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PROCEDE ET APPAREIL PERFECTIONNES. POUR LA TREMPE SUPERFICIELLE DES
METAUX.
La présente invention a trait à un procédé et à un appareil per- fectionnés pour la trempe superficielle de l'acier, de pièces d'acier coulé, etc...
La trempe de pièces de machines et de pièces d'oeuvre en général qui sont soumises à l'usure et à l'abrasion, effectuée de manière qu'une cou- che dure, résistante à l'usure se forme à la surface sans que le noyau reve- nu n'en soit affecté, a été antérieurement mise en oeuvre par deux procédés, à savoir : la trempe à la flamme et le chauffage électrique, de préférence par des courants à haute fréquence.
Dans le cas de la trempe à la flamme, pour obtenir une accumu- lation de la chaleur sur la surface de la pièce d'oeuvre, une quantité de chaleur adéquatement élevée doit être fournie- rapidement et dans ce but, u- ne quantité, grande aussi, de gaz et d'oxygène doit être fournie qui, dans le cas de grandes pièces, implique de grands volumes. I,'évacuation des gaz perdus dont la quantité, 'dans le cas de grands brûleurs, est très importan- te, entraîne des difficultés. L'énergie contenue dans ces gaz n'est dès lors que partiellement utilisée et le réglage de la température superficielle de la pièce d'oeuvre est gravement gêné par les flammes.
Le-désavantage de la trempe effectuée au moyen de courants de haute fréquence est constitué par les très grands frais d'appareillage requis dans le cas de grandes pièces d'oeuvre.
Le procédé est aussi connu qui consiste à recuire les pièces d'oeu- vre en faisant usage de résistances de chauffage électriques disposées le long de toute la longueur de la pièce d'oeuvre dans la paroi d'une chambre à recuire
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ou en faisant usage de cette dernière en tant que résistance de chauffage.
Du fait des dimensions de l'installation requise dans ces cas, le procédé est non seulement coûteux, mais, en outre, il ne convient pas pour la trem- pe de grandes surfaces, car il n'est pas possible de déplacer la pièce d'oeu- vre assez rapidement vers le moyen de refroidissement. Il faut nécessairement limiter aux petites surfaces, telles que les surfaces actives des cames, les tentatives d'appliquer ce procédé à la trempe à l'aide de résistances chauf- fantes ordinaires, couvrant la totalité de la surface à tremper.
Les désavantages susmentionnés sont écartés, selon la présente invention, par le fait que la pièce d'oeuvre, dont la surface est chauffée à la température élevée requise par une résistance chauffante placée à pro- ximité de la pièce d'oeuvre et alimentée en courant électrique, et la dite résistance chauffante, qui est associée à un dispositif de refroidissement disposé derrière elle, sont déplacés-l'une par rapport à l'autre, ce qui entraîne la trempe par fragments de toute la surface, au lieu de la trempe de toute la surface d'un coup.
La résistance chauffante peut avoir la forme d'une barre, d'une bague ou une autre forme et la pièce d'oeuvre peut être déplacée par rapport à la dite résistance ou vice versa. Ce mouvement relatif peut être continu ou intermittent.
On voit que de cette fagon, l'appareil requis est petit. Si c'est nécessaire, l'appareil peut être transportable et, dans le cas du traitement de grandes surfaces, il peut être transporté au lieu où se trouve la pièce d'oeuvre. On voit aussi qu'une grande latitude s'offre en ce qui concerne les dimensions de la surface à traiter. En modifiant la vitesse du mouvement relatif, la largeur de la barre ou de la bague ou sa distance de la surface de la pièce d'oeuvre, il est possible de réglër le degré désiré ou accessi- ble de l'échauffement superficiel ou de la profondeur de la trempe à tous les points particuliers. Ainsi, par exemple, la pièce.d'oeuvre peut être trem- pée aux endroits très exposés à l'usure et à l'abrasion et laissée telle qu'el- le est à d'autres endroits.
En outre,le rendement est fortement augmenté, car la transmis- sion de la chaleur n'a pas seulement lieu par convection, comme lors de l'em- ploi du gaz, mais aussi et tout d'abord par radiation (à la quatrième puis- sance).
Les barres, bagues ou analogues, employées comme résistances chauffantes, sont principalement faites de carbone. Si des pièces semblables sont trempées l'une après l'autre en grand nombre, on fait usage de graphi- te, de tungstène, de molybdène ou analogue au lieu de carbone.
Afin d'empêcher la radiation de la chaleur vers l'espace environ- nant, la bague, la barre ou analogue, chauffée électriquement, est entourée par un organe calorifuge de forme adéquate. En donnant à cet organe une lon- gueur convenable, il est possible de réaliser un pré-chauffage et d'utiliser ainsi au mieux 1'apport d'énergie.
Les corps chauffants annulaires peuvent être faits d'une pièce ou, de préférence, d'un certain nombre de segments. Les segments de carbone peuvent être aisément produits à la presse, par agglomération ou par des moyens analogues.
Lorsqu'il est fait usage de barres, de bagues ou de segments an- nulaires, etc..., de graphite de tungstène ou de molybdène, il faut en outre prévoir une conduite d'apport d'hydrogène ou s'azote, conduite qui peut, par exemple, être montée entre le tuyau d'eau annulaire qui entoure la pièce d'oeuvre et qui est construit sous forme de pulvérisateur, et le corps chauf- fant de graphite, de tungstène ou de molybdène, de sorte que ce dernier est porté à l'incandescence dans une' atmosphère d'hydrogène ou de N2. Les seg- ments de graphite, de tungstène ou de molybdène sont pratiquement indestruc- tibles. L'emploi d'un gaz protecteur est aussi avantageux dans le cas de corps chauffants de carbone.
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Pour réaliser une transformation convenable de l'énergie, il suffit de disposer d'un transformateur de dimensions adéquates. L'emploi d'un convertisseur coûteux est ainsi évité. Les segments annulaires sont de préférence choisis de manière que les trois phases d'une alimentation électrique triphasée soient également chargées. Du fait que dans cette mé- thode perfectionnée, il ne se produit pas de flammes ou il ne se produit que des flammes négligeables, il est également possible de régler la température superficielle de la pièce d'oeuvre. En donnant une longueur et une épaisseur adéquates aux segments annulaires et en faisant usage d'une vitesse d'avan- ce adéquate, on peut obtenir toute trempe voulue.
Le chauffage selon l'in- vention peut aussi être aisément réalisé à l'aide de barres chauffantes rec- tilignes, disposées autour de la périphérie de la pièce d'oeuvre.
Une manière de mettre l'invention en oeuvre est illustrée, à titre d'exemple, par le dessin annexé.
La fig. 1 représente une élévation en section de l'agencement général.
La fig. 2 représente une section de l'agencement général.
Le dispositif de chauffage consiste en une bague placée autour de la pièce d'oeuvre 1 et constituée par trois segments 2, 3 et 4 dont cha- cun est raccordé à des conducteurs électriques. Une bague calorifuge 5 fai- te, par exemple, de chamotte, entoure la bague chauffante et y est fixée.
Un tuyau d'eau annulaire 6, pourvu d'ouvertures faisant office de pulvérisa- teurs, est disposé derrière la bague chauffante dans le but d'éteindre la surface de la pièce d'oeuvre qui a été chauffée. Les segments de la bague peuvent être faits de carbone, de graphite, de tungstène, de molybdène ou analogue. Si l'on fait usage d'une bague de graphite, de tungstène ou de molybdène, on prévoit en outre un tuyau annulaire 7, pourvu d'ouvertures de sortie 8, destinée à l'apport d'hydrogène ou d'azote, de manière que la ba- gue soit portée à l'incandescence dans une atmosphère d'hydrogène ou d'azote et que la combustion de la matière de la bague soit évitée.
Les segments de la bague chauffante sont reliés aux trois phases d'un transformateur (non représenté). La bague calorifuge 5, fixée à la ba- gue chauffante empêche la radiation vers l'espace environnant et, du fait qu'elle est plus longue que la largeur des segments, un espace 9 est laissé entre elle et la pièce d'oeuvre, ce qui permet de préchauffer la partie qui reste à tremper.
En fonctionnement, la pièce d'oeuvre est déplacée par rapport au corps chauffant et au dispositif d'extinction dans le sens de la flèche 2, ou bien le corps chauffant et le dispositif d'extinction peuvent être dé- placés relativement à la pièce d'oeuvre dans le sens opposé. La pièce d'oeu- vre 1,qui peut recevoir une rotation lente autour de son axe, est baissée à travers le corps chauffant, lentement, dans le sens de la flèche A, de ma- nière que la pièce soit trempée par fragments. Le mouvement peut être con- tinu ou intermittent.
Les avantages de la réalisation du chauffage au moyen de bagues de carbone ou de graphite, de tungstène ou de molybdène consistent principa- lement en l'utilisation favorable de l'énergie apportée, en la manière sim- ple de mise en oeuvre, en la possibilité d'effectuer un réglage précis de la température de la surface de la pièce d'oeuvre, et en la méthode compara- tivément peu coûteuse de la transformation de l'énergie en la forme requise ;
ils consistent aussi en la possibilité de réaliser une trempe plus profonde que dans le cas de la trempe superficielle habituelle, réalisée au moyen de courants à haute fréquence ou de brûleurs à gaz, en un apport d'énergie qui n'est pas lié aux conditions locales, comme dans le cas de la trempe à la flamme (production du gaz de four à coke, de l'oxygène, de l'acétylène, etc.., en grandes quantités), et à l'évacuation des gaz perdus produits dans le pro- cessus. Par comparaison avec la trempe superficielle par les courants à hau- te fréquence, le grand avantage est que le moyen chauffant est très peu af- fecté par les fluctuations de l'alimentation et les variations de fréquence,
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du fait de l'inertie thermique..
Dans le cas de fils, de barres minces et de pièces d'oeuvre ana- logues, de petite section, la trempe peut être effectuée dans la totalité de la section.
REVENDICATIONS.
1. Procédé de trempe superficielle de l'acier, de pièces d'acier coulé et analogues, caractérisé en ce que la pièce d'oeuvre, dont la surface est chauffée à la température élevée requise par une résistance chauffante placée à proximité de la pièce d'oeuvre et alimentée en courant électrique, et la dite résistance chauffante, qui est associéeà un dispositif de refroi- dissement disposé derrière elle, sont déplacés l'une par rapport à l'autre, ce qui entraîne la trempe par fragments de toute la surface, au lieu de la trempe de toute la surface d'un coup.
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PERFECTED PROCESS AND APPARATUS. FOR THE SURFACE SOAKING OF
METALS.
The present invention relates to an improved method and apparatus for surface hardening of steel, cast steel parts, etc.
Quenching machine parts and workpieces in general which are subject to wear and abrasion, carried out so that a hard, wear-resistant layer forms on the surface without the revived core is not affected, has previously been carried out by two methods, namely: flame quenching and electric heating, preferably by high frequency currents.
In the case of flame quenching, in order to obtain a build-up of heat on the surface of the workpiece, an adequately high amount of heat must be supplied - quickly and for this purpose, an amount, large too, gas and oxygen must be supplied which, in the case of large rooms, involves large volumes. The evacuation of waste gases, the quantity of which, in the case of large burners, is very important, causes difficulties. The energy contained in these gases is therefore only partially used and the adjustment of the surface temperature of the workpiece is seriously hampered by the flames.
The disadvantage of the quenching carried out by means of high frequency currents is constituted by the very great equipment costs required in the case of large work pieces.
The method is also known which consists in annealing the work pieces by making use of electric heating resistors arranged along the entire length of the work piece in the wall of an annealing chamber.
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or by using the latter as a heating resistor.
Due to the size of the plant required in these cases, the process is not only expensive, but, moreover, it is not suitable for quenching large areas, since it is not possible to move the part. 'works fairly quickly towards the cooling medium. Attempts to apply this quenching process using ordinary heating resistors covering the entire surface to be quenched must necessarily be limited to small areas, such as the active areas of the cams.
The aforementioned disadvantages are avoided, according to the present invention, by the fact that the workpiece, the surface of which is heated to the high temperature required by a heating resistor placed near the workpiece and supplied with current electric, and the said heating resistor, which is associated with a cooling device arranged behind it, are moved relative to each other, which causes the quenching by fragments of the entire surface, instead of the quenching of the entire surface at once.
The heating resistor may be in the form of a bar, ring or other shape and the workpiece may be moved relative to said resistor or vice versa. This relative movement can be continuous or intermittent.
It is seen that in this way, the required apparatus is small. If necessary, the apparatus can be transportable and, in the case of the treatment of large surfaces, it can be transported to the place where the workpiece is located. It can also be seen that a great deal of latitude is offered with regard to the dimensions of the surface to be treated. By modifying the speed of the relative movement, the width of the bar or the ring or its distance from the surface of the workpiece, it is possible to set the desired or accessible degree of surface heating or heat. quench depth at all particular points. Thus, for example, the workpiece may be soaked in places highly exposed to wear and abrasion and left as it is in other places.
In addition, the efficiency is greatly increased, because the transmission of heat does not only take place by convection, as in the use of gas, but also and first of all by radiation (at the fourth power).
Bars, rings or the like used as heating resistors are mainly made of carbon. If a large number of similar pieces are quenched one after another, graphite, tungsten, molybdenum or the like is used instead of carbon.
In order to prevent the radiation of heat to the surrounding space, the electrically heated ring, bar or the like is surrounded by a heat insulating member of suitable shape. By giving this member a suitable length, it is possible to achieve preheating and thus to make the best use of the energy supply.
Annular heaters can be made in one piece or, preferably, a number of segments. The carbon segments can be easily produced by press, agglomeration or the like.
When bars, rings or annular segments, etc., of tungsten or molybdenum graphite, are used, it is also necessary to provide a supply line for hydrogen or nitrogen. which can, for example, be fitted between the annular water pipe which surrounds the workpiece and which is constructed as a sprayer, and the heating body of graphite, tungsten or molybdenum, so that this the latter is heated to incandescence in an atmosphere of hydrogen or N2. Segments of graphite, tungsten or molybdenum are practically indestructible. The use of a protective gas is also advantageous in the case of carbon heaters.
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To achieve a suitable transformation of energy, it suffices to have a transformer of suitable dimensions. The use of an expensive converter is thus avoided. The ring segments are preferably chosen so that all three phases of a three phase power supply are equally charged. Since in this improved method no flames occur or only negligible flames occur, it is also possible to control the surface temperature of the workpiece. By providing adequate length and thickness of the ring segments and using an adequate feed rate, any desired quenching can be achieved.
The heating according to the invention can also be easily carried out with the aid of straight-line heating bars, arranged around the periphery of the workpiece.
One way of implementing the invention is illustrated, by way of example, by the appended drawing.
Fig. 1 shows a sectional elevation of the general arrangement.
Fig. 2 shows a section of the general arrangement.
The heating device consists of a ring placed around the workpiece 1 and formed by three segments 2, 3 and 4, each of which is connected to electrical conductors. A heat-insulating ring 5 made of, for example, chamotte, surrounds the heating ring and is fixed thereto.
An annular water pipe 6, provided with openings serving as sprayers, is disposed behind the heating ring for the purpose of extinguishing the surface of the workpiece which has been heated. The segments of the ring can be made of carbon, graphite, tungsten, molybdenum or the like. If use is made of a graphite, tungsten or molybdenum ring, an annular pipe 7 is also provided, provided with outlet openings 8, intended for the supply of hydrogen or nitrogen, of such that the ring is ignited in a hydrogen or nitrogen atmosphere and combustion of the ring material is avoided.
The segments of the heating ring are connected to the three phases of a transformer (not shown). The heat-insulating ring 5, attached to the heating ring, prevents radiation to the surrounding space and, because it is longer than the width of the segments, a space 9 is left between it and the workpiece, which allows to preheat the part which remains to be soaked.
In operation, the workpiece is moved relative to the heater and the extinguishing device in the direction of arrow 2, or the heater and the extinguishing device can be moved relative to the workpiece. works in the opposite direction. The workpiece 1, which can receive a slow rotation around its axis, is lowered through the heating body, slowly, in the direction of arrow A, so that the workpiece is soaked in fragments. The movement can be continuous or intermittent.
The advantages of carrying out the heating by means of rings of carbon or graphite, of tungsten or of molybdenum consist mainly in the favorable use of the energy supplied, in the simple manner of implementation, in the the ability to fine-tune the temperature of the workpiece surface, and the comparatively inexpensive method of transforming energy into the required shape;
they also consist of the possibility of carrying out a deeper quenching than in the case of the usual surface quenching, carried out by means of high frequency currents or gas burners, in an energy input which is not linked to the conditions local, as in the case of flame quenching (production of coke oven gas, oxygen, acetylene, etc., in large quantities), and the evacuation of waste gases produced in the process. Compared with surface quenching by high frequency currents, the great advantage is that the heating medium is very little affected by power fluctuations and frequency variations,
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due to thermal inertia.
In the case of wires, thin bars and similar workpieces of small cross-section, the quenching can be carried out in the whole of the cross-section.
CLAIMS.
A method of surface hardening steel, cast steel parts and the like, characterized in that the workpiece, the surface of which is heated to the high temperature required by a heating resistor placed near the workpiece work and supplied with electric current, and the said heating resistor, which is associated with a cooling device arranged behind it, are moved with respect to each other, which causes the quenching by fragments of the whole. surface, instead of quenching the entire surface at once.