Brevet FR2028325A1 — publié le 19701009

la présente invention se rapporte à l'amélioration de la structure de pièces en acier trempées superficiellement par induction. Lors de la trempe superficielle par chauffage inductif avec 5 des courants induits dans la pièce à traiter suivi d'un refroidissement "brusque, il peut advenir que la structure ne soit pas uniforme dans la zone trempée si, avant le processus de trempe proprement dit, la structure initiale était irrégulière. De telles irrégularités peuvent se produire, par exemple, lorsqu'en vue de 10 leur usinage par déformation, des pièces en acier n'ont été chauffées que partiellement à la température de forgeage et que ces zones sont refroidies d'une manière non contrôlée. Il peut également advenir que des pièces chauffées dans leur totalité prennent, par suite d'un refroidissement non uniforme, 15 en particulier en ce qui concerne sa durée, une structure initiale différente. Dans ce cas, la formation de bainite et/ou de per-lite n'est pratiquement pas gênante pour la trempe superficielle ultérieure. Toutefois, si une structure ferritique se forme dans une masure relativement importante, avec le temps d'austénitisa-20 tion relativement court, pendant le chauffage inductif en vue de la trempe subséquente, un enrichissement uniforme de l'austénlte n'est pas assuré dans tous les cas. Par suite de cette austénite hénérogène, on obtient une structure trempée qui présente une teneur relativement grande en bainite. Le résultat pratique est que 25 les valeurs de dureté dans ces zones sont inférieures à la valeur désirée, ce qui influe défavorablement sur la résistance à l'usure et/ou l'endurance. Ces irrégularités ont un effet particulièrement défavorable lorsqu'il s'agit de pièces soumises dans une mesure considérable 30 à des efforts d'endurance. Par exemple, dans les arbres allongés, c'est-à-dire les arbres transversaux, les arbres arrière des roues motrices et les arbres de commande, qui sont utilisés en construction automobile, il se produit régulièrement des ruptures par torsion dans les zones des pièces dans lesquelles la résis-35 tance est réduite en raison de l'image insuffisante de la texture. Pour éviter ces inconvénients reconnus, un nouveau procédé de trempe superficielle inductive de pièces fabriquées en acier à revenu est proposé. L'invention a donc pour ob^et un procédé d'amélioration de 40 la structure de pièces en acier allongées trempées superficielle 69 34111 2 2028325 ment par induction telles que des axes d'essieu, des arbres transversaux, ou analogues. Suivant l'invention, les pièces sont tout d'abord chauffées par induction dans la zone à tremper ultérieurement, par un chauf 5 fage portant sur toute la surface, à une température supérieure au point AC^ puis on procède à un refroidissement jusqu'à une température inférieure au point AG^ de telle manière que la struc ture de l'acier, après le refroidissement, soit formée de perlite ou de bainite, après quoi les pièces sont à nouveau chauffées par 10 induction à une température supérieure au point AC^ puis refroidies brusquement à partir de cette température, d'une manière connue en soi, en vue d'assurer la trempe au moyen d'eau, d'huile ou d'une émulsion. Un avantage particulier du nouveau procédé réside en ce que 15 le refroidissement, après le premier chauffage à une température supérieure au point AC^, est accéléré grâce au fait que le noyau froid de la pièce absorbe de la chaleur à partir des zones chauffées cependant qu'en même temps le refroidissement est effectué de l'extérieur au moyen d'un courant d'air ou d'un aérosol. Après 20 le nouveau chauffage subséquent des zones à tremper à des températures supérieures au point AC^, le noyau présente alors, eh rai son de sa température élevée, une résistance réduite. Lors du refroidissement brusque subséquent, il se forme tout d'abord, dans les couches superficielles, de la martensite. Pendant cette opé-25 ration, le noyau n'oppose aux tensions de compression dues à la formation de la martensite, dans les zones de transition, qu'une faible résistance, de sorte que les tensions de traction résiduelles sont plus faibles dans ces zones que dans le cas où la résistance du noyau n'aurait pas été amoindrie, car les efforts à 30 appliquer se répartissent entre des zones plus étendues du noyau. Lorsque le procédé proposé est appliqué à des pièces allongées qui présentent déjà une déformation avant le traitement ther mique, ou tendent à se déformer pendant la trempe, suivant une autre caractéristique de l'invention, pendant le second chauffage 35 et pendant le refroidissement ou le refroidissement brusque, les pièces sont soumises à un processus de dressage. A cet effet, pendant le traitement thermique, les pièces tournent et reçoivent une précontrainte mécanique orientée radialement à leur axe au moyen de galets de dressage appliqués sur leur surface. 40 En raison de la température élevée du noyau et de la résis 69 34111 3 2028325 tance réduite de celui-ci qui .en résulte, le processus de dressage est considérablement plus efficace qu'avec un noyau complètement froid. En outre, il se produit des contraintes de dressage plus faibles que dans line pièce dressée à froid. 5 La mise en oeuvre du procédé proposé n'est en soi liée à au cun dispositif déterminé. Elle peut cependant avantageusement, suivant une autre caractéristique de l'invention, s'effectuer au moyen d'une machine équipée d'au moins cinq postes de traitement et qui est munie d'un croisillon de support formé d'au moins cinq 10 bras et comportant des paires de mandrins. La machine comporte pour l'exécution du traitement thermique un poste chargement/dé-chargement, deux postes de chauffage et deux postes de refroidissement. Le nouveau procédé peut, toutefois, également être mis en 15 oeuvre au moyen de deux machines équipées chacune d'au moins trois postes de traitement et qui sont munies, pour assurer le transport des pièces, d'un croisillon de support formé d'au moins trois bras et équipé de trois paires de mandrins. Les deux machines pea-vent être disposées d'une manière appropriée l'une à côté del'au-20 tre ou l'une derrière l'autre. La machine assurant l'exécution du traitement thermique comporte un poste chargement/déchargement, un poste de chauffage et deux postes de refroidissement. La machine à tremper, par contre, comporte un poste de chargement, un poste de chauffage et un poste refroidissement brusque/décharge-25 ment. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit et à l'examen des dessins joints, qui en représentent, à titre d'exemple non limitatif, plusieurs modes de réalisation. 30 Sur ces dessins : - la fig. 1 est une vue en coupe longitudinale d'une partie d'un croisillon de support; - la fig. 2 représente -fortement schématisée- une vue de profil de la machine à cinq postes; 35 _ la fig. 3 représente -également fortement schématisée- une vue de profil d'un croisillon de support, et - la fig. 4 représente -en partie en "coupe- la machine à tremper. - Sur la fig. 1, on peut voir de quelle manière là pièce 1 est 40 fixée dans le croisillon de support dans lequel elle est trans- 69 34111 4 2028325 portée d'un poste de traitement à l'autre. Une seule paire de bras 2, 2* du croisillon de support est représentée sur la fig. 1, mais chaque croisillon de support est muni d'un nombre de paires de bras égal au nombre de postes de traitement, la pièce 1 est 5 serrée entre les pointes de cintrage des deux mandrins 3» 3*. Si l'on exerce une pression sur la barre 4 dans le sens de la flèche 5, les mandrins s'écartent et les pointes de cintrage libèrent la pièce. La paire de bras 2, 2' du croisillon de support est représentée sur la fig. 1 comme si la pièce se trouvait au poste de 10 chauffage. C'est pourquoi la pièce est disposée sous 1'inducteur^ Les détails de la machine permettant la mise en oeuvre du procédé proposé sont représentés sur la fig. 2. En 27 est représenté le poste chargement/déchargement , où les pièces à traiter sont transférées au croisillon de support ou retirées de celui-ci 15 après achèvement du traitement. En 28 est prévu le poste de chauffage permettant l'exécution du traitement thermique et où la pièce prise en charge au poste de chargement 27 parvient en premier lieu lorsque le croisillon de support a tourné d'une division angulaire dans le sens de la flèche 29. Après une nouvelle rotation 20 d'une division angulaire du croisillon de support, la pièce 1 paup-vient au poste de refroidissement où elle est soumise à l'action de refroidissement de la rampe d'aspersion 11 alimentée «n air ou en mélange liquide-gaz. Ensuite, la pièce parvient au second poste de chauffage 31 où elle est à nouveau chauffée par induction, 25 cette fois en vue de la trempe superficielle, par l'inducteur 6. Après ce "chauffage, la pièce est immergée par une nouvelle rotation d'une division angulaire du croisillon de support dans le bain de refroidissement brusque dont le niveau est indiqué en 32. La pièce parvient au poste de refroidissement brusque 33 où une 30 rampe d'aspersion supplémentaire peut être disposée. Une fois que le refroidissement brusque a été effectué, la pièce peut être immédiatement enlevée du poste 33, dans le bain de refroidissement brusque, par des moyens appropriés, comme décrit plus loin de façon plus détaillée, ou bien elle est enlevée ultérieurement au 35 poste 27 où elle parvient après une nouvelle rotation d'une division angulaire du croisillon de support. La pièce 1 est avantageusement entraînée en rotation pendant toute la durée du traite-. ment dans le croisillon de support, comme indiqué par les flèches. En outre, sur chaque bras du croisillon de support, on prévoit au 40 moins une paire de galets de dressage 14 qui exercent sur la pièce, 69 34111 5 2028325 pendant le traitement thermique et la trempe, une tension de dressage mécanique orientée radialement par rapport à l'axe de la pièce. Le procédé proposé peut toutefois être mis en oeuvre en deux 5 séries d'opérations séparées dans une machine de préchauffage et dans une machine à trèmper. Les détails de la machine de préchauf fage sont visibles sur la fig. 3- En 7) est prévu le poste de chargement où le croisillon de support reçoit les pièces à soumet tre à un traitement thermique. En 8, est prévu le poste de chauf-10 fage dans lequel la pièce parvient tout d'abord en quittant le poste de chargement 7 lorsque le croisillon de support a tourné d'une division angulaire. Après une nouvelle rotation d'une division angulaire du croisillon de support, la pièce parvient au premier poste de refroidissement où elle est soumise à l'action de 15 refroidissement de la rampe d'aspersion 11 alimentée en air ou avec un mélange liquide-gaz. Au cas où le refroidissement ne pour rait être assuré dans une mesure suffisante, dans le temps de stationnement de chaque pièce au poste 11, il pourrait s'achever au poste 12. Ensuite, la pièce parvient à nouveau au poste 7 où elle 20 est enlevée du croisillon de support et transférée aussitôt à la machine à tremper. Pour amener les pièces à cette machine et pour les éloigner, on peut utiliser des moyens de transport connus en eux-mêmes, tels que des chaînes transporteuses ou analogues. La pièce est avantageusement entraînée en rotation pendant toute sa 25 durée de serrage dans le croisillon de support, comme indiqué par les flèches. En outre, sur chaque bras du croisillon de support, on prévoit au moins une paire de galets de dressage qui exercent sur la pièce, pendant le traitement thermique et, d'une manière correspondante, également pendant la trempe, une tension de dres-30 sage mécanique orientée radialement par rapport à l'axe de.la pièce. Les paires de galets de dressage sont indiquées en 14. L'installation de trempe par induction de la fig. 4 comprend comme pièce principale un croisillon de support à trois emplacements de serrage. 35 La pièce est serrée entre les mandrins à la position W,j à l'emplacement de serrage correspondant après qu'elle ait été transportée par la chaîne transporteuse 15 jusqu'à l'emplacement de dépôt 16. Après une rotation du croisillon de support d'un angle approprié -dans l'exemple considéré 120°- la pièce parvient à 40 la position Wg à laquelle se trouve justement, sur la fig. 4, 69 34111 6 2028325 18inducteur 6. Après le chauffage de la pièce dans l'inducteur 6 à la température de trempe, le croisillon de support tourne à nouveau d'un angle approprié jusqu'à ce que la pièce soit plongée dans le milieu de refroidissement brusque qui se trouve dans le 5 récipient 17- Une fois que le refroidissement brusque est terminé, la pièce est libérée du croisillon de support à la position et est prise en charge par le dispositif transporteur en vue de son retrait du récipient liquide. 10 Le dispositif transporteur suivant l'invention est constitué par un levier coudé 18 qui forme à l'une de ses extrémités une fourche 19 destinée à recevoir les pièces. A la position W^, une fois que le refroidissement brusque a été effectué, la pièce est libérée et transportée hors du bain de 15 refroidissement brusque. Ces opérations sont rendues possibles du fait qu'à l'instant du transfert l'extrémité en.forme de fourche 19 du levier coudé 18 se trouve au-dessous de l'emplacement de serrage. Le levier 18 est articulé sur deux leviers oscillants 20 et 21 fixés chacun, à leur autre extrémité, sur un arbre rotatif 20 22 ou 23. Le levier oscillant 20 est articulé au sommet de l'angle du levier coudé 18 et le levier oscillant 21 est articulé à l'extrémité de ce levier opposée à la fourche 19» L'un des arbres qui viennent d'être mentionnés, par exemple l'arbre 22, peut être muni d'un mécanisme d'entraînement. Ce mécanisme est mis en mar-25 che dès qu'une pièce est déposée dans la fourche 19 du levier cou dé 18, et fait tourner l'arbre 22 et, par conséquent, les leviers oscillants 20, 21 d'environ 60 degrés jusqu'à la position représentée en trait interrompu. La pièce qui se trouve dans la fourche 19 est, pendant ce temps, déplacée suivant la ligne presque 30 droite 24 représentée en trait mixte. Ce n'est que dans sa dernière partie que la trajectoire de déplacement s'incurve, de sorte que la pièce glisse d'elle-même hors de la fourche et tombe sur la glissière 25 en pente douce. Pour empêcher que la pièce, par suite d'une manipulation inadéquate du dispositif de transport ou 35 d'autres circonstances accidentelles, ne glisse prématurément de la fourche, la glissière 25 est prolongée vers 1*arrière jusqu'à l'intérieur du récipient de refroidissement brusque. Comme la pointe de la fourche 19 ne se déplace jamais le long de la glissière prolongée que sur une distance relativement faible, une re-40 tombée de la pièce dans le bain de refroidissement brusque est 69 34111 7 2028325 néanmoins empêchée dans tous'les cas. La fourche 19 revient ensuite à sa position initiale ôous l'emplacement de serrage. Une fois qu'elle a atteint cette position, en réponse à l'actionnement d'un interrupteur de fin de 5 course, le mouvement est interrompu. La vitesse d'entraînement du dispositif de transport doit être toujours choisie de telle façon que le temps nécessaire au mouvement de va-et-vient de la fourche soit toujours inférieur à la période de déplacement angulaire élémentaire du croisillon de support, de façon que la fourche 19 par-10 vienne à nouveau en temps voulu sous l'emplacement de serrage avant la libération de la pièce suivante par le croisillon de support à la position W^. Pour faciliter le refroidissement brusque et pour assurer un tourbillonnement du bain de refroidissement brusque, une rampe d'aspersion 26 est en outre disposée à l'em-15 placement de libération des pièces. 69 34111 8 2028325 REVENDICATIONS 1. Procédé d'amélioration de la structure de pièces en acier allongées trempées superficiellement par induction telles que des axes d'essieu, des arbres transversaux, ou analogues, caractérisé par le fait que les pièces sont tout d'abord chauffées par induc-5 tion, dans la zone à tremper ultérieurement, par un chauffage portant sur toute la surface, à une température supérieure au point AC3, après quoi l'on procède à un refroidissement jusqu'à une température inférieure au point AC^, de telle manière que la struc-turede l'acier, après le refroidissement, soit formée de perlite 10 ou de bainite, après quoi les pièces sont à nouveau chauffées par induction à une température supérieure au point AC3 puis refroidies brusquement à partir de cette température, d'une manière connue en soi, en vue d'assurer la trempe au moyen d'eau, d'huile ou d'une émulsion. 15 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que, pendant le second chauffage et pendant le refroidissement ou le refroidissement brusque, les pièces sont soumises à un processus de dressage. 3. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 et 20 2, caractérisé par le fait que, pendant le traitement thermique, les pièces tournent et reçoivent une précontrainte mécanique orientée radialement à leur axe au moyen de galets de dressage appliqués sur leur surface. 4. Dispositif de mise en oeuvre du procédé,puivant l'une 25 quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par une machine équipée d'au moins cinq postes de traitement et qui est munie d' un croisillon de support formé d'au moins cinq bras et comportant des paires de mandrins. 5. Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé par le 30 fait que la machine d'exécution du traitement thermique comprend un poste chargement/déchargement, deux postes de chauffage et deux postes de refroidissement. 6. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant 1' une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par deux ma- 35 chines équipées chacune d'au moins trois postes de traitement et qui sont munies, pour assurer le transport des pièces, d'un croi-- sillon de support formé d'au moins trois bras et équipé de trois paires de mandrins. 7. Dispositif suivant la revendication 6, caractérisé par le 69 34111 9 2028325 fait que la machine d'exécution du traitement thermique comprend un poste chargement/déchargement, un poste de chauffage et deux postes de refroidissement. 8. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 4 à 5 7, caractérisé par le fait que les postes de refroidissement sont munis d'une rampe d'aspersion s1étendant sur toute la longueur de la pièce et alimentée par de l'air ou par un mélange liquide-gaz. 9. Dispositif suivant la revendication 6, caractérisé par le fait que la machine à tremper comprend un poste de chargement» 10 un poste de chauffage et un poste refroidissement brusque/déchargement . 10. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 4 et 9, caractérisé par le fait qu'au poste refroidissement brusque/ déchargement installé dans un bain de refroidissement brusque est 15 en outre disposée une rampe de refroidissement brusque. 11. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 6, 9 et 10, caractérisé par le fait que, dans le bain de refroidissement brusque est prévu un dispositif de transport constitué par deux leviers rectilignes et un levier coudé transportant les piè- 20 ces en ligne droite hors du bain de refroidissement brusque.