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Patent 2197532 Summary

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Claims and Abstract availability

Any discrepancies in the text and image of the Claims and Abstract are due to differing posting times. Text of the Claims and Abstract are posted:

  • At the time the application is open to public inspection;
  • At the time of issue of the patent (grant).
(12) Patent Application: (11) CA 2197532
(54) English Title: ACIER UTILISABLE NOTAMMENT POUR LA FABRICATION DE MOULES POUR INJECTION DE MATIERE PLASTIQUE
(54) French Title: STEEL USABLE FOR THE MANUFACTURE OF PLASTIC INJECTION MOULDS
Status: Deemed Abandoned and Beyond the Period of Reinstatement - Pending Response to Notice of Disregarded Communication
Bibliographic Data
(51) International Patent Classification (IPC):
  • C22C 38/00 (2006.01)
  • B23K 35/30 (2006.01)
  • C22C 38/08 (2006.01)
  • C22C 38/42 (2006.01)
(72) Inventors :
  • BEGUINOT, JEAN (France)
  • CHENOU, FREDERIC (France)
  • PRIMON, GILBERT (France)
(73) Owners :
  • CREUSOT LOIRE INDUSTRIE
(71) Applicants :
  • CREUSOT LOIRE INDUSTRIE (France)
(74) Agent: NORTON ROSE FULBRIGHT CANADA LLP/S.E.N.C.R.L., S.R.L.
(74) Associate agent:
(45) Issued:
(22) Filed Date: 1997-02-13
(41) Open to Public Inspection: 1997-09-01
Examination requested: 2001-11-13
Availability of licence: N/A
Dedicated to the Public: N/A
(25) Language of filing: French

Patent Cooperation Treaty (PCT): No

(30) Application Priority Data:
Application No. Country/Territory Date
96 02595 (France) 1996-03-01

Abstracts

English Abstract

Steel that may be used among other things for the manufacture of plastic injection molds with a chemical composition that includes, in weight, 0.03% C 0.25%, 0% Si 0.2%, 0% Mn 0.9%, 1.5% Ni 5%, 0% Cr 18%, 0.05% Mo + W/2 1%, 0% S 0.3%, at least one element among Al and Cu in concentrations between 0.5% and 3%, possibly 0.0005% B 0.015%, possibly at least one element from among V, Nb, Zr, Ta and Ti, in concentrations between 0% and 0.3%, possibly at least one element from among Pb, Se, Te et Bi, in concentrations between 0% and 0.3%, the rest being iron and impurities resulting from processing, notably nitrogen, whth the chemical compositions so satisfying the following: Kth = 3.8 x C + 9.8 x Si + 3.3 x Mn + 2.4 x Ni + x Cr + 1.4 x (Mo + W/2) 15, with = 1.4 if Cr < 8% and = 0 if Cr 8%; Tr = 3.8 x C + 1.07 x Mn + 0.7 x Ni + 0.57 x Cr + 1.58 x (Mo + W/2) + kB 3.1, with kB = 0.8 if B is between 0.0005% and 0.015%, and kB = 0 if not; if Cr 5%, Kth / Tr 3. Steel block of hardness greater than 350 HB and solder.


French Abstract


Acier utilisable notamment pour la fabrication de moules pour injection de
matières plastiques dont la composition chimique comprend, en poids: 0,03% ~
C ~ 0,25%, 0% ~ Si ~ 0,2%, 0% ~ Mn ~ 0,9%, 1,5% ~ Ni ~ 5%, 0% ~ Cr ~ 18%,
0,05% ~ Mo + W/2 ~ 1%, 0% ~ S ~ 0,3%, au moins un élément pris parmi Al et
Cu en des teneurs comprises entre 0,5% et 3%, éventuellement 0,0005% ~ B ~
0,015%, éventuellement au moins un élément pris parmi V, Nb, Zr, Ta et Ti, en
des teneurs comprises entre 0% et 0,3%, éventuellement au moins un élément
pris parmi Pb, Se, Te et Bi, en des teneurs comprises entre 0% et 0,3%, le resteétant du fer et des impuretés résultant de l'élaboration, notamment de l'azote; la
composition chimique satisfaisant, en outre, les relations: Kth = 3,8 x C + 9,8 x
Si + 3,3 x Mn + 2,4 x Ni + .alpha.x Cr + 1,4 x (Mo+W/2) ~ 15, avec .alpha. = 1,4 si Cr <
8% et .alpha. = 0 si Cr ~ 8%; Tr = 3,8 x C + 1,07 x Mn + 0,7 x Ni + 0,57 x Cr + 1,58 x
(Mo + W/2) + kB ~ 3,1, avec kB = 0,8 si B compris entre 0,0005% et 0,015%, et
kB = 0 si non; si Cr ~ 5 %, Kth / Tr ~ 3. Bloc en acier de dureté supérieure à
350 HB et fil de soudure.

Claims

Note: Claims are shown in the official language in which they were submitted.


12
Les réalisations de l'invention, au sujet desquelles un
droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué,
sont définies comme suit:
1 - Acier, utilisable notamment pour la fabrication de moules pour injection
de matières plastiques, caractérisé en ce que sa composition chimique
comprend, en poids:
0,03% ~ C ~ 0,25%
0% ~ Si ~ 0,2%
0% ~ Mn ~ 0,9%
1,5% ~ Ni ~ 5%
0% ~ Cr ~ 18%
0,05% ~ Mo + W/2 ~ 1%
0% ~ S ~ 0,3%
- au moins un élément pris parmi Al et Cu en des teneurs comprises chacune
entre 0,5% et 3%,
- éventuellement 0,0005% ~ B ~ 0,015%,
- éventuellement au moins un élément pris parmi V, Nb, Zr, Ta et Ti, en des
teneurs comprises chacune entre 0% et 0,3%,
- éventuellement au moins un élément pris parmi Pb, Se, Te et Bi, en des
teneurs comprises chacune entre 0% et 0,3%,
le reste étant du fer et des impuretés résultant de l'élaboration, notamment de
l'azote, la composition chimique satisfaisant, en outre, les relations:
Kth = 3,8 x C + 9,8 x Si + 3,3 x Mn + 2,4 x Ni + .alpha. x Cr + 1,4 x (Mo+W/2) ~ 15
avec .alpha. = 1,4 si Cr < 8%, et .alpha. = 0 si Cr ~ 8%,
et:
Tr= 3,8 x C + 1,07 x Mn + 0,7 x Ni + 0,57 x Cr + 1,58 x (Mo+W/2) + kB ~ 3,1
avec kB = 0,8 si la teneur en bore est comprise entre 0,0005% et 0,015%, et kB
= 0 si non,
et, si Cr ~ 5 % :
Kth/Tr ~ 3
2 - Acier selon la revendication 1 caractérisé en ce que:
Kth = 3,8 x C + 9,8 x Si + 3,3 x Mn + 2,4 x Ni + .alpha. x Cr + 1,4 x (Mo+W/2) ~ 13
3 - Acier selon la revendication 2 caractérisé en ce que:
Kth = 3,8 x C + 9,8 x Si + 3,3 x Mn + 2,4 x Ni + .alpha. x Cr + 1,4 x (Mo+W/2) ~ 11
4 - Acier selon la revendication 1 caractérisé en ce que:
3,8 x C + 3,3 x Mn + 2,4 x Ni + .alpha. x Cr + 1,4 x (Mo+W/2) ~ 8
avec .alpha. = 1,4 si Cr < 8%, et .alpha. = 0 si Cr ~ 8%,
5 - Acier selon la revendication 1 caractérisé en ce que:

13
Tr = 3,8 x C + 1,07 x Mn + 0,7 x Ni + 0,57 x Cr + 1,58 x (Mo+W/2) + kB ~ 4,1
6 - Acier selon la revendication 1 caractérisé en ce que:
Kth/Tr ~ 2,8
7 - Acier selon la revendication 6 caractérisé en ce que:
Kth/Tr ~ 2,5
8 - Acier selon la revendication 1 caractérisé en ce que sa composition
chimique est telle que:
Mn ~ 0,7%
9 - Acier selon la revendication 8 caractérisé en ce que sa composition
chimique est telle que:
Mn < 0,5%
10 - Acier selon la revendication 1 caractérisé en ce que sa composition
chimique est telle que:
Si ~ 0,1%
11 - Acier selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 caractérisé en
ce que:
Cr ~ 5%
12 - Acier selon la revendication 11 caractérisé en ce que:
Cr ~ 2%
0,0005% ~ B ~ 0,005%
13 - Acier selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 et 8 à 10
caractérisé en ce que:
Cr ~ 8%
14 -Acier selon la revendication 1 caractérisé en ce que la teneur en
azote est inférieure à 0,003 %.
15 - Bloc en acier selon l'une quelconque des revendications 1 à 14
caractérisé en ce que il a une dimension caractéristique d supérieure ou égale à20 mm, et en ce que, en tous points, il a une structure martensitique, bainitique
ou martensito-bainitique revenue de dureté supérieure à 350 HB.
16 - Bloc selon la revendication 15 caractérisé en ce que la composition
chimique de l'acier est telle que:
3,8 x C + 1,07 x Mn + 0,7 x Ni + 0,57 x Cr + 1,58 x (Mo+W/2) + kB ~ 2,05 + 1,04
x log(d)
17 - Bloc selon la revendication 15 caractérisé en ce que la composition
chimique de l'acier est telle que:
3,8 x C + 1,07 x Mn + 0,7 x Ni + 0,57 x Cr + 1,58 x (Mo+W/2) + kB ~ - 0,8 + 1,9 x
log(d)

14
18 -Fil de soudage en acier selon l'une quelconque des revendications 1
à 14.

Description

Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.


219 715 3 2 CLI 95/02
ACIER UTILISABLE NOTAMMENT POUR LA FABRICATION DE MOULES
POUR INJECTION DE MATIERE PLASJIQUE
La présente invention conceme un acier à durcissement structural
utilisable, nota"~menl, pour la fabrication de moules pour injection de matière
plastique.
Les moules pour injection de matières plastiques sont constitués
d'assemblages de pièces usinées dans des blocs d'acier de façon à former une
empreinte ayant la forn~e des objets à fabriquer par moulage. Les objets sont
moulés en série et les moulages successifs engendrent une usure de la surface
de l'empreinte. Apres la fabrication d'un certain nombre d'objets, les moules sont
hors d'usage et doivent être remplacés ou répares. La réparation, lorsqu'elle est
possible, consiste en un rechargemenl par soudure suivi d'un usinage et d'un
polissage ou dlun grenage chimique de la surface de l'empreinte. Pour que la
reparation par soudure soit possible, il faut, notamment, que le métal apporté
par soudure et que les zones affectées par la chaleur de soudage dans le métal
de base aient des propriétés sati~faisa"les. L'aptitude à la réparalion par
soudage est obtenue, no~a"""ent, en utilisant un acier à durcissement structuraltraités par L,ei"pe et revenu. Le durcissement structural est obtenu en ajoutant à
l'acier de 2% à 5% de nickel et au moins un élément pris parmi l'aluminium et lecuivre, en des teneurs comprises entre 0,5% et 3%. La présence combinée de
nickel et de cuivre ou dlaluminium permet d'obtenir par trempe et revenu une
structure bainitique ou martensitique, dont la résistance à la traction est de
l'ordre de 1400 MPa et la dureté d'environ 400 HB. Le durcissement résultant de
la précipitation au cours du revenu de composés intermétalliques, la teneur en
carboi ,e peut être limitée. Cette teneur en carbone limitée permet de réparer les
pièces par soudure sans que la dureté des zones affectées par la chaleur
dép~sse sensiblement 400 HB.
Outre le nickell le cuivre et llaluminium, la composition chimique de l'acier
comprend, en poids, moins de 0,25% de ca,l.one, moins de 1% de silicium, de
0,9% à 2% de manganèse, de 2% à 5% de nickel, de 0% à 18% de chrome, de
0,05% a 1% de molybdène, de 0% à 0,2% de soufre, éventuellement du titane,
du niobium ou du vanadium en des teneurs inférieures à 0,1%, éventuellement
du bore en des teneurs inférieures à 0,005%, le reste étant du fer et des
impuretés résultant de l'élaboration.
Pour certaines applications, les moules ont besoin de resister à la
corrosion, et la teneur en chrome est choisie supérieure à 8%. Pour d'autres
applications, la résistance à la corrosion ne présente pas d'intérêt particulier, et

~Ig7332
la teneur en chrome reste inférieure a 2%.
L'utilisation de moules ainsi fabriqués, qu'ils aient ou non besoin de
résister à la corrosion, présente l'inconvénient de limiter la productivité des
installations de moulage par injection de matières plastiques. En effet, une
5 opération de moulage comporte plusieurs phases slJccessivesl dont une phase
de solidification de la matière plastique par refroidissement qui est relativement
longue.
De plus, la fabrication des moules qui se fait notamment par usinage de
blocs d'acier dont l'ép~isse~r peut a~leindre 800 mm, voire 1000 mm, peut
lO presenler des difficultés résultant de la présence de bandes ségrégées. Ces
difficultés sont, d'ailleurs, d'autant plus i"lpo,la,lles que les blocs d'acier sont
épais.
Le but de la présente invention est de remédier a ces inconvénients en
proposant un acier, utilisable pour la fabrication de moules pour injection de
15 matière plastique, ayant une résistance à la traction Rm de l'ordre de 1400 MPa,
une dureté supérieure à 350 HB, et de prererence supérieure à 380 HB, une
bonne soud~hilité, une usinabilité satisfaisante même pour des ép~isseurs très
illlpGI lan~es et per",etlan~ d'augmenter la productivité des installations de
moulage par injection en raccourcissant les durées de refroidissement après
20 injection.
A cet effet, I'invention a pour objet un acier, utilisable notamment pour la
fabrication de moules pour injection de matières plastiques, dont la composition chimique co",p,end, en poids:
- 0,03%~C~0,25%
0%~Si<0,2%
0% ~ Mn < 0,9%
1,5% ~ Ni ~ 5%
0% c Cr ~ 18%
0,05% ~ Mo + W/2 ~ 1 %
0%~S~0,3%
- au moins un élément pris parmi Al et Cu en des teneurs comprises chacune
entre 0,5% et 3%,
- éventuellement de 0,0005% à 0,015% de bore,
- éventuellement au moins un élément pris parmi V, Nb, Zr, Ta et Ti, en des
35 teneurs comprises, chacune, entre 0% et 0,3%,
- éventuellement au moins un élément pris parmi Pb, Se, Te et Bi, en des
teneurs comprises chacune entre 0% et 0,3%,

3 2197532
- de preférel Ice moins de 0,003 % d'azote,
le reste étant du fer et des impuretés résultant de l'élaboration; la composition
chimique satisfaisant, en outre et simultanément, les relations:
Kth=3,8xC+9,8xSi~3,3xMn+2,4xNi+axCr+1,4x(Mo+W/2)<At
dans cette formule, a = 1,4 si Cr ~ 8%, et a = 0 si Cr > 8%; et At = 15, de
prererence At = 13, et mieux encore At = 11;
et:
Tr=3,8xC+1,07xMn+0,7xNi+0,57xCr+1,58x(Mo+W/2)+kB~Bt
kB = 0,8 lorsque l'acier contient entre 0,0005 % et 0,015 % de bore, et kB = 0 si
non; Bt = 3,1, et de prérér~nce Bt = 4,1;
et:
KthlTr ~ Ct
avec Ct = 3, de préférence Ct = 2,8, et mieux encore Ct = 2,5 .
La composition de l'acier peut être avanl~geusement choisie de telle
façon que:
3,8xC+3,3xMn+2,4xNi+axCr+1,4x(Mo+W/2)<8
De prerére,lce, la composition chimique de l'acier doit etre telle que la
teneur en ",an~a,lèse soit inférieure ou égale à 0,7%, et, mieux encore,
inférieure ou égale à 0,5%; de même, il est préférable que ia teneur en siliciumsoit inférieure ou égale à 0,1%.
Lorsque l'acier est destiné à fabriquer des moules devant résister à la
conosion, la teneur en ~:~,ro",e doit, de préférence, être supérieure ou égale à8%. Lorsque la résislance à la corrosion n'est pas nécess~ire, la teneur en
chrome doit, de preférence, être inférieure ou égale à 5%, et, mieux encore,
inférieure ou égale à 2%, et il est preferable que l'acier contienne du bore.
L'invention concerne également un bloc en acier selon l'invention de
dimension caractérisli~ue d supérieure ou égale à 20 mm, qui a, en tous point,
une structure soit ma, lensilique, soit bainiliq,Je, soit ,nd, lensilo-bainitique,
revenue, de dureté supérieure à 350 HB.
De préférence, la composition chimique de l'acier constituant le bloc est
telle que:
3,8xC+1,07xMn+0,7xNi+0,57xCr+1,58x(Mo+W/2)+kB~f(d)
kB = 0,8 lorsque l'acier contient entre 0,0005 % et 0,015 % de bore, et kB = 0 si
non,
avec:
f (d) = 2,05 + 1,04 x log(d)
et de pr~fére,lce:
f (d) = - 0,8 + 1,9 x log(d)

~ 4 2197~32
dans ce cas le bloc d'acier doit être trempé à l'eau.
L'ex~ ression "log(d)" représente le logarithme décimal de la dimension
cara.:téristique d exprimée en mm.
L'invention va maintenant être décrite plus en détail mais de façon non
5 limitative nota"""ent à l'aide des exemples qui suivent.
L'acier selon l'invention est un acier à durcissement structural dont la
co")position chimique co",pre"d en poids:
- plus de 0 03% de earbone pour assurer une résistance suffisante à
I'~doucissement au revenu mais moins de 025% pour obtenir une bonne
o soudabilité caractérisée par une dureté des ZAT de soudage ne dép~ss~nt pas
430 HB ;
- de 0% à 0 2% et de préKrel,ce moins de 0 1% de silicium; cet élément
habituellement nécess~ire à la désoxydation de l'acier au cours de l'élaborationne doit pas dép~-sser 0 2% afin d'éviter une réduction excessive de la
15 conductibilité thermique de l'acier;
- de 0% à 0 9% de ",anganèse pour d'une part fixer le soufre et d'autre part
co"rérer à l'acier une trempabilité suffisante; la teneur est limitée à 0 9% et de
préfér~l,ce à 07% et mieux encore à 05% pour d'une part conL,ibuer à
obtenir une conductibilité thermique la plus g,ande possible et d'autre part et
20 surtout éviter la formation de bandes ség, ~gées très défavorables à
l'usinabilité;
- de 1,5% à 5% de nickel pour lors du revenu, former avec l'aluminium ou le
cuivre des précipitations du,-;issantes; compte tenu du niveau de dureté visé
après revenu une addition d'au moins 1 5% de nickel est souhaitable et il n'est
25 pas nécess~ire de dép~sser 5% car, au delà I'effet d'une addition
supplémentaire de nickel n'est pas significatif et cet élément est très coûteux; - de 0% à 18% de ch(u",e et de preférence de 8% à 18% lorsque une
résistance à la corrosion est nécess~ire; lorsque la resislance à la corrosion
n'est pas utile la teneur en cl~,ul,le est de préférence inférieure à 5% et mieux
30 encore inférieure à 2%;
- de 005% à 1% de molybdène notamment pour renrorcer la résistance à
l'adoucissement au revenu et soutenir ainsi le durcissement obtenu par les
précipités intermétalliques de nickel cuivre et aluminium; les teneurs maximalessont fixées pour ne pas nuire à la conductibilité thermique et ne pas trop
35 augmenter le coût de l'acier; le molybdène peut être remplacé totalement ou
partiellement par du tungstène à raison de 2% de tungstène pour 1% de
molybdène de ce fait pour ces deux éléments I'analyse est définie par la valeur
Mo + W/2;

5 2197532
,
- éventuellement de 0,0005% à 0,015% de bore pour augmenter la trempabilité
sans détériorer la conductibilité thermique de l'acier; le chrome étant un élément
qui augmente sensiblement la l,en,pal~ilité de l'acier, I'addition de bore est
particulièrement souhaitable lorsque la teneur en chrome est inférieure ou égale5 à2%;
- de 0% à 0,3% de soufre; cet élément améliore l'usinabilité, mais en trop forteteneur il nuit à la qualité des surfaces actives des moules, lesquelles surfacessont, généralement, soit polies, soit grenées;
- au moins un élément pris parmi l'aluminium et le cuivre en des teneurs
lO comprises entre 0,5% et 3% chacune, pour obtenir un effet de durcissement
structural par précipitation de composés intermétalliques au cours du revenu, cequi permet d~obtenir à la fois une grande dureté et une bonne soudabilité;
- éventuellement, au moins un élément pris parmi le vanadium, le niobium, le
~i,cGnium, le tantale et le titane, en des teneurs comprises chacune entre 0% et15 0,3%, et de préférence supérieure à 0,01% chacune, en particulier pour rendreplus fiable l'effet du bore, nota"l,llent lorsque l'acier est trempé dans la chaude
de forgeage ou de laminage;
- éventuellement au moins un élément pris parmi le plomb, le sélénium, le tellure
et le bismuth, en des teneurs comprises chacune entre 0,1% et 0,3%, afin
20 d'améliorer l'usinabilité sans trop détériorer l'aptitude au polissage ou au
glenage chimique;
- de préférence, moins de 0,003 % d'azote pour éviter la formation de gros
nitrures d'aluminium défavorables à l'obtention d'une bonne aptitude au
polissage;
25 le reste étant du fer et des impuretés résultant de l'élaboration.
Il n'est pas toujours possible ou souhaitable de limiter la teneur en azote à
moins de 0,003 %, en particulier parce qu'il est coûteux d'enlever l'azote
a~ o, lee par l'élaboration. Lorsque la teneur en azote ne peut pas être limitée à
moins de 0,003 %, il est prérérable de fixer l'azote sous forme de fins nitrures de
30 titane ou de zirconium. Pour cela, il est souhaitable que les teneurs en titane,
zirconium et azote (élément toujours présent, au moins à titre d'impureté en desteneurs comprises entre quelques ppm et quelques centaines de ppm) soient
telles que:
0,00003 ~ (N)x(Ti + Zr/2) < 0,0016
35 et que le titane ou le zirconium soient introduits dans l'acier par dissolution
progressive d'une phase oxydée de titane ou de zirconium, par exemple en
effectuant l'ajout de titane ou de zirconium dans de l'acier non désoxydé, puis en

6 21g7532
ajoutant un désoxydant fort tel que l'aluminium. Ces conditions permettent
d'obtenir une dispersion très fine de nitrures de titane ou de zirconium favorable
a la résilience, à l'usinabilité, et à la polissabilité. Lorsque le titane ou lezirconium sont introduits de cette façon prefére,llielle, le nombre de nitrures de
titane ou de zirconium de taille supérieure à 0,1 ,um, coi~ptés sur une aire de
1mm2 d'une coupe micrographique d'acier solide, est inférieure à 4 fois la
somme de la teneur totale en titane précipité sous forme de nitrures et de la
moitié de la teneur totale en ~ conium précipité sous forme de nitrures,
e,~ri",ées en millièmes de %.
o La coi"posilion chimique de l'acier doit, en outre, satisfaire deux
conditions relatives d'une part à la l,~i"pabilité et d'autre part à la conductibilité
thermique.
Afin d'obtenir des caractéristiques de résistance mécanique et de dureté
satisfaisantes, résistance à la traction d'environ 1400 MPa et dureté de l'ordrede 400 HB (c'est à dire au moins supérieure à 350 HB, et de préférence
- supérieure à 380 HB), les pièces constituant les moules d'injection de matière
plastique doivent être usinées dans des blocs d'abord trempés pour leur
conférer une structure soit entie~r"ent "~a, lansitique, soit entièrement
bainitique, soit mixte ,na, lensito-bainitique, mais, en tout état de cause, exempte
de ferrite et de perlite, puis revenus pour les durcir par précipitation de
co",posés inler",etalliques. La t~"~pe peut être faite, par exemple, par
refroidissement à l'eau, à l'huile ou à l'air après austénitisation, de préférence,
entre 850~C et 1050~C, ou directement dans la chaude de forge ou de laminage.
Le revenu s'effectue, en général, entre 500~C et 550~C.
Les blocs sont, par exemple, des tôles laminées ou des larges plats
forgés dont l'épaisseur est supérieure à 20 mm et peut aller jusqu'à 800 mm,
voire 1000 mm. Dans ces conditions, pour que la structure soit entièrement
trempée, y compris a coeur des blocs, la l,~mpa~ilité de l'acier doit être
su~isanle. Pour cela, la cor"position chimique de l'acier doit satisfaire la relation
suivante:
Tr=3,8xC+1,07xMn+0,7xNi+0,57xCr+1,58x(Mo+W/2)+kB>Bt
kB = 0,8 lorsque l'acier contient entre 0,0005 % et 0,015 % de bore, et kB = 0 si
non.
La constante Bt qui représente la l,empabilité minimale à obtenir doit au
moins être égale à 3,1 et, pour les ép~isse~lrs importantes, au moins égale à
4,1 .
Plus précisément, chaque bloc a une dimension caractéristique d qui

- ~_ 7 2197532
détermine la vitesse de refroidissement à coeur pour un mode de
refroidissement déterminé. Pour obtenir la structure souhaitée, la trempabilité
doit être adaptée à la dimension caractéristique d, et pour cela, la compositionchimique de l'acier doit être telle que:
s 3,8xC+1,07xMn+0,7xNi+0,57xCr+1,58x(Mo+W/2)+kB>f(d)
avec:
f (d) = 2,05 + 1,04 x log(d)
lorsque le bloc est trempé par refroidissement à l'air,
et:
o f (d) = - 0,8 + 1,9 x log(d)
lorsque le bloc d'acier est trempé à l'eau, ce qui est preKrable.
L'expression "log(d)" represente le logarililme décimal de la dimension
ca,actéristique d explilllée en mm. Cette di,llension caractéristique est, par
exemple, I'épaisseur d'une tôle ou le diamètre d'une barre ronde.
Par ailleurs, les inventeurs ont col)staté qu'il était possible de minimiser la
conductibilité thermique de l'acier en choisissant convenablement sa
colllp~sition chimique. Ceci a l'avanlage de perlllellle d'augmenter la
prodl~ctivité des ~peration d'injection de matière plastique en raccourcissant la
phase de refroidissement qui suit la phase d'injection. Pour cela, la composition
20 chimique de l'acier doit être telle que:
Kth=3,8xC+9,8xSi+3,3xMn+2,4xNi+axCr+1,4x(Mo+W/2)
soit le plus petit possible, et, au moins, que Kth soit inférieur à 15, de préférence
inférieur à 13, et mieux encore inférieur à 11.
De préférence, la composition doit être telle que:
3,8xC+3,3xMn+2,4xNi+axCr+1,4x(Mo~W/2)c8
Dans ces expressions, a = 1,4 si la teneur en chrome est inférieure à 8%,
et a = 0 si la teneur en chrome est supérieure ou égale à 8%. En effet, lorsque
la teneur en chrome est supérieure ou égale à 8%, celle ci est ajustée
essentiellement en fonctio" de considérations relatives à la résistance à la
30 corrosion. Dans le cas contraire, cette teneur peut être ajustée pour maximiser la
conductivité thermique.
Kth est un indice sans dimension variant dans le même sens que la
résistivité thermique de l'acier, c'est à dire inversement proportionnel à la
conductivité thermique.
En fait, pour les aciers n'ayant pas besoin de résister à la corrosion (Cr <
8 % ou même Cr c 5 %) la difficulté essentielle consiste à concilier une
trempabilité suffisante pour obtenir à coeur de pièces épaisses les

B 2197532
caractéristiques mécaniques souhaitées, une faible teneur en manganèse pour
limiter, voire éviter, la présence de bandes ségrégées, et une résistivité
thermique la plus faible possible ou, ce qui est équivalent, une conductibilité
thermique la plus grande possible (pour les aciers devant résister à la corrosion,
du fait de la forte teneur en chrome, le problème de la trempabilité ne se pose
pas). Les inventeurs ont constaté que pour obtenir cet optimum, il est
souhaitable et possible d'ajouter une condition supplémentaire relative au
rapport Kth/Tr, en imposant que Kth/Tr soit inférieur ou égal à 3, de préférenceinférieur ou égal à 2,8, et mieux encore inférieur ou égal à 2,5.
o Une solution particulière",anl intéressante correspond à un acier dont la
composition chimique cor"prend, en poids:
0, 1 % c C ~ 0, 16% -
0%CSi<0,15%
0,6% ~ Mn < 0,9%
2,8% ~ Ni ~ 3,3%
0% ~ Cr ~ 0,8%
0,2% c Mo + W/2 ~ 0,35%
0,9% ~ Al < 1,5%
0,9% ~ Cu ~ 1 ,5%
0,0005% ~ B ~ 0,015%
0%~S~0,3%
- éventuellement au moins un élément pris parmi V, Nb, Zr, Ta et Ti, en des
teneurs co",prises chacune entre 0% et 0,3%,
- éventuellement au moins un élément pris parmi Pb, Se, Te et Bi, en des
25 teneurs cG",prises chacune entre 0% et 0,3%,
le reste étant du fer et des impuretés résultant de l'élaboration.
Avec l'analyse moyenne, cet acier permet d'obtenir un coefficient de
résistivité thermique Kth = 11,75, une trempabilité Tr = 4,76, un rappG, l KthlTr =
2,5, et une dureté supérieure à 350 HB, quasi"~ent uniforme dans toute la
30 masse de blocs d'épaisseur pouvant atteindre 800 mm trempés à l'air.
A titre de Premier exemPle. on a fabriqué des pièces de moule pour
injection de matière plastique, par usinage de tôles d'épaisseur de 80 à 500 mm
repérées A, B, C, D, E, F, F1, G, H, I, J et J1. Les tôles repérées A à F1 étaient
conrur",e à l'invention, et, à titre de coi"paraison, les tôles repérées G à J1
35 étaient selon l'art antérieur. Les compositions chimiques, en millièmes de % en

9 219753~
poids sont indiquées au tableau 1.
Toutes les tôles ont été laminées à 1100~C avant d'être soumises à un
traitement thermique pour obtenir des duretés toutes comprises entre 385 HB et
420 HB.
Les épaisseurs d (en mm), les traitements thermiques, les indices de
résistivité thermique Kth, les valeurs de conductibilité thermique Cth (en
Wlm/~K) et les indices de l,ai"pabilité Tr (K et Tr sont des indices sans
dimension~ sont indiqués au tableau 2.
- Tableau 1
C Si Mn Ni Cr Mo Al Cu Nb V B
A 11~ 45 500 3100 150 310 1100 1050 3
B 105 57 7~0 3040 160 295 1140 1050 30 3
C 11~ 85 710 3110 140 305 1110 1600 3
D 130 50 300 2750 130 285 1090 1070 3
E 120 130 850 3020 150 305 1110 1075 ~5 3
F 100 30 200 2500 100 250 1120 1080 3
F1 130 85 850 2800 1200 300 1120 1080 3
G 130 350 1150 3050 200 290 1100 1060
H 125 65 1520 3100 190 320 1130 1020
145 85 1090 3200 210 305 1120 1050 3
J 140 490 1600 3100 850 340 1050 1450
J1 130 350 1500 3000 1000 300 1050 1450
Les résultats repo,lés au tableau 2 ~,onl~nl que les aciers selon
l'invention ont des conductivités thermiques de 10% (E comparé à H) à 60% (F
comparé à J) plus fortes que celles des aciers selon l'art antérieur. Ces
conductivités thermiques plus fortes per,nelle, lt d'augmenter significativement la
15 productivité des moules en réduis~nt la durée des phases de refroidissement au
cours des cycles de moulage. On peut également co"~parer les aciers F1 et 1, J
et J1 qui per",ellent tous les quatres de fabriquer des blocs de 900 mm
d'ép~isse~ Ir par refroidissement à l'air. L'acier F1 selon l'invention a une
conductibilité thermique supérieure de 30 % à celle des aciers J et J1 co"ror",es
20 à l'art antérieur. De plus, la teneur en manganèse de l'acier F1 est très
sensiblement plus faible que celle de ces aciers, ce qui est très favorable à laréduction des ségrégations. L'acier I co"rurl"e à l'art antérieur, bien qu'ayantune teneur en silicium faible, a une conductibilité thermique inférieure de plus de
10 % à celle de l'acier F1.

lo 2197~3~
- Tableau 2
d a~ r, C ~n trempe revenu Kth Tr Cth KthtTr
A 80 950~C air 525~C-2h 10,6 4,5 43 2,3
B 130chaude de laminage air 525~C-2h 11,4 4,7 40 2,4
C 500 950~C eau 525~C-3h 11,7 4,7 40 2,5
D 200 950~C eau 525~C-3h 9,2 4,1 45 2,2
E 150 950~C air 525~C-2h 12,4 4,8 39 2,6
F 100 950~C eau 525~C-2h 7,8 3,3 47 2,4
F1 900? 950~C air 7 525~C-2h 12~1 5,32 39 2,3
G 80 950~C air 525~C-2h 15,7 4,4 34 3,6
H 400 950~C eau 525~C-3h 14,3 4,9 36 2,9
130 950~C air 525~C-2h 13,4 5,3 35 2,5
J 150 950~C air 525~C-2h 19,7 5,4 29 3,6
J1 900 950~C air 525~C-2h 17,9 5,2 30 3,4
A titre de deuxième exemPle. on a fabriqué des moules pour injection de
matières plastiques, devant résister à la corrosion, avec l'acier M selon
5 I'invention, et N confor,l,e à l'art antérieur. Ces aciers ont été laminés sous forme
de tôles d'épaisseur 150 mm, puis soumises à un traitement thermique par
trempe air et revenu à 550~C pendant 2 heures. Les analyses chimiques, en
millièmes de % en poids, sont indiquées au tableau 3, et les caracteristiques
obtenues, au tableau 4.
Tableau 3
C Si Mn Ni Cr Mo Al Cu Nb V B
M 40 50 300 3500 16000 6002200 1550
N 50 450 1100 4100 16000 5502100 1450
Tableau 4
HB Kth Tr Cth
M 415 10,8 13,0 22
N 430 18,8 14,2 18
On constale un écart de conductibilité thermique de 20% en faveur de
15 I'acier selon l'invention ce qui conduit aux mêmes avantages que ceux qui ont été indiqués précédemment.
L'acier selon l'invention est, en général, fabriqué sous forme de tôles
laminées ou sous forme de barres ou de larges plats forgés mais il peut,

11 2197532
également, être fabriqué sous toute autre forme, et, en particulier, sous forme de
fil.
Pour que parties réparées par soudure aient les mêmes propriétés que la
masse du moule, aussi bien la conductibilité thermique que les propriétés
5 re~ ses pour la surface de l'empreinte, la réparation par soudure doit, de
preférence, être faite avec des fils de soud~ge de composition voisine de la
composition de la masse du moule. Aussi, I'acier selon l'invention est égalementfabriqué sous forme de fil de soudage.

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Abstract 1997-05-16 1 33
Claims 1997-05-16 3 84
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