Brevet FR2343051A1 — publié le 19770930

L'invention se rapporte à un procédé de trempe de pièces métalliques dans un liquide dans lequel ces pièces portées à une température prédéterminée sont plongées. L'invention se rapporte par ailleurs à un four de traitement thermique de pièces, en particulier à un four de trempe à huile. La "trempe" de pièces métalliques fait partie du processus de durcissement de 1 acier et d'autres alliages métalliques. Le durcissement des matériaux métalliques s'effectue par recuit à des températures déterminées, trempe, par exemple dans un liquide tel que l'huile ou l'eau et finalement entreposage à température normale ou faiblement élevée (revenu). La vitesse à laquelle on tend à refroidir les pièces d'acier à la trempe dans un liquide doit être supérieure à une certaine valeur critique afin qu'il ne se produise aucune transformation gênante à l'intérieur de l'acier pendant le refroidissement.Le but recherché est la formation d'une structure déterminée de l'acier. Les relations entre la composition de l'alliage, la température, la vitesse de refroidissement et la structuration sont connues et représentées schématiquement dans des graphiques dits de transformation en fonction de la durée et de la température. Il arrive souvent en pratique qu'une élévation de la vitesse de refroidissement de trempe serait avantageuse pour permettre d'obtenir par exemple une amélioration de la trempe à coeur ou des améliorations des caractéristiques de certains acier faiblement alliés.L'élévation de la vitesse de refroidissement bute sur certaines difficultés, car il se forme une pellicule de vapeur qui diminue cette vitesse immédiatement après immersion de la pièce devant subir la trempe, par exemple dans un bain d'huile, dans la plage critique de température, cette pellicule enveloppant totalement la pièce et empêchant sa surface d'entrer directement en contact avec l'huile de trempe. Une autre phase, au cours de laquelle le fluide de trempe entre en ébullition à la surface de la pièce, n'intervient qu'après baisse de la température de surface de la pièce subissant la trempe. La chaleur de la pièce se transmet à-une dernière phase à l'huile par convection directe. L'invention a pour objet un procédé destiné à élever la vitesse de refroidissement. Selon une particularité essentielle de l'invention, une pression supérieure à la pression atmosphérique normale est exercée sur la surface du fluide de trempe. L'expérience a montré que cette façon de procéder permet d'élever considérablement la vitesse de refroidissement dans des conditions par ailleurs identiques. Ainsi, par exemple, une élévation de la pression de 1 bar à 1,2 bar à la surface d'un bain d'huile à l'intérieur d'une chambre fermée de trempe a permis d'éliminer totalement la dispersion des résultats du durcissement de 300 kg de chemins de roulements à billes. L'élévation de pression peut atteindre 2,5 bars, le choix de la pression étant fonction de l'alliage traité, du fluide adopté de trempe ainsi que de la structure qu'il faut former. La pression adoptée dans le système fermé de trempe est avantageusement de 1,2 à 2,0 bars, et en particulier elle est avantageusement réglée à 1,2 bar pour la trempe de pièces métalliques en acier pour roulements à billes. Des mesures ont montré qu'une pression de 1,5 bar exercée sur la surface du liquide consistant en une huile de trempe selon la spécification MOTUL-EF 66 EC conduit à une élévation de 30% de la vitesse de refroidissement. Le brassage du fluide pendant la trempe a par ailleurs aussi donné de bons résultats. Un brassage suffisant permet d'élever la vitesse de trempe proportionnellement à la pression. On peut admettre que l'élévation considérable de la vitesse de trempe par application du principe de l'invention repose sur le resserrement de la plage de température dans laquelle une pellicule de vapeur se forme à la surface des pièces en cours de trempe. Donc, la phase de transfert direct et accélérée de chaleur par convection intervient plus tôt. Une pression suffisante complétée par le brassage du fluide de trempe permet manifestement d'éliminer presque complètement la phase de formation de vapeur. Aucune formation visible de vapeur à la surface du bain d'huile de trempe n'apparaît comme elle le fait régulièrement à l'application des procédés de l'art antérieur. La pression et donc aussi la température d'ébullition subissent de préférence une élévation telle que le fluide demeure sous cette température pendant la trempe. Le procédé de trempe selon l'invention convient aux fours de traitement thermique de pièces, en particulier aux fours sous vide à chambre fermée de trempe à huile. Il peut cependant s'appliquer aussi aux chambres fermées de trempe de fours à atmosphère de gaz protecteur ou aux bains usuels de trempe à dispositif d'obturation. L'invention se rapporte donc aussi à un four de traitement thermique de pièces, en particulier un four sous vide à chambre fermée de trempe qui se caractérise par un dispositif raccordé à l'intérieur de la chambre de trempe et destiné à élever la pression dans cette dernière. Ce dispositif d'élévation de la pression comprend avantageusement un circuit de pompage et une soupape de sécurité contre les surpressions. La chambre de trempe peut par ailleurs être équipée d'un dispositif de brassage du fluide, par exemple d'agitateurs. L'invention ouvre une nouvelle voie de principe permettant d'élever la vitesse de refroidissement lors de la trempe de pièces métalliques. Une vitesse critique de refroidissement devant être atteinte, le mode opératoire conforme à l'invention permet désormais d'augmenter la charge traitée à chaque passe, c'est-à-dire d'augmenter la surface par unité de poids avec pour corollaire la possibilité de tremper de plus grandes pièces Le rapport de la surface critique à leur poids est donc amélioré.Outre le fait que la façon simple de procéder conforme à l'invention permet d'augmenter considérablement la capacité de fours existants, il est possible d'apporter des améliorations qualitatives à la trempe en réduisant la dispersion des résultats de cette dernière et en uniformisant la trempe même de charges compactes L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels: la figure 1 est une élévation schématique avec coupe partielle d'un four sous vide à trois chambres; la figure 2 est une vue en plan du four de la figure 1; et - la figure 3 est une vue en bout de la chambre de trempe du four des figures 1 et 2 dont la cloison latérale a été supprimée pour permettre schématiquement de voir l'intérieur de la chambre. Le four sous vide comporte au milieu une chambre de chauffage 1 en amont de laquelle une chambre 2 de trempe au gaz est montée d'un côté tandis qu'une chambre 3 de trempe à l'huile est montée en amont de cette chambre 1, du côté oppose. Toutes les trois chambres 1, 2 et 3 communiquent par des conduits 5 avec des pompes à vide 4 et des vannes non représentées permettent de mettre sous vide les trois chambres 1, 2 et 3 indépendamment. La chambre 3 de trempe à l'huile, la chambre de chauffage 1 et la chambre 2 de trempe au gaz se succèdent horizontalement dans l'exemple représenté de réalisation, de sorte qu'il est possible de charger par le côté les chambres 2 et 3 et à cette fin un chariot 7 de chargement est prévu. Une porte de sas 8, qu'un vérin 9 peut écarter vers le haut de la position représentée, sépare la chambre 2 de trempe au gaz de la chambre de chauffage 1 et une autre de ces portes 8 sépare la chambre 3 de trempe à l'huile de cette même chambre de chauffage 1. Lorsqu'elle occupe la position de fermeture, chaque porte de sas 8 soumise à la compression d'un levier à genouillère représenté assure une fermeture étanche à la pression entre chaque chambre de trempe 2, 3 et la chambre de chauffage 1. La chambre de chauffage 1 se compose d'une enveloppe parallélépipédique ll d'isolement équipée sur les deux faces extrêmes de portes 12 translatables vers le haut et dont chacune est manoeuvrée par un vérin 16. Plusieurs éléments chauffants 13 disposés à l'intérieur de l'enveloppe isolante ll fonctionnent-à l'électricité et élèvent la température de charges reposant sur des supports 15. La chambre de chauffage 1 se composant essentiellement de l'enveloppe isolante Il se trouve dans une enceinte cylindrique sous pression 14 pouvant être fermée hermétiquement aux surfaces extrêmes par les portes de sas mentionnées plus haut. La chambre de trempe au gaz se compose essentiellement d'une enceinte sous pression 21 équipée d'une porte frontale 22 pouvant être fermée hermétiquement. Un dispositif d'alimentation 23 monté à l'intérieur de l'enceinte 21 permet de faire passer dans la chambre de chauffage 1 ou de retirer de cette dernière un panier de chargement alors que les portes 8 et 12 sont ouvertes. La chambre de trempe au gaz 2 est équipée d'un conduit non représenté d'alimentation en gaz ainsi que d'éléments d'échange de chaleur non représentés non plus et destinés à refroidir le gaz inerte envoyé dans cette chambre 2 et pouvant de plus être mis en circulation par un ventilateur (représenté sans référence sur le dessin). La chambre 3 de trempe à l'huile comprend aussi une enceinte sous pression 24 obturable par une porte frontale 25. Une cuve 26 disposée par ailleurs sous l'enceinte sous pression 24 est remplie d'huile qu'un dispositif 27 de brassage, qui se compose de deux agitateurs à hélice disposés sur des côtés opposés, peut mettre en circulation. Un dispositif de chargement 28 monté dans la chambre 3 permet, contrairement au dispositif 23 de la chambre 2, non seulement de charger et de décharger horizontalement la chambre de chauffage 1, mais aussi d'abaisser verticalement les paniers de chargement dans la cuve d'huile 26 pour la trempe de la charge. Un dispositif 29 d'élévation de la pression raccordé à l'enceinte 24 se compose essentiellement d'un circuit de pompage destiné à élever la pression dans la chambre 3 à une valeur pouvant atteindre 2,5 bars. La cuve 26 est par ailleurs équipée d'une soupape de sécurité 30. Le four à vide décrit permet à la chambre de chauffage 1 de fonctionner en continu lorsque les charges sont transportées dans un sens d'un côté à l'autre du four. Lorsqu'il faut procéder à une trempe à l'huile, il faut alimen- ter la chambre de chauffage 1 par la chambre 2 de trempe au gaz qui, dans ce cas, assume uniquement la fonction de sas. Ainsi, la charge chauffée dans la chambre 1 peut être transportée dans la chambre 3 pour y être trempée à l'huile. Le dispositif 29 d'élévation de pression pompe avant le début de la trempe un fluide convenable, par exemple un gaz inerte, pour l'envoyer dans l'enceinte 24 de manière qu'une pression, qui est normalement de 1,2 à 1,5 bar, règne au-dessus du bain d'huile. I1 faut ensuite faire descendre la charge dans ce dernier au moyen du dispositif 28. Le dispositif de brassage 27 est alors aussi mis en marche à ce moment de manière à élever encore davantage la vitesse de refroidissement. I1 est possible après trempe de prélever la charge sur la chambre 3 par la porte frontale 25. REVENDICATIONS 1. Procédé de trempe de pièces métalliques dans un liquide dans lequel ces pièces ayant été portées par chauffage à une température prédéterminées sont immergées, caractérisé en ce qu'une pression supérieure à la pression atmosphérique normale est exercée sur la surface du fluide de trempe. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élévation de pression peut atteindre 2,5 bars. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la pression réglée dans le circuit fermé de trempe est de 1,2 à 2,0 bars. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les pièces métalliques sont en acier pour roulements à billes et la pression réglée dans le circuit est de 1,2 bar, le fluide de trempe étant une huile spéciale pour trempe. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le fluide subit un brassage pendant la trempe. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la pression subit une élévation telle que la température du fluide demeure sous celle d'ébullition pendant la trempe. 7. Four de traitement thermique de pièces, en particulier four à vide, à chambre fermée de trempe à huile, pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif destiné à élever la pression régnant sur la surface du fluide de trempe et raccordé à l'intérieur de la chambre de trempe. 8. Four selon la revendication 7, caractérisé en ce que le dispositif d'élévation de la pression est un circuit de pompage, en particulier de gaz inerte et la chambre de trempe est équipée d'une soupape de sécurité contre les surpressions. 9. Four selon l'une des revendications 7 et 8, carac térisé en ce que la chambre de trempe est équipée d'un dispositif de brassage du fluide de trempe, de préférence d'agitateurs.