Brevet FR2322211A1 — publié le 19770325

La présente invention concerne les procédés d'écrouissage superficiel, par voie de saturation par diffusion, des pièces en acier soumises à usure par frottement. L'invention peut donner le maximum d'effet dans la construction des machines pour la fabrication de pièces à partir d'aciers de construction et d'aciers au carbone résistants à la chaleur, et soumises à l'usure due au frottement. Parmi ces pièces on peut citer les poinçons et matrices des outils à estamper, les mandrins à tréfiler, les couples piston-cylindre des pompes d'injection, les doigts de direction des automobiles et les axes de l'embiellage des moteurs à combustion interne. Â l'heure actuelle on connaît largement des procédés de durcissement des surfaces des pièces en acier soumises à l'usure par frottement, prévoyant l'application d'un revetement sur lesdites surfaces. Ces procédés comprennent la préparation du mélange contenant le métal à appliquer sur les surfaces des pièces à traiter et le liant, le réchauffage de ce mélange et le maintien, dans celui-ci, des pièces à traiter qui doivent subir ensuite le lavage et le séchage. D'après le brevet des Etats-Unis nO 3184330, on connaît un procédé de saturation par diffusion des pièces, prévoyant l'immersion des pièces à traiter dans un mélange fondu contenant 1046 (en poids) de calcium et des éléments diffusants non liés avec lui, tels que : molybdène, zinc, titane, niobium, vanadium, cérium ou hélium. Le mélange fondu est réchauffé de 8000C jusqu'au point de fusion des articles. Ce procédé permet d'élever la dureté superficielle des pièces à traiter. Toutefois, pour obtenir la saturation par diffusion des pièces seloMe procédé, il est nécessaire de réchauffer le mélange fondu jusqu'à des températures très élevées dépassant 8000C, ce qui rend plus cher le processus; Cela peut causer une déformation du profil des pièces à traiter et nécessite leur refroidissement assez lent pour éviter le risque d'affecter leur leur intégrité. On connaît un procédé de durcissement superficiel des pièces métalliques prévoyant la préparation du mélange contenant du du sulfure de molybdène et un liant, par exemple, du silicate de sodium en combinaison avec du xylène, le réchauffage de ce mélange jusqu'à la température de 3000C et le maintien, dans ce mélange, des pièces à traiter qui doivent, ensuite, subir le lavage et le séchage. Ce procédé s'effectue à uné-température plus basse c'est pourquoi il est plus économique que celui qui a été décrit ci-dessus ; de plus, il supprime la déformation du profil des pièces à traiter et rend possible un refroidissement rapide, ce qui a pour résultat une réduction du temps d'usinage des pièces à traiter. Mais ledit procédé n'assure pas une grande longévité des pièces traitées. En outre, sa réalisation nécessite des éléments pour la composition du mélange qui sont difficiles à se procurer et d'un coût élevé. L'évolution rapide des industries de construction des machines ainsi que la demande croissante d'article e haute qualité en matériaux abrasifs par pressage ont fait natte le problème de l'élévation de la résistance à l'usure des surfaces des pièces soumises à un frottement excessif, par exemple des matrices et poinçons des outils à estamper, et le problème de l'augmentation du potentiel de vie des moteurs. Les procédés connus de durcissement superficiel des pièces métalliques n'assurent pas l'obtention de revêtements susceptibles de répondre aux exigences toujours croissantes en ce qui concerne l'élévation de la résistance à l'usure des pièces, ainsi que l'élévation de la qualité des articles produits à l'aide de ces pièces. Les difficultés essentielles résident dans le choix de composants aya, des propriétés qui accélèrent le processus de diffusion, élèvent la solidité et la qualité du revêtement à appliquer, diminuent le volume de travail nécessaire ainsi que les dépenses pour la fabrication et la finition des produits. Le but de la présente invention est de supprimer les difficultés indiquées. On s'est donc proposé d'élaborer un procédé de durcissement superficiel des pièces en acier soumises à l'usure par frottement, avec une telle composition des éléments constituant le mélange pour la saturation par diffusion des pièces et avec un tel régime de traitement, que ledit procédé permettrait d'augmenter la résistance à l'usure des surfaces des pièces à traiter, d'élever la qualité des articles fabriqués à l'aide des pièces traitées conformément au procédé proposé, ainsi que de réduire le coût du traitement des pièces grâce à l'utilisation de composants moins chers que ceux utilisés jusqu'ici pour l'obtention des mélanges appliqués selon les procédés connus. Ce problème est résolu gråce à un procédé de durcissement superficiel des pièces en acier soumises à l'usure due au frottement, prévoyant la préparation d'un mélange contenant du disulfure de molybdène et un liant, le réchauffage dudit mélange, l'immersion des pièces à traiter dans ledit mélange, leur maintien dans ce dernier, le lavage et le séchage ultérieur des pièces traitées, ledit procédé étant caractérisé, suivant l'invention, en ce que pour la préparation du mélange on utilise, par litre de glycérine, de 20 à 80 g de du sulfure de molybdène et de 1 à 5 g d'acide sulfurique, ensuite on réchauffe le mélange obtenu jusqu'à une température de 190 à 2300C , on immerge les pièces dans ledit méninge et on les y maintient durant 3 à 7 heures en présence de laiton métallique. La composition proposée et le rapport choisi des composants du mélange assurent un plus grand pouvoir de saturation par diffusion, au moyen du disulfure de molybdène, du revttement des surfaces des pièces soumises à l'usure-par frottement, et les modes indiqués de réalisation du procédé permettant d'élever la résistance à l'usure des surfaces frottantes des pièces. En cas d'utilisation, par litre de glycérine, de moins de 20 g de disulfure de molybdène, on obtient sur la surface des pièces une mince couche de revêtement qui s'use rapidement et, de ce fait, la durée de service des pièces diminue. Si l'on utilise, par litre de glycérine, plus de 80 g de disulfure de molybdène, on obtient sur la surface des pièces une couche excessive de revêtement non résistant qui s'écaille à la surface des pièces, ce qui peut conduire à un coincement de la paire de pièces eonjuguéda. Si l'on introduiimoins d'un gramme d'acide sulfurique par litre de glycérine, il se produit un ralentissement de la formation du revêtement sur les pièces, ce qui nécessite un acerofasement de la durée de séjour des pièces dans le mélange L'introduction par litre de glycérine, de plus de 5 grammes d'acide sulfurique affecte les propriétés de la glycérine et l'attaque des surfaces des pièces à traiter augmente, ce qui modifie leurs dimensions. Si l'on effectue le processus à une température inférieure à 1900C, l'aptitude des surfaces des pièces à la saturation par diffusion devient moins bonne. Il n'est pas rationnel d'effectuer le processus à des températures supérieures à 230OC , car la glycérine peut s' enflammer. Ta durée choisie de maintien de la pièce à traiter dans le mélange (de trois à sept heures) assure la formation, sur les surfaces des pièces, d'un revêtement possédant des propriétés élevées derésistance à la corrosion et antifriction. Lorsque les pièces à traiter sont maintenues dans le mélange durant moins de trois heures, on obtient une mincé couche de revêtement qui s'use rapidement. En main-tenairpes pièces à traiter dans le mélange durant plus de sept heures, on obtient une couche excessive de revêtement. Le processus d'application du revêtement s'effectue en présence de laiton métallique qui joue un r81e de catalyseur contribuant à la formation, sur la surface de la pièce en acier, d'une couche superficielle résistante à l'usure. Il est avantageux de placer les pièces à traiter dans un panier en treillis ou filet de laiton et de plonger ce panier avec les pièces dans le mélange. L'emploi d'un tel panier facilite l'immersion et l'extraction des pièces à traiter du récipient contenant le mélange Pour mieux expliquer l'invention, on décrit ci-dessous des exemples non limitatifs de réalisation du procédé proposé de durcidsement de la surface des pièces soumises à l'usure par frottement. EXEMPLE 1. On prend par litre de glycérine, 20 grammes de disulfure de molybdène et un gramme d'acide sulfurique, on réchauffe le mélange obtenu jusqu'à la température de 190 C, on immerge dans ce mélange des pièces ayant la forme d'anneaux, qu'on enfile sur des suspensions à tiges en laiton, et on les y maintient durant 3 heures, après quoi on les lave à l'eau froide et on les sèche. Grace à ce traitement, la résistance à l'usure des pièces d'outilsàestamper en acier au carbone augmente de 20 à 30%. EtEMPIE 2. On prend, par litre de glycérine, 80 grammesde disulfure du molybdène et 5 grammes d'acide sulfurique ; on réchauffe le mélange obtenu jusqu'à la température de 2300C, on plonge dans ce mélange les pièces mises dans un panier en filet de laiton, on les y maintient durant 7 heures, après quoi on les lave à l'eau froide et on les sèche. Dans le cas d'un tel traitement, la résistance des pièces en acier à outilslaagmente de 50 à 60fui. EXEMPLE 3. On prend, par litre de glycérine, 50 grammes de disulfure de molybdène, 2 grammes d'acide sulfurique ; on réchauffe le mélange obtenu jusqu'à la température de 2200C, on y plonge les pièces mises dans un panier en filet de laiton, on les maintient dans le mélange durant 5 heures, après quoi on les lave à l'eau froide et on les sèche. Cet exemple illustre la version préférée de réalisation de l'invention. Un tel procédé d'application du revêtement sur de petites pièces d'outils à estamper en acier à outils, permet d'augmenter la résistance à l'usure de 2 à 3 fois, tandis que la résistance à l'usure de pièces en acier résistant à chaud augmente de 3 à 4 fois, la qualité des produits fabriqués à l'aide de ces pièces étant bonne, Le procédé proposé permet de supprimer le graissage des surfaces actives des matrices et poinçons des outils à estamper lors de la fabrication d'articles en matériaux abrasifs. Le maximum d'effet à l'application du procédé indiqué E été obtenu lors du traitement des pièces en acier résistant à chaud; par exemple, des poinçons, des matrices, des filières et des mandrins. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICADIONS 1. Procédé de durcissement superficiel des pièces en acier soumises à usure par frottement, prévoyant suceessivement la préparation d'un mélange contenant du du sulfure de molybdène et un liant, le réchauffage dudit mélange, l'immersion des pièces à traiter dans ledit mélange et leur maintien dans ce dernier, leur lavage et leur séchage, caractérisé en ce que pour la préparation du mélange on utilise, par litre de glycérine, de 2Q à 80 grammes de du sulfure de molybdène et de 1 à 5 grammes d'acide sulfurique, ensuite on réchauffe le mélange obtenu jusqu'à une température de 190 à 230OC et on maintient les pièces immergées dans ledit mélange durant 3 à 7 heures en présence de laiton métallique. 2. Procédé conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que les pièces à traiter sont mises dans un panier en treillis ou filet de laiton, et sont immergées avec ee dernier dans ledit mélange. 3. Les pièces en acier caractérisées en ce qu'elles sont traitées suivant le procédé faisant l'objet de l'une des revendications 1 et 2.