Brevet FR2642438A1 — publié le 19900803

L'invention concerne un procédé pour former une couche d'oxyde, qui se compose essentiellement d'oxyde de fer, sur un objet exempt de décarburation périphérique, à par- tir d'un acier apte au traitement de trempe et revenu et l'application de ce procédé sur des poinçons. Pour poinçonner à chaud des blocs en ébauches de tube, des poinçons sont mis en oeuvre essentiellement avec une cou- che d'oxyde propre au matériau utilisé. Des couches de re- vêtement composées d'oxydes de métaux étrangers, tels que des émaux ou des verres, ne se sont pas révélées effica- ces. La couche d'oxyde brise le contact métallique entre le matériau du poinçon et le matériau du tube et empêche un thermosoudage des deux matériaux pendant le poinçonna- ge. Dans la plupart des cas, les poinçons sont fabriqués en acier pour travail à chaud. Pour produire une couche d'oxyde propre au matériau utilisé, les poinçons sont sou- mis, avant leur première mise en oeuvre, à une calcination oxydante. Les opérations de recuit dans des atmosphères 264243e - 2- gazeuses d'oxydation conduisent toutefois, dans le cas de l'acier, non seulement à une oxydation de surface mais, simultanément, aussi à une décarburation périphérique sur le poinçon (A. LeutgUb et H. Trenkler, Arch. EisenhUtten- wes. 45 (1974), pages 871 à 880). La décarburation péri- phérique détériore la propriété du matériau dans la zone à proximité de la surface et, en fonction de la diminution de la teneur en carbone, fait qu'un traitement final par trempe et revenu de la zone périphérique est impossible. Avec les traitements de recuit oxydants habituellement utilisés jusqu'à maintenant, on maintenait la décarbura- tion à un faible niveau soit en restant largement au- dessous de la température de trempe prescrite et en s'ac- commodant d'une faible solidité de recuit, soit en procé- dant à une trempe conforme aux prescriptions et en tolé- rant ensuite une zone de bord décarburée souple. Le but de l'invention consiste à oxyder des objets métal- liques, tels que des poinçons, de manière à ce qu'il ne se produise pas de décarburation périphérique. On connaît par le document AT-PS 217819 une calcination oxydante d'objets métalliques pour améliorer leur résistance de surface con- tre la corrosion et l'oxydation, dans lequel les objets sont chauffés dans de l'oxygène pratiquement pur à une température comprise entre 400 et 1000 C sous un vide de 0,1 à 40 millibars pour former une couche d'oxyde d'une épaisseur de 2 à 30 pm. Cependant, ainsi que cela s'est avéré lors de la réalisation de ce procédé de calcination connu, il se produit une décarburation périphérique indé- sirable. Pour résoudre le problème précité, l'invention propose de chauffer l'objet métallique dans une atmosphère gazeuse 264243S - 3 - inerte de recuit jusqu'à la température de trempe et, im- médiatement après, de le soumettre à un recuit dans de l'oxygène pur à pression atmosphérique (1 bar) jusqu'à ce qu'une couche d'oxyde ayant l'épaisseur souhaitée se soit formée, après quoi, pour former une structure de trempe, on refroidit brutalement l'objet métallique à la tempéra- tutre ambiante et, le cas échéant, on le fait revenir pour former une structure de traitement. A la différence du procédé connu selon le document AT-PS 217819, au moyen du procédé selon l'invention on réussit à créer une calcination, libre de décarburation périphéri- que, de la surface des objets métalliques d'une épaisseur suffisante allant jusqu'à 100 pm. Par ajout de vapeur d'eau, on obtient un effet d'accéléra- tion de la réaction au niveau de la formation de la couche de calamine. A cet effet, en humidifiant l'oxygène gazeux, on peut faire varier l'épaisseur de la couche de calamine dans une large mesure. De façon appropriée, la proportion de vapeur d'eau dans le mélange gaz de calcination-oxygène peut être préréglée en fonction de l'épaisseur de la cou- che de calamine recherchée. Dans la plupart des cas il suffit d'humidifier le mélange de gaz de calcination à un point de rosée de l'ordre de 20 à 60'C (correspondant à 2,3 jusqu'à 19,7 % en volume de vapeur d'eau). Exemple Des essais ont été réalisés sur des échantillons polis blanc en forme de barre, dont les dimensions étaient 35 x 8 x 8 mm3, à partir de l'acier X 38 CrMoV 5 1, ayant la composition chimique suivante: - 4- 0,41 Z C, 0,94 % Si, 0,35 % Mn, 0,014 % P, 0,001 % S, 4,94 % Cr, 1,29 % Mo, 0,06% Ni, 0, 42% V, 0,012 % Al, et le reste en Fe. On chauffe les échantillons, dans un four électrique con- tenant de l'argon en tant que gaz protecteur, à 1 bar, à une température de trempe de 960 C, sans décarburation et sans calcination. Lorsque la température de trempe est at- teinte, le gaz protecteur est remplacé par de l'oxygène introduit dans le four et on soumet les échantillons à un recuit pendant 15 minutes dans de l'oxygène pur à pression atmosphérique. Ce laps de temps correspond approximative- ment à la durée de réchauffage à coeur pour des pointons. On refroidit ensuite les échantillons avec de l'air à tem- pérature ambiante pour obtenir une trempe. Les échantillons ainsi traités présentent une couche de calamine homogène ayant une bonne adhérence. La coupe transversale métallographique montre, sous une couche d'oxyde de fer polyphasée d'une épaisseur d'environ 30 um, un acier exempt de décarburation comportant une structure de trempe de martensite et de carbure allant jusqu'à l'in- terface avec la calamine. Pour obtenir une couche de calamine plus épaisse, avec un résultat identique par ailleurs, le maintien pendant 15 minutes à la température de trempe s'effectue dans de l'oxygène humidifié avec 7,2 % en volume de vapeur d'eau (point de rosée 40 C). Dans ce cas, il se forme une couche de calamine polyphasée en oxydes de fer d'une épaisseur d'environ 60 pm. La couche d'oxyde est bien fixée sur l'a- cier au moyen de joints de grains oxydés. La structure de l'acier se compose jusqu'au bord de martensite et de car- bure. -5- L'échauffement à la température de trempe peut aussi être réalisé avec des gaz protecteurs autres que l'argon, par exemple avec de l'azote. De plus, on peut aussi tremper ou traiter sans décarbura- tion d'autres alliages de métaux que l'acier ci-dessus mentionné, en procédant de la même manière. De façon particulièrement avantageuse, le procédé selon l'invention peut être mis en oeuvre sur des poinçons pour poinçonner à chaud des ébauches de tubes. -6- Revendications R e v e n d i c a t i o n s 1. Procédé pour former une couche d'oxyde de fer sur un objet exempt de décarburation périphérique en acier apte au traitement de trempe et revenu, caractérisé en ce que l'objet métallique est chauffé dans une atmosphère inerte de gaz de calcination à la température ambiante et, immé- diatement après, est soumis à un traitement de recuit dans de l'oxygène pur à pression atmosphérique (1 bar) jusqu'à ce qu'une couche de calamine suffisamment épaisse se soit formée, puis on refroidit brusquement l'objet métallique à la température ambiante pour former une structure de trem- pe et on le fait revenir pour former une structure de traitement. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la formation de la couche de calamine est réalisée dans un mélange de gaz essentiellement composé d'oxygène pur avec une faible proportion de vapeur d'eau. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la proportion de vapeur d'eau dans le mélange oxygène-gaz de calcination est préréglée en fonction de l'épaisseur de la couche de calamine souhaitée. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'oxygène est humidifié à un point de rosée de l'ordre de à 60 C (2,3 - 19,7 % en volume de vapeur d'eau). 5. Application du procédé selon l'une quelconque des re- vendications i à 4 pour réaliser une couche de calamine sur des poinçons pour poinçonner à chaud des ébauches de tubes.