Brevet FR2313460A1 — publié le 19761231

La présente invention concerne un procédé pour le trempage au bore de la surface d'une pièce usinde métallique du type consistant à nettoyer la surface de la pièce et de l'amener à une température supérieure à 700'C au contact avec une matière contenant du bore. De tels procédés sont connus comme procédés de cerenta- tion. Ils sont utilisés pour tremper les surfaces de certaines pièces lorsque cette dureté n'est seulement nécessaire pour la surface de la pièce tandis que le noyau des pièces ainsi réalisées peut être moins dur. De plus, on sait que le bore n'est soluble dans l'acier, même à des températures élevées, qu'en pourcentages extrèmement réduits et que meme ces faibles quantités augmentent considérablement la dureté d'une pièce. Le trempage au bore de la surface d'une pièce en acier, par exemple un outil, permet ainsi d'économiser un alliage coflteux pour le corps de la pièce. D'une manière similaire, on peut carburer des aciers cémentés pauvres en carbone dans une atmosphère libérant du carbone et ensuite procéder au trempage de ces aciers, suivant le procédé utilisé pour les aciers au carbure ordinaires. A cet effet, on a développé des putes de carburation qui produisent une cémentation des surfaces sur lesquelles elles sont appliquées. De plus, on a proposé d'enrichir en azote la surface d'un acier nitruré par un procédé de nitration pour obtenir une couche nitrurée très dure mais mince. A cet effet, l'acier est traité à une température de 5000C dans un flux d'ammoniaque et ensuite on fait refroidir l'acier traité lentement. La nitration présente l'avantage que la pièce n'est pas déformée parce qu'elle n'est pas refroidie brusquement. Les inconvénients de la nitration résident dans le fait que le traitement est relativement long, de l'ordre de 50 à 100 heures et qu'il exige ainsi des quantités d'énergie importantes. Un autre inconvénient réside dans la faible épaisseur de la couche de trempe.Cette couche est plus dure qu'une couche produite par trempage de surface (cémentation) avec addition de carbone, mais elle est plus casvante et plus mince de sorte qu'elle peut casser sous forte pression. Un autre inconvénient de ce procédé appliqué aux aciers réside dans le fait qu'il est nécessaire d'utiliser des aciers contenant un agent de nitration tel qÙe du chrome, de molybdène et en particulier de l'aluminium. Pour la trempe au bore, il n'est pas nécessaire d'utiliser des traitements thermiques si longs. La dureté obtenue par un tel traitement est normalement plus élevée que celle obtenue par carburation. Lors de la recuite par diffusion au cours de laquelle la pièce est disposée dans une atmosphère pour le transfert de la chaleur de traitement dans la surface de la pièce traitée, il est difficile de réaliser un revêtement superficiel suffisamment régulier. La surface d'une pièce ainsi traitée montre normalement une structure cristalline irrégulière. Pour des pièces qui doivent correspondre avec des tolérances précises à des dimensions prédéterminées, il est nécessaire de procéder après la trempe à un usinage de finition. Un tel usinage est à cause du trempage particulièrement difficile et coûteux. La présente invention a pour objet de concevoir un procédé de trempe au bore permettant d'obtenir une couche superfi- cielle d'une structure régulière et d'une épaisseur constante de manière à pouvoir limiter ou éviter tout usinage de finition ultérieur. Le procédé selon l'invention consiste à terminer sensiblement l'usinage de la pièce, à déposer sur la surface nettoyée de la pièce une couche d'une matière contenant du bore et à chauffer la pièce à une température de l'ordre de 7000C à 1t000C. Pour obtenir un dosage précis, on peut selon l'invention procéder successivement à plusieurs phases de dépôt de matière de bore et de chauffage. On peut ainsi traiter les parois d'alésages dont le diamètre est du meme ordre de grandeur que l'épais- seur de la couche déposée. Le procédé selon l'invention consiste de plus à utiliser une matière de bore contenant un liant décomposé à une tempé- rature de l'ordre de 1000C à 5000C, De préférence, on peut utiliser un liant décomposé à une température supérieure à 250 C Pour éviter l'action de produits de décomposition sur la surface de la pièce traitée, un mode de réalisation préféré du procédé selon l'invention consiste à effectuer le traitement de la pièce revêtue d'une matière contenant du bore dans une atmosphère de trempage contenant un gazdi50xydatou réducteur. Lors de l'utilisation de liants à basê de résines acryliques, on utilise comme matière de réduction un gaz désoxydant ou réducteur constitué de préférence par de l'hydrogène ou contenant de l'hydrogène. D'autres réalisations et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre et en se référant aux dessins annexés sur lesquels Fig. 1 est une vue photographique agrandie d'une coupe de la surface d'une pièce trempée au bore suivant le procédé connu, et Fig. 2 est une vue photographique agrandie similaire à la figure 1 d'une coupe de la surface d'une pièce traitée suivant le procédé selon l'invention. Le procédé selon l'invention permet en particulier de réaliser une couche superficielle trempée au bore qui est extrême- ment régulière. Cette régularité concerne d'un côté la structure de cette couche et de l'autre son épaisseur. Le procédé selon l'invention permet de contrôler avec précision l'épaisseur de cette couche, c'est-à-dire la profondeur de diffusion, dans des limites données. Par le dépôt d'une matière convenable à la trempe par diffusion sur la surface de la pièce, il est de plus possible de traiter seulement certaines surfaces de la pièce par trempe au bore. Suivant un mode de réalisation du procédé selon l'invention, on termine d'abord complétement l'usinage de la pièce i traiter c'est-à-dire qu'on donne aux surfaces de la pièce la configuration et les dimensions définitives. La pièce terminée est ensuite nettoyée à fond. A cet effet, elle est placée dans un bain d'une solution aqueuse de produits détergents habituels qui sont agités de plus par ultra-sons. Ensuite, la pièce est rincée et dégraissée dans un bain de trichloréthylène; mais on peut également utiliser d'autres bains de dégraissage connus. La pièce sortant du bain de dégraissage est encore lavée avec de l'acétone pour obtenir une surface chimiquement propre. Dans ce bain d' acé- tone sont retirés les restes du bain de dégraissage et les traces de doigts. Pour éviter une telle souillure de la surface, la piè-. ce est maintenant manipulée par des moyens mécaniques où à la main en se servantde gants de tissu pour retirer la pièce du bain d'acétone et pour l'avancer vers d'autres postes de travail. La matière déposée sur la pièce pour son trempage au bore est une poudre finement divisée contenant du bore. De preférence, le diamètre des particules de cette poudre est de l'ordre de 1 /u à 10 /U. Les particules ne dépassent de préférence pas ce diamètre limite supérieur. La poudre contenant du bore utilisée à cet effet peut être une poudre distribuée par la Société "Elektroschmelzwerk kemmten" sous la dénomination commerciale S 095 et EKABOR. On peut également utiliser les poudres distribuées par la Société "Advanced étals INC.", Boston, Etats Unis, sous la dénomination commerciale BORKOTE et IMPLIFE.Le liant peut, par exemple, être une résine acrylique telle que distribuée par la Société "R"ohm & Havas" sous la dénomination commerciale ACRYLOID-A-30. La composition quantitative et la consistance de cette matière dépend de l'épaisseur de la couche de diffusion à réaliser et du type d'application utilisé. On utilise de préférence un procédé de dépôt permettant de réaliser une couche de dépôt très régulière et notamment un procédé d'application par projection. Dans le cas de grandes surfaces planes, la matière peut être appliquée à la spatule. On peut également déposer la matière par immersion. Lors du traitement des parois d'alésages, notamment de petits diamètres, ces alésages sont remplis avec ladite matière de traitement.Une limitation précise des surfaces à traiter et des surfaces libres peut être réalisée après un premièr séchage de la couche déposée en enlevant les parties dépas sant les limites de ces surfaces par des moyens mécaniques et/ou à l'aide d'un solvant. Après le dépôt et le séchage de la poudre contenant du bore, la pièce à traiter est disposée dans un dispositif à recuire ou tremper. Les surfaces à traiter ne doivent pas entre en contact les unes avec les autres. Les pièces doivent être disposées convenablement pour assurer que 0les surfaces libres sont en contact avec la matière de calcination. A cet effet, les pièces sont supportées ponctuellement. Pour la phase de trempage par diffusion, on choisit une température de diffusioh qui est de l'ordre de SOO-C à 1100'C suivant la matière de la pièce à traiter. La matière de calcina- tion est un gaz ou un mélange de gaz désoxydant ou réducteur et qui assure que les oxydes formés par la chaleur et la décomposition du liant sur la surface de la pièce sont éliminés immédia tement de sorte que la surface recouverte par la matière de traitement reste libre d'oxydes. Lors de l'utilisation de liants à base de résine acrylique et d'un solvant d'acétone, on utilise un gaz ou mélange de gaz présentant un point de condensation inférieur ou égal à -580C. L'hydrogène correspond à cette exigence. On peut également utiliser un mélange de gaz,d'azote et d'hydrogène. La durée de la diffusion dépend de la température choisie, de la matière de la pièce à traiter et de l'épaisseur de la couche de diffusion à obtenir. Elle est d'au moins quelques minutes et peut être de plusieurs heures. Les pièces pour lesquelles on cherche une précision particulière sont traitées à la tempé- rature limite inférieure pendant un temps prolongé jusqu'à dix heures. Dans le cas d'un traitement thermique nécessaire, on procède de préférence à un trempage sous vide. Ensuite, on procède à un refroidissement brusque sous vide au moyen d'une huile ou par un procédé de circulation de gaz refroidis. Ensuite les pièces traitées sont disposées dans une atmosphère désoxydante. Pour éliminer les restes possibles de la couche de matière à bore on procède à un nettoyage post-traitement. A cet effet, les pièces traitées sont d'abord trempées dans une solution aqueuse tempérée d'un détergent par exemple une solution d'une température d'environ 800C. Ensuite, les pièces sont immergées dans un bain de la même solution mais non souillé et agité par ultra-sons. Ensuite, on rince à l'eau claire et fait sécher les pièces à l'air. Les pièces séchées sont traitées avec l'huile de conservation habituelle pour protéger leur surface contre les influences extérieures. Le procédé selon l'invention est principalement utilisé pour le traitement des pièces en acier; mais il peut également être appliqué à d'autres alliages métalliques dont les surfaces permettent une diffusion de bore. Par une reconduction du traitement selon l'invention, on obtient une plus grande profondeur de diffusion, c'est-d-dire une couche de bore plus épaisse. Lors du traitement de pièces d'acier présentant des surfaces non traitées, la matière de calcination sert à exp8cher une décarburation de ces surfaces. Le gaz est de préférence envoyé sous pression dans la chambre de traitement pour s'écouler suffisam- ment sur les pièces et pour éviter toute transformation définitive par oxydation et/ou par décarburation des surfaces des pièces. Une comparaison des figures 1 et 2 montre clairement l'amélioration obtenue grâce au procédé selon l'invention. La fi gure 1 montre une pièce dont la couche de bore est réalisée suivant un procédé de trempage de surface connu. La structure et la profondeur de diffusion de cette couche sont relativement irrégulières. On obtient peut être une dureté suffisante mais la couche réalisée est fragile. La structure grossière de cette couche nécessite, dans des cas de faibles tolérances d'usinage, souvent un usinage après la trempe. Le procédé connu ne permet, de plus, pas le traitement des parois des alésages de faibles diamètres. La figure 2 montre l'amélioration obtenue par le procédé suivant la présente invention. La couche forme par diffusion présente une structure et une épaisseur extrèmement régulières. Les dimensions de la pièce ne sont pas modifiées par le traitement. Ceci est en particulier le cas pour les parties non traitées de la surface. La figure 1 montre un coin de 4 mm en 100 Cr6 qui a été traité suivant le procédé de la technique antérieure pendant deux heures à une température de 10000C. L'épaisseur de la couche obtenue est irrégulière, elle est d'environ 0,16 mm. L'agrandissement représenté est de 60 : 1. La figure 2 montre le même coin mais traité suivant le procédé selon l'invention pendant une heure à une température de 870 C. L'épaisseur de la couche obtenue est très régulière et d'environ 301u m. L'agrandissement représenté est d'environ 100: t. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté, on pourra y apporter de nombreuses modifications de détails sans sortir, pour cela, du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. - Procédé pour le trempage au bore de la surface d'une pièce usinée métallique du type consistant à nettoyer la surface de la pièce et de l'amener à une température supérieure à 7000C en contact avec une matière contenant du bore, caractérisé en ce qu'il consiste à terminer sensiblement l'usinage de la pièce, à déposer sur la surface nettoyée de la pièce une couche d'une matière contenant du bore et à chauffer la pièce à une température de l'ordre de 7000C à ttO00C. 2" - Procédé suivant la revendication t, caractérisé en ce qu'il consiste à procéder successivement à plusieurs phases de dépôt de matière de bore et de chauffage. 30 - Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il consiste à utiliser une matière de bore contenant un liant décomposé à une température de l'ordre de 1000C à 5000C. 40.- ~ Procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce qu'il consiste à utiliser un liant décomposé à une température supérieure à 250ex 5- - Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il consiste à effectuer le traitement de la pièce revêtue d'une matière contenant du bore dans une atmosphère de trempage contenant un gaz désoxydant ou réducteur. 6- - Procédé suivant la revendication 5, caractérisé en ce qu91 consiste à utiliser une atmosphère de trempage contenant de l'hydrogène moléculaire. - - Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il consiste à déposer la matière contenant du bore sur certaines parties de la pièce à traiter et faire écouler sur les autres parties au cours du chauffage de la pièce, une matière de réduction sous pression. 8" - Procédé suivant la revendication 2 et l'une quelconque des revendications 3 à 7, caractérisé en ce qu'il consiste à utiliser une matière à bore contenant un liant à base de résine acrylique. 90 - Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il consiste à ajuster la consistance de la matière contenant du bore par une addition d'acétone. 10. - Procédé suivant l'une quelconque des revendica tions 1 à 9, caractérisé en ce qu'il consiste à soumettre la pièce traitée après son chauffage à un processus de nettoyage pour retirer les restes de la matière déposée sur la pièce. 11. - Procédé suivant la revendication 10, caractérisé en ce qu'il consiste à soumettte la pièce après son chauffage mais avant ledit nettoyage à un processus de trempage par chauffage sous vide.