Brevet FR2697535A1 — publié le 19940506

La présente invention concerne un procédé amélioré de traitement thermique d'alliages ferreux ou d'alliages non ferreux, applicable en particulier pour l'obtention d'une fonte à structure bainitique. Les fontes à structure bainitique sont préparées, de manière connue, par trempe de la fonte à partir d'une température située dans le domaine austénitique jusqu'à une température située dans l'intervalle de température dans lequel existe le domaine bainitique, suivie d'un maintien de la fonte à une température comprise dans le domaine bainitique pour réaliser une transformation progressive de l'austénite en bainite. La trempe a pour but de provoquer un refroidissement suffisamment rapide pour empêcher le plus possible la formation de perlite, ladite perlite apparaissant dans un domaine de températures supérieur à celui de la bainite. Au cours du maintien dans le domaine bainitique, l'austénite se transforme en bainite. S'il s'agit d'un maintien isotherme, la durée du maintien dépendant essentiellement de la composition chimique de la fonte et de la température de maintien isotherme. I1 est connu d'effectuer le chauffage, la trempe et le maintien isotherme dans divers types de bains, et principalement dans des bains de sels. Ce procédé présente toutefois des inconvénients dans la mesure où les sels utilisés sont par exemple des mélanges de nitrites et de nitrates alcalins. I1 est de ce fait nécessaire d'effectuer la trempe et la transformation isotherme de l'austénite en bainite dans le même bain de sels, afin d'éviter la multiplication des bains et les manipulations successives des pièces en fonte provoquant des entraînements de sels. I1 résulte de cette contrainte que le maintien isotherme en bain de sels est une étape limitante dans le déroulement du procédé.En outre, l'utilisation de bains de sels pose des problèmes de pollution et de sécurité lors de la manipulation des pièces et de leur lavage en vue de les débarrasser du sel qui les recouvre. Pour réduire l'effet limitant du maintien en bain de sels, on a cherché à dissocier les phases de trempe et de maintien isotherme. C'est ainsi que le brevet EP95470 décrit un procédé d'obtention d'une structure bainitique dans lequel on porte une pièce moulée à traiter à une température supérieure à la température d'apparition de l'austénite, on effectue une trempe rapide en bain d'huile jusqu'à 240 C, puis on réchauffe la pièce jusqu'à 380"C et on la maintient à cette température pour obtenir la transformation en bainite.Ce procédé permet certes de supprimer certains inconvénients. I1 ne supprime toutefois pas la nécessité d'inclure dans la composition de la fonte, des teneurs importantes en éléments d'alliage dans le cas de pièces massives, ce qui induit de nombreux inconvénients : augmentation de la durée de traitement, difficulté de stabilisation de l'austénite, augmentation de la porosité et de la microporosité des fontes avec réduction concomitante de leurs propriétés mécaniques, consommation d'énergie supplémentaire lors du réchauffement de la fonte au-dessus de la température d'austénitisation. Des tentatives ont été faites pour contourner ces problèmes. Ainsi, un procédé d'obtention de fonte à matrice bainitique a été mis au point, comportant un décochage à chaud dans le domaine austénitique, une trempe depuis 1 000 C jusqu'à 360 C, un maintien isotherme, la trempe et le maintien isotherme étant effectués dans des fours à lit fluidisé. Ce procédé a été amélioré par l'utilisation de lits fluidisés différents pour l'étape de trempe et pour l'étape de maintien isotherme en vue d'augmenter la capacité de traitement. Ce procédé supprimait certes les difficultés liées aux milieux de trempe classiques, mais cette amélioration se faisait au détriment des échanges thermiques. On a également proposé un procédé mettant en oeuvre une trempe dans un bain d'huile, ce qui a permis d'abaisser les taux d'éléments d'alliage. Toutefois, ce procédé mettant en oeuvre des bains d'huile posait des problèmes de sécurité. La présente invention s'est fixé pour but de mettre au point un procédé d'élaboration d'une fonte à structure bainitique permettant l'utilisation de compositions à faible teneur en éléments d'alliage, sans préjudice pour les échanges thermiques. En conséquence, la présente invention a pour objet un procédé de traitement d'une pièce en alliage ferreux ou en alliage non ferreux, au cours duquel l'alliage se trouvant à haute température est soumis à une trempe, caractérisé en ce qu'une atmosphère fluide biphasique gaz-liquide différente de l'air ambiant est créée autour de la pièce pendant son transfert vers le milieu de trempe. La durée du contact de la pièce avec l'atmosphère fluide est très brève. Les proportions respectives du gaz et du liquide constituant l'atmosphère fluide peuvent varier suivant le type de pièce à traiter. Lors du passage de la pièce dans l'atmosphère fluide créée autour d'elle, il se produit des échanges thermiques accélérés entre la pièce traitée et cette atmosphère biphasique. En outre, le choix de constituants appropriés pour l'atmosphère fluide permet de créer autour de la pièce une ambiance protectrice vis à vis de l'air ambiant. L'atmosphère fluide est formée par un brouillard dont l'état varie entre l'état liquide et l'état gazeux en fonction des taux respectifs du gaz et du liquide dans le mélange. L'atmosphère fluide peut être constituée par un mélange aireau. L'atmosphère fluide peut être créée par pulvérisation ou par soufflage. Le procédé de l'invention peut être mis en oeuvre lors d'un traitement thermique, d'un traitement thermo-mécanique ou d'un traitement de vieillissement de pièces en alliage non ferreux après maintien préalable des pièces à haute température. Les pièces peuvent être des pièces moulées ou des pièces corroyées. Le procédé de l'invention peut également être mis en oeuvre pour un traitement thermique ou un traitement thermo-mécanique de pièces en alliage ferreux moulées ou corroyées, faisant appel à un maintien à une température comprise entre 100"C et la température dite "A1,,1 après une austénitisation ou une homogénéisation à une température supérieure à A1. Il est particulièrement utile lors de l'élaboration de pièces en fonte à structure bainitique à partir de pièces moulées ou corroyées. Le procédé selon la présente invention, appliqué à l'éla- boration de pièces en fonte à structure bainitique, consiste à soumettre une pièce de fonte moulée ou corroyée se trouvant à une température située dans le domaine austénitique, à un refroidissement rapide jusqu'au domaine bainitique par immersion dans un milieu de trempe, à un maintien isotherme de la pièce moulée à une température du domaine bainitique, puis à une trempe jusqu'à la température ordinaire. Il est caractérisé en ce qu'une atmosphère fluide différente de l'air ambiant est créée autour de la pièce pendant son transfert vers le milieu de trempe. Cette atmosphère est avantageusement constituée par un mélange air-eau. Dans un mode de réalisation du procédé de la présente invention appliqué à l'élaboration d'une pièce de fonte à structure bainitique, on réchauffe une pièce de fonte moulée jusqu'à une température Tg du domaine austénitique, puis on la fait passer à travers l'atmosphère fluide pour la transférer dans le milieu de trempe dans lequel sa température va descendre jusqu'à une valeur située dans le domaine bainitique, puis on la maintient à cette température. Dans un autre mode de réalisation du procédé de la présente invention appliqué à l'élaboration d'une pièce de fonte à structure bainitique, on utilise à la place d'une pièce réchauffée, une pièce moulée obtenue après une procédure de décochage à chaud, pièce que l'on laisse refroidir jusqu'à une température du domaine austénitique. Dans un mode de réalisation préféré du procédé de la présente invention appliqué à l'élaboration d'une pièce de fonte à structure bainitique, le milieu de trempe et le milieu de maintien isotherme sont constitués par des lits fluidisés séparés. Ils peuvent toutefois avoir la même composition. Le combinaison de l'atmosphère fluide et de lits fluidisés séparés permet de conserver les avantages de la trempe étagée en lit fluidisé de l'art antérieur tout en supprimant les inconvénients liés aux faibles échanges thermiques. Le procédé de la présente invention est particulièrement utile pour l'obtention de fontes à structure bainitique peu ou faiblement alliées, ou pour l'obtention de pièces ayant un diamètre critique plus élevé. Il peut être appliqué à des piè ces moulées et à des pièces corroyées, en alliage ferreux ou non ferreux. REVENDICATIONS 1. Procédé de traitement d'une pièce en alliage ferreux ou en alliage non ferreux, au cours duquel l'alliage se trouvant à haute température est soumis à une trempe, caractérisé en ce qu'une atmosphère fluide biphasique gaz-liquide différente de l'air ambiant est créée autour de la pièce pendant son transfert vers le milieu de trempe. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'atmosphère fluide est un mélange air-eau. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'atmosphère fluide est créée par pulvérisation ou par soufflage. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre lors d'un traitement thermique, d'un traitement thermo-mécanique ou d'un traitement de vieillissement de pièces en alliage non ferreux, moulées ou corroyées, après maintien préalable des pièces à haute température. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre lors d'un traitement thermique ou d'un traitement thermo-mécanique de pièces en alliage ferreux, moulées ou corroyées. 6. Procédé selon la revendication 5, appliqué à l'élaboration de fonte à structure bainitique, caractérisé en ce qu'il consiste à soumettre une pièce de fonte moulée se trouvant à une température située dans le domaine austénitique, à un refroidissement rapide jusqu'au domaine bainitique par immersion dans un milieu de trempe, à un maintien isotherme de la pièce moulée à une température du domaine bainitique, puis à une trempe jusqu'à la température ordinaire, une atmosphère fluide différente de l'air ambiant étant créée autour de la pièce pendant son transfert vers le milieu de trempe. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la pièce de fonte moulée est une pièce de fonte moulée préalablement réchauffée jusqu'à une température Tg du domaine austénitique. 8. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la pièce de fonte moulée est une pièce moulée obtenue après une procédure de décochage à chaud, pièce que l'on laisse refroidir jusqu'à une température Tg du domaine austénitique. 9. Procédé selon la revendication 5, appliqué à l'élaboration de fonte à structure bainitique, caractérisé en ce qu'il consiste à soumettre une pièce de fonte corroyée se trouvant à une température située dans le domaine austénitique, à un refroidissement rapide jusqu'au domaine bainitique par immersion dans un milieu de trempe, à un maintien isotherme de la pièce moulée à une température du domaine bainitique, puis à une trempe jusqu'à la température ordinaire, une atmosphère fluide différente de l'air ambiant étant créée autour de la pièce pendant son transfert vers le milieu de trempe.