Brevet FR2355915A1 — publié le 19780120

La présente invention est relative à un procédé de trempe superficielle de pièces qui sont d'abord chauffées à la température de trempe puis trempées au moyen d'un milieu de trempe. Il est généralement connu de donner à des pièces, par exemple par trempe au chalumeau ou par induction, au niveau de leur surface, une résistance mécanique déterminée assez élevée pour qu'elles y soient résistantes à l'usure. Comme exemple de pièces dont la suriace présente une grande résistance à l'usure, on peut citer les rails de chemin de fer. En raison de l'augmenta- tion continuelle de la vitesse des trains, les nouveaux règlements n'admettront plus, dans un proche avenir, que des rails ayant une résistance mécanique de 90 hbar.Les pièces exposées à une forte usure, comme les pièces d'aiguilles, par exemple les pointes de coeur, les rails en biseau etc, devront pourtant avoir une résis- tance mécanique encore plus élevée, sinon ces pièces s'useraient trop vite et, de ce fait, ne permettraient plue aux trains dtat- teindre les grandes vitesses recherchées ou devraient être remplacées trop rapidement. Jusqu'à présent, pour atteindre les valeurs élevées que l'on voulait obtenir pour la résistance mécanique, on préchauffait les pièces à tremper dans un four, puis on les portait à une température de 700 C environ dans une machine de trempe où les zones de leur surface qui devaient titre exposées à une forte usure, par exemple certaines zones au champignon des rails, étaient portées, à l'aide de chalumeaux, à la température d'austénisation, puis trempées au moyen d'une émulsion, ce qui permettait d'obtenir une profondeur de trempe assez grande. On soumettait ensuite les parties trempées à un revenu dans un deuxième four de manière à obtenir une résistance mécanique de 130 à 140 kg/mm. Suivant un procédé de trempe mis au point par la demanderesse, on a déjà réussi également à éviter l'emploi de ce deuxième four en réalisant, dans une machine de trempe, un revenu réglé en température suivent la chaleur résiduelle de la pièce. De nombreux essais ont été effectués pour la mise au point d'une autre méthode de trempe à partir de nouvelles recherches sur l'usure. Conformément aux résultats de ces essais, le rail auquel on veut donner la résistance mécanique voulue est encore d'abord préchauffé dans un four et porté, au moyen de cha- lumeaux ou par chauffage par induction, à la température d'austé- nisation, puis trempé au moyen d'air comprimé ou d'un autre gaz. Dans ce procédé, le débit et la pression de l'air comprimé sont réglés de telle manière que l'on obtient une fine structure sorbitique bien déterminée ayant une résistance mécanique de 120 à 130 hbar, gans que le rail soit durci par précipitation. Dans ce cas, la profondeur de transformation atteint 8 à 12 om. Après ce traite- ment superficiel, on laisse le rail se refroidir complètement. Dans les essais qui viennent d'être décrits, on obtient, par trempe au moyen d'air comprimé, suivant le diagramme T T T de l'acier traité, une vitesse de refroidissement oritique déterminée, de manière à obtenir, sur une zone déterminée de la surface et sur une profondeur déterminée, par formation d'une structure sorbitique bien déterminée, une augmentation de résistance mécanique qui, comme les essais d'usure effectués l'ont montré, oppose en frottement de roulement une résistance maximale. Cependant, le procédé appliqué dans les essais que l'on vient de décrire présente encore des difficultés importantes. C'est ainsi qu'il exige des débits d'air comprimé de 1200 à 1500 m /h et que les bruits d'échappement dus à l'air comprimé sont tellement forte qu'ils dépassent les nomes admissibles. Le but de l'invention est donc de proposer un procédé Le trempe superficielle de pièces, du type initialement indiqué, qui, d'une manière simple et en évitant l'inconvénient du bruit, donne la garantie d'obtenir, par le maintien d'une vitesse de trempe pratiquement constante, des résultats de trempe excellents. Ce but est atteint en tenant compte du fait que l'on ne peut éviter les inconvénients qui ont été indiqués cidessus qu'en augmentant et en restant réglable le plus possible la vitesse de trempe. La solution consiste, suivant l'invention, en ce qu'on mélange au milieu de trempe, par exemple à de l'air comprimé, un agent de refroidissement porteur de frigories0 On peut alors abaisser la température du milieu de trempe et, de ce fait, augmenter notablenent la vitesse de trempe. L'addition d'un agent de refroidissement porteur de frigories permet de réduire la quantité de milieu de trempe nécessaire à la trempe en même temps que sa pression d'échappement à la sortie et, par conséquent, d'atténuer netablement le bruit d'échappement.De plus, on peut régler la vitesse de trempe du milieu de trempe en réglant par exemple la quantité de l'agent de refroidissement porteur de frigories elle-même. Les résultats obtenus sont particulièrement bons lorsque le débit de l'agent de refroidissement porteur de frigories est réglé en fonction de la température du mélange formé par le milieu de trempe et l'agent de refroidissement porteur de frigories. Il y a, dans ce cas, automatisation de l'addition de l'agent de refroidissement porteur de frigories, ce qui permet de maintenir en permanence une vitesse de trempe constante. Il s'est avéré particulièrement avantageux que l'addition de l'agent de refroidissement porteur de frigories au milieu de trempe s'effectue juste avant la sortie d'une buse de trempe. On a obtenu de bons résultats en ajoutant l'agent de refroidissement porteur de frigories sous la forme d'un liquide qui se transferme en gaz juste avant la sortie d'une buse de trempe. Cese agent de refroidissement, il est particulièrement indiqué d'utiliser de l'azote liquide que l'on mélange, en quantité convenable et sous une pression déterminée, au milieu de trempe. Comme milieu de trempe servant on quelque sorte de support gazeux à l'agent de refroidissement porteur de frigories, il est particulièrement indiqué d'utiliser de l'air comprimé. Cette méthede permet, en utilisant par exemple de l'azote syant une température de moins 196 C, de régler la vitesse de trempe de l'air comprimé, notamment de l'augmenter comme on le veut. L'invention offre, dans le domaine des techniques de trempe, un moyen d'utiliser un agent de refroidissement porteur Le frigories, notamment de l'azote liquide, en le mélan- geant à un milieu de trempe de base, de préférence à de l'air comprimé, pour la trempe superficielle de pièces, la pression di milieu Le trempe à la sortie étant abaissée et, par conséquent, les inconvénients dus au bruit étant atténués, la quantité de mi- lieu de trempe nécessaire étant diminuée et la trempe s'effectuant avec ne plie grande et une plie constante sûreté. Il va de soi que l'invention ne se limite pas k la trempe superficielle de rails, mais qu'elle est applicable partout où il s'agit de donner une excellente résistance à l'usure des pièces par trempe au chalumeau et par induction. REVENDICATIONS I. Procédé de trempe superficielle de pièces qui sont d'abord chauffées jusqu'à la température de trempe, puis trempées au moyen d'un milieu de trempe, caractérisé en ce qu'on mélange au milieu de trempe un agent de refroidissement porteur de frigories. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on règle la quantité d'agent de refroidissement porteur de frigories ajoutée. 30 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ee que la quantité d'agent de refroidissement porteur de frigories ajoutée est réglée en fonction de la tempé- rature du mélange formé par le milieu de trempe et l'agent de refroidissement porteur de frigories. 40 Procédé selon l'une quelconque ou plusieurs des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'addition de l'agent de refroidissement porteur de frigories au milieu de trempe s'effec- tu@juste avant la sortie d'une buse de trempe. 50 Procédé selon l'une quelconque ou plusieurs des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'agent de refroidissement porteur de frigories ajouté est liquide et se transforme en gaz juste avent la sortie de la buse de trempe. 6. Procédé selon lune quelconque ou plusieurs des revendications I à 5, caractérisé en ce que l'on mélange au milieu de trempe de l'azote liquide. 7. Procédé selon l'une quelconque ou plusieurs des revendilations 1 à 6, caractérisé en ce quton utilise, comme milieu de trempe, de l'air comprimé. 8. Procédé consistant à utiliser un agent de refroidisse- ment porteur de frigories, notamment de l'azote liquide, pour le mélanger à un milieu de trempe, de préférence à de l'air compriné, lors de la trempe superficielle de pièces, notamment de rails de chemin de fer.