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Perfectionnements au traitement thermique des matières ferreuses et appareillage pour ce traitement.
Il a été fait usage de nombreuses atmosphères protectrices dans les fours de traitement thermique,avec l'intention de combi- ner des frais réduits et la simplicité et la sûreté de fonctionne- ment avec une réaction neutre par rapport à la décarburation et la carburation, des températures normales de traitement thermi- que loqu'on traite des aciers de compositions variées et plus particulièrement des aciers à haute teneur de carbone, Les carac- téristiques d'oxydation doivent 'âtre maintenues au minimum compa- tible avec une absence sensible de décarburation.
La présente invention est destinée à réaliser ces conditions à un degré très substantiel. Elle est destinée plus spécialement à permettre d'effectuer le traitement thermique normal (par exem- ple la trempe) d'une grande variété d'aciers avec une absence pra-
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tique de décarburatlon et laissant un fini convenant commerciale- ment pour la plupart des destinations, propre et sensiblement exempt d'oxyde.
L'invention comprend un procédé pour empêcher la décarbura- tion dans le traitement thermique de matières ferreuses, dans le- quel les produits de combustion d'un combustible liquide carboni- que vaporisé sont introduits dans la chambre de traitement à des températures supérieures à 1000 C et passés sur la surface du pro- duit. Elle comprend en outre un appareillage disposé pour facili- ter le traitement thermique à l'aide de ce procédé ainsi que les articles ainsi traités.
Bien que des expériences aient prouvé la valeur pratique de l'invention indépendamment de considérations théoriques quelcon- ques, il peut être utile,pour la bonne compréhension de la nature de l'invention, de donner une brève indication de quelques-unes des considérations théoriques observées lors de sa conception par l'inventeur.
Il a été constaté qu'une absence virtuelle de décarburation était obtenue lorsque l'acier est traité dans des fours chauffés à l'aide d'un combustible carbonique sensiblement exempt de soufre avec une distribution d'air adéquate, On s'imagine communément que ceci est du à l'effet protecteur du film d'oxyde, mais une explication plus correcte doit être trouvée dans le fait que, dans ces conditions de combustion, le pourcentage de 00 est plus élevé que celui obtenu lorsque de bien moindres quantités d'air sont utilisées et que la température de combustion est basse.
Une vé- rification expérimentale du phénomène spécifié ci-dessus a été obtenue, par exemple, dans un four électrique alimenté avec une atmosphère produite par la combustion d'un combustible carbonique,
On considère que les chiffres donnés par l'analyse des gaz doivent être envisagés avec prudence lorsque les produits de la
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combustion contiennent à la fois du 00 et du CO2, étant donné qu'il est bien connu que l'équilibre entre ces deux gaz est ins- table. L'analyse effective de l'atmosphère est celle qui existe à la température de traitement thermique dans le four et elle peut être très différente de l'analyse trouvée par des méthodes usuel- les d'analyse de gaz, après que les gaz sont refroidis.
Il a semblé possible qu'il faut prendre en considération les faits connus quant à l'équilibre CO/CO2 et de hautes températures de génération de l'atmosphère envisagées comme étant l'un des principaux désiderata.
La présente invention procure un moyen approprié pour produi- re ces conditions favorables pour le traitement thermique en gé- néral, d'alliages ferreux dans des fours, de manière indépendante, c'est-à-dire ne dépendant pas de la méthode employée pour chauffer le four et de l'utilisation de services auxiliaires quelconques tels que gaz, air comprimé, etc..
Etant donné que des modèles bien connus de brüleurs à vapori- sation de combustible liquide donnent une flamme non-lumineuse exempte de suie à des températures approximatives de 150000 et puisque le pétrole ou d'autres combustibles liquides carboniques sont bon marché et peuvent tre facilement obtenus, des expérien- ces ont été exécutées avec de tels bruleurs.
Il a été ainsi découvert qu'une absence sensible de décarbu- ration peut être obtenue, non seulement à l'échelon de 700/900 C mais jusque 1400 C par l'emploi d'une atmosphère dans laquelle a été distribué de l'air en quantité juste suffisante pour assu- rer la combustion complète du gaz d'huile. si ces conditions ne sont pas maintenues et qu'un excès de gaz d'nuile non brûlé est présent dans le four, des traces de décarburation commencent à apparaitre.
Il est bien connu que la température la plus criti- que pour la décarburation d'acier à haute teneur de carbone est
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celle de l'échelon 680/750 C et comme à cette température le de- gré d'oxydation est comparativement lent, une flamme à température réellement élevée pouvant être légèrement oxydante, est essentiel- le pour produire un ouvrage bien trempé. Le bruleur devra tre manoeuvré pour produire une flamme bleue bunsen neutre. A cet échelon de température de 700/1400 C un léger excès d'air est pré- férable, plutot que d'avoir trop de gaz, étant donné que, bien qu'un léger accroissement dans le degré d'oxydation en résultera, l'absence de décarburation sera maintenue.
La perte par oxydation ne devra pas normalement être supérieure aux changements de volu- me (augmentation) qui sont provoqués par la trempe et ainsi le format final du spécimen ne devra pas présenter une perte quelcon- que appréciable de dimensions.
Un appareillage pour l'exécution du procédé perfectionné peut être réalisé par la modification relativement minime de la plupart des modèles de four thermique. Des dispositions typiques sont re- présentées dans les dessins annexés, dans lesquels :
Fig. 1 est une élévation latérale, partiellement sectionnée, d'un four à moufles électrique horizontal;
Fig. 2 représente le même four en élévation de face;
Fig. 3 est une élévation de face fragmentaire montrant plus grande échelle l'emploi de deux brûleurs pour un four plus grand, et
Fig. 4 est un détail montrant des moyens pour l'ajustement de la position relative du brûleur et un renfoncement en-dessous du seuil, pour régler la proportion d'air participant à la com- bustion.
Le four peut être du genre normal, chauffé de n'importe quelle fagon appropriée. Ainsi que représenté aux Figs. 1 et 2, c'est un moufle d'atelier ordinaire chauffé électriquement, la chambre de traitement 1 étant disposée sur un châssis porteur 2
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et pourvue des éléments normaux de chauffage électrique. L'équi- pement électrique et de réglage de température (également normal) est indiqué en 3. La Fig. 3 est applicable à un four horizontal plus grand. Une ou plusieurs briques de seuil 4 sont pourvues de rainures allongées 5 s'ouvrant intérieurement de la porte de four 6. Les rainures s'enflamment à l'extérieur d'un renforcement circulaire 7 en dessous duquel est disposé le bruleur à vaporisa- tion 8 de genre bien connu.
Le brûleur silencieux "Primus" avec jet de 0.012" (0.3mm) de diamètre interne et à chapeau inoxydable convient parfaitement. Il est alimenté en combustible par un ré- servoir à pression étanche 9 garni d'un chapeau de remplissage 10, d'une pompe à pression il et d'un manomètre de pression 12, Une pompe peut parfaitement servir pour un ou plusieurs brûleurs, de préférence avec des conduits de combustibles séparés (Voir Fig. 3).
La distribution d'air peut être réglée de n'importe quelle manié- re appropriée, une disposition simple et efficace consistant à disposer le brûleur sur un palier montant 13 pouvant être ajusté vers le haut et vers le bas en dessous de la brique de seuil 4, en utilisant la tubulure flexible 14a dans la conduite d'alimen- tation de combustible 14. Des soupapes à pointeau 20 peuvent être disposées dans les conduits de combustibles. Le palier 13 est ajustable par le glissement d'une ou plusieurs tiges 15 atta- chées au palier, dans une ou plusieurs rainures 16 ménagées dans une plaque de montée de brûleur 17 et en le fixant à l'aide de l'écrou de blocage 18.
La plaque 17 est, de préférence, fixée en place en dessous de la porte par des écrous à ailettes 19 de façon à rendre le brûleur facilement accessible, Pour tous les genres de fours un carneau est nécessaire pour maintenir le passage di- rect de l'atmosphère fraichement engendrée. Un carneau 21 avec un modérateur réglable 22 est représenté en conséquence, disposé
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à l'extrémité arrière de la chambre de four. Pendant le traite- ment thermique le carneau devra être installé pour donner dans la chambre de traitement une vitesse de l'espace d'atmosphère ne de- vant pas être inférieure à 50 heures 1.
Dans le cas pris à titre d'exemple, d'un four vertical (ain- si que cela apparaîtra sans autre illustration) l'entrée de gaz peut éventuellement être plus facilement disposée à la base au moyen d'un conduit d'entrée garni d'une tête conique formant le renfoncement en-dessous duquel le montage de brûleur peut être ajusté pour régler la distribution d'air. Le carneau peut être établi pour conduire du vestibule sous le couvercle de four ou por- te. Au cas où le four est installé dans une fosse, le brûleur ou les brûleurs peuvent être disposés pour introduire le gaz à proxi- mité du sommet et un carneau peut être ménagé pour conduire depuis la proximité de la base, le carneau étant d'une hauteur suffisante pour assurer le passage du gaz à travers la chambre.
Dans d'autres cas un brûleur à vaporisation du genre incliné ou horizontal peut être utilisé avec une entrée d'atmosphère di- rigée en concordance.
Le combustible devra être sensiblement exempt de soufre et peut consister en un combustible comprenant des fractions plus lé- gère d'hydrocarbones liquides, tel que par exemple le pétrole ou paraffine ou le pétrole lampant ou des huiles diesel ou combusti- bles ou éventuellement des alcools, des aldéhydes et ainsi de sui- te ou des mélanges de tels liquides. quelques exemples de traitement utilisant comme combustible la "paraffine" commerciale (pétrole lampant) telle qu'on l'obtient en Grande-Bretagne, sont donnés ci-après.
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...-., --.:t-a.I8-.m..an- ,,""';I""""q ''8I.108'-T"'''II .....-.-..r::a::ac:a.'1Ito....,....T'. 1011-
EMI7.2
<tb> Echantil- <SEP> Désignation <SEP> de <SEP> l'a- <SEP> Traitement <SEP> dans <SEP> Après <SEP> traitement <SEP> thermi-
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<tb> thermique <SEP> préalable <SEP> "d'artelier".
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(carbone <SEP> moins <SEP> de <SEP> à <SEP> 880/90000. <SEP> d'oxyde
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2. <SEP> Enveloppe <SEP> cé- <SEP> Exempt <SEP> 883. <SEP> 874.
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E <SEP> 12% <SEP> Cr. <SEP> , <SEP> 2% <SEP> C., <SEP> en <SEP> Chauffré <SEP> à <SEP> 960 C. <SEP> et <SEP> Propre <SEP> 701. <SEP> 701.
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<tb> condition <SEP> norma- <SEP> maintenu <SEP> à <SEP> cette <SEP> mais
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1 <SEP> heure, <SEP> puis <SEP> re-
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<tb> froidi <SEP> a <SEP> l'huile.
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EMI7.3
G ' ¯. Type H.S.S. 18//. 1. Préchauffé 1en- ¯".o¯,
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<tb> acier <SEP> rapide, <SEP> 18% <SEP> tement <SEP> jusque <SEP> et
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<tb> tungstène, <SEP> de <SEP> chro- <SEP> maintenu <SEP> 10 <SEP> minu-
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<tb> me, <SEP> st <SEP> vanadium). <SEP> tes <SEP> à <SEP> 900 C
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<tb> 2. <SEP> Transféré <SEP> dans <SEP> Propre <SEP> 788. <SEP> 788.
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<tb> un <SEP> four <SEP> à <SEP> haute <SEP> noir
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<tb> puis <SEP> refroidi
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R <SEP> -no <SEP> Spécification <SEP> bri- <SEP> Chauffé <SEP> à <SEP> 830 C. <SEP> Propre <SEP> 840.
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<tb> tannique <SEP> standard <SEP> et <SEP> maintenu <SEP> à <SEP> noir
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<tb> N <SEP> 5. <SEP> Ni.Cr.Mo. <SEP> cette <SEP> tempéra- <SEP> fini
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<tb> 0.5/0.6c. <SEP> acier <SEP> en <SEP> ture <SEP> pendant
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<tb> pleine <SEP> condition <SEP> 1 <SEP> heure <SEP> puis <SEP> re-
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<tb> de <SEP> recuit, <SEP> froidi <SEP> à <SEP> l'huile.
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P <SEP> 0.20/0.25% <SEP> C. <SEP> acier <SEP> Chauffé <SEP> à <SEP> 952 C. <SEP> Propre <SEP> 180.
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<tb> doux <SEP> en <SEP> condition <SEP> et <SEP> maintenu <SEP> à <SEP> exempt
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<tb> normalisée, <SEP> température <SEP> 35 <SEP> d'oxyde
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<tb> minutes <SEP> puis <SEP> re- <SEP> pas <SEP> de
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<tb> froidi <SEP> à <SEP> l'eau, <SEP> carbu-
<tb>
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<tb> ration.
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1.1 C. acier pour Chauffé à 790 C Propre 818.
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<tb> outils <SEP> en <SEP> condition <SEP> et <SEP> maintenu
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<tb> normalisée. <SEP> 1 <SEP> Heure, <SEP> refroi-
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<tb> di <SEP> à <SEP> l'eau.
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EMI8.1
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Echantil- <SEP> Désignation <SEP> de <SEP> l'a- <SEP> Traitement <SEP> dans <SEP> Après <SEP> traitement <SEP> thermi-
<tb>
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<tb> lon <SEP> N <SEP> cier <SEP> et <SEP> traitement <SEP> four <SEP> horizontal <SEP> que.
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<tb> thérmique <SEP> préalable <SEP> "d'atelier".
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<tb> le <SEP> cas <SEP> échéant. <SEP> Achève- <SEP> VPN'S <SEP> 20/2
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<tb> ment <SEP> 3
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<tb> 29 <SEP> 1.5% <SEP> Cr. <SEP> 1.0% <SEP> acier <SEP> Chauffé <SEP> à <SEP> 820 C <SEP> Fini <SEP> 848.
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<tb> pour <SEP> roulement <SEP> à <SEP> et <SEP> maintenu <SEP> à <SEP> Propre
<tb>
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<tb> billes, <SEP> température <SEP> 30 <SEP> noir
<tb>
<tb> minutes, <SEP> puis
<tb>
<tb> refroidi <SEP> à <SEP> l'huile. <SEP>
<tb>
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20 <SEP> (Acier <SEP> cémenté) <SEP> 1. <SEP> Noyau <SEP> affiné <SEP> à <SEP> Fini <SEP> 726.
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S.82 Ni.Cr.C.. 840006 20 mi- Propre 8.82 Ni.Cr.C.. nutes tempe- noir (Carbone 0 120.1% nute& à t eurp 6. noir
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<tb> nickel <SEP> 3. <SEP> 8/4.5%, <SEP> chro- <SEP> rature, <SEP> puis
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<tb> dène <SEP> facul <SEP> atif) <SEP> pré- <SEP> l'huile.
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<tb> gaz <SEP> pour <SEP> donner <SEP> une <SEP> 2.
<SEP> Enveloppe <SEP> cé- <SEP> 773.
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<tb> enveloppe <SEP> de <SEP> 0.06 <SEP> mentée <SEP> à <SEP> 780 C.
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<tb> pour <SEP> ce <SEP> - <SEP> très <SEP> lente- <SEP> 20 <SEP> minutes <SEP> à
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<tb> men <SEP> refroidi, <SEP> température,
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<tb> puis <SEP> refroidi
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<tb> à <SEP> l'huile. <SEP>
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24 <SEP> 0,5% <SEP> C. <SEP> acier <SEP> à <SEP> Chauffé <SEP> à <SEP> 840 C. <SEP> Fini
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<tb> tremper <SEP> à <SEP> l'eau, <SEP> maintenu <SEP> à <SEP> tempé- <SEP> Propre <SEP> 780. <SEP> 780.
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<tb>
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<tb> rature <SEP> 1 <SEP> heure
<tb>
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<tb> puisrefroidi
<tb>
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<tb> l'eau.
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EMI8.4
28 Aeier 2#o Ni.Mqq . C.H. 1. Noyau affiné Fini 802.
+cémenté (carbone 0 120.200, Noyau affiné Propre "'''--'''8'ë2:'-r .,nr +cémenté nickel 1.5 2, o, minutes à tem- noir nickel 1.5 2. 4, minutes à puis noir molybdène 6.2/6.3?") pérature, puis
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<tb> carburé <SEP> au <SEP> gaz <SEP> à <SEP> une <SEP> refroidi <SEP> à
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<tb> profondeur <SEP> de <SEP> 0.0 <SEP> 4 <SEP> l'huile.
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<tb> pouce <SEP> - <SEP> lentement
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<tb> mentée <SEP> à <SEP> 780 C
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<tb>
<tb>
<tb> température,
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<tb>
<tb>
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<tb> puis <SEP> refroidi
<tb>
EMI8.6
à l'huile.
'26 - Acier ressort Si.Mn. chauffé 800Cr'..-.. ;rpre ""'''''802. ¯.......""- 26 Acier à ressort SI.MN. Chauffé à 84000 Propre 802.
EMI8.7
<tb>
Maintenu <SEP> à <SEP> tem-
<tb>
<tb>
<tb> pérature <SEP> pendant
<tb>
<tb>
<tb> 30 <SEP> minutes, <SEP> puis
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<tb>
<tb> refroidi <SEP> à <SEP> l'eau.
<tb>
EMI8.8
- r-IIUIG:f:\ClWrv: r11i1'1P !lP'1..-" -; ""'IZ';I--"V"' .Ir \""'.- (1) à la surface immediane, (2) VPN'S 20/2/3 signifie : "Vvicker Pyramid Numbers" utilisant une charge de 20 kilo- grammes pour une longueur focale de deux tiers de pouce,