Brevet FR2447968A1 — publié le 19800829

Cette invention est relative à un procédé de traitement thermique de surface de pièces métalliques et plus particulièrement à un procédé selon lequel les pièces sont chauffées par induction et trempées en lit fluidisé. On sait que les traitements thermiques de surface se développent de plus en plus dans l'industrie. Ces traitements consistent essentiellement à durcir la partie superficielle des pièces tout en conservant au coeur de cette pièce de bonne valeurs de résilience et de ductilité. A l'heure actuelle, l'utilisateur a principalement le choix entre deux procédés: - les procédés thermo-chimiques - les procédés par induction. Dans la mise en oeuvre des procédés thermo-chimiques, on ajoute à l'acier par diffusion, à la surface des pièces, des éléments durcissants, carbone et/ou azote, puis on effectue une trempe de ltensemble. Dans les procédés de trempe superficielle par induction, on ne chauffe que la surface des pièces, puis on provoque un refroidissement rapide de cet te surface. La présente invention s'applique plus particulièrement au procédé de trempe par induction. Le procédé présente l'inconvénient d'être limité aux aciers faiblement chargés en carbone (présentant généralement une teneur en carbone inférieure à 0, 4 ), si bien que la dureté superficielle des pièces traitées ne peut guère dépasser, avant revenu, 60 HRC. En effet, lorsque la teneur en carbone des aciers augmente, la trempe à liteau ou à l'aide de liquides appropriés provoque des criques et des tapures. En conséquence, cette invention concerne un procédé de trempe super ficielle par induction permettant de traiter sans risques de criques et de tapu res, des pièces en acier à teneur en carbone élevée, c'est-à-dire comprise entre 0, 4 % et 1 %, et donc d'obtenir des duretés superficielles nettement plus importantes que celles obtenues par la mise en oeuvre des procédés de trempe par induction classiques et qui sont comparables aux duretés obtenues par les procédés thermo-chimiques, c'est-à-dire de l'ordre de 64 à 65 HRC. Le procédé objet de cette invention est essentiellement caractérisé en ce que les pièces en acier devant être traitées sont chauffées superficielle ment par induction et en ce qu'elles sont ensuite, immédiatement après ce chauffage, soumisesà un refroidissement par des particules (notamment de sable) soit fluidisées soit distribuees en pluie sur la pièce à traiter. La trempe en lit fluidisé étant beaucoup moins brutale que la trempe à l'eau ou à l'huile, le procédé selon l'invention permet d'obtenir d'excellents résultats pour le traitement des aciers à haute teneur en carbone. Par ailleurs, le lit fluidisé permet de réaliser des trempes isothermes c'est-à-dire à des températures supérieures à la température de transformation martensitique. Cette caractéristique présente une importance particulière étant donné que la trempe isotherme apporte un certain nombre d'avantages parmi lesquels on peut citer - la simultanéité de transformation au cours de la trempe; - la réduction des déformations et des contraintes résultant de différence de température entre le coeur et la surface des pièces trempées et, par suite de transformations structurales diverses, - l'élimination des risques de formation de criques et de tapures. D'autres caractéristiques et avantages de cette invention ressortiront de la description faite ci-après en référence aux dessins annexés, qui en illustre des exemples de mise en oeuvre non limitatifs. Sur les dessins - la figure 1 est une vue schématique en coupe verticale d'un premier exemple de mise en oeuvre du procédé de l'invention, dans lequel le traitement est discontinu - la figure 2 est une vue, similaire à la figure 1, d'un second exemple de mise en oeuvre du procédé de l'invention dans lequel le traitement est continu et - la figure 3 est une vue schématique en coupe verticale d'un troisième exemple de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, dans lequel le traitement des pièces s'effectue de façon continue, le refroidissement étant réalisé par des particules distribuées en pluie sur la pièce. Le procédé selon l'invention peut être mis en oeuvre de différentes fa fonts. Parmi les modes de mise en oeuvre possibles, on citera à titre d'exemples non limitatifs 1. Immersion de la pièce avec son inducteur refroidi dans un lit fluidisé, le traitement pouvant être réalisé de façon discontinue ou continue; 2. Refroidissement des pièces réalisé par un flux de particules distribuées en pluie sur la pièce traitée. On se réfere en premier lieu à la figure I qui illustre un mode de mise en oeuvre discontinu avec refroidissement en lit fluidisé. Sur cette figure 1, la référence 10 désigne le bain de particules de lit fluidisé par une circulation de gaz s'effectuant en 12. L'enceinte contenant le lit fluidisé est pourvue de moyens 14 permettant de chauffer ou de refroidir les particules du bain 10. La pièce à traiter 16, entourée par l'inducteur refroidi 20 et supportée par un moyen schématisé en 18, est immergée dans le bain 10 des particules du lit fluidisé. Selon l'invention, la trempe est effectuée dès que le courant cesse de circuler dans l'inducteur. Selon cette invention, la fluidisation peut être interrompue pendant le chauffage et reprise dès que le chauffage est terminé. La figure 2 se réfère au mode de mise en oeuvre continu. Dans le dispositif schématisé sur cette figure, on retrouve un bain 10' de particules fluidisées par un apport de gaz 12', l'enceinte contenant le bain étant pourvue de moyens de chauffage ou de refroidissement 14'. La pièce à chauffer 22 est disposée horizontalement. Le traitement est effectué au défilé, ctest-à-dire que cette pièce 22 se déplace dans l'inducteur refroidi 20' et que la trempe dans le bain de particules refroidies 10' s'effectue dès que la pièce traitée s'éloigne de l'inducteur. Pour éviter des hétérogénéités de trempe, la pièce 22 est anini-éè d'un mouvement de rotation. On notera que la pièce 22 peut être disposée verticalement afin de faciliter l'échange thermique dans le lit fluidisé. Que le traitement s'effectuée de façon continue ou de façon discontinue, les particules constituant letbain fluidisé peuvent être fluidisées par un gaz protecteur afin d'éviter l'oxydation des pièces en cours de traitement. De même la température du lit fluidisé peut être réglée à une valeur déterminée afin d'obtenir la structure métallurgique désirée. Enfilon peut régler la vitesse de trempe - soit en jouant sur la granulométrie des particules (plus celles-ci sont fines, plus le coefficient d'échange est important); - soit en jouant sur la vitesse du gaz de fluidisation; - soit en jouant sur la nature du gaz de fluidisation, l'utilisation d'hydrogène pur ou additionné permettant, par exemple, d'augmenter très sensiblement le coefficient d'échange du lit fluidisé. On se réfère maintenant à la figure 3 qui illustre un mode de mise en oeuvre selon lequel les pièces à traiter sont arrosées, pour la trempe superficielle, par un flux de particules Comme dans les modes de mise en oeuvre décrits précédemment, le traitement peut être soit continu soit discontinu. Les pièces peuvent être -disposées horizontalement ou verticalement, le refroidissement des pièces, c'est-à-dire leur trempe, étant effectué immédiatement après le chauffage par induction par les particules déversées en pluie sur la partie traitée. Sur cette figure 3, on voit en 24 un bain de particules fluidisées, par exemple du sable, par un gaz admis en 26. Comme précédemment, l'enceinte contenant le bain fluidisé 24 est munie de moyens de chauffage ou de refroidissement 28. Les pièces à traiter 30 circulent sur un transporteur 32 et elles sont amenées successivement au travers de l'inducteur refroidi 34. Dès qu'une pièce sort de l'inducteur 34, elle est immédiatement trempée par le flux de particules 36 s'écoulant par gravité de la trémie de distribution 38. Les particules 36 proviennent du lit fluidisé 24 où elles sont maintenues, par les moyens 28, à la température choisie pour la trempe et elles sont remontées dans la trémie 38 par une trompe schématisée en 40. Après déversement en pluie sur les pièces 30, les particules retournent par gravité dans le bain 24. A la place de la trompe 40, on peut utiliser tout autre système de relevage, par exemple une vis sans fin. Parmi les avantages apportés par le procédé de l'invention, on peut notamment citer - la possibilité de tremper, sans formation de tapures ni de criques, toute pièce en acier présentant une teneur en carbone supérieure à 0, 4, donc d'obtenir des duretés supérieures à celles obtenues habituellement par une trempe superficielle par induction; - la possibilité d'effectuer des traitements sous atmosphère protectrice, donc sans oxydation et sans décarburation, - la possibilité de réaliser des trempes isothermes et donc de réduire la déformation des pièces. I1 demeure bien entendu que cette invention n'est pas limitée aux divers exemples de mise en oeuvre décrits et représentés ici, mais qu'elle en englobe toutes les variantes. Ainsi dans les exemples de mise en oeuvre qui précèdent,le chauffage des pièces à tremper est effectué à l'aide d'un inducteur immergé dans le lit fluidisé où s'effectue la trempe, on peut cependant chauffer les pièces à l'extérieur du lit fluidisé puis les plonger pour la trempe dans ce lit. REVENDICATIONS 1. Procédé de trempe superficielle de pièces en acier à teneur en carbone élevée, caractérisé en ce que les pièces à traiter sont chauffées superficiellement par induction et en ce qu'elles sont, ensuite, immédiatement après le chauffage, soumises à un refroidissement à l'aide de particules. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le refroidissement est réalisé à l'aide de particules fluidisées. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le refroidissement est effectué à l'aide de particules distribuées en pluie sur la pièce à traiter. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les particules sont réchauffées afin d'effectuer une trempe isotherme. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le traitement est discontinu, la pièce à traiter, entourée par un inducteur refroidi, étant immergée dans un lit fluidisé et la trempe étant effectuée dès que le courant ne circule plus dans le dit inducteur. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le traitement est effectué de façon continue, la pièce se déplaçant dans l'inducteur et la trempe étant réalisée dans le lit fluidisé, dès que la partie de la pièce traitée s'éloigne de l'inducteur. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les particules sont fluidisées par un gaz protecteur. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les pièces à tremper sont chauffées à l'extérieur du lit fluidisé où s'effectue la trempe.