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Il arrive fréquement que des parties de machines ou des objets métalliques doivent posséder partiellement, à leur surface, une dureté accrue, tandis que le reste du Métal doit conserver sa ténacité élevée. Ce cas se présente avant tout pour les parties de machines qui sont exposées à l'usure, telles que, par exemple, des roues dentées, outils,, coussinets à billes, paliers à rouleaux, mandrins, arbres, parois de cylindres, revêtements de chambres de meules de broyeurs, ainsi que de presses, plaques de blindage, projectiles de pénétration, etc..
Dans d'autres cas, spécialement dans l'industrie chimique pour les synthèses et vapeurs surchauf- fées, on a besoin de parties de machines et de parties métalliques qui, tout en conservant la ténacité et la résistance du métal en
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lequel elles sont établies, possèdent néanmoins une dureté plus grande ou une résistance accrue à la corrosion par les acides ou autres liquides. Dans ces cas, on devait recouvrir ces parties métalliques par des placages ou par des revêtements galvaniques ou d'autres moyens de protection.
De nombreuses expériences ont maintenant permis de constater que, contrairement à ce qui est le cas pour de nombreux procédés actuellement en usage, il est possible de donner aux surfaces de ces objets ou parties de machines, à des profondeurs différentes, une duroté accrue qui est beaucoup plus forte que la dureté du noyau métallique et qui possède, en conséquence, une résistance mécanique plus élevée et une meilleure résistance à l'action des acides et à l'oxydation, sans pour cela modifier la liaison par- faite avec les couches inférieures du corps métallique.
Alors qu'avec les procédés usuels de trempe par cémentation ou nitrura- tion, il est, par exemple, possible d'atteindre des duretés à la surface allant jusqu'à 1000 Brinell, ces couches superficielles trempées restent toujours très minces et cassantes et s'écaillent facilement. Four obtenir des trempes plus profondes, il est in- dispensable de soumettre la pièce à tremper à un chauffage prolongé en conséquence et à des températures élevées, ce qui entraîne souvent une modification de la structure ou de la forme, sans cependant produire des duretés sensiblement plus fortes.
On est maintenant parvenu à obtenir en peu de temps et sans modifier la structure ou la ténacité des couches inférieures, ces duretés plus fortes et ces résistances mécaniques plus élevées ou meilleures résistances à l'action des acides et à l'oxydation.
La présente invention concerne un procédé dans lequel on appliqua, sur la surface devant être traitée, un mélange qui, sous le seul effet de son chauffage sur cette surface, produit une diffusion accélérée de ce mélange dans la surface se trouvant sous celui-ci. Cette diffusion dans la surface s'effectue alors
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que le mélange se trouve à l'état solide ou partiellement liquide, grâce à quoi on réalise en peu de minutes la formation d'une couche ayant une dureté extraordinaire ou une résistance parti- culière à la corrosion et l'oxydation, ainsi qu'une résistance mécanique élevée.
On dépose, par exemple,. de la fonte d'acier pulvérisée sur une pièce en fer, en chauffant localement à 12000 environ pendant quelques minutes, ce qui a pour effet de produire une diffusion locale de l'acier dans la surface de fer qui se trouve en-dessous, et donc la formation d'une couche possédant une résistance particulière. Dans différents essais, on a ainsi obtenu des couches trempées de 0,2 à 5 mm., qui étaient parfai- tement liées à la masse se trouvant en-dessous et possédaient une teneur en carbone de 1 à 2,3 %, en silicium entre 0,6 et 15%, en manganèse entre 0,5 et 15 % , en chroma entre 1 et 8% , etc.., et présentaient les propriétés particulières de ces substances.
Dans d'autres essais, il a été fait usage, à cet effet, de mélanges à base d'alliages de Fe, Cu, Ni, Co Al, Mg MN, ayant des teneurs allant jusqu'à 75/80% de Cr, 80 % de Mn 80% de Ni, 75% de Si, 75% de Mo 70% de Co, 85% de W 70% de Va, en plus des teneurs usuelles en carbone et des autres éléments également usuels de ces alliages, aussi bien séparément qu'ensemble.
Le chauffage localisé peut être produit par des courants à haute fréquence, lequel chauffage est d'autant plus fort que la fréquence utilisée est élevée, et agit seulement sur la surface.
De ce fait, il est possible de produire une couche plus ou moins chauffée et une couche plus ou moins forte, en graduant en consé- quence la fréquence et la durée d'action de ces courants.
Au cours d'essais particuliers d'une durée de 2 minutes, il a été possible d'obtenir une dureté à la surface de 1000 Brinell, tandis que la dureté des couches situées en-dessous diminuait régulièrement vers le noyau de la pièce, sans s'écarter aucunement
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de la continuité. Ainsi, par exemple, une plaque de 20 mm d'épaisseur, ayant une surface trempée de 0,6 mm de profondeur, possédait une progression régulière de la dureté, tel qu'il ressort du diagramme annexée Par un dosage approprié du mélange, on peut atteindre des valeurs assez élevées de la dureté.
Il a également été fait des expériences spéciales avec du béryllium (glucinium) et quelques métaux ou métalloïdes des deuxième et troisième horizontales du système périodique, en al- liage avec d'autres métaux ou métalloïdes, et il a été obtenu, à la surface de la pièce devant être traitée, une couche très dure et résistante, qui résistait également à l'oxydation et à l'action des acides. Au cours de divers essais, on a atteint des duretés dépassant 1600 Brinell après traitement. Dans ces cas, on peut même utiliser, par exemple, du béryllium pur, sous forme d'oxyde, corme silicate ou comme halogène, ainsi que des composés contenant 30 à 99% de béryllium, soit séparément, soit en mélange.
L'épaisseur de la couche superficielle trempée dépend de la durée du traitement et du genre de courant ou de la source de chaleur qu'on utilise, et varie endéans de larges limites, sans toutefois dépasser une durée de quelques minutes.
Les objets ainsi traités doivent, selon le cas, être ensuite trempés dans l'eau ou à l'huile, ou être traités par vent chaud à 800 à 1200 et recuits à 200 à 650 Avec le mélange suivant :
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<tb> alliage <SEP> Fe-Be <SEP> contenant <SEP> 30% <SEP> Be <SEP> 10-30%
<tb>
<tb>
<tb> " <SEP> Ni-Be <SEP> " <SEP> 22% <SEP> Be <SEP> 5-15%
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> silicate <SEP> de <SEP> potassium <SEP> 2-10%
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> silicate <SEP> de <SEP> sodium <SEP> 5-10%
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> charbon <SEP> de <SEP> bois <SEP> en <SEP> poudre <SEP> 5-15%
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> oxyde <SEP> de <SEP> béryllium <SEP> 1-20%
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> fonte <SEP> au <SEP> magnésium <SEP> 10-30%
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> eau <SEP> selon <SEP> le <SEP> besoin <SEP> , <SEP>
<tb>
on a obtenu,
pour une durée de 30 secondes à 2 minutes, des
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coucnes de 0,2 à 3 mm d'épaisseur sur une plaque en acier au
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chror#-lnangp.nèse. yn modifiant la fréquence du courant, on est parvenu à obtenir, dans le même temps, une couche de 0,1 à 6 mm La composition de la surface trempée de cette manière variait endéans les limites ci-après :
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<tb> béryllium <SEP> 2,5-8%
<tb>
<tb> C <SEP> 0,6-1,3%
<tb>
<tb> MN <SEP> 0,5-3%
<tb>
Après trempe par chauffage à 800-1000 et recuit à 300/5000, la surface possédait une dureté entre 1000 et 1600 Brinell. La matière située sous la couche trempée possède des caractéristiques absolument normales et se comporte normalement à tous points de vue, sans présenter aucune trace du traitement qui a été appliqué.
Il est, par conséquent, possible de produire des pièces à trempe superficielle de profondeur différente, qui possèdent une surface fortement durcie et qui ne subissent, du reste, aucune modification au point de vue de la ténacité dans le restant de la pièce.
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It often happens that parts of machines or metallic objects must have partially, on their surface, an increased hardness, while the rest of the metal must maintain its high toughness. This case arises above all for parts of machines which are exposed to wear, such as, for example, toothed wheels, tools, ball bearings, roller bearings, mandrels, shafts, cylinder walls, coatings of grinding wheel chambers, as well as presses, armor plates, penetrating projectiles, etc.
In other cases, especially in the chemical industry for syntheses and superheated vapors, there is a need for machine parts and metal parts which, while retaining the toughness and strength of the metal in
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which they are established, nevertheless have a greater hardness or an increased resistance to corrosion by acids or other liquids. In these cases, these metal parts had to be covered with plating or galvanic coatings or other means of protection.
Numerous experiments have now made it possible to observe that, contrary to what is the case for many methods currently in use, it is possible to give the surfaces of these objects or parts of machines, at different depths, an increased hardness which is much stronger than the hardness of the metal core and which has, consequently, a higher mechanical resistance and a better resistance to the action of acids and to oxidation, without modifying the perfect bond with the lower layers of the metal body.
While with the usual carburizing or nitriding quenching processes it is, for example, possible to achieve surface hardnesses of up to 1000 Brinell, these hardened surface layers always remain very thin and brittle and s 'scale easily. In order to obtain deeper quenchings, it is essential to subject the part to be quenched to a corresponding prolonged heating and to high temperatures, which often leads to a change in structure or shape, without, however, producing noticeably hardness. stronger.
We have now succeeded in obtaining in a short time and without modifying the structure or the tenacity of the lower layers, these higher hardnesses and these higher mechanical strengths or better resistance to the action of acids and to oxidation.
The present invention relates to a method in which a mixture is applied to the surface to be treated, which, by the sole effect of its heating on this surface, produces an accelerated diffusion of this mixture in the surface below it. This diffusion in the surface then takes place
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whether the mixture is in a solid or partially liquid state, whereby in a few minutes the formation of a layer having an extraordinary hardness or a particular resistance to corrosion and oxidation, as well as high mechanical resistance.
We deposit, for example ,. cast iron sprayed onto an iron part, heating locally to around 12,000 for a few minutes, which has the effect of producing a local diffusion of the steel into the iron surface below, and therefore the formation of a layer having a particular resistance. In various tests, quenched layers of 0.2 to 5 mm. Were thus obtained, which were perfectly bonded to the mass below and had a carbon content of 1 to 2.3%, silicon. between 0.6 and 15%, manganese between 0.5 and 15%, chroma between 1 and 8%, etc., and exhibited the particular properties of these substances.
In other tests, use was made for this purpose of mixtures based on alloys of Fe, Cu, Ni, Co Al, Mg MN, having contents of up to 75/80% Cr, 80% of Mn 80% of Ni, 75% of Si, 75% of Mo 70% of Co, 85% of W 70% of Va, in addition to the usual contents of carbon and other elements also usual of these alloys, also well separately than together.
Localized heating can be produced by high frequency currents, which heating is stronger the higher the frequency used, and acts only on the surface.
As a result, it is possible to produce a more or less heated layer and a more or less strong layer, by consequently graduating the frequency and the duration of action of these currents.
During specific tests lasting 2 minutes, it was possible to obtain a surface hardness of 1000 Brinell, while the hardness of the layers located below decreased steadily towards the core of the part, without in no way deviate
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of continuity. Thus, for example, a plate 20 mm thick, having a quenched surface 0.6 mm deep, had a regular progression of hardness, as can be seen from the attached diagram. By a suitable dosage of the mixture, one can reach quite high values of hardness.
Special experiments were also made with beryllium (glucinium) and some metals or metalloids of the second and third horizontals of the periodic system, in alloy with other metals or metalloids, and it was obtained, on the surface of the part to be treated, a very hard and resistant layer, which also resisted oxidation and the action of acids. In various tests, hardnesses exceeding 1600 Brinell after treatment have been achieved. In these cases, it is even possible to use, for example, pure beryllium, in the form of an oxide, as a silicate or as a halogen, as well as compounds containing 30 to 99% of beryllium, either separately or as a mixture.
The thickness of the quenched surface layer depends on the duration of the treatment and the kind of current or heat source used, and varies within wide limits, without however exceeding a period of a few minutes.
The objects thus treated must, as the case may be, then be soaked in water or in oil, or be treated by hot blast at 800 to 1200 and annealed at 200 to 650 With the following mixture:
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<tb> <SEP> Fe-Be <SEP> alloy containing <SEP> 30% <SEP> Be <SEP> 10-30%
<tb>
<tb>
<tb> "<SEP> Ni-Be <SEP>" <SEP> 22% <SEP> Be <SEP> 5-15%
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> <SEP> potassium <SEP> silicate <SEP> 2-10%
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> <SEP> sodium <SEP> silicate <SEP> 5-10%
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> charcoal <SEP> of <SEP> wood <SEP> in <SEP> powder <SEP> 5-15%
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> beryllium <SEP> <SEP> <SEP> 1-20% oxide
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> cast iron <SEP> with <SEP> magnesium <SEP> 10-30%
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> water <SEP> according to <SEP> the <SEP> need <SEP>, <SEP>
<tb>
we got,
for a period of 30 seconds to 2 minutes,
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layers 0.2 to 3 mm thick on a steel plate
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chror # -lnangp.nèse. By modifying the frequency of the current, we managed to obtain, at the same time, a layer of 0.1 to 6 mm.The composition of the surface soaked in this way varied within the following limits:
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<tb> beryllium <SEP> 2.5-8%
<tb>
<tb> C <SEP> 0.6-1.3%
<tb>
<tb> MN <SEP> 0.5-3%
<tb>
After quenching by heating at 800-1000 and annealing at 300/5000, the surface had a hardness between 1000 and 1600 Brinell. The material below the quenched layer has absolutely normal characteristics and behaves normally from all points of view, without showing any trace of the treatment which has been applied.
It is, therefore, possible to produce surface hardened parts of different depth, which have a strongly hardened surface and which, moreover, do not undergo any change in toughness in the rest of the part.
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