Brevet FR2572526A1 — publié le 19860502

Eprouvette pour la détermination de la teneur en carbone dans des couches superficielles L'invention concerne une éprouvette comme on en utilise pour la détermination de la;:teneur en carbone dans des surfaces d'objets qui sont soumis à un traitement de carburation (cémentation). L'éprouvette sert à l'examen ou au test d'objets au moyen d'une analyse spectrale d'émission; dans ce but, on peut utiliser un appareil usuel tel qu'un spectrophotomètre. Lors de la cémentation ou du durcissement par cémentation, par exemple d'aciers, il est important de vérifier le plus exactement possible la teneur en carbone et par suite la dureté de la couche carburée. Il est connu et usuel d'effectuer une opération de tournage laminaire sur la couche marginale carburée de ce que l'on appelle une éprouvette de tournage en gradins, et d'analyser les différentes couches de manière séparée, par voie chimique humide. Un tel procédé est cependant coûteux, avant tout parce que les couches carburées ne peuvent être analysées de manière continue en un passage En opposition à l'analyse par voie chimique humide, l'analyse spectrale d'émission présente une série d'avantages; avant tout, elle est beaucoup plus simple à manipuler. La fourniture de formes d'éprouvettes appropriées présente encore des difficultés jusque maintenant. Le but de l'invention est de fournir une forme d'éprouvette grâce à laquelle une analyse continue soit possible. L'analyse ou le test sera alors plus simple, plus court dans le temps et fortement amélioré en ce qui concerne la précision, la reproductibilité et la rentabilité. Les possibilités d'utilisation de l'invention sont avant tout à voir dans le contrôle des conditions de carburation, dans le développement et l'introduction de paramètres de processus pour la carburation par gaz, et pour la réintroduction de matériaux cémentés. Le problème que se pose l'invention est notamment résolu par le fait que l'affQtage en biseau est choisi[de manière que la couche superficielle (couche cémentée) peut être saisie au moyen d'au moins une rangée de points ou de taches de mesure qui sont répartis sur elle, et dont l'adjonction à une épaisseur définie de couche marginale peut être déterminée par la mesure de leur position sur la surface en partant d'une extrémité de l'éprouvette sur la longueur de cette dernière. L'avantage principal de l'invention doit être vu dans le procédé relativement simple et continu du test ou de l'analyse qui est seulement rendu possible grâce à la nouvelle forme de l'éprouvette. Par "continu", on entend que chaque rangée est mesurée en continu à partir de l'extrémité de faible épaisseur de l'éprouvette jusqu'à l'extrémité de grande épaisseur sur toute la longueur de l'éprouvette. Plusieurs séries de points de mesure fournissent un taux d'erreur statistique plus faible. La méthode d'analyse continue permet une utilisa- tion de l'invention également dans le contrôle de fabri- cation. Elle fournit des renseignements sur les propriétés des matières et des éléments constitutifs de parties carburées qui peuvent avoir été entretemps faites exclu- sivement à l'aide de -la détermination du carbone. La teneur en carbone (teneur en carbone dans la zone de diffusion) est déterminée très précisément grâce à l'analyse spectrale. La couche superficielle s'étend en forme de coin sur la longueur de l'éprouvette. La longueur de l'éprouvette est adaptée à la forme en biseau. Avantageusement, la longueur et/ou l'épais- seur de l'éprouvette est choisie égale à un nonmbre pair de décimales. Un exemple de réalisation de l'invention est décrit schématiquement sur le dessin joint. L'éprouvette destinée au procédé d'analyse est constituée d'.un bloc en forme de biseau, présentant, par exemple, 1 mm de différence d'épaisseur sur toute sa longueur, en particulier de barres ou de plats d'un alliage usuel, en particulier un superalliage tel qu'un- alliage Nickel-ChrDme-Molybdène ou un alliage Manganèse-Chrome. Les différentes pièces ou blocs d'éprouvettes sont fabriqués par tronçonnage, sciage, affûtage, et le biseau 1 est affûté sur l'un des côtés de la pièce sous un angle ". L'appareil d'angle utilisé dans ce but permet un réglage fin et une précision d'environ 10 secondes d'angle, c'est-à-dire la 360ème partie d'un degré. Les dimensions extérieures du bloc ou de la pièce d'usinage étaient de o10 x 100 mm. Il -est recommandé de choisir des mesuresmétriques de ce genre, mais au moins des gradins valant chacun 1 ou 10 mm, car la mesure est ensuite facilitée. La grandeur de l'éprouvette et sa forme doivent permettre-de mettre à disposition en vue de l'analyse spectrale une surface nécessaire d'analyse par éclateur simple. Ceci peut être par exemple un cercle d'environ 10 mm de diamètre, dont 10 exemplaires peuvent se loger sur une pièce d'usinage ou une éprouvette de 100 mm. La largeur de l'éprouvette peut être pratiquement choisie de manière quelconque. Elle dépend simplement de la grandeur des points de mesure choisis pour l'analyse spectrale, c'est-à-dire de la grandeur des taches ou des "éclateurs simples". L'angle de l'affûtage en biseau et la longueur absolue de l'éprouvette sont choisis de telle manière que la couche cémentée par carburation soit saisie en entier et que la disposition des points de mesure d'analyse spectrale jusqu'à une épaisseur de couche marginale définie soit rendue possible par simple mesure de la position des points de mesure sur la surface. Dans l'exemple, 10 mm de distance à partir du bord de l'éprouvette en forme de coin correspondent à 0, 1 mm de profondeur de la couche marginale carburée ou de la couche superficielle. On peut ainsi obtenir des précisions de mesure pour l'analyse spectrale de - 0, 01 % de carbone. Exemple: La carburation d'une éprouvette métallique provenant de l'acier de cémentation 16 Mn Cr 5 conformément à la norme allemande DIN 17007 a été réalisée dans une installation de four à chambre à usage multiple. Paramètresde carburation: 970 pendant 2 h avec un niveau de carbone de 1, 0 % Un exemple d'une adaptation encore appropriée de la longueur de l'éprouvette à l'angle de biseau est tang i = 1 La surface d'une éprouvette en forme de coin présentant une longueur de 100 mm, une largeur de 40 mm, une épaisseur de 10 mm et un angle de biseau C = 0, 57 = 34 minutes, 22 secondes présentait des taches de 10 mm de diamètre directement l'une à côté de l'autre - dans le cas présent, deux rangées comportaht chacune sept taches, la tache de début commençant à 10 mm de distance du bord (distance du point central) et ensuite les autres taches à d'autres distances en série à partir de la gauche comme indiqué sur le tableau 1. Les distances du bord fournissent en relation avec l'inclinaison ou l'angle o, la profondeur ou l'épaisseur de la couche marginale pour chaque distance à1 à a7. La position des points de mesure (taches ou éclateurs simples) est déterminée par la mesure sur une table de mesure,de préfé- rence au moyen d'une vis micrométrique sous la forme de la distance à partir du bord (bord avant de l'éprouvette à gauche de la figure). Les teneurs en carbone obtenues étaient celles indi- quées sur le tableau 2. o a7 a3 a a Tableau 1 a1 a2 a3 a4 a5 a6 a7 Distance du bord (mm) 10 23 34 48 64 78 91 Teneur en carbone 7 2572526 Tableau 2 i Profondeur de la couche 0,1 0,23 0,34 0,48 0,64 0,78 0,91 marginale (mm) Teneur en caoneur 0,78 0,73 0,65 D,54 0,42 0,35 0,27 carbone f (M 8 2572526 REVENDICATIONS 1. Eprouvette affûtêe en biseau destinée à l'analyse spectrale en vue de la détermination en continu de la composition ou de la teneur en un élément déterminé d'une couche superficielle à partie de la longueur d'onde caractéristique du spectre optique au moyen de taches ponctuelles, caractériséeen ce que l'affûtage en biseau est choisi de manière que la couche superficielle (couche cémentée) peut être saisie au moyen d'au moins une rangée de points ou de taches de mesure qui sont répartis sur elle, et dont l'adjonction à une épaisseur définie de couche marginale peut être déterminée par la mesure de leur position sur la surface en partant d'une extrémité de l'éprouvette sur la longueur de cette dernière. - 2. Eprouvette selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche superficielle s'étend en forme de coin sur toute sa longueur. 3. Eprouvette selon l'une des revendications 1 ou 2, destinée à la détermination à la teneur en carbone, caractérisée en ce que l'éprouvette présente sur la face superficielle cémentée par le carbone un biseau qui est adapté sûn la longueur de l'éprouvette selon un angle (0). 4. Eprouvette selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la longueur et/ ou l'épaisseur de l'éprouveètte est choisie égale à un nombre pair de décimales.