Brevet FR2379607A1 — publié le 19780901

La présente invention concerne un procédé pour le traitement thermique ou thermochimique du métaux tels que, par exemple, des aciers ou des alliages d'acier, ainsi que le four permettant la mise en application de ce procédé. Elle s'applique, de référence mais non nécessairement, aux traitements thermiques sous vide des métaux. D'une manière générale, on sait que ces traitements consistent, le plus souvent w à soumettre le métal à au moins un cycle thermique caaprenant successivemment - un chauffage et éventuellement un maintien à haute température, qui est caractérisé par la vitesse de montée en tzpéra- ture qui provoque des gradients thermiques dans la piNce, - un maintien isotherme dont les paramètres sont la tempé- rature, le temps, et éventuellement, le milieu ambiant, - un refroidissement en une ou plusieurs étapes, dont les paramètres essentiels sont la vitesse de refroidissement, la température finale, les durées des maintiens isothermes et le milieu de refroidissement. Dans ces divers types de traitements thermiques des métaux, l'invention s'applique plus particulièrement aux phases de refroidissement précéde-tent mentionnées. On sait,par ailleurs, que ces traitements thermiques peuvent etre effectués sous atmosphère ou même sous vide, au ma!Fen de fours comprenant, en conséquence, nécessairement des moyens de chauffage et des moyens de refroidissement, avec, bien entendu,un système de régulation dudit chauffage et dudit refroidissement. on rappelle à ce sujet, que, pour effectuer le chauffage des fours s - dans le cas d'un four de traitement sous vide, on peut utiliser un réseau de résistances et effectuer un chauffage par rayonnement ou même, dans certains cas, par biardement ionique, - dans le cas où on effectue le chauffage du four ou atmos- phère, on peut également utiliser des réseaux de résistances électriques et chauffer par convection, en faisant circuler un gaz (l'atmosphère considérée), notamment de l'azote ou de l'air, par exemple au moyen d'une turbine. Par contre, en ce qui concerne le refroidissement, celui-ci s'effectue toujours au moyen d'un fluide de refroidissement que l'on fait circuler à l'intérieur du four, par exemple au moyen d'une turbine. I1 est~également possible de prévoir à l'intérieur du four, un système de refroidissement constitué par une batterie froide sur laquelle on fait circuler le gaz présent à l'intérieur du four, le gaz servant alors de véhicule caloporteur. I1 est clair que tous ces systèmes de refroidissement font intervenir des systèmes de circulation de gaz relativement complexes et onéreux. Par ailleurs, du fait que le véhicule caloporteur est du gaz, on ne peut pas obtenir des vitesse de refroidissement tries importantes. En outre, la température finale du refroidissement est, elle aussi, limitée à une température avoisinant la température arn- brante Or, on sait en effet que, dans le cas d'aciers à teneurs élevées en carbone et/ou on élément d'alliage, le pourcentage d'austénite non transformée à la température ambiante est appréciable, de telle sorte, qu'il est nécessairg pour obtenir une dureté suffisante de provoquer la transformation partielle ou totale de cette austénite par un traitement à basse température, par exemple à -40eC ou à -800C. Pour effectuer de tels traitements, il est nécessaire d'utiliser des appareillages spéciaux, généralement très onéreux. L'invention a donc pour but de supprimer ces inconvénients. Elle propose un procédé permettant, d'une part, d'obtenir une très large gamme de vitesses de refroidissement incluant des vitesses de refroidissement très rapides, et, d'autre part, de poursuivre des refroidissements très au-deU de la température ambiante, et ce, dans un même cycle de traitement, et sans avoir à déplacer la pièce en cours de traitement. Le procédé selon l'invention consiste à injecter sur la pièce disposée à 1' intérieur du four et portée à la température de traitement, au moins un jet d'azote liquide. Ainsi, pour effectuer le refroidissement (vitesse de refroi dissement), on peut effectuer une régulation du débit de l'azote injecté. On peut, pour effectuer le refroidissement, injecter une succession de jets de durée limitée, de manière à permettre le refroidissement plus au coeur de la pièce. Bien entendu, l'invention concerne un four permettant d'appliquer le susdit procédé, ce four comprenant au moins une buse d'injection d'azote liquide passant au travers des différentes parois du four et des moyens pour évacuer l'azote gazeux produit à l'intérieur du four. Un mode de réalisation de l'invention sera décrit ci-après à titre d'exemple non limitatif, avec référence aux dessins annexés dans lesquels les figures 1 et 2 représentent respectivement en coupe longitudinale et en coupe transversale, un four équipé selon l'invention. Avec référence aux figures 1 et 2, le four de traitement thermique sous vide et sous atmosphère comprend essentiellement une cuve extérieure 1 comportant une paroi double en acier, à l'inté- rieur de laquelle on peut créer un vide relatif, cette cuve 1 de forme cylindrique étant portée par une structure support 2. La cuve 1 est fermée d'un côté par un fond bombé 3, par excna- ple sphérique, et, de l'autre caté, par une porte 4 présentant également une forme bombée et qui présente, à sa partie supérieure une ouverture 5 refermée par un tampon 5' pouvant jouer le rôle de soupape régulatrice de pression. A l'intérieur de la cuve 1 est disposé un moufle 6, c'est-àdire un caisson, par exemple de forme cylindrique, réalisé en matériau thermo-isolantlqui joue le raie d'écran thermique et dont la paroi supérieure 7 est mobile solidairement à la porte 4. Cette paroi supérieure 7 peut elle-même coraprendre des volets rabattables, destinés à laisser passer un courant gazeux en direction de l'ouverture 5, notamment pendant la phase de refroidissement. Une telle circulation peut etre accrue au moyen d'un ensemble de ventilation situé à l'extérieur du four et qui peut comprendre une turbine entrafnée par un moteur. Le chauffage du four s'effectue par rayonnement au moyen d'un corps de chauffe constitué par des barreaux de graphite 8 mainte nus à chacune de leurs extrémités par des flasques 9 en forme de secteur circulaire qui peuvent être reliées aux différentes phases de la source d'alimentation en courant électrique. Comme précédemment mentionné, le refroidissement du four s'obtient par injection d'azote liquide sur la pièce. En conséquence, l'invention prévoit une série de buses dtin- jection 14 passant au travers des différentes parois de la cuve 1 et du moufle 6 et qui sont raccordées à un système de distribution d'azote liquide, par exemple à une pression de 4 bars. Bien entendu, la partie des buses et des canalisations dudit système de distribution située à l'intérielr du four doit être convera- blement isolée. Ces buses a sinjection 14 sont uniformément réparties le long de la circonférence du four (figure 2) et en hauteur (figure 1). Le système de distribution d'azote liquide peut comprendre un système de vannes permettant de faire varier le nombre des buses 14 en service, en fonction de la forme et des dimensions des pièces. De même l'injection de l'azote liquide sur les pièces peut s'effectuer de façon continue pendant une période de temps prédéterminée, et ce, dans le cas où on veut obtenir de forts gradients de température entre les couches superficielles et le coeur de la pièce. Par contre, dans le cas où il est nécessaire d'avoir une certaine homogénéité de température au cours du refroidissement on peut émettre une succession de jets de durée et de fréquence appropriées au traitement que l'on désire obtenir. Il est à noter que lors de la phase de refroidissement, l'azote gazeux du à la vaporisation de l'azote liquide peut s'échapper par l'ouverture 5, le tampon/soupape 5' agissant de manière à maintenir constante la pression à l'intérieur du four. Bien entendu, que ce soit pour le chauffage ou pour le refroidissement, on peut utiliser un système de régulation fonctionnant à partir de sondes de température disséminées à l'intérieur du four. REVENDICATIONS 1. Procédé pour le traitement thermique ou thermochimique des métaux, ce procédé comprenant au moins une séquence de chaufage pour porter le métal à traiter à une température déterminée et une séquence de refroidissement, caractérisé en ce que la séquence de refroidissement est obtenue au moins partiellement par injection sur le métal d'au moins un jet d'azote liquide. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le nombre de jets est- fonction des dimensions de la pièce. 3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, carac térisé en ce que le débit des jets est continu pendant le refroidissement, et en ce que ce débit peut être régulé en fonction de la vitesse de refroidissement que 1'on désire obtenir. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caracté- risé en ce que l'injection 'effectue par une succession de jets de durée limitée, et en ce que la régulation en fonction de la vitesse de refroidissement peut être obtenue en faisant varier la fréquence et/ou la durée des jets. 5. Four pour l'application du procédé selon-l'une des revendications précédentes, ce four pouvant comprendre une structure classique, caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, au moins une buse dtinjection d'azote liquide traversant les parois du four, et raccordée à un circuit d'alimentation en azote liquide. 6. Four selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend une structure de four de traitement sous vide. 7. Four selon l'une des revendications 5 et 6, caractérise en ce que lesdites buses d'injection sont uniformément réparties à l'intérieur du four, et en ce que l'accès de ces buses par l'azote liquide est commandé par un système de distribution prévu de manière à faire varier le nombre de buses en service en fonction de la forme et des dimensions de la pièce. 8. Four selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comprend au moins une ouverture refermée au moyen d'un tampon servant de soupape, pour laisser échapper les gaz provenant de la vaporisation de l'azote liquide tout en maintenant la pression à l'intérieur du four à un niveau constant.