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'BAIN DE -TREMPE.
Lors du traitement thermique de l'acier dans des bains'liquides salins,on remarque souvant que les bains, particulièrement dans le cas d'assez longues périodes d'opération, exercent sur les pièces traitées un effet décarburant augmentant avec le temps, Il résulte dé ce phénomène que les pièces refroidies convenablement, par exemple par saisissement, depuis la température de trempe nécessaire, n'atteignent pas la valeur de trempe normale, mais accusent une surface tendre, qui nuit à l'effet de trempe.
Ces phénomènes se révèlent patticulièrement graves dans le cas de bains sa- lins qui sont employés à d'assez fortes températures, particulièrement à des températures de plus de 1000 C, telles que celles auxquelles on a recours dans de nombreux cas pour le traitement de l'acier rapide.
En vue d'éviter l'effet décarburant, on a essayé d'ajouter aux bains des matières qui contrarient la décarburation par une recarburation, ou bien qui évitent celle-ci d'une fagon quelconque. Dans ce but, on emploie par exemple, particulièrement à des températures de trempe plus faibles al- lant jusqu'à 950 C, des cyanures alcalins ou alcalino-terreux, tandis que. pour des bains à températures plus élevées, on se sert de borax ou d'oxy-a- cides,tels que ceux de titane ou de silicium. Jusqu'à des températures d'en- viron 950 C, l'utilisation de cyanures en tant qu'additions aux bains de trem- pe empêche dans une large mesure la décarburation de se produire.
Par contre, les agents dont question ci-avant ne se sont pas révélés satisfaisants à tous points de vue pour éliminer l'effet décarburant à des températures plus éle- vées. On a remarqué que de faibles additions de ces matières ne sont pas en mesure d'empêcher la décarburation de façon efficace, tandis que l'addition de fortes quantités de ces mêmes matières est à l'origine de sérieux phéno- mènes de corrosion. Toutefois,ces matières mènent presque toujours à la formation d'une couche tenace de scorie qui entrave la marche du four et par- ticulièrement le mesurage de température du bain salin à l'aide de pyromètres optiques.
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A présent, on a trouvé que l'on peut empêcher la décarburation avec certitude, même dans des bains de trempe travaillant à des températures plus élevées, par exemple de 1000 à 1300 C, et ce en ajoutant au bain salin des halogénures difficilement volatils de métaux dont les oxydes bivalents peuvent former des spinelles avec l'oxyde de fer. Il ne se produit plus aucun effet préjudiciable, tel que la formation d'une scorie, source d'ennuis.
Conformément au procédé, on obtient des résultats particulièrement bons avec les fluorures des métaux bivalents convenant sous forme d'oxyde à la forma- tion de spinelles; toutefois, on peut également employer de la même façon d'autres halogénures difficilement volatils, par exemple des oxychlorures.
Parmi les halogénures des métaux en question, l'utilisation du fluorure de magnésium s'est révélée particulièrement efficace. D'autres fluo- rures, par exemple le fluorure de zinc, peuvent également être utilisés avan- tageusement pour l'application du procédé conforme à l'invention, il faut toutefois veiller à ce que les halogénures des métaux bivalents convenant à la formation de spinelles ne se décomposent trop rapidement à la tempéra- 'ture du bain salin et à ce qu'ils ne soient pas trop volatils à ces tempéra- tures.
D'après les essais effectués par le déposant, il est évident que la cause de la décarburation dans des bains au chlorure de baryum réside par- ticulièrement dans la formation d'oxyde de fer qui provient du creuset ou des électrodes, et qui est encore soutenue par l'oxyde de baryum provenant du chlorure de baryum sous l'action de l'humidité et de l'eau de cristalli- sation lors de la fusion.
Comme les essais l'ont montré dans lacsuite, l'ef- fet' excellent.des.matières à utiliser conformément à l'invention, particuliè- rement l'effet du fluorure de magnésium, pour empêcher la décarburation, peut être attribué au fait qu'il est évident que tout d'abord, à partir d'oxyde de baryum à effet décarburant formé au cours de l'opération dans le bain salin, il se forme avec le fluorure de magnésium, dû fluorure de baryum, accompagné de l'élimination de l'oxyde de baryum nuisible. L'oxyde de mangésium formé par cette réaction n'exerce pas un effet décarburant et forme une spinelle qui se dépose sur le fond du réservoir sans faire tort.
La combinaison de cet oxyde de fer revêt une importance particulière, car il agit évidemment comme "transporteur" d'oxygène, c'est-à-dire que l'oxygène se dépose sur la surface des pièces à traiter, l'oxyde ferrique se transformant de ce fait en oxyde ferreux, ensuite celui-ci retourne à la surface du bain où il prend à nouveau de l'oxygène par oxydation en oxyde ferrique, et l'oxygène est à nouveau transféré sur la pièce à traiter. Cet oxygène exerce sur la pièce à traiter un effet différent suivant la nature du bain, et notamment dans un bain acide il élimine les phénomènes de corrosion, et dans un bain basique il réagit avec le carbone dans le sens d'une décarburation.
Il a été démontré que ni l'addition du fluorure alcalin, par exemple le fluorure de sodium, ni l'oxyde de magnésium, n'exerce les mêmes effets que l'emploi, conformément à l'invention, d'halogénures des métaux bivalents capables de former des spinelles.
L'exemple suivant explique le progrès technique réalisé par l'ap- plication du procédé pour empêcher la décarburation :
On a plongé pendant 5 minutes une tôle de 0,05 m/m d'épaisseur en acier à 1,8 % de C dans un bain ordinaire se composant de chlorure de ba- ryum contenant 1 % d'un silicate de baryum acide pour empêcher la décarbura- tion. Après 5 minutes, la teneur en C de la tôle étai% descendue à 0,7 %.
Une telle décaburation ne peut plus être considérée comme supportable pour tous les cas, mais il faut toujours compter, d'après les expérienoes faites, qu'elle intervient dans l'épaisseur indiquée. A titre de comparaison, on a plongé une tôle identique pendant 5 minutes dans un bain se composant de chlorure de baryum avec addition, conformément à l'invention, de 4 % de fluo- rure de magnésium. Après 5 minutes, la teneur en carbone de la tôle était toujours de 1,3 %. On avait totalement empêché la décarburation de se pro- duire.
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Si on utilise de la même façon une addition de fluorure de sodium, ''.' la teneur en carbone de la tôle d'essai tombe,après 5 minutes déjà; de 1,3 à 0,8 %, dans un bain,de chlorure de baryum contenant 5,6 % de fluorure de sodium.
Aux termes de l'invention, l'effet des halogénures des métaux bivalents capables de former des spinelles, particulièrement du fluorure de magnésium, se produit sous une forme particulièrement convaincante, quand le bain de réchauffage est utilisé longtemps à des températures assez élevées.
Le tableau ci-après montre l'effet de décarburation des bains de chlorure de baryum, pendant une opération continue, lorsque l'on utilise différentes additions connues, par rapport à. un bain avec teneur de 4 % en fluorure de magnésium. On a déterminé la décarburation sur de minces feuilles d'acier d'environ 0,05 m/m d'épaisseur, qui accusaient une teneur en carbone de 1,3%, et qui furent traitées dans les bains en question pendant des'durées diffé- rentes.
La détermination de la décarburation ou de la carburation à l'aide de minces feuilles d'acier permet de comprendre simplement et rapide- ment la façon de travailler du bain, car la décarburation ou la carburation de tôles de l'espèce donne rapidement une valeur finale qui peut être chif- . frée, par une simple combustion selon les méthodes habituelles de détermina- tion de la teneur en carbone. Ces déterminations ont été réalisées pour un bain pur de chlorure de baryum, pour un bain à 94,4 % de chlorure de baryum et 5,6 % de fluorure de sodium et pour un bain à 96% de chlorure de baryum et 4 % d'oxyde de magnésium, et elles ont été comparées aux valeurs de décar- buration d'un bain àu chlorure de baryum avec addition de 4 % de fluorure de magnésium conformément à l'invention.
Le tableau suivant reprend les te- neurs en carbone trouvées sur les tôles d'essai pour différentes durées d'o- pération du bain.
Durée en heures du bain :
EMI3.1
<tb> 8 <SEP> 16 <SEP> 24 <SEP> 32 <SEP> 40 <SEP> 48 <SEP> 56 <SEP> 64 <SEP> 72
<tb>
<tb> Composition <SEP> du <SEP> bain
<tb> Teneur <SEP> en <SEP> C <SEP> des <SEP> tôles <SEP> d'essai, <SEP> en <SEP> % <SEP>
<tb>
EMI3.2
BaC12 0,85 0,84 0,87 0,57 0,87 0,74 0,49 0,67 0,23
EMI3.3
<tb> BaC12 <SEP> +
<tb>
<tb> 4% <SEP> MgF2 <SEP> 1,20 <SEP> 1,32 <SEP> 1,33 <SEP> 1,29 <SEP> 1,21 <SEP> 1,22 <SEP> 1,20 <SEP> 1,23 <SEP> 1,21
<tb>
<tb> BaC12 <SEP> +
<tb>
EMI3.4
5,6%NaF 1,00 1,10 o, 92 0,87 0,47 0,36 0, 39 0,14 o, l5 BaC12 + 4% M90 1,10 1,10 0,80 0,92 0,75 -- 0,70 0,72 0,65
Ces valeurs révèlent la supériorité du bain avec addition de flu- orure de magnésium conformément à l'invention, qui après une durée d'opéra- tion de 72 heures n'a accusé pratiquement aucun effet décarburant,
alors que dans les autres bains préparés à titre de comparaison, après ce même laps de temps, la teneur en carbone de l'acier avait en partie diminué de plus de 80%. Comme il est d'usage en pratique, on a, au cours de l'essai, rem- placé toutes les 8 heures environ 1/10 du contenu du ,bain par un mélange frais de même composition.
@
Dans le procédé conforme à l'invention, il ne se forme, contrai- rement à ce qui se produit quand on utilise de l'acide borique, des silica- tes acides et des matières identiques, aucune combinaison visqueuse ou dif- ficilement fusible, car le spinelle précipité se dépose sans effet préjudi- ciable au fond du récipient. Par conséquent, le bain reste uniformément flui- de et il ne se forme pas de couche de scorie à sa surface, qui pourrait entraver le travail avec le bain, particulièrement lors du mesurage de la tempér ature.
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La teneur des bains en halogénures métalliques peut varier forte- ment entre 1 et 50% rapporté au poids du bain salin. En général toutefois, des quantités de 10% suffisent déà à supprimer avec certitude un effet dé- carburant.
Le procédé conforme à l'invention n'est pas seulement limité dans son application aux bains salins qui sont utilisés à de fortes températures, par exemple à 1200 jusqu'à 1300 C; on peut également l'appliquer, avec les- mêmes résultats, à des températures de trempe plus faibles, en dessous de 1000 C. On a obtenu de très bons résultats avec un bain se composant de 50 parties de chlorure de baryum, de 40 parties de chlorure de potassium et de 10 parties de fluorure de magnésium.
L'emploi des bains composés d'après le procédé conforme à l'in- vention présente en pratique un autre avantage important : grâce à la trans- formation de toutes les matières à effet décarburant en combinaisons inoffen- sives, l'attaque de ces matières sur les électrodes plongeant dans le bain salin, lors du chauffage des fours à l'électricité, est considérablement di- minué, et par conséquent la longévité des électrodes peut être très fortement accrue.
On a par exemple remarqué que dans un four de trempe pour acier ra- pide, marchant à environ 1200 C, les électrodes qui n'accusaient qu'une lon- gévité de 300 heures dans des bains salins habituels, n'étaient pratiquement pas encore attaquées après une .durée de plus de 1300 heures lorsque l'on se servait d'un bain préparé d'après le procédé conforme à l'invention, ce qui représente une augmentation de la longévité d'au moins 400%. De ce fait, la sécurité de marche de ces fours à acier rapide et la rentabilité de. l'o- pération sont fortement augmentées, compte non tenu de ce que, contrairement aux procédés actuels de trempe des aciers rapides, une décarburation préju- diciable des pièces traitées et la formation d'une surface tendre sont exclues avec certitude.
REVENDICATIONS.
1 - Procédé en vue d'empêcher la décarburation lors du traitement thermique de l'acier dans des bains salins, caractérisé par le fait que l'on utilise des .bains salins contenant des halogénures difficilement volatils ou des oxy-halogénures de métaux dont les oxydes bivalents peuvent former des spinelles avec l'oxyde de fer.