Brevet FR2137061A1 — publié le 19721229

La présente invention, due à la collaboration de Monsieur Michel SOUFFLARD, a trait à la détermination du pouvoir nitrurant d'un four servant à la carbonitruration des métaux. Le contrôle de l'atmosphère d'un tel four s'effectue couramment en se basant sur l'examen des couches carbonitrurées obtenues sur une pièce donnée. I1 s'agit la d'une détermination purement empirique dont la fiabilité n'est pas suffisante. La présente invention a pour but - de permettre le contrôle direct du pouvoir nitrurant de l'atmosphère du four, par mesure de la teneur en azote d'une éprouvette métallique témoin, de faible épaisseur, placée dans l'atmosphère un temps suffisant pour qu'elle soit carbonitrurée à coeur, - d'effectuer l'introduction dansas four et l'extraction de l'éprouvette en dehors du four sans détérioration de son état de surface par oxydation, - et d'effectuer un dosage simple, rapide et précis de l'azote contnnu dans le métal. Le procédé conforme à l'invention est caractérisé par le fait que l'on soumet une éprouvette métallique mince et de poids connu à l'action de l'atmosphère dudit four jusqu'à sa carbonitruration à coeur, on extrait cette éprouvette et assure son refroidissement en atmosphère carbonitrurante, on brise ltéprou- vette, lui fait subir un deuxième traitement thermique en atmosphère hydrogénée pour permettre la désorption de l'azote inclus dans sa masse, on entraîne cet azote par un courant hydrogéné au travers de canalisations étanches jusqu' un four où on oxyde l'hydrogène en eau par un oxydant tel que l'oxyde de cuivre, on substitue du gaz carbonique à l'hydrogène en tant que support d'entraînement de l'azote, on fait traverser ces deux gaz dans une colonne contenant une solution de potasse qui fixe le gaz carbonique, on recueille l'azote au sommet d'une colonne graduée ce qui permet la lecture directe à la pression atmosphérique du volume d'azote initialement inclus dans l'éprouvette testée. La mise en oeuvre de ce procédé est assurée grâce à un dispositif permettant d'effectuer l'introduction d'une éprouvette métallique dans un four de carbonitruration et d'extraction de cette éprouvette hors du four, ce dispositif est constitué d'un tube formant sas traversant un flasque mobile tournant autour d'un axe horizontal perpendiculaire à la paroi du four pouvant obturer le tube précédent ou l'amener en relation avec une ouverture du four de traitement, le sas étant clos à sa partie opposée par un bouchon traversé de façon étanche par un tube résistant à l'atmosphère du four, dont la longueur est suffisante pour permettre l'introduction de son extrémité située à l'intérieur du sas jusque dans le four, ladite extrémité pouvant recevoir une pince supportant l'éprouvette à traiter. L'analyse de l'azote absorbé par une éprouvette métallique lors du traitement de carbonitruration est effectuée grâce à un dispositif qui est consituté d'un tube étanche et résistant a la chaleur pour recueillir l'éprouvette à analysent le soumettre à une élévation de température suffisante pour désorber l'azote, comportant un conduit d'arrivée d'hydrogène qui travers le tube sur toute sa longueur, un conduit d'évacuation des gaz hors du tube, relié à une source de gaz carbonique, traversant un four favorisant l'oxydation de l'hydrogène par un oxydant tel que l'oxyde de cuivre disposé en excès à ce niveau à l'intérieur du conduit d'évacuation des gaz, qui aboutit dans une masse de mercure formant clapet contenu à la base d'une colonne verticale remplie d'une solution de potasse, le sommet de la colonne se terminant par une enceinte graduée qui comporte un dispositif de mise ou non à l'atmosphère, une réserve de solution de potasse mobile verticalement étant reliée par un conduit obturable à la partie supérieure de la colonne et un trop plein condamnable étant disposé à la base de celle-ci. L'invention est maintenant décrite de façon non limitative en référence aux dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 est un schéma représentant le dispositif d'introduction de l'éprouvette dans le four et de son extraction hors du four ; - la figure 2 est une vue d'ensemble d'une installation comprenant un dispositif d'analyse de l'éprouvette ainsi que le four utilisé. L'éprouvette métallique utilisée pour contrôler l'atmosphère du four de-carbonitruration est en l'occurence une petite plaque de clinquant mince, d'épaisseur de l'ordre de 0,1 mm. Elle est introduite dans le four par l'intermédiaire d'un sas étanche représenté à la figure 1, permettant d'éviter l'introduction d'air dans le-four au cours de la manoeuvre et permettant le refroidissement de l'éprouvette en atmosphère contrôlée. La paroi du four 1 est traversée par un tube de silice 2 de diamètre suffisant pour permettre l'introduction de l'éprouvette 3 dans le four, et débouche à l'extérieur dans un flasque fixe 4 solidaire du four. Un flasque 5 mobile autour d'un axe 6, présente dans la position de la figure 1 une ouverture 7 située en face de-ltouverture du tube de silice 2.Un -sas 8 permettant l'introduction et la sortie de l'éprouvette -est fixé dans le prolongement de ltouverture-7 et se termine à son extrémité opposeffie par un bouchon fileté 9 percé en son centre d'une ouverture rendue étanche par un joint torique 10, permettant le passage d'un tube en acier inoxydable 11 utilisé d'une part pour le prélèvement d'-échantillons gazeux et d'autre part comme support de la pince 12 porteuse-de l-'éprouvette 3. Une ou plusieurs ouvertures 13 permettent le verrouillage du flasque mobile 5 sur le flasque fixe 4. Pendant le séjour dans le four de ltéprouvette, le flasque mobile 5 est tourné, après déverrouillage, autour de son axe 6 dans la position d'obturation de-ltorifice du tube de silice 2. On dévisse alors le bouchon 9 et emmanche l'extrémité libre de la pince 12 sur le tube de prélèvement 11. Après fermeture du sas 8, on fait pivoter le flasque 5 dans.une position assurant la communication du sas avec le fuur. On fait alors pénétrer l'éprouvette au travers du tube de silice 2 jusqu'à l'intérieur du-four, par glissement du tube 11 d'une longueur corresppndant à la longueur de l'éprouvette, au travers du bouchon 9 et du joint torique 10. L'équilibre des échanges gazeux entre le four et la pièce est atteint au bout d'environ 45 minutes d'exposition, à la suite de quoi, l'éprouvette 3 est réintroduite dans le sas étanche 8 où on la laisse se refroidir en atmosphère carbonitrurante. L'analyse de l'éprouvette est effectuée à l'aide du dispositif représenté à la figure 2 Il se compose essentiellement de trois parties - La première comprend une enceinte tubulaire en silice 14 contenant l'azote extrait de l'échantillon 3 par chauffage dans le four iwans cette enceinte l'azote est entraîné par un courant d'hydrogène en provenance d'un conduit 15 contrôlé par un manodétendeur et un robinet à trois voies 16 et traverse les canalisations 17, 18, 19 et un autre robinet à trois voies 20. On peut remarquer que le conduit d'arrivée d'hydrogène pénètre pratiquement jusqu' au bout de l'enceinte 14. - La deuxième partie est le siège d'un changement du support d'entraînement : l'hydrogène intervenant dans le tronçon précédent est totalement oxydé dans la canalisation 21- en forme de U située dans un plan horizontal, au niveau d'un four 22, en présence d'un excès d'oxyde de cuivre donnant lieu à la formation de vapeur d'eau, tandis que l'azote introduit avec l'hydrogène est entraîné par un courant de gaz carbonique provenant d'un robinet à trois voies 23, en direction d'un tube à potasse 26, à travers un second robinet à trois voies 24, une canalisation 25 et un volume de mercure 27 formant soupape. - La troisième partie de l'appareil comprend le tube à potasse 26 destiné à éliminer le gaz carbonique, relié en 31 à un réservoir de solution de potasse 37 disposé sur un statif 28, et fermé par une pince 34. La partie supérieure dudit tube 26 comporte un volume 29 gradué en cm3 pouvant être mis à l'atmosphère à l'aide d'un robinet 30. Sa partie inférieure présente une purge 32, close par une pince 33. Pour le dosage, on introduit l'échantillon carbonitruré de poids P et cassé en petits morceaux, au fond du tube de silice 14 et on purge la partie I de l'appareil par un courant d'hydrogène, provenant du conduit 15 et du robinet 16 et ressortant par la mise à l'atmosphère du robinet 20 qui ferme d'autre part la communication avec le reste du dispositif. On purge la partie II de l'appareil de l'air par un courant de gaz carbonique issu du robinet 23 qui se déplace jusqu'au robinet 20 qui est fermé et traverse ensuite le conduit 21, le robinet 24 dont la position ne permet pas la mise à l'atmosphère, le tube 25 et le tube à potasse 26 dont le robinet 30 est ouvert et laisse s'échapper les gaz dans l'atmosphère. On avance ensuite le four 1 par glissement sur les rails 35 jusque l'introduction du tube de silice 14. On chauffe à 1.2500C pendant 8 minutes environ. Le tube à potasse 26 a été entiorement remplie de solution de potasse à partir du réservoir 37 jusqu'au niveau du robinet 30. Pendant toute la durée de l'extraction de l'azote de l'échantillon 3 chauffé, un balayage de la partie I du dispositif est effectué par lthydrogène provenant du robinet 16. Les robinets 20, 23, 24 permettent le passage des gaz le long des conduits 19, 21 et 25. Le robinet 30 est fermé. Au cours d'une deuxième phase de l'opération, lorsque l'on considère que tout l'azote est passé de la partie I à la partie Il du dispositif, on ferme la communication entre ces deux parties au moyen du robinet 20. L'entraînement de l'azote est alors effectué par du gaz carbonique issu du robinet 23 et non plus par de l'hydrogène. Le mélange des gaz traverse le four 22 qui est chauffé. L'oxyde de cuivre contenu dans le tube 21 est traversé par ce mélange et oxyde au passage l'hydrogène en eau. Seuls, l'azote et le gaz carbonique parviennent dans le tube à potasse 26. Le gaz carbonique se trouve fixé par la potasse. L'azote traverse la solution de potasse et s'accumule dans la partie supérieure 29 graduée en cm3. La pince 33 est desserrée tandis que la pince 34 est serrée de façon que sous l'action de la pression de l'azote accumulé en 29 le trop plein de potasse puisse s'échapper dans la cuve 36. Lorsque le volume d'azote se stabilise, on arrête le débit de gaz carbonique en fermant le robinet 23, on serre également la pince 33, tandis que l'on ouvre la pince 34, afin d'équilibrer les niveaux de potasse de la cuve 26 et du réservoir 37 par abaissement de celui-ci, bouchon ouvert, le long du statif 28. On lit alors le volume Vo d'azote à la pression atmosphérique, contenu dans le volume 29. Pour connaître le volume réel V de l'azote contenu effectivement dans l'éprouvette il y a lieu de tenir compte des impuretés gazeuses contenues dans l'hydrogène et le gaz carbonique utilisés pour l'essai. On effectue donc avant ou après l'essai proprement dit plusieurs essais à blanc c'est-à-dire en l'absence de l'éprouvette 3. On détermine ainsi un volume V1. Le volume de l'azote recherché est donc égal à V = VO - V1. Le pourcentage pondéral de l'azote par rapport au métal se calcul par la formule suivante % N2 = V x (14 x 2) x 100 22.400 x P V étant exprimé en cm3 et P en g De telles opérations d'analyse d'éprouvettes carbonitrurées sont simples et rapides, elles permettent par leur répétition périodique le contrôle suivi de l'évolution de l'atmosphère des fours tout au long du développement du traitement et par voie de conséquence permettent l'amélioration de la qualité des produits du traitement. On ne sortirait pas du cadre ni de l'esprit de l'invention en l'appliquant en particulier au contrôle de la nitruration douce dite Tenifer qui est effectuée entre 570 et 700 C. REVENDICATIONS 1. Procédé de contrôle de la nitruration de pièces métalliques soumises à un traitement de carbonitruration dans un four à atmosphère contrôlée, caractérisé par le fait que l'on soumet une éprouvette métallique mince et de poids connu à l'action de l'atmosphère dudit four jusqu a sa carbonitruration à coeur, on extrait cette éprouvette et assure son refroidissement en atmosphère carbonitrurante, on brise l'éprouvette, lui fait subir un deuxième traitement thermique en atmosphère hydrogénée pour permettre la désorption de l'azote inclus dans sa masse, on entraine cet azote par un courant hydrogéné au travers de canalisations étanches jusqu' à un four où l'on oxyde l'hydrogè- ne en eau par un oxydant tel que l'oxyde de cuivre, on substitue du gaz carbonique à l'hydrogène en tant que support d'entraînement de l'azote, on fait traverser ces deux gaz dans une colonne contenant une solution potasse qui fixe le gaz carbonique, on recueille l'azote au sommet d'une colonne graduée ce qui permet la lecture directe à la pression atmosphérique du volume d'azote initialement inclus dans l'éprouvette testée. 2. Dispositif pour effectuer l'introduction d'une éprouvette 3 dans un four de carbonitruration 1 et son extraction en dehors de ce four, caractérisé par le fait qu'il est constitué d'un tube 8 formant sas traversant un flasque 5 mobile tournant autour d'un axe horizontal perpendiculaire à la paroi du four pouvant obturer le tube précédent ou l'amener en relation avec une ouverture 7 du four de traitement, le sas étant clos à sa partie opposée par un bouchon 9 traversé de façon étanche par un tube 11 résistant à l'atmosphère du four, dont la longueur est suffisante pour permettre l'introduction de son extrémité située à l'intérieur du sas jusque danse four, ladite extrémité pouvant recevoir une pince 12 supportant l'éprouvette à traiter. 3. Dispositif de dosage de l'azote inclus dans une éprouvette métallique ayant subi un traitement de carbonitruration, caractérisé par le fait qu'il est constitué d'un tube étanche 14 et résistant à la chaleur pour recueillir l'éprouvette 3 à analyser et la soumettre à une élévation de température suffisante pour désorber l'azote, comportant un conduit 18 d'arrivée d'hydrogène qui traverse le tube 14 sur toute sa longueur, un conduit d'évacuation des gaz hors du tube, relié à une source de gaz carbonique, traversant un four favorisant l'oxydation de lthydro- gène par un oxydant tel que l'oxyde de cuivre disposé en excès à ce niveau à l'intérieur du conduit d'évacuation des gaz, qui aboutit dans une masse de mercure 27 formant clapet contenu à la base d'une colonne verticale 26 remplie d'une solution de potasse, le sommet de la colonne se terminant par une enceinte graduée 29 qui comporte un dispositif 30 de mise ou non à l'atmosphère, une réserve 37 de solution de potasse mobile verticalement étant reliée par un conduit obturable à la partie supérieure de la colonne et un trop plein condamnable étant disposé-à la base de celle-ci.