Brevet FR2122599A1 — publié le 19720901

t 2122599 L'invention concerne un procédé d'exécution d'un essai de trempe sur la face radiale d1une éprouvette cylindrique en acier, dans lequel l'éprouvette est tout d'abord chauffée, puis refroidie sur sa face radiale, après quoi on peut procéder à des examens de la structure et à des mesures 5 de la dureté en de points répartis sur la longueur de l'éprouvette. Au moyen de l'essai de trempe sur la face radiale, également appelé essai Jominy, on peut contrôler dans un temps très bref la dureté d'un acier dans différentes conditions de refroidissement. Les détails de l'exécution de l'essai sont indiqués dans le "Stahl-Eisen-PrUfblatt 1650-61", 10 édité par le bureau des normes du "Verein Deutscher Eisenhiittenleute". On chauffe à la température de trempe une éprouvette en acier, de forme cylindrique, d'une longueur de 100 mm et d'un diamètre de 25 mm -, ensuite, on refroidit brusquement la surface radiale de cette éprouvette à l'eau ; on observe alors des vitesses de refroidissement qui décroissent avec l'accroissement de la 15 distance entre la surface radiale et le point considéré de la masse de lëprouvette et la formation de diverses structures en ces points. On peut alors procéder à des mesures de la dureté et à des examens de la structure en toute une série de points de mesure situés à différentes distances de la surface radiale. Lorsque les vitesses de refroidissement qui correspondent aux 20 points de mesures sont connues, on peut tirer des résultats des mesures et examens une conclusion sur les caractéristiques de transformation de la nuance d'acier étudiée et reporter les résultats sur des cïagrammes. Le dispositif d'essai est composé d'un four, par exemple d'un four à moufle, dans lequel l'éprouvette est chauffée à la température de trempe, et d'un dispositif de 25 maintien dans lequel l'éprouvette est suspendue après avoir été extraite du four, après quoi on projette d'en bas de l'eau sur la surface radiale de l'éprouvette au moyen d'un tuyau ; l'évacuation de la chaleur de l'éprouvette cylindrique se produit principalement dans la direction axiale ; la transmission de chaleur de la surface cylindrique à l'air ambiant environnant est rela-30 tivement faible. L'éprouvette de Jominy est utilisée pour les essais des aciers qui doivent être trempés dans l'eau ou dans l'huile ; étant donné que la chute de température par unité de temps à l'intérieur de l'éprouvette de Jominy est relativement grande, l'essai de Jominy ne donne aucune indication sur les caractéristiques de transformation des pièces en acier de forte 35 épaisseur, qui sont refroidies à l'air comprimé ou dans l'air calme, cas dans lesquels l'intervalle de température essentiel pour la transformation de structure est parcouru beaucoup plus lentement. L'essai classique de trempe sur la surface radiale est donc absolument impropre au contrôle des tôles 72 02134 2 2122599 fortes en aciers de construction soudables, à haute résistance, qui sont de grande épaisseur et traitées à l'air, parce que l'évacuation de la chaleur dans la direction axiale de l'éprouvette se produit beaucoup trop rapidement. Des essais dans lesquels l'éprouvette était entourée d'une enveloppe d'aluminium pour réduire la dissipation de la chaleur le long de sa surface cylindrique, n'ont pas conduit à un décalage suffisant des courbes de refroidissement dans le sens de temps de refroidissement plus longs. Le but de l'invention est d'élargir le domaine d'application de l'essai Jominy au contrôle qualitatif des aciers refroidissant lentement à partir de la température de trempe, et de réduire considérablement la vitesse d'évacuation de la chaleur dans le sens axial, en direction de la surface radiale, dans l'éprouvette lors de l'essai de trempe sur la face radiale, ceci en vue de permettre également l'essai des tôles fortes, d'une épaisseur pouvant atteindre 150 mm ou plus, dont la qualité a été améliorée par un soufflage d'air. Suivant l'invention, ce résultat est obtenu par le fait que, dans un procédé du type décrit au début du présent mémoire, l'éprouvette est formée de plusieurs disques d'acier, de préférence de cinq à dix disques, qui sont séparés les uns des autres par des couches d'une matière possédant une conductibilité thermique inférieure à celle de l'acier, par exemple des couches d'un oxyde métallique ou une matière équivalente. On utilise de préférence pour séparer les disques d'acier des couches de mica d'une épaisseur de 0,2 à 1,2 mm. Suivant un mode de mise en oeuvre préféré, on utilise une éprouvette dont les disques d"acier et les couches intercalaires faites d'une matière de conductibilité thermique inférieure à celle de l'acier, présentent un perçage axial dans lequel on peut emmancher une broche filetée à tête, que l'on visse dans le trou fileté du disque inférieur du corps d'éprouvette (l'éprouvette étant disposée verticalement), jusqu'à ce que sa tête soit fermement serrée contre une embase du disque supérieur. D'autres caractéristiques seront mieux comprises à la lecture de la description qui va suivre, d'un exemple de mise en oeuvre, et en se référant aux dessins annexés, sur lesquels ; - la figure 1 représente, en partie en coupe, une éprouvette qui peut être utilisée pour le procédé suivant l'invention ; - la figure 2 représente des courbes de refroidissement d'éprouvettes Jominy classiques, et d'une tôle forte d'une épaisseur de 100 mm, qui a été trempée, dans un premier cas dans l'air calme, dans un deuxième cas par projection d'air comprimé et, dans un troisième ca3, à l'eau. 72 02134 3 2122599 Sur la figure 1, on a représenté plusieurs disques d'acier 1 dont le disque supérieur présente une embase 2 qui sert à suspendre le corps d1éprouvette dans un dispositif non représenté. Chaque disque 1 présente un perçage 3, le . perçage 3' du disque extrême inférieur présentant un 5 filetage dans lequel on peut visser le filetage 6 d'une broche filetée 4. Cette broche 4 présente une tête 5. En serrant la tête 5 de la broche contre l'embase 2, on presse fermement les disques 1 les uns sur les autres. Entre les divers disques, sont interposées des couches de mica 7 présentant la forme de rondelles. L'épaisseur de ces couches est de 1,2 mm. L'épaisseur 10 des disques d'acier est de 10 mm, sauf pour le disque supérieur muni de l'embase 2, qui possède une épaisseur de 9,6 mm ; la longueur totale du corps de l'éprouvette est donc de 100 mm et son diamètre dans la zone des disques est de 25 mm. Les avantages apportés par l'invention ressortent de la figure 2, 15 sur laquelle on a porté en abscisses le temps de refroidissement en secondes, avec une échelle logarithmique et, en ordonnées, la température en degrés centigrades. Si l'on utilise une éprouvette de Jominy classique, composée d'un seul cylindre d'acier et qu'on refroidit.à l'eau la surface radiale 8 de cette éprouvette, la surface cylindrique 9 de l'éprouvette cédant sa 20 chaleur à l'air calme, on obtient, pour leê points de mesure 10, 11, 12, 13 et 14 représentés sur la figure 1 et situés respectivement à 1, 5, 25, 45 et 80 mm de la surface radiale 8, les courbes de température 10', 11', 12', 13' et 14' représentées sur la figure 2. On peut voir sur ce graphique que, dans la zone du point de mesure 10, l'éprouvette de Jominy classique s'est refroidie 25 de 900 à 500°C en environ 2 s. Dans la zone du point de mesure 11 situé à 5 mm de la surface radiale 8, le temps de refroidissement pour le même intervalle de température esc d'environ 5 à 6 s ; ce temps est d'environ 80 à 90 s pour la zone du point de mesure 12 situé à 25 mmdb la surface radiale 8 ; il est d'environ 150 s pour la zone du point de mesure 13 situé à 45 mm de 30 la surface radiale 8 et il est finalement de légèrement plus de 200 s pour la zone du point de mesure 14 situé à 80 mm de la surface radiale 8. Les courbes 15, 16 et 17 représentent la variation de la température au coeur d'une tôle forte d'une épaisseur d'environ 100 mm et d'une surface 2 d'environ 5 m , qui a été refroidie à partir d'une température de 900°C, dans 35 un premier cas dans l'air calme (courbe 15), dans le deuxième cas à l'air comprimé (courbe 16) et, dans un troisième cas, à l'eau dans un bac (courbe 17). Ainsi qu'il ressort de ce graphique, le temps de refroidissement pour l'intervalle de température allant de 900 à 500°C dans le coeur de la tôle 72 02134 ^ 2122599 est de 4000 s dans le cas de la tôle refroidie dans l'air calme ; il est de 2000 s dans le cas de la tôle trempée à l'air comprimé et de plus de 100 s dans le cas de la trempe à l'eau. Une comparaison entre ces courbes et celles qui sont tracées en lignes tiretées montre que l'essai classique Je Jominy 5 donne certes une indication sur les propriétés d'une tôle d'une épaisseur de 100 mm trempée à l'eau mais ne dit rien sur la même tôle refroidie à l'air comprimé ou dans l'air calme. Lorsqu'on refroidit des tôles plus épaisses, les courbes 15, 16, 17 se décalent vers la droite. Si l'on refroidit des tôles plus minces, il se produit un décalage vers la gauche, jusque dans la zone 10 des courbes 12', 13', 14'. Par exemple, la courbe 14' de l'éprouvette de Jominy classique - qui est relative à un point situé à une distance de 80 mm de la surface radiale 8 - correspond à la courbe de température prise au coeur d'une tôle d'une épaisseur de 100 mm trempée à l'eau, ou au coeur d'une tôle d'une épaisseur d'environ 7 mm et refroidie à l'air comprimé ou encore au 15 coeur d'une tôle d'une épaisseur d'environ 5 mm et refroidie dans l'air calme. Pour les tôles plus épaisses, qui se refroidissent plus lentement, les courbes de température correspondantes et relatives au refroidissement à l'air comprimé ou dans 1 kir calme se trouvent dans la région située à la droite de la courbe 14'. En utilisant suivant l'invention une éprouvette en plusieurs 20 pièces, par exemple une éprouvette composée de neuf disques d'acier 1 entre lesquels sont interposées des plaquettes en mica 7, on réduit la transmission de la chaleur à la surface radiale 8 dans une mesure telle que les courbes de refroidissement 10', 11', 12', 13' et 14' sont décalées assez loin vers la droite pour que l'essai de trempe sur la face radiale puisse également être 25 utilisé pour le contrôle de tôles fortes de grande épaisseur et refroidies lentement ; jusqu'à présent, pour les tôles fortes, d'une épaisseur de 5 à plus de 150 mm, l'établissement des diagrammes représentatifs de la transformation de la structùre en fonction de la vitesse de refroidissement et permettant d'évaluer les propriétés des aciers après traitement thermique, nécessitait 30 de nombreuses recherches dilatométriques et métallographiques sur un grand nombre d'éprouvettes. Ces examens longs et coûteux peuvent être en partie supprimés par l'utilisation du procédé suivant l'invention puisque, dans ce procédé, il suffit d'étudier une seule éprouvette. Les équipements utilisés pour l'essai de Jominy classique sont également agiicables en majeure partie 35 et sans modification pour le procédé suivant l'invention. Un avantage apporté par le procédé suivant l'invention consiste en ce qu'il permet de réduire encore la vitesse de refroidissement en refroidissant la surface radiale du corps d'éprouvette plus lentement que dans le cas de l'éprouvette de Jominy classique 72 02134 5 2122599 et en entourant en supplément la surface latérale 9 d'une enveloppe isolante thermique, qui peut éventuellement être préchauffée. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art au procédé qui vient d'être décrit, uniquement à titre d'exemple non limitatif, sans sortir du cadre de l'invention. 72 02134 2122599 REVENDICATIONS 1. Procédé d'exécution d'un essai de trempe sur la face radiale d'une éprouvette en acier de forme cylindrique, dans lequel on chauffe le corps 5 d'éprouvette et on le refroidit ensuite par sa face radiale, après quoi on peut procéder à des examens de structure et des mesures de dureté en divers points de la longueur du corps d'éprouvette, ce procédé étant caractérisé en ce que l'éprouvette est composée de plusieurs disques d'acier, de préférence de cinq à dix disques, les divers disques étant séparés les uns des autres par 10 des couches d'une matière possédant une conductibilité thermique inférieure à celle de l'acier, par exemple par des couches d'oxyde métallique eu d'imematière équivalente. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on utilise pour séparer les disques des couches de mica d'une épaisseur de 0,2 à 1,2 mm. 15 3. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'on utilise une éprouvette dans laquelle les disques d'acier et les couches intercalaires en matière d'une conductibilité thermique inférieure à celle de l'acier présentent un perçage axial dans lequel on peut enfiler une broche filetée à tête, qu'on peut visser dans le trou fileté du disque 20 extrême inférieur de l'éprouvette, placée en position verticale, jusqu'à ce que sa tête soit serrée contre une embase du disque extrême supérieur.