Brevet FR2024467A1 — publié le 19700828

L'invention se rapporte à un procédé de traitement thermique de pièces sans calaminage, sous atmosphère protectrice. On sait que pour éviter le calaminage de la surface de pièces, notamment de fonte de moulage ou d'acier, soumises à un traitement thermique, il faut les maintenir sous atmosphère exempte d'oxygène pendant leur refroidissement jusqu'à ce qu'elles atteignent une température déterminée. La prati que courante consiste donc à procéder au traitement thermique et au refroidissement subséquent dans des fours spéciaux, sous atmosphère protectrice et, le cas échéant, sous pression accrue ou réduite. Les traitements thermiques impliquant notamment un refroidissement acceléré du produit, ayant été porté préalablement à la température de recuit, dans un milieu évacuant la chaleur rapidement, par exemple dans un bain d'eau, d'huile ou de sel, ont nécessité jusqu'à présent des installations conteuses et compliquées permettant de protéger le produit de l'atmosphère ambiante sur son parcours du four au bain de refroidissement brusque. L'invention a pour objet un procédé permettant de soumettre les pièces au traitement thermique et de les plonger ensuite dans des bains à tem pérature convenable de manière extrêmement simple et économique et d'abaisser au maximum la consommation de gaz protecteur. Selon une particularité essentielle de l'invention, les pièces placées dans un récipient de recuit, dont l'en- veloppe en forms de cloche est indépendante du fond auquel elle est reliée par une garniture formée d'une rigole remplie de poussière de fermeture hermétique, sont portées à la température de recuit dans un four classique et ensuite sont plongées dans un bain de refroidissement brusque,le récipient étant balayé par un gaz protecteur sous pression, le volume interne du récipient n'étant li béré de la fermeture hermétique de la rigole remplie de poussière, par abaissement du fond par rapport à la cloche, que lorsque le bord inférieur de cette dernière a déjà plongé dans le bain de refroidissement brusque. La pression régnant dans le récipient de recuit peut être avantageusement réglée à l'aide d'une colonne de liquide. Par ailleurs, la mise en oeuvre du procédé est facilitée par un tuyau au moins partiellement souple qui dirige le gaz protecteur, prelevé en général sur une bouteille de type commercial courant, dans le récipient de recuit. Si le gaz protecteur doit être absolument exempt d'oxygène, il est possible de prévoir un filtre qui elimine l'oxygène résiduaire ou celui qui est dégagé par dissociation aux températures de recuit. Le filtre est disposé de préférence dans le récipient de recuit lui-même du fait que cet oxygè ne n'est dégagé qu'aux températures élevées. IL est formé par exemple de copeaux incandescents d'aluminium ou de zirconium qui brillent l'oxygène en circulation en formant les oxydes correspondants. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, faite en regard du dessin annexé illustrant un mode de mise en oeuvre donné à titre explicatif, mais nullement limitatif. La figure unique du dessin illustre schématiquement en a le four de recuit avec le récipient et l'arrivée de gaz protecteur et en b et c le récipient de recuit placé sur le bain de refroidissement brusque, d'une/apvantt et d'autre part après abaissement de son fond. Le four de recuit 1 qui, dans la représentation du dessin, est briquetté, est obturé par un couvercle 2 et peut être à chauffage electrique ou à gaz non représenté. Le récipient 3 de recuit repose dans ce four sur deux appuis céramiques 4. Le récipient 3, dans lequel les pièces 5 sont pla cées pour le traitement thermique, est constitué par un fond 6 et une cloche 7. Il est par exemple cylindrique et en acier ne se calaminant pas. La forme cylindrique du récipient 3 de recuit favorise le réchauffage uniforme de tous côtés du produit 5 subissant le traitement. Une fermeture qui isole le volume interne du récipient par rapport à l'air ambiant de manière suffisamment hermétique pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention est formée par une garniture 8 constituée par une rigole remplie de poussière et placée sur le bord périphérique du fond 6. La poussière remplissant la rigole est formée d'une matière ce ramique à particules très fines dont la granulométrie est au moins/deux tiers inférieureà 409 et au moins à un quart inférieure à 10 afin d'assurer une fermeture hermétique. Par ailleurs, la température de ramollissement de cette matière est supérieure à la température de recuit. De plus, la poussière ne doit tendre à s'allier ni avec le récipient de recuit, ni avec les pièces de moulage aux températures atteintes. Finalement, à ces températures, la poussin. re doit rester chimiquement inactive et ne pas contenir d'impuretés provoquant l'agglomération de ses particules. De la poussière sèche de quartz contenant au moins 98% de Si02 ou du -silicate de zirconium sont des matières qui conviennent bien pour assurer une fermeture hermétique aux températures enlevées de recuit pouvant atteindre environ 12O00C. La teneur élevée en SiO2 est nécessaire afin d'empêcher la matière formant garniture hermétique de s'agglutiner.La fermeture hermétique de la rigole peut aussi, bien entendu, être formée par un liquide, par exemple du métal liquide tel que du plomb ou des sels, par exemple desmelanges de nitrates ou des sels alcalins, selon les tempéra- tures atteintes, la composition du bain de refroidissement brusque et du récipient de recuit ; bien entendu, ces liquides doivent avoir les mêmes aptitudes concernant la formation d'alliages et l'activité chimique que la garniture formée de poussière. Le joint hermétique est réalisé par remplissage initial du rebord surelové 9,replié en étrier,du fond 6 à l'aide de la matière prévue à cet effet et dans laquelle la cloche 7 placée ensuite sur elle s'incruste par son poids propre. Plusieurs barres 10 fixées par exemple par soudage sur le rebord surélevé 9 autour duquel elles sont régulièrement réparties comportent à leur extrémité supérieure un crochet 11 permettant le transport du récipient 3 de recuit à l'aide d'un engin de levage non représenté. La cloche 7 comporte au moins deux pièces 12 rapportées sur sa périphérie extérieure et par lesquelles elle peut prendre appui sur le bord du récipient 13 contenant le bain (parties b et c du dessin). Ces pièces sont également rapportées par exemple par soudage. Un conduit 14 d'amenée du gaz protecteur pénètre dans la paroi supérieure de la cloche 7. Ce conduit 14 sort du four 1, puis est prolongé par un tuyau souple 15 qui le relie à un autre conduit 16. Ce dernier aboutit à un raccord 17 en T dont les deux branches horizontales sont reliées d'une part à une bouteille de gaz 18 et d'autre part à l'atmosphère par l'intermédiaire d'un barboteur à gaz 19.Ce dernier permet le réglage de la surpression régnant dans le récipient 3 de recuit et indiquée par la hauteur p de la colonne d'eau du barboteur 19, les modifications de cette hauteur réglée permettant d'adapter l'installation à chaque cas particulier. L'argon, l'azote, le gaz carbonique ou le gaz de reformage sont des exemples de gaz protecteur convenant bien La liaison par tuyau souple 15 permet au récipient 3 de revenu d'être transporté du four 1 dans le bain 13 sans qu'il soit nécessaire d'interrompre l'arrivée de gaz protecteur ou de transporter aussi la bouteille 18. La référence 20 désigne un filtre d'oxygène disposé le cas échéant dans le récipient 3 de revenu. Bien entendu, selon les cas et le type, la pureté, le degré d'humidité du gaz, il est également possible de remplacer ce filtre ou de prévoir des filtres convenables complémentaires ou des dispositifs de séchage montés à l'extérieur du récipient 3 de recuit, par exemple sur le raccord du conduit 16 au tuyau 15. Le récipient 13 du bain, illustré à titre d'exemple aux parties b et c du dessin, est constitué par une cuve ou une fosse de diamètre convenable, réalisée dans le sol et remplie partiellement du bain nécessaire au traitement thermique. Le bain est de liteau, de l'huile, un sel ou un métal en fusion selon le type de traitement thermique et les vitesses nécessaire de refroidissement brusque. Deux socles 21 se trouvent également au fond de la fosse pour servir d'appui au fond 6 du récipient de recuit. Conformément à l'invention, le niveau de remplissage de la fosse 13 de refroidissement brusque et la hauteur de la rigole 8 remplie de poussière de fermeture hermétique sont calculés l'un en fonction de l'autre de manière que lorsque la cloche 7 repose par les pièces rapportées 12 sur le bord do la fosse 13, le niveau du bain,qui remonte lorsque le fond 6 descend,ferme hermétiquement le volume interne du récipient 3 de revenu avant que la rigole 8 remplie de poussière ne libère la fermeture hermétique du fond 6 et de la cloche 7 du récipient 3. Le procédé de l'invention est mis en oeuvre de la manière suivante. Lorsque le récipient 3 a été rempli et fermé à l'aide de la garniture 8 de poussière de la rigole, le four est mis en marche et des matières facilement inflammables telles que du charbon de bois, des copeaux de magnésium ou de zirconium préalablement placés dans le récipient 3 brblent à l'intérieur de ce dernier afin d'y combiner l'oxygène présent. Du gaz protecteur pénètre si multanément dans le récipient 3 et produit une légère surpression, par exemple d'environ 10 millibars. Le but du filtre 20 d'oxygène ainsi que la réalisation et la conformation de la rigole 8 remplie de poussière de fermeture hermétique ont été déjà évoqués en détail. Lorsque les précautions mentionnées et bien connues consistant à débarrasser l'atmosphère du récipient 3 de l'oxygène en brûlant des matières facilement inflammables ont été prises, cette atmosphère est maintenue exempte d'oxygène pendant toute la durée du processus par les autres précautions mentionnées. Le processus de recuit, dont la température dépend du type des pièces 5 et du genre de traitement thermique, dure plusieurs heures et peut même atteindre par exemple plusieurs semaines, les températures pouvant atteindre 12000C. A la fin du recuit, le four 1 est ouvert, le récipient 3 est soulevé par un engin de levage à l'aide des crochets Il et la cloche 7 est dé- posée sur le bord de la fosse 13. Le fond 6 abaissé plonge dans le bain dont le niveau monte en conséquence et obture hermétiquement le volume interne du récipient 3, de la manière décrite, avant que la garniture de poussière 8 de la rigole ne s'ouvre. Le fond 6 supportant les pièces recuites 5 est déposé sur les socles 21 de la fosse 13. La plongée de la poussière de fermeture hermétique dans le bain de refroidissement brusque la rend inutilisable. Cette poussière reste dans la rigole 9 du fond 6 sans souiller le bain ; elle est remplacée de la manière décrite avant le processus suivant de recuit. Le gaz protecteur peut continuer d'arriver pendant tout le processus et même après le recuit, si nécessaire, jusqu'à la fin du refroidissement des pièces 5. Il est cependant possible également de couper l'arrivée de gaz dans le récipient 3 à la fin du recuit et d'obturer l'extrémité extérieure ouverte du conduit 14. Le procédé de l'invention permettant d'écourter considérablement le temps nécessaire à la plongée des pièces 5 dans le bain 13 de refroidissement brusque, la surpression de gaz protecteur régnant dans le ré cipient 3 suffit à empêcher l'irruption d'oxygène même si l'arrivée de gaz protecteur est coupée. L'abaissement du fond 6 provoque une succion à l'intérieur du récipient 3 avant que la garniture 8 de poussière ne s'ouvre. Cette succion est extrêmement faible de sorte qu'elle ne fait que compenser approximativement la surpression préalablement établie, de sorte qu'aucune dépression ne se produit dans le récipient 3. Il va de soi que l'invention n'a été décrite et représentée qu'à titre explicatif, mais nullement limitatif et qu'elle est susceptible de diverses variantes sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1. Procédé de traitement thermique de pièces sans calaminage sous atmosphère de gaz protecteur, caractérisé en ce que les pièces placées dans un récipient de recuit, dont l'enveloppe en forme de cloche est indépendante du fond auquel elle est reliée par une rigole remplie de poussière ou de liquide de fermeture hermétique, sont portées à température de recuit à l'in~ térieur d'un four et plongées à la suite du recuit dans un bain de refroidissement brusque, le récipient étant balayé par un gaz protecteur en surpression et le volume interne du récipient n'étant dégagé de la fermeture hermétique, par abaissement de son fond par rapport à la cloche lors de la plongée dans le bain de refroidissement brusque, que lorsque le bord inférieur de cette cloche a déjà plongé dans ce dernier. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pression régnant dans le récipient de recuit est réglée à l'aide d'une colonne de liquide. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un conduit au moins partiellement souple amène le gaz protecteur dans le récipient de recuit. 4. Procédé selon la recendication 1, caractérisé en ce que le gaz protecteur traverse un filtre disposé à l'intérieur du récipient de recuit et eliminant l'oxygène de ce gaz.