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' " Traitement thermique de la surface des pièces
EMI1.1
en métal, ferreux ".
L'invention concerne le traitement thermique de la surface des pièces en métal ferreux..
Il est de pratique courante d'augmenter la dureté de la surface des pièces en métal ferreux à l'état tenace et ductible .en faisant agir localement sur cette surface la chaleur à haute température, de façon à faire prendre à la surface de la pièce une température supérieure au point oritique et en trempant en- suite la surface chauffée, avant que la chaleur ait pénétré dans la pièce-à une profondeur suffisante pour modifier la struc- ture du noyau dans une mesure appréciable.
Un traitementther- mique de cette nature donne lieu à la formation d'une couche superficielle de structure martensitique surmontant une zone de transition dans laquelle, dans le cas des aciers au carbone ou faiblement alliés, la structure peut varier progressivement de la structure troostitique en passant par la structure sorbitique jusqu'à la structure perlitique normale du noyau.
Il est possi- ble, dans ces conditions, d'obtenir une pièce en métal ferreux possédant une surface extrêmement résistante à ltusure, combinée avec un noyau tenace et ductile. ,
On a constaté que certains métaux ferreux à ltétat marten- sitique sont trop cassants pour pouvoir être utilisés dans oer- taines conditions, surtout lorsque la surface subit une action de martelement, ainsi qu'il arrive dans les joints de rails, et que, dans ces conditions, la surface a tendance à se fendiller, ou à s'écailler et d'une manière générale, à se désintégrer.
Pour remédier à cette difficulté, il a été proposé de chauffer uniformément les pièces, telles que les rails et les bandages, à une température supérieure au point critique, de faire agir un fluide de trempe sur une surface au moins de la pièce chauf- fée, puis de recuire la surface trempée soit en réchauffant la pièce toute-entière dans un four, soit en permettant à la cha- leur résiduelle du noyau de. la pièoe de réchauffer la surface trempée. Ces procédés sont coûteux, en raison de la consommation de chaleur et du temps passé, et, en outre, la structure du noyau risque de se déformer et de subir une altération nuisible.
, Il a également été proposé de faire subir un traitement thermique progressif à la zone superficielle d'une pièce en mé- tal par un chauffage par induction et une trempe consistant à imprimer un mouvement progressif relatif entre la pièce et deux inducteurs séparés et espacés, dont ltun est en avance par rap- port à l'autre dans la direction du mouvement progressif, à
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faire passer le courant dans un inducteur pour amener progres- sivement la zone superficielle de la pièce à la température de trempe, à tremper progressivement la zone superficielle à me- sure qu'elle s'éloigne de l'inducteur et à faire passer le cou- rant dans le second inducteur'pour provoquer le réchauffage progressif de la zone superficielle.- - suivant ltinvention, on fait acquérir à une pièce en mé- tal ferreux,
à l'état tenace et ductible, une surface durcie dont la ténacité et la ductilité sont suffisantes pour résis- ter au martèlement, sans que la surface se orique ou s'écaille, en dirigeant sur elle une flamme à haute température, de façon à en élever la température au moins au point critique avant que la chaleur ait pénétré dans le noyau à une profondeur suffisan- te pour en altérer la structure, en trempant la surface chauf- fée de façon à lui faire acquérir une structure martensitique, puis en dirigeant une flamme de réchauffage'sur une partie au moins de la surface martensitique pour la réchauffer à une tem- pérature inférieure au point critique.
L'opération de réchauf- fage transforme la mertensite en une structure martensitique- troostitique, troostitique ou sorbitique; suivant la durée de l'opération de recuit et la température atteinte par la surface pendant l'opération. '
Lorsqu'on opère sur une surface de.grande étendue, les opérations successives de chauffage, de trempe ou de réchauffa- ge peuvent être exécutées en traitant à chaque instant une por- tion localisée seulement de la surface, en imprimant un mouve- ment relatif à la flamme à haute température et à la surface, de façon à élever la température de la couche superficielle ra- pidement et progressivement au moins au point critique,
en trempant progressivement la surface chauffée avant que sa tempéra- ture se soit abaissée au-dessous du point critique pour lui fai- re acquérir une structure martensitique puis en réchauffant progressivement au moins une partie de la surface martensitique, au moyen d'une flamme de réchauffage destinée à chauffer la surface trempée à une température inférieure au point critique,
Lorsqu'une portion seulement de la surface subit un mar- tèlement en service et une autre portion une usure sans martèle- ment, le réchauffage progressif n'a besoin d'être exécuté que sur la portion subissant le martèlement, tandis que l'autre por- tion reste à l'état de trempe totale.'
La flamme à haute température et la flamme de réchauffage peuvent provenir du même brûleur ou de brûleurs différents.
Dans le premier cas, le passage nécessaire du chauffage intense au chauffage moins intense peut être réalisé en faisant varier au moins un des facteurs qui déterminent l'intensité du chauffage, c'est-à-dire la composition du mélange combustible, la distance du brûleur à la surtace la durée d'application de la chaleur,
Lorsqu'on emploie un brûleur à ajutages multiples, la diminution de l'intensité de chauffage peut être obtenue en le disposant de façon à fermer certains ajutages pendant l'opération de ré- chauffage.
L'installation de traitement thermique servant à exécuter les opérations successives de chauffage, de trempe et de ré- chauffage peut comporter, lorsqu'on opère sur une surface de grande étendue, en combinaison, un bruleur principal chauffant la surface au moins au point critique, un dispositif de trempe servant à tremper la surface chauffée, et un brûleur de réchauf- fage disposés en série avec le brûleur principal et en arrière de ce brûleur dans la direction du mouvement, le brûleur de ré- chauffage étant destiné à réchauffer à une température inférieure
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au point critique la surface trempée par le dispositif de trem- pe.
Le brûleur principal et le dispositif de trempe peuvent é- tre combinés de façon à former un ensemble monobloc pouvant ê- tre refroidi par le fluide de trempe arrivant dans le disposi- tif de trempe.
Dans le cas où une portion seulement de la surface trem- pée'doit être recuite', le brûleur de réchauffage peut être dis- posé de façon à ntentrer en'action automatiquement que lorsqu' au cours du mouvement, il vient à cote de la portion à recuire; par exemple lorsqu'il stagit de faire subir un traitement ther- mique à la'surface portante d'un rail dont seule la portion voisine des extrémités subit un martèlement en service, il peut être avantageux que la partie qui se trouve entre les portions des extrémités conserve son degré de dureté maximum et que seu- les soient recuites les portions des extrémités.
A cet effet, on peut combiner avec les soupapes du brûleur de réchauffage des mécanismes de déclenchement ou de synchronisation faisant fonctionner les soupapes automatiquement, 'de façon que le grû- leur de réchauffage ne reçoive du gaz que lorsqu'il se trouve à coté de la portion à recuire. lorsque les deux brûleurs sont alimentés avec le même mé- lange combustible, le brûleur de réchauffage peut être situé à une plus grande distance de la surface,de façon à réduire 1' intensité de l'application de la chaleur.
Ou bien, les deux brû- leurs peuvent être disposés sensiblement à la morne distance de la surface si le brûleur de réchauffage comporte des orifices de plus faible section que ceux de l'autre brûleur. si on le désire, le mélange de gaz arrivant dans le brûleur de réchauf- fage peut avoir un pouvoir calorifique plus faible que celui qui alimente le brûleur principal. Par exemple, on peut alimen- ter le brûleur principal avecun mélange d'oxygène et d'acéty- lène et le brûleur de réchauffage avec un mélange de gaz de houille et d'oxygène.
Dans le cas où on n'emploi qu'un seul brûleur pour trai- ter une surface de grande étendue dans-le sens longitudinal, telle que la surface portante d'un rail, on imprime au début un mouvement relatif du brûleur et à la surface, de façon à chauffer progressivement la totalité de la surface à une tem- pérature supérieure à la température critique et à la tremper, puis on renverse le sens du mouvement, de façon à réchauffer les parties qui doivent être recuites, la réduction d'intensité nécessaire de la chaleur fournie par le brûleur à la surface, sueffextuant en même tempsque le renversement du sens du mou- vement. Lorsque la surface à traiter est circulaire, comme dans le cas dtun bandage en acier, il est éviderment inutile de ren- verser'le sens du mouvement,
une fois l'opération de, trempe terminée..
Pour effectuer le traitement d'une surface cylindrique, telle que la surface de port4e d'un vilebrequin, on peut monter la surface à une certaine distanoe par rapport à un.brûleur et la faire tourner à une vitesse telle que la totalité de la sur- face soit rapidement élevée à une température supérieure au point critique. Puis on trempe la surface pour lui faire acqué- rir la structure martensitique et on réchauffe la surface trem- pée pour .la recuire suivant l'invention, les deux opérations de chauffage étant exécutées par le même brûleur.
Dans tous les cas', le passage du chauffage intense pendant la période initiale au chauffage moins intense pendant la péri- ode de réchauffage peut être commandée à partir d'un point é- loigné, par un mécanisme approprié commandé par un soléneide,
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bu par un autre dispositif de commande automatique. De plus, le commencement, la durée et la'fin des opérations successives de chauffage, de'trempe et de réchauffage; peuvent'tre rendues à peu près complètement automatiques 'au moyen de -dispositifs de synchronisation appropriés, combinés avec les mécanismes ac- tionnant les soupapes.
Un dispositif de commando approprié du fonctionnement automatique est décrit par exemple dans le bre- vet anglais N 550 404=.
Une installation servant à mettre l'invention en pratique est représentée schématiquement et à titre d'exemple sur le des- sin ci-joint sur lequel :
La figure 1 est une élévation latérale représentant la disposition des brûleurs pour le traitement thermique d'une sur- face de grande longueur.
La figure 2 représente la manière dont les brûleurs sont disposés pour le traitement thermique d'une surface de révolu- tion. ' ...
Suivant la figure 1, la surface S de la pièce W doit su= bir un traitement thermique. La pièce peut être, comme l'indique la figure, un rail double champignon dont l'extrémité E doit être réunie, comme d'habitude, à un rail en contact avec lui.
La surface portante voisine du joint subit en service une action de martèlement et, quoiqu'il y ait avantage, pour réduire l'u- sure, à ce que la surface S soit à l'état de trempe totale avant que le rail soit mis en service, la fragilité qui accompagne cet état de trempe totale rend la partie de la surface S voisine de l'extrémité E susceptible de se désintégrer. On remédie à cette difficulté suivant l'invention en faisant agir successive- ment sur la surface S des flammes de chauffage à-haute tempéra- ture h, un courant de trempe $1. et des jets de réchauffage j.
Suivant la largeur de la surface S, une ou plusieurs flamme s h et jets 1. seront nécessaires pour que la. totalité de la surface puisse être traitée thermiquement pendant un seul mouvement.
Les flammes h et le courant de trempe .1 peuvent être fournis par un brûleur et un dispositif de trempe U combinés, les ori- fices du brûleur étant alimentés avec un gaz combustible tel qu'un mélange oxyacétylènique, par un corps de chalumeau ordi- naire B et le courant de trempe par le tuyau 2,. Le fluide de trempe peut passer d'une manière connue dans des canaux de re- froidissement du dispositif U, de façon à l'empêcher de se sur- chauffer avant de sortir par les orifices de. sortie.
Le jet de réchauffage .1 peut être fourni par un brûleur d'une forme quel- conque appropriée T, qui est monté d'une manière réglable dans un bras d'un support de serrage à deux bras C à une certaine distance du chalumeau B, monté dans l'autre bras du support.
Celui-ci est supporté par un chariot non représenté, qui permet de faire circuler l'ensemble du dispositif au-dessus de la pièce W dans la direction de la flèche A. Si cette solution est plus commode, le support -0 peut être fixé sur un support fixe et la pièce W recevoir un mouvement dans le sens opposé à la flèche A.
De préférence, le dispositif est monté de façon que le - courant de trempe soit dirigé, comme sur la figure, en arrière par rapport a la direction du mouvement, de façon à empêcher le fluide de trempe de rencontrer les flammes de chauffage h, tandis que le brûleur T est incliné en avant d'un angle 0[ par rapport à la surface, de façon que les jets de rchauffage j chassent le fluide de -trempe en avant d'eux pour l'empêcher de tremper la partie recuite de la surface. Si on désire conserver sur une portion quelconque dans le sens longitudinal de la sur- face S la structure de trempe totale, ou structure martensitique,
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il est facile de le faire en interrompant simplement l'arrivée du gaz au brûleur T.
La figure 2 Indique de quelle manière l'invention peut être appliquée au traitement'thermique d'une surface cylindrique, telle'que la surface de portée d'un arbre, ayant une longueur limitée, de façon à pouvoir faire agir sur elle les flammes du brûleur de même largeur que la longueur de la surface. Les di- verses pièces sont désignées par les mêmes lettres de référen- ce.que sur la figure 1 mais dans ce cas, il est généralement plus commode de fixer les brûleurs B et T dans leur position et de faire tourner la pièce W. Ainsi que' l'indique la figure, les brûleurs B et T sont dans-des positions diamétralement op- posées par rapport à la surface, qui tourne lentement dans le sens de la flèche A.
La portion de la pièce qui a été chauffée et trempée par le dispositif U prend l'état martensitique, puis sa structura devient moins dure et fragile, après son passage devant le brûleur T.
Lorsqu'il s'agit du traitement thermique d'une surface cylindrique telle qu'un cylindre, le mouvement de rotation peut être imprimé à la surface, tandis que le nouvenent relatif en- tre les brûleurs et la surface s'effeotue dans le sens longitu- dinal, de façon à chauffer, tremper et réchauffer uniformément les zones successives s'étendant dans le sens longitudinal.