Brevet FR2460340A1 — publié le 19810123

La présente invention perte sur an erocéjà de tiai tement d'aciexs en vue de leur conférer des propriétés @@@ auiq amélioréus et s'ètend aux produits obtents pur le procéde On connaît de nombreux procédés de traitement th.ermochimiques par lesquels on modifie elus ou moins profondément la nature du métal par diffusion d'un élément d'alliage à partin de sa surface. Ces traitements pentent consister notamment en une opération d'enrichissement en un élément alliant par diffusion à l'état solide au depart d'une atmosphère gazeuse capable de four- Air l'élément alliant. C'est ainsi que l'on pratique la chromisstion en sommettant des pièces métalliques à une atmosphère de fluorure ou de chlorure de chrome à une temperature de l'ordre de 900 à 1000 C. On obtient de cette manière par diffusion à partir de la surface, une couche superficielle de carbure de chrome de l'ordre de 20 a 25À de très grande durete, atteignant de 1800 a 2000 HVB Cependant, la température nécessairement élevée du traitement entraîne un recuit du métal sous-jacent qui rend nécessaire une retrempe de ce métal afin d'obtenir une résistance mécanique adé- guate.De plus, on observe que le matériau obtenu est fragile, c'est-à-dire quiil présente une résilience faible, et en particulier que les aretes vives sont cassantes, cc qui rend impossibl l'utilisation du matériau pour certaines applications particulières. La nitruration est un procédé du même type qui consiste en un traitement d'enrichissement de la surface de l'acier en azote naissant a une température inférieure a l'A c3 (c'est-à-dire la température de début de formation de l'austénite lors du chauffage d'un acier). La diffusion de l'azoce dans l'acier entraine des contraintes internes en compression du réses cristallin , , qui a pour résultat de multiplier la limite de fatigue des pièces par des valeurs atteignant jusqu'à 7,5 soi; la valeur initiale. Le traitement de nitruration est tonc latge ment utilisé pour les pièces soumises àn fatique. Les durerés que l'on peut réaliser sont cependant plus hasses que celles obtenues par chromisation et sont de l'erdre de 550 à 1100 HVB. La couche supertlcielle obtenue est c@@endant ele aussi fragile et no convient pas pour une utilisation en aréte vive par suite de leur trop faible résilience. D'autres procédés connus ne permettent pas non plus de résoudre le problème de fragilité des surfaces-durcies rendant inutilisables les matériaux traités en aréte vive. Dans certaines applications particulières, en particulier pour les canons d'armes de tir précis, qui doivent étre nécessairement rayés, on doit éviter a la fois une fragilité des arêtes vIves résultant du rainurage du canon et obtenir und dureté élevée de la surface qui évite l'usure par abrasion. De plus, le métal traité doit présenter à la fois une bonne rdsis- tance a la corrosion sèche, qui résulte essentiellement de phé- nomènes d'oxydation a température élevée et une bonne résistance la corrosion humide qui résulte d'une attaque par les sousproduits de combustion des poudres en présence d'humidité atmos phérique. Aucun procédé ne permet jusqu a présent d'atteindre les résultats recherchés et décrits ci-dessus. Ces résultats recherchés peuvent être obtenus selon la présente invention par le fait qu'on effectue sur un acier successivement un traitement de nitruration à une tempétature de l'ordre de 500 a 5700 C suivi d'un traitement de chromisation a une température adaptee a la nature de l'acier (et généralement comprise entre 8500 et 10500 C, de préférence de l'ordre de 9000 C) et ensuite qu'après refroidissement et lavage, on réchauffe le métal traité à une température supérieure de 25 a 300 C de 1'AC3 de l'acier en cause et réalise une trempe a l'air. On constate qu'une opération qui devrait consister en la superposition de deux couches fragiles successives, se traduit par le fait qu'on obtient une couche mixte probablement constituée de chromonitrures qui tout en conservant la haute dureté et la résistance à l'abrasion et aux corrosions qui caractérisent la chromisation (1800 à 2000 HVB) , ne présente plus le caractère de fragilité propre aux produits ayant subi une chromisation ou une nitruration. Ceci était totalement inattendu et permet de résoudre les difficultés prémentionnées, en offrant aux aciers ainsi traités une large application dans le domaine des canons d'armes à tir précis, telles que les mitrailleuses et canons légers d'avion. Le choix de l'acier de base a utiliser dépendra essentiellement des propriétés particulières recherchées. I1 convient cependant de choisir un acier qui convienne pour subir les traitements de nitruration et de chromisation, les nuances d'acier utilisable étant bien connues de l'homme de l'art. A titre d'indication, on notera ainsi que pour obtenir une chromisation convenable, il importe de choisir un acier présentant une teneur en carbone de l'ordre de 0,8 a 2%. Pour que la nitruration s'effectue convenablement, il convient généralement de choisir une teneur en chrome de l'acier de 0,5 a 1,5%, une teneur en molybdène de 0,15 a 0,25%, une teneur en nickel de O a 3,5% et la teneur habituelle en aluminium variant de quelques dixibms de z provenant de résidus de calmage de l'acier jusqu'a 1,208 des aciers de nitruration classiques. Les conditions opératoires et de composition qui sont nécessaires sont bien connues de l'homme de l'art, en particulier pour éviter la fragilité de revenu des aciers. De plus, il convient bien entendu de choisir un alliage présentant des caractéristiaues convenables pour qu'une trempe a l'air soit possible, c'est a dire dont la teneur en carbone et manganèse est adaptée. Pour la mise en pratique du procédé de l'invention, l'invention apporte encore une série de détails opératoires qui permettent en particulier de traiter de manière simple et efficace les pièces qui, tels les canons d'arme, présentent un rapport élevé de la longueur a l'alésage. En effet, on sait que pour de tels canons et les tubes de grande longueur en général, il est difficile d'effectuer un traitement thermique aux températures de l'ordre de 9000 C généralement nécessaires à la chromisation, sans que le tube ne se déforme sous son propre poids et consécutivement a la libération des tensions dues au mécanisage. Du fait que les couches superficielles traitées sont de très faible épaisseur (de l'ordre de 408 ), une flèche même minime ne peut pas être corrigée par une rectification ultérieure. Pour apporter une solution a cette difficulté, il est proposé selon l'invention d'utiliser le tube méme qui doit subir l'opération de chromisation interne comme réservoir pour les poudres de sels de chrome utilisées, ce tube étant suspendu librement dans un four sous atmosphère protectrice (par exemple, atmosphère d'hydrogène ou d'hélium). De cette manière on évite tout défaut de rectilinéarité du tube et simultanément une chromisation régulière et efficace. Des déformations sont également possibles lorsque les tubes sont soumis a la trempe qui est nécessaire après le traitement thermique de chromisation, celle-cientrainant par suite de sa température élevée un recuit du métal de base. Selon l'invention, il est prévu de reconstituer la structure métallographique trempée de nature sorbitique ou trooslitique au del! de l'AC 3 par chauffage en suspension libre dans une atmosphère protectrice en entourant ensuite le tube a traiter d'une gaine en forme de couronne centrée sur le tube et percée de trous régulièrement espacés par lesquels on insuffle de l'air pour réaliser une trempe a l'air. Bien entendu, la nature du métal de base doit être choisie de manière adéquate pour disposer d'un acier trempable à l'air. Pour ce qui concerne les opérations successives de nitruration, de chromisation et de trempe à l'air, aucune explication détaillée n'est nécessaire car l'homme de l'art adaptera les conditions opératoires choisies selon les connaissances générales de techniques particulières utilisées, pour les compositions et en fonction de la nature du métal traité. En effet, ces conditions restent identiques aux conditions que l'on choisirait pour les traitements s'ils étaient réalisés individuellement. En d'autres mots, le fait qu'une nitruration est combinée avec une chromisation n'influence pas le déroulement normal de ces opérations. Ceci s applique aussi a la trempe a l'air ultérieure. Seul le résultat, surprenant dans sa nature, obtenu par la combinaison nouvelle de l'invention d'une nitruration et d'une chromisation, à savoir la réalisation d'un traitement de durcissement superficiel qui ne rend pas fragiles les aretes vives, distingue l'invention des traitements individuels de nitruration et de chromisation. L'invention sera décrite plus en détail, a titre d'illustration, sans caractère limitatif, à l'aide de l'exemple qui suit Exemple Une pièce en acier 56 Ni Cr Mo V7 (norme allemande W. 2714 d'analyse C 0,55 Cr 1 N 1,7 Mu 0,5 V 0,1 se présentant sous forme d'un tube de diamètre 16/7.65 d'une longueur de 550 mm ayant subi une trempe à 860 - 900 C et un revenu à 600 C pour réaliser une charge de rupture R de 125 kg/ cm est soumis à une nitruration de 10 h à 525 C et de 9 h à 5700 C (atmosphère NH3). On réalise ensuite une chromisation sous atmosphère protectrice d'hélium à 870 - 9500 C pendant 6 à 10 heures. La chromisation se réalise en suspendant le tube librement et en rotation continue (6tours/min), la composition de chromisation étant placée à l'intérieur du tube qui est fermé aux deux extrémités par des bouchons en argile, le bouchon supérieur étant foré en son centre par un trou de 1 a 2 mm de diamètre. On place ensuite l'assemblage du tube et du dispositif de rotation au centre d'une couronne (diamètre 250 mm) en spirale composée d'un tube d'acier Martin-Siemens de 15 mm de diamètre, percée sur sa partie intérieure de trous de 2 mm également espacés tous les 25 mm, que l'on alimente, de préférence pa le bas en air à une température inférieure ou égale à 20 C sous pression de 1,5 kg/cm2. La pièce est ainsi maintenue en rotation régulière jusqu'à refroidissement en dessous de 1000 C. REVENDICATIONS 1. Procédé de traitement de pièces en acier caractérisé en ce qu'on effectue sur un acier successivement un traitement de nitruration a une tempFrature de l'ordre de 5000 C a 5700 C suivi d'un traitement de chromisation a une température adaptée à la nature de l'acier et ensuite qu'après refroidis sement et lavage, on réchauffe le métal traité à une tempéra ture supérieure de 25 C à 30 C de l'AC3 de l'acier en cause et réalise une trempe à l'air. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que la chromisation est réalisée à une température comprise entre 8500 C et 10500 C pour-un acier présentant une teneur en carbone de l'ordre de 0,8 à 2. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que l'acier présente une teneur en chrome de 0,5 a 1,5%, une teneur en molybdène de 0,15 à 0,25%, une teneur en nickel de O 9 3,5% et une teneur en aluminium de quelques dixièmes de % à 1,208. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce qu'un tube qui doit subir l'opération de chromisation interne est utilisé comme réservoir pour les poudres de sels de chrome utilisées, ce tube étant suspendu librement dans un four sous atmosphère protectrice. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce qu'après chromisation on reconstitue la structure métallographique trempée de nature sorbitique par chauffage en suspension libre dans une atmosphère protectrice ou trooslitique en entourant le tube à traiter d'une gaine en forme de couronne centrée sur le tube et percée de trous régulièrement espacés par lesquels on insuffle de l'air pour réaliser une trempe à l'air. 6. Pièces métalliques présentant une bonne résistance mécanique des arêtes vives. 7. Application des pièces métalliques selon la revendication 6 comme canon d'armes.