Brevet FR2031373A1 — publié le 19701120

La présente invention a pour objet un procédé de durcissage de la surface d'une pièce en acier inoxydable austénitique0 L'invention a également pour obsetla pièce obtenue par la mise en oeuvre de ce procédé. I1 est d'usage d'utiliser des aciers martensitiques pour la fabrication de pièces à surface durez Ce genre d'acier est en effet peu oxydable, présente une belle allure et se prête aisément à la trempez Ces qualités le font donc généralement préférer, pour ce genre d'utilisation, aux aciers austénitiques0 Toutefois les aciers martensitiques sont magnétiques, chers, et d'un usinage ainsi que d'un matriçage à chaud peu aisés. Si les aciers austénitiques, également inoxydables, offrent par rapport aux aciers martensitiques l'avantage entre meilleur marché et non magnétiques, ils présentent l'inconvénient d'être relativement mous et de ne pas se prêter à la trempe. Dans l'horlogerie, par exemple, cette circonstanceacer- tainement compromis sur le marché l'essor des montres présentant une lunette ou une carrure lunette à larges flancs pourtant très demandées à cause de leurs indéniables qualités esthétiques. De tels flancs portés par une botte en acier austénitique seraient en effet rapidement rayés et l'aspect de la montre s'en trouverait considérablement altéré0 Naturellement cet inconvénient se retrouve pour toutes les pièces en acier austénitique doiit la surface est exposée aux rayures et aux frottements0 Un certain nombre de solutions ont été proposées pour assurer le durcissement de telles surfaces0 Ces solutions doivent concilier des exigences qui sont le plus souvent contradictoires. La surface doit être inoxydable, très dure, sans être magnétique, tout en présentant une grande stabilité de coloration, On a par exemple proposé d'utiliser un acier inoxydable austénitique qui, comme on l'a vu, est mou, (sa dureté moyenne est d'environ 50 Wickers) et de durcir la surface des pièces par ni nitruration. Une telle nitruration peut s'obtenir soit par un traitement d'activation, réalisé par un bain de sel de nitruration, soit par un traitement de passivation effectué sous atmosphère contrô- lée nitrurante, obtenue par dissociation de l'ammoniac. On a proposé, dans l'application de tels traitements et préalablement à la nitruration, de traiter des aciers austéniti ques inoxydables par un agent réducteur effectuant une dépassivation de leur surface Dans le cas du traitement à l'ammoniac, on a également proposé d'effectuer la nitruration en deux étapes, une première réalisée entre 500 et 51O0C et une deuxième entre 550 et 5600C, On a par ailleurs eu l'idée de réaliser des pièces en métal fritté, Cette méthode est toutefois d'un prix de revient très élevé, Une autre solution consiste à durcir la surface des pièces, réalisées en acier austénitique, par un traitement selon lequel on commence par sabler la partie de la surface à traiter, chauffe très rapidement la pièce sous une température de l'ordre de 1,0500C, répand sur ladite surface, maintenue à cette température, un composé pulvérulent, formé dans une proportion de 85 % environ de carbure de tungstène, lequel pénètre par diffusion dans l'épaisseur superficielle de cette surface, puis refroidit brutalement la pièce et la termine enfin par meulage et polissage. Ce procédé requiert cependant un dépôt de matière et conduit à une mise en oeuvre relativement délicate. On a également proposé de réaliser des pièces en acier austénitique dont la surface est durcie sans qu'il soit nécessaire de recourir à un dépôt de matière. Le procédé suivant l'invention est caractérisé par le fait que, dans une première phases d'activation, on chauffe la pièce préalablement formée dans cet acier, à une température comprise entre 350- et 700 C dans un bain de sel à base de cyanure de sodium légèrement carburant et fortement nitrurant1 et, dans une seconde phase, de passivation, destinée à fixer l'état de la surface de la pièce, on réchauffe celle-ci à une température comprise entre 400 et 600 C en atmosphère contrôlée, nitrurante, pendant plusieurs dizaines- d'heures, laisse a pièce se refroidir à latempérature ambiante, et polit alors- s-a surface de façon habituelle, pour lui faire éventuellemen-t-subir certains--traitements de finition La présente invention a également pour objet une pièce dont la surface est durcie par mise en cetivre de ce procédé. Une mise en oeuvre du procéde:objet de liinvention va maintenant entre décrit-e en-dótail : La pièce à traiter-est tout d'abord usinée ou formée dans un acier austénitique inoxydable Le procédé comprend deux phases, une première phased1ac- tivation destinée à assurer une grande dureté à la surface de la pièce traitée et une seconde phase de passivation permettant de conserver indéfiniment à la surface de la pièce traitée son aspect, en particulier de rendre cette surface inoxydable, Dans cette première phase d'activation, la pièce estprogressivement chauffée dans un bain de sel présentant des qualités légèrement carburantes mais très fortement nitrurantes, ce bain de sel étant à base de cyanure de sodium.Ce bain est chauffé à une température qui est comprise entre 350 et 7000C, Une température de 570 C est particulièrement propice0 La pièce est ensuite plongée dans un bain de selprésen- tant des qualités légèrement carburantes mais très fortement nitrurantes, ce bain de sel étant à base de cyanure de sodium Dans la seconde phase du procédé, dite de passivation, la pièce est tout d'abord réchauffée à une température comprise entre 400 et 6000C par une- atmosphère contrôlée, nitrurante, qui est obtenue par dissociation de ltammoniac. Ce réchauffement est progressif et demande une durée assez longue, par exemple plusieurs dizaines d'heures. La pièce est ensuite laissée à la température ambiante à laquelle elle se refroidit progressivement.Un deuxième cycle de passivation est alors entamé, tout d'abord par réchauffement progressif de la pièce à une température comprise entre 400 et 60o Oç dans une atmosphère contrôlé identique à la précédente, nitrurante et obtenue par dissociation de l'ammoniac. La durée de ce réchauffement dure assez longtemps, par exemple plusieurs dizaines d'heures, à la suite de quoi la pièce est finalement abandonnée à la température ambiante~qutelle atteint progressivement. La surface de la pièce est ensuite polie de façon habituelle et Iton peut la terminer par certains traitements de finition, La pièce ainsi traitée présente une surface particulièrement dure, résistant aux rayures, d'un éclat que ne peut altéo rer aucune oxydation. Il y a cependant lieu de noter que la dureté de cette surface doit entre interprétée comme une résistance à l'usures au frottement, et aux rayures, et non aux chocs trop violents, les. quels pourraient détériorer la pièce en décollant la couche superficielle traitée. La pièce ainsi obtenue n'est en outre pas magnétique et offre de grandes possibilités d'utilisation, par exemple pour la confection de bottes de montres à larges flancs. Bien que les surfaces des pièces traitées comme indiqué ci-dessus soient inoxydables et présentent une dureté suffisante dans la plupart des cas, il est possible d'augmenter encore cette dureté et la résistance à la corrosion due à certains agents par un traitement additionnel consistant à revêtir l'acier durci d'un métal ou d'un alliage métallique. Ce revêtement additionnel peut entre réalisé par dépôt galvanique ou par dépôt électrostatique sous vide, par exemple0 Pour un accroissement de la dureté, la couche déposée sera de quelques microns et pourra être faite de chrome dur ou d'un alliage au chrome tel que du chrome-vanadium ou du chrome tungstène0 Dans certains cas, s'il n'est pas nécessaire d'augmenter la dureté mais seulement la résistance à certains agents corrosifs auxquels la pièce terminée est exposée, la couche déposée pourra être très mince, de 1 micron par exemple, et être faite de zinc ou même de plomb. REVENDICATIONS 1/ Procédé de durcissage de la surface d'une pièce dthoz logerie en acier inoxydable austénitique, caractérisé par le fait que, dans une première phase, d'activations on chauffe la pièce préalablement formée dans cet acier, à une température comprise entre 350 et 700 C dans un bain de sel à base de cyanure de sodium légèrement carburant et fortement nitrurant, et, dans une seconde phase, de passivation, destinée à fixer l'état de la surface dela pièce, on réchauffe ce-lle-ci à une température comprise entre 400 et 600 C en atmosphère contrôlée, nitrurante, pendant plusieurs dizaines d'heures, laisse la pièce se refroidir à la température ambiante, et polit alorssa surface de façon habituelle, pour lui faire éventuellement subir certains traitements de finitions 2/ Procédé suivant la revendication 1 caractérisé par le fait qusau cours de la seconde phase, de passivation, on réchauffe tout d'abord la pièce à une température comprise entre 400 et 6000C en atmosphère contrôlée, nitrurante, obtenue par dissociation de l'ammoniac, la durée de ce réchauffement étant d'une dizaine d'heures, puis laisse la pièce se refroidir à la température ambiante, avant de la réchauffer à 400-600 C. 3/ Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que, durant la première phase du procédé, on chauffe la pièce à une température optimum de 5700C. 4/ Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que lion revet l'acier durci d'une couche additionnelle d'un métal ou alliage métallique0 5/ Procédé suivantles revendications 1 et 4, caractérisé par le fait que le métal ou alliage métallique est au moins aussi dur que l'acier que l'on reveut. 6/ Procédé suivant les revendications 1 et 4, caractérisé par le fait que le métal ou alliage métallique est anti-corrosif. 7/ Procédé suivant les revendications 1 et 4, cracctérisé par le fait que la couche additionnelle est appliquée par voie galvanique. 8/ Procédé suivant les revendications 1 et 4, caractérisé par le fait que la couche additionnelle est appliquée par voie électrostatique, sous videz 9/ Pièce obtenue par la mise en oeuvre du procédé sui vant la revendication 1o