Brevet FR2332337A1 — publié le 19770617

La présente invention concerne un four de traitement thermique ou thermochimique, notamment par bombardement ionique, des métaux tels que les aciers ou les alliages d'acier. Elle a plus particulièrement pour objet un four dormant permettant d'effectuer une très large gamme de traitements thermiques ou thermochimiques et qui comprend en outre un bac de trempe incorporé D'une manière générale on sait que,il'heure actuelle,les fours à bombardement ionique industriels sont exclusivement utilisés pour des traitements de nitruration ionique. Ainsi, pour réaliser un traitement de nitruration ionique, les pièces à traiter sont placées sur la cathode d'un four ou d'un réacteur å ombardement ionique, dont les parois constituent l'anode.On introduit le gaz (par exemple l'azote) sous une pression de 0,5 à 10 Tors et on applique une dif férence de potentiel de 400 à 1000 Volts.Il apparatt alors un régime de décharge et une chute de potentiel au voisinage de la cathode. Dans cet espace se crée un plasma formé d'ions actifs qui sont accélérés vers la pièce, Dès lors, les ions s'écrasent sur la pièce (qui, comme précédemment mentionné, constitue en fait la cathode du réacteur) et pénètrent dans la couche-superficielle de ladite pièce où ils demeurent sous forme de nitrures. Au cours de ce bombardement, l'énergie cinétique des ions se transforme en chaleur, ce qui se traduit par un échauffement de la pièce. Ce procédé possède de gros avantages sur les autres procédés de nitruration du fait qu'il permet de traiter tous les aciers y compris les aciers doux, qu'il consomme relativement peu d'énergie, et qu'il est non polluant puisque l'on travaille sous un vide relatif. Toutefois ce procédé présente un grave inconvénient, à savoir qu'il ne permet pas un traitement simultané de plusieurs pièces de grosseur différente. En effet, l'échauffement des pièces étant fonction des dimensions de la surface exposée au bombardement, il ne peut y avoir une homogénéité thermique, dans le cas où les pièces présentent des formes ou des dimensions différentes. En outre, le procédé actuel ne permet pas de, traitements autres que la nitruration du fait que la température des pièces n'excède pas 600 . L'invention a donc tout d'abord pour but la réalisation d'un four à bombardement ionique qui permet d'effectuer une gamme complète de traitements thermochimiques tels que la nitruration (6000), la carbonituration (8500) la cémentation (9zoo), la boruration (9000 à 1 0000), ainsi que des dép8ts métalliques (1 100.), et ce, en garantissant une bonne homogénéité thermique dans le cas de traitement de pièces de dimensions différentes. On sait également que les traitements thermochimiques s'accom- pagnent en général de traitements thermiques préalables ou postérieurs, tels que la trempe, le revenu ou ême le recuit. En conséquence, l'invention a en outre pour but un four polyvalent qui permet d'effectuer une très large gamme de traitements thermiques ou thermochimiques et d'éviter l'utilisation consécutive de plusieurs fours spécifiques des traitements thermiques et des traitements thermochimiques, dans un cycle complet de traitement d'une pièce ou d'un ensemble de pièces. Selon l'invention, un tel four à bombardement ionique peut comprendre d'une part, une structure de four dormant à atmosphère réduite, comportant par exemple une enceinte thermiquement isolante et étanche, des moyens pour réaliser un vide relatif à l'intérieur du four, des conduits d'accès de gaz de traitement, une turbine de circulation des gaz de traitement et/ou de refroidissement à l'intérieur du four, une cathode servant de support des objets à traiter, une anode éventuellement consommable, une alimentation haute tension en énergie électrique, d'autre part, à l'intérieur du four des éléments de chauffage et/ou de refroidissement et enfin, d'une chambre comprenant un bac de trempe qui peut communiquer avec le volume interne dudit four au moyen d'une cloison thermiquement isolante et étanche ou vide. Selon une caractéristique de l'invention les susdits éléments de chauffage et/ou de refroidissement comprennent d'une part, un réseau de résistances et/ou d'autre part, un système mixte de chauffage et -de refroidissement par exemple un système tel que décrit dans la demande de brevet française ne 75 15503 déposée le 16 Mai 1975,au nom de la Demanderesse, constitué par une résistance tubulaire, en serpentin,raccordée à l'extérieur du four, d'une part, à un circuit d'alimentation en énergie électrique et, d'autre part, à au moins une source de fluide de refroidissement tel que l'air comprimé ou l'eau. Ainsi un tel four permet notamment de réchauffer préalablement les pièces à la température de traitement ou aux alentours de celleci et de n'effectuer le traitement par bombardement ionique qu'une fois que ladite température est atteinte, de sorte que l'apport calorifique da au bombardement ionique ne sert plus qu'au maintient de la susdite température en cours de traitement. Un mode de réalisation de l'invention sera décrit ci-après, à titre d'exemple non limitatif, avec référence aux dessins annexés dans lesquels t La figure 1 représerte schen encoupe 1ongitndin un four horizontal à bombardement ionique, et à bac de trempe incorporé ; La figure 2 est une coupe transversale verticale schématique du four représenté figure 1. Avec référence aux figures 1 et 2, le four à bombardement ionique 1 comprend tout d'abord une cuve horizontale à double parois 2,. 3 entre lesquelles est disposée une couche en matériau thermiquement isolant 4. Dans cette cuve sont disposées à l'inté- rieur d'une enceinte délimitée par des boucliers thermiques 5, d'une part, une cathode 6 sur laquelle peuvent entre disposés les objets 7, et, d'autre part, une anode 8 consommable ou non, située au-dessus de ladite cathode 6.La cuve comprend en outre un systime de chauffage par rayonnement composé d'un réseau de résistances 9 ainsi qu'un système mixte de chauffage et de refroidissement 11 constitué par une résistance tubulaire,en serpentin, raccordée, à l'extérieur du four, d'une part, à un circuit d'alimentation en énergie électrique et, d'autre part, à au moins une source de fluide de refroidissement tel que de l'air comprimé ou de l'eau. Bien entendu ce four peut comprendre une turbine pour la circulation des gaz de traitement,et de refroidissement,ou des gazcakJcrbbns. La cuve a accès à une chambre 12 dont la partie inférieure sert de bac de trempe 13, par l'intermédiaire d'une cloison amovible et étanche 14. Ce bac 13 peut par exemple être partiellement rempli d'huile dans le cas où l'on désire procéder à une trempe par bain d'huile. Un tel four convient particulièrement bien, mais non exclusivement, aux traitements de cémentation ou de carburation des aciers. On rappelle que ces traitements ont pour but d'enrichir en carbone, la surface de pièces en acier, ce qui leur-confèrera, après traitement thermique, une dureté superficielle élevée, mais avec, à coeur, une certaine ténacité, Pour effectuer ce traitement, on dispose tout d'abord les pièces sur la cathode 6 du four après avoir refermé la cloison amovible 14. Du fait que la carburation s'effectue à une température de l'ordre de 9000, on peut pratiquer un vide relatif à l'intérieur du four et chauffer par rayonnement au moyen du réseau de résistances 9. Une fois la température de traitement atteinte, on arrête le chauffage et on met sous haute tension la cathode 6 et l'anode 8 pour amorcer le processus de bombardement ionique, après avoir injecté dans le four un gaz de traitement.Pendant la durée de ce traitement, la température des pièces 7 est maintenue par le dégagement de chaleur produit par le bombardement ionique. Bien entendu pour maintenir une bonne homogénéité thermique des pièces dans le cas de pièces de dimensions différentes, il est possible d'alterner des séquences de traitement avec des séquences de chauffage. Une fois le traitement par bombardement ionique terminé, on peut procéder à une trempe directe en ouvrant la cloison amovible 14 et en immergeant les pièces dans le bain d'huile. On peut également procéder à une trempe double, en refroidissant tout d'abord, relativement lentement les pièces, au moyen du système mixte de chauffage et de refroidissement 11, bien entendu après avoir rétabli l'atmosphère à l'intérieur de la cuve. On réchauffe ensuite les pièces, à environ 850 , sous vide partiel, puis on trempe les pièces dans le bain d'huile. I1 est possible ensuite d'effectuer, après la trempe, sans pratiquement sortir les pièces du four, un traitement de revenu ou de détente en portant les pièces à 2500 au moyen du système mixte de chauffage et de refroidissement 11. Cet exemple d'utilisation du four permet de mettre en relief la grande diversité des traitements thermiques et/ou thermochimiques qui peuvent etre effectués par ce four. REVENDICATIONS 1.- Four polyvalent permettant d'effectuer une très large gamme de traitements thermiques ou thermochimiques, notamment par bombardement ionique, caractérisé en ce qu'il comprend, d'une part, une structure de four dormant à atmosphère réduite, comportant par exemple une enceinte thermiquement isolante et étanche, des moyens pour réaliser une vide relatif à l'intérieur du four, des conduits d'accès de gaz de traitement, une turbine de circulation des gaz de traitement ou de refroidissement à l'intérieur du four, une cathode servant de support des objets à traiter,une anode éventuellement consommable, une alimentation haute tension en énergie éiectrqu1, d'autre part, à l'intérieur du four des éléments de chauffage et/ou de refroidissement et enfin ,une chambre comprenant un bac de trempe qui peut communiquer avec le volume interne dudit four au moyen d'une cloison thermiquement isolante et étanche. 2.- Four selon la revendicationl,caractérise en ce que les susdits éléments de chauffage et/on de refroidissement comprennent d'une part, un réseau de résistances et/ou d'autre part, un systeme mixte de chauffage et de refroidissement, constitué par une résistance tubulaire, en serpentin,raccordée à l'extérieur du four, d'une part, à un circuit d'alimentation en énergie électrique, et, d'autre part, à au moins une source de fluide de refroidissement tel que l'air comprimé ou l'eau.