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Bain métallique pour la trempe en surface de pièces en acier.
Il est connu, d'opérer la trempe de la surface des pièces en déterminant une modification, par diffusion, de la composition chimique de la surface, comme dans le cas de la cémentation et de la nitruration. Cependant, ces procédés accusent l'inconvénient qu'ils s'avèrent compliqués et qu'ils requièrent un temps considérable. D'autre part, on connaît également une trempe en surface sans modification de la composition, où un acier prenant la trempe est porté localement, par un chauffage superficiel, soit à l'oxycoupeur, soit par induction à haute fréquence, à la température de trempe pour être refroidi ensuite.
On préfère ces derniers procédés d'abord parce que le processus de la trempe s'accomplit en peu de temps et ensuite parce qu'ils offrent la possibilité de soumettre à la trempe des pièces raffinées où, seule, la surface prend la trempe, tandis que le noyau conserve sa tenacité et sa résis-
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tance. Ces procédés n'en présentent pas moins l'inconvénient qu'ils entraînent des frais élevés du fait que les diverses pièces à tremper exigent, chacune, des outils différents (oxycoupeurs, organes de chauffage électrique, tuyères de saisissement).
Par opposition à ce qui précède, le procédé suivant la présente demande de brevet consiste à plonger les pièces à tremper pendant quelques instants dans un bain métallique dont la température est essentiellement supérieure à la température de trempe de l'acier. Grâce à cette courte immersion, la surface de la pièce acquiert la température de trempe voulue, de sorte qu'après saisissement dans de l'eau, de l'huile ou de l'air, on obtient la dureté désirée.
Ainsi, il a déjà été proposé d'effectuer la trempe de la surface en portant, dans un bain de plomb très chaud, les couches extérieures des pièces à tremper à la température de trempe, et ce si rapidement qu'au saisissement consécutif, seule la surface prendra la trempe, tandis que le noyau de la pièce qui n'est pas porté à la température de trempe, ne subit aucune modification.
L'application pratique de ce procédé se heurte cependant à la particularité des bains de plomb de se volatiliser fortement aux températures élevées en question, et de se scorifier très rapidement par oxydation. En utilisant des bains de plomb, il fallait donc veiller, afin d'empêcher une trop rapide destruction du bain de trempe, à ce que la température du bain de plomb fût aussi basse que possible, de préférence seulement un peu plus élevée que la température de trempe de l'acier.
Or, il en résultait l'inconvénient supplémentaire que la transmission de la chaleur, du bain à la pièce à tremper, était, par unité de temps, si faible que, par suite de la propagation thermique jusqu'au noyau de la pièce, les zones intérieures atteignaient à peu près la même température de trempe, de sorte qu'il se produisait des modifications de résistance également dans les parties centrales où la trempe n'est pas désirée. Ces inconvénients entravaient l'application pratique
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des bains de plomb comme bains chauffants dans la trempe des surfaces.
Or, il a été constaté que, à la place des bains de plomb inutilisables, on peut employer avantageusement, pour la trempe des surfaces de pièces en acier, les bains des métaux dont le point de fusion est supérieur à la température de trempe habituelle de l'acier. S'avèrent particulièrement avantageux les bains des métaux dont le point de fusion dépasse d'au moins 50 la température de trempe à atteindre. On a trouvé que de très bons résultats s'obtiennent dans les bains chauffants de bronze ou de fonte dont le point de fusion est si élevé qu'en portant ces bains à une température sensiblement supérieure à la température de trempe usuelle pour l'acier, on n'a encore à craindre ni oxydation ni scorification sensibles des bains, du fait que ceux-ci, comparativement à leur point de fusion, ne doivent être surchauffés qu'assez faiblement.
Grâce à l'utilisation de ces bains de chauffe, conformément à l'invention, pour la trempe des surfaces, on réalise encore l'avantage,que la transmission thermique, dans les parties superficielles des pièces, s'effectue si rapidement que la couche de surface, suivant la vitesse d'immersion et l'épaisseur de la pièce à traiter, passe en peu de temps à la température de trempe, tandis que les zones du noyau de la pièce n'en subissent aucune influence, puisque la transmission de la chaleur s'opère dans des conditions analogues à celles de la trempe de surface compliquée et coûteuse au moyen d'oxycoupeurs ou d'induction à haute fréquence.
Des essais avec des bains de bronze, en tant que bains de chauffe, conformément à la présente invention, ont démontré que, dans le cas d'une pièce de 50 mm. de diamètre, une immersion de 20 à 25 secondes suffit pour obtenir, à une température de bain de 1050 C., une profondeur de trempe de 4 à 8 mm., tandis que les zones du noyau ne subissent aucune modification. Les pièces à plus grand diamètre requièrent, évidemment, suivant la température de
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bain, une immersion plus longue qui ne constitue cependant qu'une fraction du temps d'immersion nécessaire jusqu'à présent dans les bains de plomb.
Ainsi par exemple, dans le cas d'un arbre d'un diamètre de 115 mm. à la partie correspondant au palier, il suffit de le plonger pendant 75 secondes dans un bain de fonte pour obtenir, après le saisissement consécutif, une zone de trempe d'une profondeur de 4 mm., sans que le noyau en soit affecté et sans que les zones extérieures accusent des signes de surchauffe. Dans un tel arbre à surface traitée comme il vient d'être dit et dont la teneur en C n'était que de 0,35 %, il a été constaté que la surface accusait une dureté de 500 unité Brinell décroissant progressivement vers le noyau.
Egalement des aciers avec une teneur en C de 0,65 % ont pu, après la chauffe superficielle dans des bains de bronze ou de fonte, suivant l'invention, être trempés parfaitement dans de l'eau, sans qu'il y ait eu aucune altération de surface qui eût pu déterminer un détachement de la zone trempée.
Les bains de chauffe suivant l'invention ont aussi donné de très bons résultats dans la trempe des surfaces d'alliages d'acier qui, après la chauffe, ont été refroidis dans de l'huile ou à l'air. L'épaisseur de la zone trempée pourra, à température de bain égale, être modifiée dans de larges proportions sans qu'il s'y présente extérieurement aucun accroissement du grain - l'expé- rience l'a démontré - vu que le temps ne suffit pas pour la formation d'un nouveau grain. Dans des cas spéciaux, il est également possible de modifier la température du bain suivant l'épaisseur désirée de la couche trempée, de sorte qu'on pare à toute influence néfaste de la forte température du bain, même dans le cas des aciers les plus délicats.
Afin de protéger contre la surchauffe les parties saillantes ou de faibles diamètres d'une pièce déterminée, il peut être utile de couvrir ces endroits au moyen de capuchons ou bagues en fer doux ou à l'aide de toute autre pièce de protection empêchant une trop brusque transmission de la chaleur.
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Le nouveau procédé présente précisément l'avantage qu'il peut être appliqué partout, pour tous les aciers courants utilisés dans la construction de véhicules, comme par exemple pour les essieux de 55 - 63 kg/mm2, les tourillons, les contre-manivelles de 60-70 kg/mm2, etc., sans qu'il soit besoin de modifier les qualités existantes ou les conditions de réception. Même dans les cas où, jusqu' à présent on prévoyait la cémentation, on utilisera de simples aciers de construction et les trempera d'après le nouveau procédé qui assurera une bien meilleure résistance du noyau et diminuera le danger de gauchissement du fait que, seules, les extrémités entrant dans les paliers, sont chauffées par la surface ; enfin ce nouveau procédé s'avère très économique.
L'utilisation de bains de bronze ou de fonte, comme bains de chauffe, est particulièrement avantageuse dans la trempe de surface des endroits d'appui d'essieux et de tourillons, mais on peut les employer également pour la trempe des surfaces de pièces de n'importe quel diamètre.
REVENDICATIONS.
1. Utilisation de bains métalliques dont le point de fusion est supérieur à la température de trempe usuelle de l'acier, et ce en tant que bains de chauffe pour la trempe de surface de pièces, les dites pièces étant plongées pendant quelques instants dans le bain métallique et, dès que les couches extérieures ont atteint la température de trempe, les pièces sont refroidies, tandis que le noyau n'en subit aucune influence.