Brevet FR2854904A1 — publié le 20041119

Domaine de l'invention La présente invention concerne de façon générale un procédé de traitement thermique de pièces métalliques dans des fours à moufle sous une atmosphère gazeuse. Etat de la technique Dans le procédé standard, classique, de cémentation, de carburation neutre et dans certains cas même de décarburation par traitement thermique de pièces métalliques dans des fours à moufle, en application du procédé de générateur de gaz endo, on génère le gaz de 10 traitement nécessaire (gaz protecteur) par exemple par une combustion infra-stoechiométrique de gaz naturel, de méthane ou de propane avec de l'air à des températures de l'ordre de 1000 C avec de grandes quantités d'énergie auxiliaires. Les gaz protecteurs contiennent environ 30-40 % H2, 20-30 % CO et 30-40 % N2. Pour atteindre la teneur requise en carbone 15 dans l'atmosphère de gaz protecteur on fournit de manière réglée à l'atmosphère du four un gaz complémentaire tel que par exemple du gaz naturel ou du propane. Un tel procédé est par exemple décrit dans le document DE 43 43 927 C1. Dans d'autres procédés habituels on fournit un gaz de trai20 tement identique par une cornue de catalyseur installée dans le four de traitement thermique et en fournissant les mêmes matières premières comme cela est par exemple décrit dans le document DE 36 32 577 A1. Il existe également d'autres procédés utilisant différentes matières de départ, à savoir en particulier des combinaisons 25 d'hydrocarbures portant de l'oxygène comme par exemple des alcools; on arrive ainsi à une atmosphère de traitement thermique de sorte que les combinaisons fournissant l'oxygène sont introduites directement dans le four de traitement thermique chauffé et, du fait des températures élevées qui y règnent et qui sont supérieures à 800 C, ces combinaisons sont 30 transformées pour donner le gaz de traitement souhaité. Fréquemment dans ce procédé on prévoit en plus de l'azote comme composant de l'atmosphère gazeuse ce qui se traduit par des avantages supplémentaires du procédé tels que la possibilité de pulvérisation de combinaisons d'hydrocarbures portant de l'oxygène et qui sont fréquemment liquides. Tous les procédés de traitement thermique évoqués cidessus ont en commun que l'atmosphère de traitement est générée avec de l'oxygène lié ou de l'oxygène libre. La présence d'oxygène pur ou de monoxyde de carbone (CO) ou d'un autre porteur d'oxygène produit lors du traitement thermique, une oxydation interne de la surface supérieure partielle. Cette oxydation interne encore appelée oxydation marginale réduit la résistance de la pièce lorsque les surfaces ne sont pas traitées. Exposé et avantages de l'invention La présente invention concerne un procédé du type défini ci-dessus, caractérisé en ce que l'atmosphère gazeuse contient entre 70 et % d'azote, 10 à 30 % d'hydrogène et 2 à 10 % de carbone porteur. Le procédé selon l'invention offre l'avantage vis-à-vis de l'état de la technique de pouvoir effectuer un traitement thermique sans 10 oxydation marginale des pièces métalliques. Un autre avantage est de permettre une réduction considérable des coûts de traitement thermique. Il est en outre avantageux que le procédé selon l'invention permette d'augmenter de manière significative la résistance des pièces ou d'éviter ou de réduire l'importance du traitement poussé coûteux de zones 15 de surfaces très sollicitées. Description de modes de réalisation La base de l'invention consiste à éviter la présence d'oxygène lié ou non lié dans l'atmosphère du four. On évite ainsi le développement d'oxydations marginales ou on les réduit considérablement. Si 20 des parties chargées en carbone présentent déjà une oxydation marginale, celles-ci restent conservées. Mais on évite une augmentation de ce phénomène par le traitement thermique. Si des parties chargées de carbone ne présentent aucune oxydation marginale, le procédé selon l'invention n'entraîne aucune oxydation marginale nouvelle. A l'aide d'une modification de la composition de l'atmosphère on peut effectuer le traitement thermique dans des fours à moufle sans influence sur les autres valeurs caractéristiques ou propriétés des pièces. Pour établir l'atmosphère gazeuse on utilise un mélange contenant environ 70 à environ 80 % d'azote, environ 10 jusqu'à environ 30 30 % d'hydrogène et environ 2-10 % d'un porteur de carbone, notamment de 5%. Le porteur de carbone peut être par exemple du gaz naturel, du propane ou autres. D'une manière particulièrement préférentielle, on utilise un mélange contenant 75 % d'azote, 20 % d'hydrogène et 5 % de gaz naturel. En alimentant l'installation du four on fournit tout d'abord une partie importante en gaz naturel pour consommer l'air arrivant à température élevée lors de l'ouverture du four. Si l'atmosphère gazeuse souhaitée s'est établie, elle sera commandée par le procédé d'ensemble à l'aide d'une addition correspondante d'une quantité de gaz. Les installations sont alimentées avec des gaz de synthèse habituels provenant de réservoirs de stockage ou de bouteilles à gaz. Toutes les quantités de gaz nécessaires sont commandées de préférence par un débitmètre réglé au 5 début des opérations sur la valeur souhaitée pour être surveillées en permanence. Si par exemple une chute de pression dans l'une des bouteilles de gaz réduit l'alimentation en gaz, on peut afficher cette situation à l'aide d'un système d'alarme correspondant. Les quantités de gaz alimentant le four ne sont pas régulées o0 mais prédéterminées de manière fixe. Il n'est pas indispensable de réguler les quantités de gaz car de par la composition du gaz on évite la pénétration de l'air par une surpression dans la chambre du four. Une mesure de la concentration de H2 ou de 02 permet d'optimiser la consommation de la quantité de gaz. La régulation de niveau de carbone prévue dans les 15 fours à moufle actuels pour réguler l'atmosphère à l'aide de sondes à oxygène peut servir dans le procédé selon l'invention pour surveiller le déroulement du procédé. Avec des sondes à oxygène on peut mesurer ou surveiller la montée de la concentration en oxygène dans l'installation du four en mesurant la température du procédé. Si la teneur en oxygène dé20 passe une valeur limite, il y aura un signal de perturbation. En transformant simplement les installations de fours existantes (conduites d'alimentation d'hydrogène, adaptation de programme) on peut adapter le procédé selon l'invention à ces installations ce qui se traduit par une économie importante. Les générateurs de gaz en25 dothermiques utilisés jusqu'à présent ne sont plus nécessaires. Cela se traduit également par une économie significative car on supprime, d'une part, les travaux d'entretien, etc... et, d'autre part, les gaz de synthèse sont très économiques lorsqu'utilisés en grandes quantités. A l'aide de la composition modifiée du gaz dans le procédé 30 selon l'invention pour le traitement thermique dans des fours à moufle, on peut effectuer un traitement thermique sans oxydation marginale. Cela se traduit par une augmentation significative de la résistance des composants. I1 n'est plus nécessaire d'effectuer un usinage poussé dans le cas o la géométrie n'a pas répondu à des demandes particulières et si les 35 surfaces intérieures ou extérieures ne sont pas à dresser. De plus, en utilisant le procédé selon l'invention, on peut réduire la teneur en hydrogène dans l'atmosphère d'environ 50 %. En réduisant l'émission de CO/C02(suppression du gaz protecteur) on a d'autres avantages du point de vue de la protection de l'environnement. Cela signifie en même temps une reduction du risque de rendre la pièce cassante par de l'hydrogène induit et la présence d'inclusions non métalliques qui fonctionnent comme des fissures internes et rendent ainsi les pièces plus fragiles. Du fait de la réduction de la teneur en carbone dans l'atmosphère on peut diminuer les impuretés dans les installations comme par exemple les dépôts de noir de fumées et la formation de carbonate dans le bain de sel. Cela se traduit par un allongement des temps d'utilisation des bains de sel et par la réduction des travaux d'entretien ou 10 de réparations préventives. Une comparaison du traitement thermique de pièces métalliques obtenues selon le procédé avec un gaz endothermique habituel, et le procédé selon l'invention, ne laisse apparaître aucune différence de la dureté de surface et de la dureté à coeur par rapport aux valeurs de consi15 gne. Les pièces traitées selon le procédé de l'invention ne laissent apparaître aucune oxydation marginale au microscope optique, contrairement aux pièces traitées de manière habituelle. L'examen du réseau n'a montré aucune différence par rapport aux valeurs prescrites. REVENDICATIONS 1 ) Procédé de traitement thermique de pièces métalliques dans des fours à moufle sous une atmosphère gazeuse, caractérisé en ce que l'atmosphère gazeuse contient entre 70 et 80 % d'azote, 10 à 30 % d'hydrogène et 2 à 10 % de carbone porteur. 2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que 0o l'atmosphère gazeuse contient 75 % d'azote, 20 % d'hydrogène et 5 % de carbone porteur. 3 ) Procédé selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le porteur de carbone est du gaz naturel ou du propane. 4 ) Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu' on surveille le procédé par une régulation du niveau de carbone. 20 5 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on utilise des gaz de synthèse. 6 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on commande l'alimentation des gaz de l'atmosphère gazeuse par un débitmètre.