Brevet FR2511397A1 — publié le 19830218

I La présente invention se rapporte à un rotor pour mé- tier à filer à fibres libérées et à un procédé de fabrication de ce rotor. Dans les métiers à filer à fibres libérées, les rotors subissent une usure considérable à l'endroit o ils entrent en contact avec les fibres ou avec le fil en cours de fabri- cation Ceci est désavantageux dans la mesure o la forme et la structure de surface du rotor ont une grande influence sur la structure du fil filé et sur la stabilité du filage. Io Dans les métiers à filer à fibres libérées déjà connus, il se produisait jusqu'à présent pendant le fonctionnement en filage, et en raison de l'usure du rotor, des modifications considérables de la structure superficielle et de l'état de surface de la face interne du rotor aux endroits qui sont I 5 touchés par les fibres ou par le fil Ceci avait des conse- quences préjudiciables sur la qualité du fil et sur la sta- bilité du processus de filage. Cette raison conduit à éxiger une surface résistante à l'usure D'un autre c 8 té, il apparait rationnel d'éléver le rendement d'un dispositif de filage à fibres libérées en augmentant la vitesse du rotor Ces deux exigences sont en contradiction entre elles dans la mesure o une matière résistante à l'usure est en général fragile et peu résistante à la traction alors qu'une grande vitesse de rotation du rotor exige au contraire une matière résistante à la traction et tenace tout en possédant une limite d'allongement élevée. L'invention vise à permettre de filer, m 9 me avec une plus grande durée de service, un fil possédant une propriété uniforme et à assurer la stabilité du filage mais, en même temps, à permettre d'obtenir avec une faible dépense de matière et d'énergie, une grande vitesse de rotation, et par ce moyen, une productivité élevée du métier à filer. Suivant l'invention, ce problème est résolu par le fait que le rotor (I) est réalisé en un acier de traitement thermique, au moins la partie intérieure du rotor (I) qui entre en contact avec les fibres à filer ayant une couche superficielle qui est composée de carbure de fer, de borure de fer, de siliciure de fer ou ne nitrure de fer, ces cox- posés étant présents isolément ou en combinaison et en ce que le rotor est trempé et revenu et possède de ce fait une ténacité plus élevée avec une haute limite d'allongement de la matière Un rotor réalisé de cette façon réunit une propriété de surface résistante à l'usure, dure mais rela- tivement fragile à des propriétés de matières favorables en ce qui concerne l'état de contrainte aux grandes vitesses de rotation. Pour préparer la surface du rotor de filage et la ren- dre résistante à la corrosion dans une mesure telle que, même avec un accroissement de la durée de service, on produise un fil d'une qualité uniforme et que la stabilité du pro- cessus de filage reste conservée, et pour faire en sorte qu'il soit possible d'obtenir une grande vitesse de rotation du rotor et, de cette façon, une plus grande productivité du métier à filer avec une faible dépense en matière et en énergie, et suivant une autre caractéristique de l'invention, le rotor de filage possède une couche superficielle protec- trice contenant un métal étranger Cette couche peut 'être, par exemple une couche de zinc ou une couche de nickel qui peut être réalisée particulièrement facilement. Les avantages apportés par l'invention résident en particulier dans le fait qu'on obtient sur un temps plus long un résultat de filage à la fois bon et régulier, cepen- dant que la vitesse de rotation du rotor et par conséquent, également la production sont augmentées grâce à une protec- tion efficace contre la corrosion, les bonnes propriétés du rotor de filage en oe qui concerne la résistance à l'usure restent conservées. Suivant d'autres caractéristiques de l'invention, la couche superficielle protectrice est composée de deux ou plus de deux couches du même métal ou faite de métaux différents; la couche extérieure faite d'un métal à haute résistance à la corrosion et/ou haute résistance à l'usure; la peau extérieure de la couche superficielle protectrice est com- posée d'une combinaison chimique d'un métal et d'une matière inorganique; la peau extérieure de la couche superficielle protectrice est composée d'un oxyde, phosphate ou chromate. Suivant l'invention, on propose, comme procédé pour la fabrication d'un tel rotor, de fabriquer initiale- ment le rotor en un acier de traitement thermique, de munir ensuite la partie intérieure du rotor, qui entre en contact avec les fibres à filer d'une couche superficielle qui est composée de carbure de fer, de borure de fer, de siliciure de fer, ou de nitrure de fer Ces composés étant présents iso- I O lément ou en combinaison et de soumettre ensuite le rotor de filage à un traitement thermique connu sous la désigna- tion de trempe et revenu, sous l'effet duquel la ténacité de la matière est augmentée en conservant une haute limite d'allongement. I 5 Suivant une autre caractéristique de l'invention, il est proposé qu'après la production de la couche super- ficielle, on effectue les opérations suivantes, dans l'ordre de succession indiqué ou dans l'ordre inverse: a) on soumet le rotor à un traitement thermique connu sous la désignation de trempe et revenu sous l'effet duquel la tenacité de la matière est augmentée en conservant une haute limite d'allongement. b) on dépose éventuellement sur le rotor une couche super- ficielle protectrice contenant un métal étranger. Suivant une autre caractéristique de l'invention, on met la surface du rotor en contact avec un agent conte- nant du carbonedu bore, du silicium, de l'azote ou de l'ammoniac à une température élevée, après quoi, dans cet ordre ou dans l'ordre inverse, a) on chauffe puis on re- froidit le rotor, b) on dépose la couche superficielle protectrice sur le rotor. Suivant une autre caractéristique de l'invention, on utilise comme agent contenant du bore une pâte ou une poudre contenant du bore. Suivant une autre caractéristique de l'invention, on effectue les opérations suivantes dans l'ordre indiqué ou dans l'ordre inverse: a) après la formation de la cou- che superficielle, on porte le rotor de filage à une température qui est inférieure à la température nécessaire pour la production de la couche superficielle, puis on trempe et on soumet ensuite à un revenu: b) on dépose éven- tuellement la couche superficielle protectrice sur le rotor. Suivant une autre caractéristique de l'invention, après avoir formé la couche superficielle, on effectue les opéra- tions suivantes dans l'ordre indiqué ou dans l'ordre inverse: a) on porte le rotor à une température de 8200 C à 8400 C puis on soumet à la trempe et, ensuite à un revenu à une Io température de 38000 à 4200 C; b) on dépose éventuellement la couche superficielle protectrice sur le rotor. Suivant diverses variantes de mise en oeuvre du pro- cédé suivant l'invention, on munit le rotor de la couche superficielle protectrice par projection de métal, par gal- I 5 vanisation ou par immersion dans un bain demétal liquide, ou encore on expose le rotor à l'action de gaz du de vapeurs contenant un métal ou des métaux, la couche superficielle protectrice se produisant par diffusion; dans ces variantes, on donne la préférence à la diffusion, ceci en vue d'amélio- rer la qualité et les coûts. Suivant une autre caractéristique de l'invention, après la formation de la couche superficielle protectrice, on chauffe à nouveau ou on recuit le rotor, le métal étranger diffusant alors en partie dans l'acier du rotor Dans ce mode opératoire on obtient également un bon encrage de la couche superficielle protectrice sur la matière du rotor. La formation de la couche superficielle protectrice par diffusion est particulièrement avantageuse et la couche superficielle protectrice possède des propriétés particuliè- rement bonnes lorsqu'on utilise du chrome en qualité de métal étranger et que la liaison entre l'acier et le métal étranger est obtenue par chromage par diffusion. On peut encore améliorer davantage la couche super- ficielle protectrice Pour cela, on munit la couche super- ficielle protectrice d'une peau extérieure qui est composée d'une combinaison chimique d'un métal et d'une matière inor- ganique Cette combinaison peut 9 tre, par exemple un oxyde. suivant des variantes très utiles de mise en oeuvre du Drocédé dont le choix sera fonction des conditions de flae: a) on soumet le rotor à un traitement d'oxydation, de phos- phatation ou de chromatation À b) on soumet le rotor un processus d'orydation chiiciue ou u roceesus 'oxydation électrochimique ou anodique; c) on soumet le rotor à un processus de phos- chatation car le roc é Atramexb -onder ou Prker;) on plonge le rotor dans une solution de dichromate et ensuite on le rince dans l'eau, ou on le soumet à un processus 1 électrochimique; e) on soumet le rotor à une oxydation et à une chromatation en-une seule opération; f) on plonge le rotor dans une solution chaude de soude et de chromate de sodium; g) on renforce une couche d'oxyde déjà déposée en l'immergeant à l'ébullition dans du verre soluble et en chauffant ensuite. Finalement, on peut encore chauffer le rotor à envi- ron 200 C puis le refroidir pour éliminer l'éventuelle fragilisation de la matière par l'hydrogène produite anté- rieurement. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront au cours de la description qui va suivre Au dessin annexé donné uniquement à titre d'exemple on a repré- senté un rotor suivant l'invention. Le rotor de filage I représenté sur le dessin est ini- tialement fabriqué en acier de traitement thermique Au cours du montage final, ce rotor reçoit ultérieurement un arbre 2 emmanché en acier Après la préfabrication du rotor sur un tour, on a provisoirement obturé l'alésage dans lequel l'arbre 2 sera ultérieurement emmanché au moyen d'une matière résistante à la chaleur Ensuite, on a rempli entièrement le volume intérieur 3 d'une poudre contenant du bore On a porté le rotor I à une température de 920 C dans une cornue, sous atmosphère protectrice et en plaçant son ouverture vers le haut Après le refroidissement on a extrait du volume intérieur l'excès inutilisé de poudre contenant du bore En- suite, on a à nouveau chauffé le rotor I à 830 C dans une cornue sous atmosphère protectrice et, aussitôt après on l'a trempé dans l'huile Ensuite, on a soumis le rotor à un reve- nu à une température de 4000 C dans un bain de sel neutre puis on l'a à nouveau trempé dans l'huile Ensuite on a galvanisé le rotor. Le rotor de filage I réalisé de cette façon a été en- suite muni d'un arbre qui a été porté à une vitesse de ro- tation de 200 000 tours/minutes Pendant l'essai et après l'essai, on n'a constaté aucune modification du rotor. Ensuite, le rotor a donné dans un-essai de filage les bons résultats de filage qu'on en attendait. En variante, l'agent contenant du bore peut être également constitué par une pâte contenant du bore, un li- quide contenant du bore ou un gaz contenant du bore La pâte ou le liquide est appliqué au pinceau, par immersion ou par projection Ensuite, le rotor de filage I fini possède une couche superficielle 4 en borure de fer qui est extrêmement I 5 résistante à l'usure et qui est elle même munie d'une couche superficielle protectrice de zinc Cette couche superficielle protectrice ne protège pas seulement le rotor de la corrosion; elle constitue également la cause d'une amélioration supplé- mentaire du résultat de filage. R E V E N D I C A T I 0 N S I Rotor de filage pour un métier à filer à fibres libérées, caractérisé en ce que le rotor est réalisé en un acier de traitement thermique, en ce qu'au moins la partie intérieure du rotor qui entre en contact avec les fibres à filer possède une couche superficielle qui est composée de carbure de fer, de borure de fer', de siliciure de fer, ou de nitrure de fer, ces composés étant présents isolément ou en combinaison et en ce que le rotor (I) est trempé et revenu et possède de ce fait une ténacité améliorée avec une haute J O limite d'allongement. 2 Rotor suivant la revendication I, caractérisé en ce qu'il comporte une couche superficielle protectrice con- tenant un métal étranger. 3 Rotor suivant la revendication 2, caractérisé I 5 en ce que la couche superficielle protectrice est composée d'une couche de zinc ou d'une couche de nickel. 4 Rotor suivant l'une quelconque des revendications I à 3, caractérisé en ce que la couche superficielle protec- trice est composée de deux ou plus de deux couches d'un même métal ou de métaux différents. Rotor suivant la revendication 4, caractérisé en ce que la couche extérieure est composée d'un métal ayant une haute résistance à la corrosion et/ou une haute résis- tance à l'usure. 6 Rotor suivant l'une quelconque des revendications I à 5, caractérisé ence que la peau extérieure de la couche superficielle protectrice est composée d'une combinaison chimique d'un métal et d'une substance inorganique. 7 Rotor suivant la revendication 6,-caractérisé en ce que la peau extérieure de la couche superficielle pro- tectrice est composée d'un oxyde, d'un phosphate ou d'un chromate. 8 Procédé de fabrication d'un rotor de filage pour un métier à filer à fibres libérées caractérisé en ce qu'on fabrique initialement le rotor en un acier de traitement thermique, on munit ensuite la partie intérieure du rotor, oui entre en contact avec les fibres à filer d'une couche superficielle qui est composée de carbure de fer, de bordure de fer, de siliciure de fer, ou de nitrure de fer Ces com- posés étant présents isolément ou en combinaison, après quoi on soumet le rotor de filage-à un traitement thermique connu sous la désignation de trempe et revenu, sous l'effet duquel la ténacité de la matière est augmentée en conservant une haute limite d'allongement. 9 Procédé suivant la revendication 8, caractérisé J O en ce qu'après la production de la couche superficielle, on effectue les opérations suivantes, dans l'ordre de succession indiqué ou dans l'ordre inverse: a) on soumet le rotor à un traitement thermique connu sous la désignation de trempe et revenu, sous l'effet duquel la ténacité de la matière est I 5 augmentée en conservant une haute limite d'allongement, b) on dépose éventuellement sur le rotor une couche super- ficielle protectrice contenant un métal étranger. I O Procédé suivant la revendication 9, caractérisé en ce qu'on met la surface du rotor en contact avec un agent contenant du carbonedu bore, du silicium, de l'azote ou de l'ammoniac à une température élevée, après quoi, dans cet ordre ou dans l'ordre inverse, a) on chauffe puis on refroidit le rotor, b) on dépose la couche protectrice superficielle sur le rotor. II Procédé suivant la revendication 10, caractérisé en ce qu'on utilise comme agent contenant du bore, une pâte ou une poudre contenant du bore. I 2 Procédé suivant l'une quelconque des revendica- tions 8 à II, caractérisé en ce qu'on effectue les opéra- tions suivantes dans l'ordre indiqué ou dans l'ordre inverse: a) après la formation de la couche superficielle, on porte le rotor de filage à une température qui est inférieure à la température nécessaire pour la production de la couche super- ficielle, puis on trempe et on soumet ensuite à un revenu; b) on dépose éventuellement la couche superficielle protec- trice sur le rotor. 13 Procédé suivant la revendication 12, caractérisé en ce qu'après avoir formé la couche superficielle, on effectue les opérations suivantes dans l'ordre indiqué ou dans l'ordre inverse: a) on porte le rotor à une température de 8200 C à 8400 C puis on soumet à la trempe et, ensuite à un revenu à une température de 3800 C à 4200 C; b) on dépose éventuel- lement la couche protectrice superficielle sur le rotor. I 4 Procédé suivant l'une quelconque des revendica- tions 9 à I 3, caractérisé en ce qu'on munit le rotor de la couche protectrice superficielle par projection de métal, par galvanisation ou par immersion dans un bain dans lequel JO se trouve un métal liquide. I 5 Procédé suivant l'une quelconque des revendications 8 à I 3, caractérisé en ce qu'on expose le rotor à l'action de gaz ou de vapeurs contenant un métal ou des métaux, la couche superficielle protectrice se produisant par diffusion. I 5 I 6 Procédé suivant l'une quelconque des revendica- tions 8 à I 3, caractérisé en ce qu'après la formation de la couche superficielle protectrice, on chauffe ou on recuit à nouveau le rotor, le métal étranger diffusant alors en partie dans l'acier du rotor. I 7 Procédé suivant l'une des revendications I 5 et I 6 caractérisé en ce qu'on utilise du chrome comme métal étran- ger et en ce que la liaison entre l'acier et le métal étran- ger est produite par chromage. I 8 Procédé suivant l'une quelconque des revendications 8 à I 7, caractérisé en ce qu'on munit la couche superficielle protectrice d'une peau extérieure qui est composée d'une - combinaison chimique d'un métal et d'une matière inorganique. I 9 Procédé suivant la revendication I 8, caractérisé en ce qu'on soumet le rotor à un traitement d'oxydation, de phosphatation ou de chromatation. Procédé suivant l'une des revendications I 8 et I 9, caractérisé en ce qu'on soumet le rotor à un traitement d'o- xydation chimique ou à un traitement d'oxydation électro- chimique ou anodique. 2 I -Procédé suivant l'une des revendications I 8 et I 9 caractérisé en ce qu'on soumet le rotor à un traitement de phosphatation par le procédé Atrament, Bonder ou Parker. Io 22 Procédé suivant l'une des revendications I 8 et Ig, caractérisé en ce qu'on plonge le rotor dans une solu- tion de dichromate et qu'ensuite, on le rince dans l'eau ou on le soumet à un traitement de chromatation électro- chimique. 23 Procédé suivant l'une des revendications I 8 à 22, caractérisé en ce qu'on soumet le rotor à une oxydation et à une chromatation en une seule opération. 24 Procédé suivant la revendication 23, caractéri- I O sé en ce qu'on plonge le rotor dans une solution chaude de soude ou de chromate de sodium. Procédé suivant l'une quelconque des revendi- cations I 8 à 24, caractérisé en ce qu'on renforce une couche d'oxyde déjà déposée en l'immergeant à ébullition dans I 5 du verre soluble et en chauffant ensuite. 26 Procédé suivant l'une quelconque des revendica- tions I 8 à 25, caractérisé en ce qu'on chauffe le rotor à environ 2000 C dans une dernière phase du traitement et on le refroidit pour éliminer l'éventuelle fragilisation de la matière par l'hydrogène qui s'est produite lors des phases précédentes du travail.