Brevet FR2174657A1 — publié le 19731019

La présente invention concerne d'une manière générale le chauffage d'une quelconque pièce subissant un changement d'état endothermique en phase solide, ce chauffage nécessitant des conditions d'opération précises, sans modification indésirable de ladite pièce. Elle vise plus particulièrement le chauffage avant trempe de diaphragmes en acier pour embrayages de véhicules automobiles. Le chauffage d'une pièce qui, lors d'une élévation en température, est l'objet, à une température connue fonction de la nature de son matériau constitutif, d'un changement d'état en phase solide, tel que changement de Fer & en austénite, nécessite de respecter un double impératif. Il faut tout d'abord dépasser pour la pièce, bien entendu dans des limites déterminées, cette température de transformation, pour titre assuré que ladite transformation a effectivement eu lieu, et pour disposer d'une garde en température permettant ensuite de procéder à bonne température à un quelconque traitement ultérieur, par exemple de trempe. I1 faut ensuite que ce chauffage soit conduit sous atmosphère protectrice pour éviter une modification intempestive des caractéristiques de la pièce, telle que carburation ou décarburation. Pour respecter le premier de ces impératifs, il est proposé à ce jour d'introduire les pièces à chauffer dans une enceinte portée à la température finale désirée. La température de l'enceinte de chauffage étant ainsi égale à celle désirée pour la pièce à chauffer, il en résulte que le gradient d'élévation en température appliqué à cette pièce est relativement modéré et qu'une telle pièce doit séjourner dans l'en- ceinte de chauffage pendant un temps relativement long, ce qui réduit les cadences de travail ou nécessite des installations plus importantes. Pour respecter par ailleurs le deuxième impératif, il est usuel de protéger la pièce en cours de chauffage à l'aide d'un gaz particulier fourni par un générateur. Un tel générateur complique l'installation et en grève le court. En outre les gaz qu'il produit se trouvant bien entendu.por- tés à la température de l'enceinte de chauffage, il en résulte une consommation supplémentaire de calories. La présente invention a, de manière générale, pour objet de pallier ces inconvénients. Elle a encore pour objet de permettre l'utilisation, pour le chauffage avant trempe de pièces métalliques telles que les diaphragmes pour véhicules automobiles, de brûleurs à chauffage rapide du type de ceux désignés communément par bradeurs radiants. Un tel brûleur radiant permet de porter la température d'une enceinte de chauffage au voisinage de 13000C très supérieure à la température finale recherchée. Par suite, le gradient d'élévation en température d'une pièce placée dans une telle enceinte se trouve relativement important et une telle pièce atteint rapidement la température souhaitée. Or, les moyens mécaniques connus à ce jour pour permettre l'introduction dans une enceinte d'une pièce à chauffer et le retrait de cette pièce de cette enceinte ont en pratique des temps de réponse variables de manière aléatoire qui ne permettraient pas d'assurer avec un degré de certitude suffisant un retrait de la pièce à la température désirée. L'invention est fondée sur le fait que le changement d'état en phase solide concerné par un tel chauffage, à savoir par exemple un changement de Fer & en austénite, est une transformation à caractère endothermique, et sur l'observation qu'il en résulte, avec un retard vis-à-vis de la température de transformation usuellement admise, un infléchissement de la courbe de montée en température de la pièce, ce retard étant d'autant plus grand que le gradient de température appliqué à la pièce est plus élevé. Ainsi, d'une part, du fait de ce retard, il est assuré lorsque l'infléchissement de la courbe de montée en température de la pièce est observé, que celle-ci est dans les conditions de température souhaitées, et d'autre part, l'accroissement en température au cours de cet infléchissement étant suffisamment faible, il est possible de retirer la pièce de l'enceinte de chauffage à une température suffisamment précise, malgré l'incertitude sur l'instant exact auquel intervient ce retrait au cours dudit infléchissement. Ainsi, le procédé de chauffage suivant l'invention est, selon un premier aspect, caractérisé en ce que, pour chauffage d'une quelconque pièce susceptible d'être par chauffage l'objet d'un changement endothermique d'état en phase solide, tel que changement de Fero & en austénite, la pièce étant initialement à une température correspondant à un premier état, tel que Fer i , on l'introduit dans une enceinte portée par au moins un brûleur de type radiant à une température largement supérieure à celle correspondant au changement de ce premier état en un deuxième état, tel qulausténite, et on ressort la pièce de ladite enceinte dans l'intervalle de temps au cours duquel la courbe de montée en température de la pièce dans l'enceinte présente un infléchissement. C'est donc en tirant profit de cet infléchissement de la courbe de montée en température qu'il est possible de mettre en oeuvre suivant l'invention des moyens de chauffage plus puissants que ceux utilisés à ce jour pour le chauffage des pièces considérées. On notera que, pour une puissance calorifique déterminée et constante de l'enceinte de chauffage, une pièce introduite dans celle-ci définit avec les moyens de chauffage équipant cette enceinte une courbe de montée en température de la pièce, le tracé de cette courbe étant directement lié à la masse de la pièce d'une part, et à la nuance de l'acier qui la constitue d'autre part. Quoi qu'il en soit, et grace à l'utilisation de moyens de chauffage puissants rendue possible par l'invention, le temps de séjour d'une pièce à chauffer dans l'enceinte de chauffage se trouve considérablement réduit par rapport à celui nécessaire dans les memes conditions dans les enceintes de chauffage classiques. De préférence, mais non obligatoirement, la -pièce à chauffer est, à la sortie de l'enceinte de chauffage, placée dans une enceinte d'homogénéisation portée à la température finale désirée pour cette pièce. Ceci permet de supprimer les éventuelles inégalités en température d'une pièce à l'autre, ou d'une zone à l'autre d'une meme pièce. Par ailleurs, la mise en oeuvre de moyens de chauffage puissants permet également, selon un deuxième aspect de l'invention, de se dispenser de prévoir la production distincte d'une atmosphère protectrice particulière. Il suffit en effet, et c'est une caractéristique complémentaire de l'invention, de chauffer l'enceinte de chauffage par un ensemble de bradeurs dont un au moins est réglé en défaut de comburant. I1 en résulte la présence dans l'enceinte de chauffage d'oxyde de carbone assurant la protection souhaitée pour les pièces qui y sont introduites. La baisse de rendement modérée qui en résulte est largement compensée par l'avantage qu'il y a d'une part à ne pas devoir introduire une atmosphère protectrice particulière dans l'enceinte de chauffage et, d'autre part, à ne pas avoir à échauffer inutle- ment cette atmosphère protectrice qui se trouve d'elle-m8me à la température convenable. Ainsi, d'une part le temps de séjour réduit dans l'enceinte de chauffage et donc la cadence de travail plus grande, et d'autre part la simplification de l'installation en ce qui concerne la production de l'atmosphère protectrice nécessaire conduisent avantageusement à un abaissement notable du court d'ensemble des opérations nécessaires au chauffage avant trempe des pièces concernées, et donc du court final de ces pièces, tout en respectant les impératifs rappelés ci-dessus. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, à titre d'exemple, en référence aux dessins schématiques annexés, sur lesquels la figure 1 est un diagramme illustrant le chauffage d'une pièce avant trempe suivant la technique actuelle la figure 2 est un diagramme illustrant un tel chauffage suivant l'invention ; la figure 3 est une vue schématique en élévation d'une installation assurant un tel chauffage la figure 4 est une vue schématique en plan de cette instal lation la figure 5 est une vue analogue à la figure 4 et concerne une variante de réalisation ; la figure 6 est une vue en coupe d'un brflleur susceptible d'entre mis en oeuvre dans une installation selon l'invention. Pour assurer le chauffage d'une pièce à une température donnée, de 8500C par exemple, il est usuel d'introduire cette pièce dans une enceinte de chauffage portée à une telle température et de l'y maintenir pendant un temps T1 suffisant. Ceci est illustré par le diagramme de la figure 1 où on a porté en abscisses le temps T et en ordonnées la température t. La montée en température de la pièce se fait suivant une courbe sensiblement rectiligne. Il est usuel également de maintenir la pièce dans l'enceinte de chauffage pendant un temps T2, afin notamment de pallier les éventuelles irrégularités de température de cette pièce. S'agissant par exemple du chauffage avant trempe de diaphragme pour embrayage pour véhicule automobile le temps T1 est actuel lement de l'ordre de sept minutes et le temps T2 d'une minute. Selon l'invention l'enceinte de chauffage est portée non pas à la température finale désirée pour la pièce, 8500C dans l'exem- ple considéré, mais à une température largement supérieure, de l'ordre de 13000C par exemple, figure 2. I1 en résulte que la montée en température de la pièce traitée est beaucoup plus rapide et qu'elle atteint une température voisine de 8500C au bout d'un temps T= largement inférieur au temps T1 précédent. Or il s'avère qu'au voisinage de cette température de 8500C et pour des pièces du type diaphragme en acier 55 CV4 ou XC70, la courbe de montée en température marque un infléchissement, dA probablement à la transformation du Fer & en austénite, qui comme on le sait est endothermique, cet infléchissement se produisant avec un retard vis-à-vis de la température de transformation usuellement admise, d'autant plus grand que le gradient de température est élevé. Selon l'invention on tire profit de l'infléchissement vers l'axe des abscisses de la courbe de montée en température en retirant de l'enceinte de chauffage la pièce considérée dans l'intervalle de temps T correspondant à cet infléchissement. Pour les raisons exposées ci-dessus, ceci permet avantageusement de pallier les conséquences des inévitables irrégularités de temps de réponse que connaissent les moyens mécaniques mis en oeuvre pour assurer la sortie de la pièce de l'enceinte de chauffage. La pièce traitée peut ensuite étre introduite dans une enceinte d'homogénéisation portée à 8500, ou d'une manière plus générale à une température appartenant au domaine de températures au cours duquel a lieu l'infléchissement de la courbe de montée en température de la pièce dans l'enceinte de chauffage, et y astre maintenue pendant un temps T2, en vue d'éviter les éventuelles irrégularités de température. Malgré qu'il n'ait pas été possible de les établir à la meme échelle, il ressort d'une comparaison des figures 1 et 2 que l'utilisation de moyens de chauffage à action rapide permet de diminuer notablement le temps de séjour des pièces traitées dans l'en- ceinte de chauffage. Pour fixer les idées on précisera que,t les conditions étant celles indiquées ci-dessus, le temps T'1 est voisin de 15 sec, le temps de 3 sec, et le temps T'2 de 15 sec. Ainsi la durée totale du chauffage de la pièce considérée est voisine due 33 sec, chiffre à rapprocher des 8 minutes nécessaires suivant la technique antérieure. I1 importe de souligner à nouveau que cette utilisation n'est possible qu'en tirant profit, suivant l'invention, de l'infléchissement de la courbe de montée en température. C'est ainsi que l'invention permet de mettre en oeuvre des bradeurs radiants pour le chauffage de diaphragmes pour embrayage de véhicule automobile, alors qu'une telle utilisation, pour des pièces aussi minces que des diaphragmes, est usuellement considérée comme dangereuse ; en effet la montée en température obtenue est usuellement considérée comme trop rapide pour qu'on puisse assurer en toute certitude la sortie des pièces à la température désirée, un dépassement de cette température étant susceptible d'entratner une détérioration définitive de ces pièces. Un brûleur radiant du type de ceux susceptibles d'entre mis en oeuvre est schématiquement représenté à la figure 6. I1 comporte une masse réfractaire 10 percée de canaux parallèles 11 et surmontée d'un caisson de répartition 12 raccordé à une arrivée de mélange combustible 13. Un tel bradeur radiant est susceptible d'une puissance calorifique élevée. Suivant l'invention, et conformément à la forme de réalisation illustrée sur les figures 3, 4 et 5, une installation permettant le chauffage avant trempe d'un diaphragme 15 comporte une enceinte de chauffage 16 suivie d'une enceinte d'homogénéisation 17 L'enceinte de chauffage 16 présente une entrée 18 et une sortie 19, dans le prolongement l'une de l'autre, une sole 20 et, établi entre l'entrée 18 et la sortie 19, au-dessus de la sole 20, un alignement de trois bradeurs radiants 22, 23 et 24 du type de celui décrit ci-dessus. De préférence et selon un aspect complémentaire de l'invention, le bradeur médian 23 est réglé à rendement maximal, tandis que les brûleurs latéraux 22 et 24 sont réglés en défaut de comburant. Par suite, pour ces brûleurs 22 et 24, qui sont disposés respectivement à l'aplomb de l'entrée 18 et de la sortie 19, la combustion est incomplète, et il en résulte la production d'oxyde de carbone réducteur et donc protecteur, au droit précisément des ouvertures de l'enceinte de chauffage. Ces brûleurs 22 et 24 fonctionnent par exemple au tiers de leur puissance maximale. Outre la production d'oxyde de carbone qu'ils assurent, ils ont encore pour avantages de pallier le refroidissement de l'enceinte de chauffage dA aux ouvertures 18 et 19, et d'interdire l'entrée d'oxygène dans cette enceinte par lesdites ouvertures, cet oxygène oxydant l'oxyde de carbone avant meme de pénétrer dans ladite enceinte. De préférence, le réglage de l'ensemble est fait de manière à ce que l'enceinte de chauffage soit en surpression. Tel que mentionnée ci-dessus, l'enceinte de chauffage 16 est de préférence suivie d'une enceinte d'homogénéisation 17 qui, dans l'exemple représenté, est équipée d'un seul bradeur de type radiant 26 réglé en défaut de comburant. La pièce à traiter, par exemple un diaphragme 15, est introduite dans l'enceinte 16 à l'aide de tout moyen approprié et y est maintenue pendant un temps déterminé établi à l'avance en fonction d'une part de la température dans cette enceinte, et d'autre part de la masse de la pièce considérée et de la nuance de son acier. Ainsi donc au bout d'un temps déterminé, un moyen est mis en oeuvre pour transférer la pièce 15 de l'enceinte de chauffage 16 à l'enceinte d'homogénéisation 17, ce transfert s'effectuant selon l'invention dans l'intervalle de temps au cours duquel se développe le changement d'état en phase solide dont est; le siège ladite pièce. Les moyens de transfert mis en oeuvre peuvent être des moyens à action continue ; mais, de préférence, il s'agit de moyens à action intermittente, tels que poussoirs, en sorte que les pièces sont avantageusement chauffées alors qu'elles sont statiques. Selon la variante de disposition schématiquement représentée à la figure 5, l'enceinte de chauffage 16 comporte une entrée 18 et une sortie 19 disposées latéralement, à angle droit, et est équipée d'une pluralité de brûleurs radiants 32 et 33 régulièrement répartis circulairement autour d'une zone centrale destinée à recevoir la pièce à chauffer. Les bradeurs 32 sont réglés en défaut de comburant, et l'un de ceux-ci est à l'aplomb soit de l'entrée 18, tel que représenté, soit de la sortie 19 ; conjointement les brûleurs 33 sont réglés à pleine puissance. Dans tous les cas le nombre et l'intervalle des brûleurs sont choisis pour que leurs zones d'influence au niveau de la pièce à traiter se recoupent. Bien entendu, la présente invention ne se limite pas aux formes de mise en oeuvre décrites et représentées, mais englobe toute variante d'exécution. REVENDICATIONS 1. Procédé de chauffage d'une quelconque pièce susceptible autre par chauffage l'objet d'un changement d'état endothermique en phase solide, tel que changement de Fer K en austénite, procédé suivant lequel, ladite pièce étant initialement à une température correspondant à un premier état, tel que Fer A, on l'introduit dans une enceinte portée, par au moins un brûleur de type radiant, à une température largement supérieure à celle correspondant au changement de ce premier état en un deuxième état, tel qu'austénite, et on ressort la pièce de ladite enceinte dans l'intervalle de temps au cours duquel la courbe de montée en température de la pièce dans l'enceinte de chauffage présente un infléchissement. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on place ensuite la pièce dans une enceinte d'homogénéisation portée à la température finale désirée pour ladite pièce. 3. Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la température de l'enceinte d'homogénéisation appartient au domaine de température correspondant à l'infléchissement de la courbe de montée en température de la pièce dans l'enceinte de chauffage. 4. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on chauffe l'enceinte de chauffage par un ensemble de bradeurs dont un au moins est réglé en défaut de comburant. 5. Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce qu'on chauffe l'enceinte d'homogénéisation au moins par un bradeur réglé en défaut de comburant. 6. Installation de chauffage pour mise en oeuvre du procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée notamment en ce qu'elle comporte une enceinte équipée d'au moins un brûleur du type radiant, des moyens étant prévus pour sortir une pièce de ladite enceinte dans l'intervalle de temps au cours duquel la courbe de montée en température de ladite pièce présente un infléchissement. 7. Installation suivant la revendication 6, caractérisée en ce que son enceinte de chauffage présente une sole, un orifice d'entrée et un orifice de sortie disposés latéralement par rapport à ladite sole et une pluralité de bradeurs disposés à l'aplomb de ladite sole, l'un au moins desdits brûleurs étant du type radiant, u et l'un au moins desdits orifices étant surmonté par/desdits brA- leurs, réglé en défaut de comburant. 8. Installation suivant la revendication 7, caractérisée en ce que les brûleurs de l'enceinte de chauffage sont régulièrement répartis, par exemple circulairement, un brûleur sur deux étant réglé en défaut de comburant. 9. Installation suivant la revendication 7, caractérisée en ce que les brûleurs de l'enceinte de chauffage sont alignés, de l'orifice d'entrée de ladite enceinte à son orifice de sortie, l'un au moins des bradeurs extrêmes étant réglé en défaut de com burent. 10. Application du procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, et/ou de l'installation suivant l'une quelconque des revendications 6 à 9 au chauffage avant trempe d'un diaphragme pour embrayage de véhicule automobile.