Brevet FR2506338A1 — publié le 19821126

La présente invention concerne un procédé de nitru ration gazeuse de pièces en acier. L'invention trouve des applications notamment dans la construction d'appareils de contrôle et d'ensembles d'appareils divers, dans les contructions mécaniques, ainsi que dans d'autres branches de l'industrie, pour la nitruration de pièces fonctionnant dans des conditions de frottement. On connait un procédé de nitruration de pièces dans une décharge luminescente (brevet Japon NO 53 - 192951, 1978). Ce procédé de nitruration ionique consiste à chauffer les pièces jusqutà la température de nitruration dans une atmosphère non oxydante, puis à amer de l'azote dans ltenceinte de travail et à amorcer une décharge luminescente. Il est difficile, par ce procédé connu, de nitrurer des trous profonds pratiqués dans les pièces, et il est impossible d'inclure dans une mime charge de pièces à nitrurer des pièces différant fortement par leur géométrie et par le rapport de leur masse à la valeur de leur surface latérale. On connaît un procédé de nitruration ionique de pièces en acier (brevet Pologne NO 87885, 1976), consistant à chauffer par induction la pièce à traiter et à amener en meme temps un gaz qui s'ionise lorsqu'il est chauffé. L'inducteur et la pièce sont alors connectés aux pâles d'une source de courant continu. Ce procédé connu ne permet d'estuter le traitement que pièce par pièce, ce qui abaisse le rendement du processus. La difficulté de régler et de maintenir la température à la valeur requise aboutit à des surchauffes des pièces et à des brûlures de leur surface. On connaît un procédé de nitruration de pièces dans un champ magnétique alternatif à fréquence industrielle (certificat d'auteur URSS n0576351, 1974). Dans ce cas, lespièces sont simultanément soumises à un chauffage jusqu'à la température de saturation et à une action du champ électro-magnétique engendré par un solénoïde. Ce procédé de nitruration connu ne permet pas une commande efficace des paramètres du champ magnétique, ce qui ne permet pas de modifier les propriétés physico-mécaniques tant de la couche nitrurée que de la matrice ellemême. Il est particulièrement important de réaliser de telles modifications dans le cas de nitruration de pièces en aciers non alliés à bas carbone. Quand on utilise un champ magnétique alternatif, l'effet diamagnétique de la charge de pièces affaiblit l'action du champ magnétique principal. La plasticité des couches nitrurées est insuffisamment élevée. Quand on assure l'intensité requise du champ magnétique, on observe une perte de puissance du fait de la grande réactance inductive du solénoïde générateur de champ. En outre, le processus de nitruration est de longue durée. On s'est donc proposé de mettre au point un procédé de nitruration gazeuse de pièces en acier, qui > gr & e à une action physique sur les réactions chimiques dans les phases gazeuse et solide ainsi qu'à leurs interfaces, assurerait un accroissement de la dureté superficielle et de la résistance mécanique de pair avec une augmentation du potentiel de corrosion et de la densité du flux magnétique des aciers non alliés à bas carbone lors de l'intensification du processus de nitruration. La solution consiste en ce que dans le procédé de nitruration gazeuse de pièces en aciers, du type consistant à chauffer les pièces jusqu'à la température de saturation de l'acier, à maintenir les pièces à cette température et à refroidir les pièces en les soumettant simultanément à l'action d'un champ magnétique, suivant l'invention le chauffage, le maintien et le refroidissement des pièces en aciers sont réalisés tout en soumettant les pièces à l'action simultanée de champs magnétiques continus croisés. Le procédé faisant l'objet de l'invention assure une élévation du niveau des propriétés physico-mécaniques des aciers non alliés à bas carbone, ne le cédant en rien à celui des aciers alliés. Le procédé suivant l'invention permet également d'augmenter la tenue à la corrosion de la surface usinée des pièces en acier des couples de frottement dans les milieux agressifs. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaîtront mieux à la lumière de la description qui va suivre de différents exemples de réalisation non limitatifs. Exemple 1 On soumet à la nitruration gazeuse des pièces en acier magnétique non allié et à bas carbone (fer de nuance "Armco"). On charge les pièces dans un four à moufle, on les chauffe dans une atmosphère d'ammoniac saturante jusqu'à la température de maintien isothermique. Quand la tempSra- ture dans le moufle du four atteint 400 -+5OC, dans son laboratoire se créent des champs magnSétiques continus croisés. L'action des champs magnétiques continus croisés se prolonge lors du chauffage ultérieur despièces jusqu'à la température de maintien isothermique, lors du maintien isothermique et lors du refroidissement subséquent jusqu'à une température de 100 C à 150 C. Après la nitruration des pièces et des éprouvettes par le procédé faisant l'objet de l'invention, à la température de 540t50C pendant 1 heure dans des champs magnétiques continus croisés d'une intensité de 16 kA/m, on obtient les propriétés suivantes dureté superficielle HV 4.218,3 MPa charge de rupture 6 431,6 MPa striction relative # 84% allongement relatif & 20 % induction magnétique B30 1,52 T potentiel de corrosion relativement à une électrode d'hydrogène normale Y +0,01 V exemple 2 On soumet à la nitruration gazeuse des pièces et des éprouvettes en acier non allié à bas carbone contenant les constituants suivants (% en poids) :C = 0,07 à 0,14 % , ; Ni = 0,25 % ; Cr = 0,15 % ; Si = 0,17 à 0,37 %. On charge les pièces dans un four à moufle, on ferme avec le couvercle et on chauffe dans un écoulement d'ammoniac. Quand la température dans le moufle du four atteint 4Ot5C, il se crée dans son laboratoire des champs magnétiques continus croisés. L'action des champs magnétiques continus croisés persiste au cours du chauffage ultérieur jusqu'à la température de maintien isothermique, ainsi qu'au cours du maintien isothermique et du refroidissement subséquent des pièces jusqu'à la température de 200#5 C. Après la nitruration à la température de 630#5 C pendant 1 heure dans love champs magnétiques continus croisés d'une intensité de 32 kA/m, on obtient les propriétés suivantes dureté superficielle HV 4.807 MPa charge de rupture #b 471 MPa striction relative # 55 % allongement relatif a 14 % induction magnétique B30 1,45 T potentiel de corrosion r +0,03 V Exemple 3 On soumet à la nitruration gazeuse des pièces en acier au chrome à bas carbone contenant Cr = 15,5 à 16,5 X, le reste étant du fer et des impuretés. On charge les pièces dans un four à moufle, on les chauffe dans une atmosphère saturante jusqu'à la température de maintien isothermique. Quand la température dans le moufle du four atteint 400#5 C, il se crée dans son laboratoire des champs magnétiques continus croisés. L'action des champs magnétiques continus croisés continus à s'exercer pendant le chauffage ultérieur jusqu'à la température de maintien isothermique lors du maintien isothermique et du refroidissement subséquent jusqu'à la température de 100#5 C. Après la nitruration des pièces et des éprouvettes à la température de 680+5CC pendant 1 heure dans le champ magnétique croisé d'une intensité de 4,8 kA/m, les propriétés obtenues sont les suivantes dureté superficielle HV 9.810 MPa charge de #b 314 MPa striction relative # 44 % allongement relatif # 12 % induction magnétique B30 1,2 T potentiel de corrosion # 0,15 V La nitruration des pièces dans les champs magnétiques continus croisés dans un intervalle d'intensité de 2,4 à 48 kA/m permet d'obtenir les propriétés suivantes Pour le fer de la nuance Armco dureté superficielle HV de 2943 à 5886 MPa charge de rupture 4 de 402 à 520 MPa striction relative Y de 75 à 87 % allongement relatif g de 16 à 25 % induction magnétique B30 de 1,46 à 1,66 T potentiel de corrosion # de 0,005 à 0,02 V Pour un acier contenant les constituants suivants C = 0,07 à 0,14 %, Ni = 0,25 %, Cr = 0,15 96, Si = 0,17 à 0,37 % : dureté superficielle HV de 2943 à 7357,5 MPa charge de rupture sb de 431,6 à 559 MPa striction relative'? de 50 à 75 % allongement relatif & de 1-4 à 20 % induction magnétique B30 de 1,3 à 1,48 T potentiel de corrosion f de 0,01 à 0,04 V Pour un alliage contenant 15,5 à 16,6 % de Cr, le reste étant du fer et des impuretés:: dureté superficielle HV de 4905 à 11772 MPa charge de rupture6 b de 274,6 à 392,4 NPa striction relative de 50 à 75 % allongement relatif s de 12 à 20 % induction magnétique B30 de 1,1 à 1,3 T potentiel de corrosion # de 0,08 à 0,2 V L'action des champs magnétiques continus croisés à partir du moment où la température atteint une valeur correspondant à la température de saturation en azote de l'acier, permet de régler l'énergie de liaison dans les phases de pénétration formées, ce qui rend possible l'obtention de différentes valeurs de dureté de la couche de diffusion aussi bien des aciers non alliés que des aciers alliés.L'abaissement relatif de la défectuosité de la structure cristalline grâce à la mise en ordre des structures des phases de pénétration aboutit à une induction magnétique accrue aux valeurs élevées de la résistance mécanique des pièces. La mise en oeuvre de champs magnétiques continus croisés au cours de la nitruration permet d'accélérer l'usinage de 2 fois et plus, ainsi que d'améliorer l'ensemble des propriétés physico-mécaniques des alliages non alliés à bas carbone et des alliages magnétiques alliés ou dopés de précision. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits 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 de la protection comme revendiquée. REV EB~DI CATIONS 1. Procédé de nitruration gazeuse de pièces en acier, du type consistant à chauffer les pièces à nitrurer Jusqu'à la température de saturation de l'acier, à les maintenir à cette température et à les refroidir, tout en faisant agir sur elles un champ magnétique, caractérisé en ce que lesdits chauffage, maintien et refroidissement desdites pièces sont effectués tout en soumettant celles-ci à l'action de champs magnétiques continus croisés. 2. Pièces ou produits en acier, caractérisés en ce qu'ils sont nitrurés conformément au procédé faisant l'objet de la revendication 1.