Brevet FR2372899A1 — publié le 19780630

D'une part, on connait depuis longtemps le procédé métallurgique dit de "trempe", pour améliorer certaines caractéristiques des aciers dits trempants, en y "bloquant", par un refroidissement rapide, certaines structures cristallines avantageuses, préalable obtenues à des températures prédéterminées. D'autre part et plus récemment, ltétude du phénomène différent et presque inverse, résultant encore d'un "gel" brutal, mais alors de l'effondrement des structures cristallines - après une fusion préalable - de toutes sortes d'autres alliages métalliques a montré que l'on obtenait également ainsi, une amélioration de leurs carac téristiques, tandis que la réalisation de tels "verres métalliques N ou métaux vitreux, est demeurée limitée à la production de plaques minces, pour que l'alliage fondu puisse etre brutalement refroidi. En se différenciant de ces divulgations antérieures, l'invention objet du présent brevet vise d'abord, à permettre l'application nouvelle des procédés dits de trempe, à toutes sortes d'autres alliages métalliques que les aciers dits trempant, en outre à en réaliser une mise en oeuvre originale, selon un procédé dérivé de celui dit de "trempe superficiellen etplus précisément, par application nouvelle du procédé dit "d'ultra-trempe" par "plasma", en lt appropriant au but nouveau d'assurer une fusion superficielle d'un "film" de faible épaisseur, sur les pièes à traiter et dans une fraction de temps avantageusement écourtée, pour ne pas défavoriser la combinaison et mtme le synchronisme de cette fusion préalable, avec son auto-refroidissement quasi instantané. Enfin, l'invention vise encore les nouveaux produits industriels ainsi obtenus et par exemple, la réalisation de tubes minces ainsi "durcis", pour en améliorer la rigidité ou au contraire le poids, notamment pour des cadres de véhicules et particulièrement de bicyclettes. On comprendra mieux ces caractéristiques nouvelles, ainsi que d'autres qui s'y rattachent et les avantages de l'invention, en se reportant à la description suivante. Selon un premier mode de mise en oeuvre de l'invention, on utilise un générateur usuel de "plasma", c'est-à-dire de gaz plus ou moins "ionisé" dans une "torche", par exemple du genre déjà utilisé pour l'application du procédé dit de l'ultratrempe et alors, généralement du type dit à "plasma d'arc", mais pouvant également Titre du type dit à "haute fréquence".Ce générateur combine de la façon usuelle, un débit réglable d'un gaz avantageusement "neutre", coinnie l'argon dit industriel, auquel on peut souvent substituer plus économiquement un autre gaz peu oxydant, comme l'azote, tout en interagissant dans tous les cas avec une décharge - sous la forme d'un aro électrique - également d'intensité réglable et sommairement stabilisée, après un amorçage auxiliaire, ainsi qu'avec une circulation d'eau de refroidissement, notamment de la tuyère d'é- section du plasma, ce qui permet une large appropriation de l'énergie de la veine gazeuse ainsi éjectée et dont la température est ainsi usuellement réglable entre 7.000 et 20.00000. environ, avec des vitesses dlécoulement pouvant atteindre Mach 2 à Mach 3., Selon l'invention, ces grandes possibilités de réglage de 1' énergie développée par la torche à plasma, en outre combinables avec une variation de ltéloignement de sa buse, par rapport aux surfaces à traiter, permettent son appropriation facile, mais in dispensable à l'application nouvelle recherchée, en réalisant non plus seulement un fort échauffement, mais une fusion superficielle des pièces à traiter et préférablement, dans une fraction de temps légèrement écourtée, tant pour conserver une masse de refroidissement interne suffisante, pour le réaliser de façon quasi-instantanée et synchronisée avec la fin de fusion, avec des vitesses de refroidissement de l'ordre de 10.000 à 100.0000C par seconde, que pour éviter les déformations superficielles, autres qu'une légère diminution, généralement avantageuse de la "rugosité". En outre de cette appropriation, l'invention vise à limiter encore ce risque de déformation du A mince film de métal fondu par la combinaison nouvelle de la grande vitesse d'opération, avantageusement comprise entre deux dixièmes et deux centièmes de seconde avec une orientation convenable, du ou des Jete de plasma et du dé- filement des pièces, pour tendre à compenser l'effet de gravité d' ailleurs limité à la fois à de faibles masses liquides et par leur leur viscosité non négligeable. On mentionnera encore que l'appropriation précitée des réglages indispensables de la torche n'étant pas non plus négligeable 1' invention vise à ne pas 1Q modifier, en cas de traitement discontinu, mais cyclique et prédéterminé des pièces, grâce à sa combinai- son avec une interposition également cyclique d'un écran, ou d'un déviateur de jet, convenablement appropriés et refroidis. On mentionnera également que l'obtention des résultats ainsi recherchés et précités est susceptible d'entre facilitée, conformément à l'invention, par la mise en oeuvre d'alliages convenablement appropriés, par exemple par la combinaison d'un ou plusieurs métaux dits nobles ou de transition, associés à un métallorde tel que le bore ou le phosphore, ou encore uniquement constitués de métaux nobles ou de transition, comme la combinaison niobium-nickel, qui fondent à une température constante inférieure aux température de fusion des constituants, tandis que le défilement des pièces à traiter dans une enceinte, sensiblement étanche, est encore conforme à l'invention pour permettre le traitement de pièces nécessitant une atmosphère contrôlé. Selon un second mode de mise en oeuvre, le générateur de plasma est perfectionné par l'application nouvelle d'un groupement de plusieurs torches, avantageusement au nombre de trois et alors d4- calées entre-elles de 1200, pour faciliter le traitement et le défilement de pièces de section sensiblement cylindrique ou tubulaire, ce qui est alors triplement avantageux, en assurant d'une part un meilleur équilibrage de la chaleur superficielle absorbée par le profilé ainsi traité, tout en facilitant le "redressement" et ltéquilibrage de l'énergie électrique empruntée au "réseau" dans le cas usuel de distribution dite triphasée. Selon un troisième mode de mise en oeuvre de l'invention, seulement applicable au traitement d'aciers dits trempant, l'invention vise à combiner une "vitrification" superficielle du genre décrit plus haut, avec une "ultratrempe" usuelle, au cours de la mSme opération, c'est-à-aire selon le processus connu de figelu des structures cristallines, situées immédiatement au dessous et suffisamment échauffées, sans avoir éte portées à la température de fusion, tout en assurant de surcroitt une bonne zone de transition avec la fraction centrale de la -pièce, ainsi demeurée relativement froide et ductile. On mentionnera à cet égard que le film externe vitrifié pouvant entre obtenu sur un métal "décarburé" permet de réduire dt autant l'importance de l'élimination préalable de la couche dite décarburée sinon indispensable, notamment dans le cas de tubes, pour réaliser une trempe ou une ultratrempe traditionnelle. On mentionnera qu'un tel traitement combiné serait particulièrement avantageux pour le traitement de tiges cylindriques et notamment de tiges d'amortisseurs, en leur assurant à la fois une réduction de la rugosité, une augmentation de la dureté superficiel le et de la résistance au "flambage" et une meilleure résistance à l'oxydation, par l'élimination de la vulnérabilité superficielle aux attaques chimiques, le long des frontières intergranulaires, effondrées par la fusion superficielle, ainsi qu'il a été dit plus haut. En fonction des difficultés industrielles, sinon d'une impossibilité actuelle de réaliser des tubes minces, alliant une grande dureté superficielle avec une bonne ductilité du métal sous-jacent, on mentionnera encore la possibilité nouvelle, d'obtenir ce double résultat - selon les procédés précités de l'invention - avec des tubes d'acier doux par exemple, ainsi faciles à étirer et constituant alors de véritables nouveaux produits industriels, en ce qu'ils permettent de réaliser des structures tubulaires originales, carac tersées par une plus grande résistance ou une plus grande légèreté et ainsi avantageuses, notamment pour des chassis de véhicules et plus particulièrement, pour des "cadres" de motocyclettes, de cyclomoteurs ou de bicyclettes, surtout en combinaison avec le procédé d'assemblage par manchons collés, ce qui évite l'altération des ca ractéristiques des nouveaux tubes ainsi assemblés. On mentionnera également les possibilités offertes, par les procédés précités de l'invention pour améliorer originalement les caractéristiques des métaux en feuilles et avantageusement par des traitements superficiels discontinus, par exemple sous forme de cordons ou de rubans, rectilignes ou curvilignes, parallèles ou entrelacés, alors en forme de mailles, de grillage ou de filet et réalisant ainsi une sorte de frettage ou d'emballage, du surplus de métal demeuré ductile, tandis que ces dispositions sont aussi transposables sur toutes autres surfaces, par exemple de profilés ou de tubes. Enfin, il est évident que l'invention ne se limite nullement aux seuls exemples de mise en oeuvre explicitement décrits, ou simplement cités - pour matérialiser l'invention - mais que bien au contraire, son domaine s'étend expressément à toutes les variantes d'application ou d'exécution et spécialement, à celles mettant en oeuvre des moyenset procédés équivalents ou simplement comparables, notamment par inversion ou transposition des dispositions décrites ou simplement évoquées, ainsi que par transfert d'un mode de mise en oeuvre à un autre. A cet égard, on mentionnera encore, que le domaine de l'inven- tion s1 étend également, aux combinaisons des dispositions précitées avec tous autres moyens et procédés connus, par exemple un "douchage" externe ou inversement un refroidissement interne en cas de pièces tubulaires, même pa simple amovibilité d'une broche. REVENDICATI0NS 10- Procédés et dispositifs, du genre dit de "trempe" ou d' "ultratrempe" superficielle de certains aciers, c'est- & dire, y réalisant une sorte de gel" de certaines structures cristallines avantageuses, préalablement obtenues par un chauffage local et prd- déterminé, caractérisés par le fait, que l'on met en oeuvre un phé- noumène différent et presque inverse, en réalisant encore un "gel" par auto-refroidissement, mais de l'effondrement de toute structure cristalline, après une fusion préalable et très brève d'un mince film superficiel, par l'effet d'une "torche à plasma" appropriée, ce qui permet l'extension du procédé, à toutes sortes d'alliages métalliques 20- Procédés et dispositifs selon la revendication 10, carac tersés par le fait que l'appropriation nouvelle de la torche à plasma étant délicate, pour limiter la fusion superficielle à un film de faible épaisseur, on en évite toute extinction et plus gé- néralement tout déréglage, meme en cas de traitement partiel ou discontinu des pièces, en combinant à cette torche, l'interposition cyclique et programmée d'un écran, ou d'un déviateur de jet, convenablement refroidis. 30- Procédés et dispositifs selon l'une des revendications 10 ou 20, caractérisés par le fait que le défilement des pièces à traiter, devant la buse de la torche à plasma, stopère dans une enceinte sensiblement étanche et avantageusement transparente, dans les cas ou cette interaction doit être faite sous atmosphère con triée. 40 Procédés et dispositifs selon l'une quelconque des revendications 10, 20 ou 3 , caractérisés par le fait que le traitement superficiel est discontinu, par exemple sous la forme de cordons ou de rubans, rectilignes ou curvilignes, parallèles ou entrelacés, alors en forme de mailles, de grillage ou de filet, pour réaliser une sorte de frettage ou d'emballage, du surplus de métal demeuré ductile. 5 - Procédés et dispositifs selon l'une quelconque des reven ou 4 dications 10, 20 ou 3 ,/caractérisés par-le fait que l'on utilise un groupement de torches à plasma quelconque, avantageusement au nombre de trois et alors angulairement décalées de-120 degrés entre elles, ce qui assure -on outre un bon équilibrage de l'énergie électrique absorbée et de son redressement éventuel, notamment dans le cas le plus usuel de raccordement à un réseau de distribution dit "triphasé". 60- Procédé et dispositifs selon l'une quelconque des revendications 10. 20, 30, 40 ou 50, caractérisés par le fait qu'en cas d'application à des aciers dits "trempants", on combine originalement une "vitrification" superficielle, selon l'un des procédés précités de l'invention, avec une ultratrempe usuelle, au cours de la meme opération. 70 Procédés et dispositifs, selon l'une quelconque des revendications 10, 20, 30, 40, 50 ou 60, caractérisés par le fait qu' ils sont, non obligatoirement mais avantageusement combinés, avec l'emploi d'alliages métalliques qui fondent à une température inférieure à la température de fusion des constituants, par exemple du type combinant un ou plusieurs métaux dits "nobles" ou de "transi tion", associés à un métalloSde tel que le bore ou le phosphore, ou encore uniquement constitués de métaux nobles ou de transition, comme la combinaison niobium-nickel. 80- Procédés et dispositifs, selon l'une quelconque des revendications 10, 20, 30, 40, 50, 60 ou 70, caractérisés par le fait, qu'ils mettent en oeuvre de façon nouvelle, un générateur de plasma d'un genre déjà commercialisé pour d'autres applications - par exemple pour le découpage des métaux - grace à une appropriation nouvelle correspondante, notamment de la "torche", pour en élargir d'une part le jet de plasma, d'autre part le jet de gaz auxiliaire et permettre ainsi, à ce dernier, non plus un jet d'oxygène, mais d'azote ou mieux d'argon industriel, ou mtme d'un fluide liquide, comme de l'eau, soit pour réduire 1 t oxydation ou pour ameliorer le refroidissement, tant de la torche que des pièces traitées. 90- Procédés et dispositifs selon la revendication 80, caractérisés par le fait, que seul le jet de plasma y est approprié tandis que le jet de gaz auxiliaire ou d'un autre fluide, est supprimé. 10 - Produit industriel nouveau, selon l'une quelconque des revendications 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80 ou 90, caractérisé par le fait qu'il s'agit d'un tube mince d'acier doux, mais alliant une grande dureté superficielle avec une bonne ductilité du métal sous jacent, pour la réalisation de "cadres" de bicyclettes, par exemple