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Les procédés connus pour la trempe de surface de fer et d'acier à l'aide de brûleurs à oxygène gazeux ou de dispositifs de chauffage électrique ont acquis, ces 20 dernières années, une importance de plus en plus grande. Les plus répandus sont le procédé par avancement et le procédé par avancement rotatif, dont le mode de travail est représenté schématiquement dans la figure 1 ou 2. Dans la figure 1, 1 est l'objet à tremper, par exemple une plaque plane, 2 représente la source de chaleur, par exemple un brûleur à bec plat, et 3, un dispositif de refroi dissement brusque fermement relié à ce brûleur, à une dis-
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tance a.
Lors du procédé de trempe, la pièce à usiner 1 est au repos, le brûleur et le dispositif de refroidissement brusque se déplacent dans la direction v à une vitesse constante, de sorte que la trempe progresse d'une manière linéaire, c'est pourquoi, il est également question de "trempe linéaire". En coupe longitudinale, la zone déjà trempée d'une épaisseur s (profondeur de trempe) est caractérisée par de fines.hachures.
Lors du procédé par avancement rotatif suivant la figure 2, 1 est l'objet à tremper, par exemple un arbre placé entre des contre-pointes, 2, la source de chaleur, par exemple un brûleur annulaire, et 3, le dispositif de refroidissement brusque annulaire fermement relié à ce brûleur, à une distance a. Au cours du processus de trempe, l'objet 1 tourne uniformément, tandis que le brûleur et le dispositif de refroidissement se déplacent dans la direction v à une vitesse conforme, de sorte que la trempe progresse d'une manière hélicoïdale, c'est pourquoi il est aussi question de "trempe hélicoïdale". Dans la figure 2, la surface déjà trempée est caractérisée par des hachures en croix.
Les possibilités d'application des deux procédés de trempe précités sont toutefois limitées, en ce sens que la profondeur de trempe obtenue est proportionnellement minime. Pour un avancement des plus lents, il n'est possible détremper qu'à une profondeur d'environ 6 mm, dans un cas extrême et lors de trempes à la flamme, sans produire des surchauffages préjudiciables de la surface de la pièce à usiner.
Un important progrès consiste à préchauffer la pièce.à uainer à des températures inférieures au point Acl, principalement à 500-550 C. Ce préchauffage peut être réalise dans un four ou à l'aide d'un brûleur préchauffeur, qui est monté à une distance fixe du brûleur à tremper. Dans la figure 1, le brû-
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leur préchauffeur est désigné par le chiffre 4-,: sa distance du brûleur à tremper, par la lettre b. Par ce procédé, des profon- deurs de trempe de près de 12 mm sont obtenues par expérience.
Dans le brevet autrichien n 174.627, il est fait men- tion de températures de préchauffage, qui, tout en étant supé- rieures aux températures critiques, se situent aux mêmes niveaux que les températures de trempe. L'expérience a cependant démon- tré, que les profondeurs de trempe obtenues de cette façon, ne dépassent pas 15 mm environ, parce qu'une pièce préchauffée par un brûleur usuel et robuste atteint naturellement et plus rapi- dement la température de'trempe et doit être trempée, pour évi- ter les surchauffage.s préjudiciables, avec une plus grande vi- tesse d'avancement, donc un temps de pénétration raccourci de la chaleur apportée.
Pour les procédés par avancement et par avancement rota- tif connus, utilisant les brûleurs à oxygène gazeux, la profon- deur de trempe à obtenir peut être estimée, en prenant en con-' sidération la vitesse d'avancement, l'analyse et l'épaisseur de lièce à usiner,' par la largeur de la "zone incandescente", c'est-à-dire, la zone de surface qui se trouve dans le champ du brûleur d'action/à tremper et qui est distinctement visible par sa cou- leur incandescente commençant à environ 650 C. Elle a dès lors pour le trempeur gne grande importance pratique. Une zone incan- descente étroite fournit une profondeur de trempe minime, une zone incandescente plus large donne une profondeur de trempe plus forte.
Dans la figure 1 la zone incandescente d'une largeur B est représentée par des hachures en croix.
La caractéristique commune à tous les procédés électri- ques ou autogènes connus jusqu'à présent, est de produire ,dans le champ d'action du dispositif à tremper, la plus haute tem- pérature de surface et de fournir à la partie de la pièce à usiner située avant ce dispositif et non encore atteinte par la
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progression de la trempe, e température moyenne, qui, dans chaque cas, est inférieure à la température de trempe. Ceci signifie toutefois, que la zone incandescente estégalement et proportionnellement étroite, conformément au type de construction étroit du brûleur à tremper à oxygène gazeux. A cette zone incandescente étroite, correspond une couche de trempe proportionnellement mince, qui, comme déjà mentionné, s'élève tout au plus à 15 mm.
Cette profondeur de trempe obtenue suivant l'état actuel de la technique n'est pourtant pas suffisante, lorsque, lors de fortes usures, l'épaisseur de la pièce à usiner doit être utilisée le plus largement possible, comme par exemple dans les plaques de revêtement, les barreaux de blindage et les batteurs des machines de broyage, dans les plaques, les disques et les' rouleaux de broyage,des broyeurs à meules, etc. De plus, elle n'est pas suffisante dans les outils qui sont exposés à une forte pression de surface et qui, par dessus le marché, sont rectifiés à plusieurs reprises en exploitation, comme par exemple, les longs couteaux des cisailles pour métaux, les rouleaux des machines à dresser, les rouleaux de travail et d'appui des trains de laminoirs, etc. Enfin, elle n'est pas suffisante dans le travail au choc d'un type violent.
Suivant l'application, une profondeur de trempe accrue est, par conséquent, à la base d'un grand intérêt économique.
Lors de la trempe de surface avec des brûleurs préchauffeurs, on obtient, à un moment déterminé et suivant une ligne longitudinale de la surface de la pièce à usiner, une courbe.continue de températures, conformément à la figure 3 ou 4, figures qui sont à considérer en laison avec la figure 1. Suivant la figure 3, la température de surface est très rapidement portée par
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le brûleur préchauffeur 4, sur la courte distance sl, à une tem- pérature de préchauffage, par exemple 500 C. Sur la distance s2, qui, en pratique, s'élève la plupart du temps à 400-600 mm, cette température est réduite par exemple à 00 C. Par le brû- leur de trempe 2, elle est très rapidement élevée, sur la dis- tance s3, à la température de trempe, par exemple 880 C.
Sur la distance s, proportionnellement courte, qui, en pratique et dans le cas de pièces à usiner plus épaisses, est tout au plus d'environ 50 mm de long, cette température est rapidement rame- née à la température de refroidissement brusque, par exemple Ô30 C. Le dispositif de refroidissement brusque 3 abaisse fina- lement et presque soudainement cette température à la chaleur de la main. La zone incandescente c-d s'élève à environ 60 mm.
Au cours du procédé décrit dans le brevet autrichien . n 174.627 mentionné ci-avant, la surface de la pièce à usiner est chauffée, au moyen du brûleur préchauffeur, à une tempéra- ture de trempe, par exemple Ô50 C, toutefois, la largeur c-d de la zone incandescente dépendant de la distance comprise entre le brûleur auxiliaire 4 et le brûleur de trempe 2, ainsi que la température moyenne de cette zone, qui se situe à environ 800 C, en dessous de la température critique, ne sont pas appropriées à l'obtention de profondeurs de trempe de plus de 15 mm.
Conformément à la présente invention qui modifie complè- tement le type de procédé connu et qui est en opposition aux idées de base actuelles de la technique de trempe, il est avéré que la pièce à usiner est chauffée, lors de la première action de chaleur sur sa surface, à une température se situant notable- ment au-dessus du point Ac3, de préférence à 950-1050 C, et est alimentée en chaleur tant que la surface de la pièce à usiner est maintenue, jusqu'au refroidissement brusque et éventuellement par un chauffage répété, à des températures se situant au-dessus du point Ac3, sur une large zone incandescente d'au moins 250 mm,
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de préférence 400-600 mm.
Il a été démontré d'une manière surprenante, que même les aciers sensibles aux fissures, comme par exemple l'acier pour les rouleaux des laminoirs à froid connu contenant 1% de carboné et 2% de chrome, supportent cette température maximum dans la zone de préchauffage, sans formation préjudiciable de fissures ou de gros grains, en particulier, lorsque la pièce à usiner est, d'une manière connue, préchauffée dans un four à quelque centaine de degrés centigrades, avant la trempe de sur- face.
Conformément à la présente invention, l'importance prin- @ cipale réside dans la zone de préchauffage ou dans le brûleur préchauffeur, qui, d'après les procédés connus jusqu'à présent, n'existait généralement pas, tel quel ou comme brQleur auxili- aire. Au contraire, le brûleur à tremper, qui était jusqu'à pré- sent considéré comme l'ensemble de chaque procédé de trempe, sert, conformément à la présente invention, de brûleur auxiliai- re, dont la tâche est désormais de-réduire ou de récupérer les peintes de températures de la zone de préchauffage occasionnées par la conduction ou le rayonnement, et dont l'action peut éven- tuellement être même complètement interrompue, lorsque le pré- chauffage a atteint, au moyen du brûleur préchauffeur un degré suffisamment élevé.
Les conditions de températures caractéristiques, qui se , trouvent, conformément à la présente invention, le long d'une ligne longitudinale de la surface de la pièce à usiner, sont sché matiquement représentée dans la figure.5. Par le brûleur pré- chauffeur 4 proportionnellement robuste, la surface de la pièce à usiner est très rapidement portée, sur la distance s'1, à une température de préchauffage exceptionnellement élevée, par exemple 1050 G. Naturellement, cette température de préchauffage
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élevée nécessite un temps relativement long, avant de retomber, le long de la distance se 2, à la température Ac3 par exemple 800 C.
Approximativement à ce point,est fixé à la distance b, le brûleur à tremper 2 relativement faible, avec lequel la température de surface est à nouveau élevée à la température de trempe, par exemple 880 C. Sur la distance s'3' cette température ne décroît que très lentement en raison du préchauffage élevé, de sorte que le dispositif de refroidissement brusque 3, appliqué au cours de ce refroidissement, par exemple à 830 C, peut être placé à une distance a' exceptionnellement grande du brûleur à tremper et qu'il.en résulte pour la zone incandescente, une largeur c'-d' considérée jusqu'ici comme non possible et alliée à une profondeur de trempe extraordinairement grande, puisque la quantité de chaleur apportée a suffisamment le temps d'agir en profondeur.
Conformément à la présente invention, il peut être utilisé, à la distance b', derrière le premier brûleur préchauffeur 4, un second brûleur préchauffeur 4a plus faible, figure 6, qui élève, à nouveau, tout au plus à'1050 C environ, la température de surface retombée approximativement à la température Ac3.
L'abaissement à la température de trempe, par exemple 880 C, s'ef fectue ici encore plus lentement que dans l'exemple précédent, figure 5, par suite de la plus grande teneur en chaleur de la zone de surface, de sorte que la distance b'', pour le brûleur à tremper 2, peut être plus grande. Dès lors, l'abaissement de la température de trempe à la température de refroidissement bras que par exemple 830 C,s'effectue aussi .encore plus lentement, de sorte que sont obtenues une distance agrandie a " du dispositif de refroidissement brusque et une zone incandescente e-f fortement élargie, alliée à une profondeur de trempe élevée.
Naturellement, la possibilité existe d'agrandir encore l'épaisseur de la couche de trempe par l'emploi d'un troisième
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brûleur préchauffeur, toutefois cette nécessité devrait ici à peine subsister.
D'une manière surprenante, les essais, même avec un acier sensible pour les rouleaux des laminoirs à froid mentionné ci-avant, ont finalement montré, que, non seulement la température de préchauffage, mais aussi les températures de trempe et de refroidissement brusque, peuvent être portées à un niveau dépassant de loin la mesure/connue, sans que soit fissuré ou surchauffé, d'une Manière préjudiciable, l'objet à tremper. Il ressort des principes établis de la technique de trempe, que la température de trempe, c'est-à-dire la température.à laquelle l'objet à tremper doit être chauffé immédiatement avant .le refroidissement brusque, est maintenue le-plus exactement possible. C'est pourquoi les normes n'indiquent que des limites de 30 C, pour cette température.
Au cours de la trempe normale, la température de trempe est supérieure de 30 à 50 C au point Ac3, toutefois, lors de la trempe de surface, elle peut être plus élevée d'environ 50 C, conformément à la feuille des matières acier et fer n 830-850.
La température de refroidissement brusque correspond théoriquement à la température de trempe; cependant, elle est en pratique constamment et quelque peu plus basse, puisque la pièce à usiner, chauffée à la température de trempe, se refroidit forcément pendant le temps qui s'écoule jusqu'au refroidissement brusque.
Conformément à la présente invention, la température usuelle de refroidissement brusque peut, lors de la trempe de surface, être dépassée d'environ 50-200 C. Ces possibilités sont indiquées par la courbe en pointillé, dans la figure 6. Il résulte en soi, que ceci donne naissance à une distance de loin agrandie du dispositif de refroidissement, en outre, à une zone
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incandescente e-g élargie et à une trempe en profondeur élevée.
Les conditions qui se présentent lors de trempe de sur- face d'après les procédés connus jusqu'ici et le procédé conforme à l'invention, sont représentées schématiquement dans les figu- res 7 à 9. Celles-ci reproduisent la courbe des isothermes dans la couche de surface de là pièce à usiner.
Lors du refroidissement brusque avec une vitesse surcri- tique, les trempes martensitiques complètes dont la température se situe au-dessus du point Ac3, la plupart du temps à environ
800 c, n'atteignent que ces zones, ainsi qu'il est connu. Une trempe intermédiaire avec des textures martensitiques au trosti- tiques se présente déjà, d'une manière correspondante, à cette profondeur, dont la température est supérieure au point Acl. La profondeur de trempe s'étend jusqu'à ce point, la plupart du temps environ 750 C, tandis que la zone du noyau, dont la tempé- rature ne s'élève pas, lors du;chauffage, à plus de 750 C envi- ron, ne subit aucune modification de propriétés ou de texture, et n'est donc pas touchée par la trempe de surface.
Dans les fi- gures 7 à 9, les deux isothermes décisifs, à savoir l'isotherme
800 C considéré comme la limite de la zone de trempe purement .martensitique et l'isotherme 750 C considéré comme la limite de en . ' la profondeur de trempe, sont/particulier représentés entre au- tres, par une ligne grasse ou un pointillés.
La figure 7 montre la courbe de la température au cours de la trempe usuelle de surface, sans préchauffage. Par exemple, la plaque 1 est trempée, d'une manière connue, avec un groupe d'appareils comprenant la flamme à tremper 2 et le dispositif de refroidissement brusque 3, qui se déplace dans la direction v en progressant le long de la surface de la plaque. Les isothermes marqués X indiquent le chauffage soudain de la couche de surface*
Ils sont caractérisés par une courte longueur de soustendantes et de petits intervalles verticaux. Ils produisent une zone in- candescente étroite et une mince couche de trempe 5.
Dans la figure 8, on a mis en évidence le procédé cohfor-
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me au brevet autrichien n 174.627, dans lequel est prévu un brûleur auxiliaire 4 pour préchauffage, avant le groupe de,trempe connu constitué par la flamme 2 et le dispositif de refroidissement brusque 3. Les isothermes marqués Y présentent une allure de courbe plus plate (plus grande longueur de soustendantes) et un plus grand intervalle vertical, de sorte qu'il apparaît une plus grande profondeur de trempe 5.
Dans la figure 9, qui se rapporte au procédé conforme à la présente invention, le brûleur préchauffeur est à nouveau désigné par le chiffre 4. Celui-ci fournit une quantité de chaleur relativement grande, de sorte que la surface de la pièce à usiner est préchauffée par exemple à 1050 C. Le brûleur de trempe 2 est doté d'une capacité relativement minime et ne cède que la quantité de chaleur nécessaire au maintien des températures désirées de trempe et de refroidissement brusque, ainsi qu'à la mise au point de la largeur désirée de la zone incandescente.
En aucun cas, le brûleur à tremper ne doit pas produire une élévation de température, telle que la vitesse d'avancement doive être augmentée, car, dans ce cas, la profondeur de trempe diminue à nouveau. Le dispositif de refroidissement brusque 3 est, confor mément à la présente invention, éloigné du brûleur préchauffeur 4, d'au moins 250 mm, principalement de 400-600mm, de sorte que la quantité de chaleur fournie par les brûleurs 2 et 4 met suffisamment de temps à pénétrer à l'intérieur de la pièce à usiner, ce qui, lors du refroidissement brusque, produit une épaisse couche de trempe 5 correspondante.
Les isothermes Z se caractérisent par des longueurs de soustendantes et des intervalles verticaux notablement plus grands et indiquent l'obtention d'une couche de trempe 5 notablement plus épaisse.
Au cours du procédé de trempe conforme à la présente invention, on obtient, suivant les conditions imposées, des profon-
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deurs de trempe d'environ 15 à 60 mm,'qui satisfont à tous les cas rencontrés jusqu'ici. D'après cefi, des rouleaux de laminoirs à froid d'une grandeur courante sont, dans tous les cas, trempés en surface, rouleaux dans lesquels, à l'aide d'un brûleur préchauf feur et d'un brûleur de trempe, la profondeur de trempe est d'en- viron 40 mm et où une gradation particulièrement facile est obtenue. La zone incandescente s'étend ici sur une surface d'en- viron 500 mm.
En pratiqué, un petit nombre d'esssais suffit pour régler les températures de préchauffage et de trempe par rapport à la vitesse d'avancement, de manière qu'aucun surchauf- fage préjudiciable de la surface de la pièce à usiner ne se pré- sente.
La présente invention permet d'élargir considérablement le domaine d'application de la trempe de surface, et ce jusqu'à la limite des nécessités techniques actuelles. L'application de la présente invention entraine une économie extraordinairement grande.
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