments autres que le carbone sont en quantités se rapprochant des limites supérieures indiquées ci-dessus, et trempé peu profon- dément lorsque ses éléments autres que le carbone sont en quantités se rapprochant des limites inférieures indiquées ci-dessus.
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"STEEL"
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The present invention relates to graphitic steels which, as has now been recognized, constitute a type of special steel. A characteristic of these well known steels is that it. contain free graphite and are capable of acquiring great hardness when subjected to an appropriate heat treatment. They have great resistance to abrasion, metal removal and frictional wear, and they are classified as easy to machine.
These properties, together with desirable mechanical properties, have resulted in graphitic steels having been used on a very large scale for the manufacture of a large number of dies, punches, spinning rolls, for cutting and shaping of pins and other tools used for the purposes indicated, especially when high resistance to fatigue and abrasion is required.
Two types of graphitic steels are widely used. The one of them contains about 1.5% carbon and about 1% silicon, while the other, similar in composition, also contains a small amount of molybdenum. Another known type of graphitic steel which has the properties common to graphitic steels and some additional properties which are not usual, contains about 1.5% carbon, about 0.4% manganese, 0.5% manganese. about% molybdenum, about 0.65% silicon and about 2.8% tungsten.
Already known graphitic steels are quenched by sudden cooling in a liquid, that is to say in oil, water or brine, and none of these formerly known graphitic steels are can be air soaked. The need for quenching by sudden cooling in a liquid is undesirable in some cases, for example in the case of parts whose cross-section is not uniform or whose length is relatively large and the cross-section relatively small, because of the deformation which can result from the tensions appear- @
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health during sudden cooling. In addition, sudden cooling in liquid refrigerant requires special equipment.
The graphitic steels developed later have the general properties characteristic of graphitic steels and the additional property of being able to be air quenched. They contain approximately 1 to 2% carbon, approximately 0.25 to 1% chromium, approximately 0.75 to 1.5% manganese, approximately 0.25 to 1% molybdenum, 1.5 to 2.5% about nickel and about 0.75 to 1.25% silicon.
It has been found that the graphitic steels known before the present invention are perfectly satisfactory in their particular fields and thousands of tons of them have been used. However, all are unique in that their quenching characteristics are set quite critically in each case. On the other hand, for certain applications, deep quenching steels are required, for example when it is an object subjected to strong wear and which can be grinded a large number of times, but which is not subjected to great shocks. In other cases, a shallow quench is desired to provide a hardened surface that resists wear and encloses a softer, ductile core.
Because the quenching characteristics of graphitic steels known prior to the present invention are quite critical, these steels are not suitable for various applications, such that the individual types can be employed, as required, to give. both deep quenching and shallow quenching. As regards the practice of manufacture and sale, as well as their economy, it would be desirable, on the other hand, to be able to satisfy the conditions for shallow quenching as well as those for deep quenching. with one and the same composition, which would simplify production, reduce the size of stocks and ensure corresponding advantages.
The main object of the present invention is the production of graphitic steels and articles made with these.
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steels in which the characteristic properties of graphitic steels are combined with an adjustable quenching capacity, that is to say allowing them to be quenched deeply or shallowly, as required, these steels also being of simple composition and little expensive and not requiring the use of large quantities of alloying elements, and can also be air quenched.
The invention will now be described with reference to the accompanying drawing, which is a graph, the curves of which represent the hardening characteristics of two steels obtained in accordance with the invention.
It has been discovered, and it is on this discovery that the present invention is based, that graphitic steels are obtained whose quenching can be regulated, by modifying the compositions indicated above and in particular by reducing substantially the nickel content, increasing the upper limit for silicon and lowering the lower limit for manganese. It is also useful to lower the lower limit of molybdenum.
According to the present invention, graphical steel articles are suitable with steels containing about 1 to 2% carbon, about 0.25 to 1% chromium, about 0.5 to 1.5% manganese, 0, 0. About 2 to 1% molybdenum, about 0.25 to 1.4% nickel and about 0.75 to 2% silicon. The phosphorus and sulfur content should be kept low.
The rest of the composition of steels is iron with impurities the amounts of which are those which are usually found in such steels, but it is understood that there may be other alloying elements, 2 provided that they do not have a deleterious effect on the characteristic properties of the present invention, and it is for this reason that we can say that the rest of steels are indeed iron, all the more so that these additional alloying elements do not alter the essential nature of the products produced in accordance with the invention.
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These steels make it possible to make articles which can be quenched deeply or shallowly, depending on the particular composition chosen between the limits indicated and, in all cases, they have the other properties of graphical steels, including mechanical properties, such as tensile strength, yield strength, etc., which are necessary and desirable for the applications for which graphitic steels are intended.
Nickel employed within the stated limits results in a lower austenite content, but this is sufficient to give adequate mechanical properties by its reinforcing effect on iron; it is also large enough to effect the graphitization necessary to provide the graphitic carbon and to impart the ability to perform adequately in quenching.
In the practice of the invention, a deep quenching is obtained using manganese, chromium, molybdenum, nickel and silicon in amounts close to the upper limits indicated, while a little quenching is obtained. deep using these metals in amounts close to the lower limits shown. The compositions are also naturally balanced according to the known practice relating to graphitic steel, i.e. during hot working the carbon will be entirely or almost in combination and so that the graphitization takes place at during subsequent annealing.
The maximum sensitivity to quenching occurs when the amount of combined carbon varies between 0.5 and 0.9%. When the amount of carbon is much greater than the eutectoid, as is the case with these steels, the presence of excess carbides can delay the formation of austenite during heat treatment, and in setting. In practice of the present invention, it is generally desirable to equilibrate the composition such that a sufficient amount of the carbon is converted to graphitic carbon so that the content of the agraphitic carbon approximates the eutectoid. . In general, for te-
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nors given in Cr, Mn, Mo, Ni and Si, a variation of the carbon between the indicated limits has no noticeable effect on the quenching characteristics.
The adjustable hardening characteristic of steels and articles according to the present invention can be represented by way of example by the following compositions:
EMI6.1
C Cr Mn Mo Ni Si PS %%%%%%% f0 Steel A 1.45 0.32 1.0 0.26 0.59 1.20 0.015 0.034 Steel B 1.50 0.53 0, g9 0, 45 0.99 1.39 0.021 0.035
The above steels were fabricated in an electric induction furnace and cast into ingots of approximately 13.608 kg, hot forged into 31.75 m round bars which were then subjected to the following annealing operations (graphitization):
Charge at 540 C
Heating to 654 C (111 per hour) "" 710 C (55.5 "" "" 743 C (33.3 "" "" 760 C (15.6 ""
EMI6.2
TT "777 C (5.5" Tr
Hold at 6 hours
Cooling to 593 C (11 per hour)
Air unloading.
Jominy bars of normal type with sudden final cooling were then machined with the annealed material, then heated for 45 minutes in neutral salt urban at 830 C and quenched according to prescribed Jominy practice. The hardnesses determined on the samples obtained are shown in the attached drawing. In this drawing, the distance, in sixteenths of an inch, from the suddenly cooled end of the sample is indicated on the abscissa, while on the ordinate we have indicated Rockwell hardness. Note that steel A can be hardened at a distance -) Jominy of 15.87 mm up to Rc 60, which indicates that it is a shallow hardened steel.
On the other hand, steel B, which contains the same amount of carbon, but larger amounts
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of alloy elements, has a quenching capacity of 3.8098 Jominy distance up to Rc 60, which indicates that it is a deep quench steel. The markedly different quench characteristics of these two steels clearly show how both deep and shallow quench can be achieved by the practice of the present invention. It is of course possible to achieve intermediate results. res. A composition similar to A, but with only 1.15 carbon, showed a 'Jominy curve which is essentially the same as that of steel A, which is generally true for these steels.
The steels according to the present invention can be obtained by methods common in the industry for the production of graphitic steels. They are preferably made in an electric furnace by normal "slaughter" steel practice, the various alloying elements being suitably introduced in the state of ferroalloys, or as desired. They are cast in shells to prevent the formation of graphite in the ingots.
The ingots are treated, before and during hot working in the manner known in the graphitic steel industry, that is to say so that the carbon remains substantially entirely in the combined carbon state. during work. Generally speaking, ingots should be heat treated, for example by rolling or forging at a temperature not exceeding about
1065 C or 1093 C to produce parts of the desired shape and size for processing into finished products.
When it is necessary to forge the hot-rolled material to make dies, dies or punches or other tools, the hot-rolled parts should be slowly heated to 1093 C and held at this temperature until 'they have been heated throughout, after which they are forged into the desired shape, taking care that the temperature does not fall below 954 C during the forging work.
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When the objects have the desired shape, they are graphitized by subjecting them to normalization and annealing treatments. For this purpose, they are normalized by heating them above the critical point, suitably to about 92? C to cause the decomposition and diffusion of the carbides. They are then cooled in accordance with ordinary standardization practice, by removing them from the oven and cooling them in air.
The objects are then annealed by heating them to or above the critical point, for example by heating them to 788 C and holding them at that temperature for four hours. The objects are then cooled slowly at about 11 ° C per hour, to below the critical point, after which they are removed from the oven and allowed to cool in air. In this way the fuels are partially decomposed and it graphitic carbon occurs with spheroidification of residual carbides.
When treated in the manner just described, the steels of the preferred composition indicated above contain significant percentages of free graphite, depending on their particular composition, the remainder of the carbon being the combined carbon state. Graphitic carbon gives the surface lubricating qualities which are useful for the objects contemplated by the invention, while the carbides provide, after suitable heat treatment, great resistance to wear and a structure having other desirable qualities - which will be detailed later. The combination of the graphitic carbon and the spheroidized carbides also has the effect that the steels obtained in this state can be machined easily.
What characterizes the products obtained according to the present invention is that the graphitic carbon is dispersed, in the finely divided carbon state, uniformly throughout the mass and that these steels, when they are quenched, possess tooth remarkable non-hanging qualities.
After being graphitized, the articles are machined or otherwise finished to the desired shape and dimensions, after which they are subjected to a tempering treatment.
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during which they are heated above the critical point and cooled in air. A certain number of different structures can thus be obtained depending on the conditions of the quenching.
Austenitic structures can be produced, but it is presently preferable, for most applications, to perform this quench heat treatment so as to produce an austenitic-martensic structure. It is particularly desirable to use a double quenching process for this purpose. With sections up to about 5 cm thick, it is usually sufficient to coat the objects in a suitable composition, heat them to 885 C, then air-cooled and then re-soak them at 843 C. vs.
With sections 5-10cm thick, the first toast should be around $ 99C, while for sections over 10cm, the first toast should be around 912-913C.
In both cases, the new quenching is carried out at 843 C, the temperature at which the objects are maintained until they are heated throughout their mass. During the first trem pe, a notable proportion of autenitis will be retained. The second quench is useful in that it provides greater properties of resistance to wear due to the production of martensite by processing part of the austenite. Hardnesses of 60 to 65 Rc can be obtained regularly by quenching carried out as described.
The adjustable hardenability of steels obtained according to the present invention and of articles made from these steels is very advantageous for reasons which any person skilled in the art will readily understand. Another advantage is that it is possible to carry out the quenching without deformation of tools of variable section or of considerable length and small section, the sudden cooling of which in oil or in water is a risky operation. In addition, these steels possess the exceptional properties that they can also be quenched in oil or in water if this is desirable for any reason.
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CLAIMS.
1. Alloy steel of adjustable quench quality containing 1 to 2% carbon and about 0.25 to 1% chromium, characterized in that it also contains about 0.5 to 1.5% manganese, 0.2 approximately 1% molybdenum, approximately 0.25 to 1.4% nickel, approximately 0.75 to 2% solicium, the remainder being effectively iron, which produces a steel having the property of being able to be hot worked and to produce, by heat treatment, austenitic-ti martensque structures containing graphitic carbon and spheroidized carbide finely dispersed throughout the structure,
and having high wear resistance and capable of being deeply quenched when its non-carbon elements are in amounts approaching the upper limits given above, and shallow hardened when its non-carbon elements are in amounts approaching the lower limits shown above.