Procédé et installation de trempe de pièces en acier. La présente invention, due à M. B. Mi chel, se rapporte à un procédé de trempe de pièces en acier chauffées à l'aide d'un four à induction haute fréquence et à une installatiqn pour la mise en oeuvre @de oe procédé.
Le procédé est caractérisé en ce qu'on utilise les variations :de courant dans la bo bine :de chauffage du four en fonction des variations :de la perméabilité et :de la résisti vité :du fer dues. à la transformation interne :de la structure @de l'acier au cours :du chauf fage de la pièce à tremper pour :déterminer automatiquement le temps! de chauffage avant la trempe et l'instant,de la trempe.
L'installation pour la mise en oeuvre :de ce procédé est caractérisée en ce qu'elle com porte une source génératrice :de courants haute fréquence alimentant la bobine d'un four à induction, un thyratron à la grille duquel est appliquée une tension redressée p 'levée sur le circuit,de la bobine du four, re un contacteur multiple commandé par un relais excité directement par le thyratron, l'ouverture dudit contacteur provoquant à la fois l'arrêt du chauffage: et l'entrée en con tact,de la pièce avec le fluide :de trempe.
Le dessin annexé représente schématique ment, :à titre ,d'exemple, une forme d'exécu- tion et une variante @de l'installation selon l'invention, ainsi que des: graphiques servant à faciliter la compréhension @de l'invention.
Lors du chauffage de la pièce pour l'amener @à une température :de trempe O, le point figuratif de l'acier parcourt sur le diagramme :de transformation :de cet acier la droite a3 a2 <I>al A</I> (fig. 1) en se trouvant successivement :dans trois zones: la zone P S S' (Fer a -f- Eutectoïde S), la zone<B>P' G</B><I>S</I> (solution<I>y</I> -f- Fer a), et la zone G S E (solution y);
par conséquent entre a@ et ca,_ se produit la réaction Fer a -E- Euteeto'ide S -#, Fer a -@ solution @@ pour aboutir au-dessus du point al au Fer @.
Si la, pièce est chauffée par induction, on peut tracer la. courbe de l'intensité du courant parcourant la bobine du four en fonction du temps (fig. 2), cette intensité #rariant dans sa. partie BD correspondant à la phase de transformation du Fer a en Fer;
,, cette variation de l'intensité étant due aux variation de la perméabilité ,u. et de la résistivité o du fer au cours dcO cette transformation de structure, variations qui peuvent s'écrire, dans le cas particulier d'une picce plane située à une distance -,x de la bobine:
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dans laquelle 1o est l'intensité du courant à la. surface de la pièce.
Cette variation de l'intensité du courant parcourant le four est utilisée de la façon suivante pour déterminer automatiquement le temps de chauffage avant trempe.
Si l'on se reporte à la fig. 3, le courant <B>il.</B> parcourant la, bobine 1 du four crée aux 1-.ornes d'une impédance Z en série avec la bobine 1 une tension proportionnelle à ce courant. Cette tension est redressée dans le sens positif par l'ensemble: redresseur T' (valve ou redresseur sec) résistance R. shuii- tée par la capacité C.
Le courant redressé crée aux bornes de la résistance R une tension proportionnelle à. l'amplitude de IF, ladite tension étant appli- quée à la grille d'un thyratron Th.. La pla que de ce thyratron est. alimentée à, travers le relais Pas, par une tension à 50 p'sec. A la grille du thyratron est appliquée une tension de polarisation amenée en Pg et réglable de telle sorte que le courant.
plaque du thyra tron n'apparaisse que pour utile valeur du courant IF au moins égale à une valeur 1.; choisie à l'avance (fi b. 4). Le contact repos du relais Rsl et par là même le circuit du contacteur D se trouvent ouverts.
L'arma ture du contacteur D porte trois lames de contact<I>1,</I> m, n., l'une, <I>1,</I> utilisée pour le main tien au collage de cette armature, la seconde, M., fermant le circuit de l'électro-aimant E qui sert par attraction à maintenir dans le four 1 la pièce à tremper P; enfin, la troi sième laine, n, qui ferme le circuit d'un re lais Rs., servant à commander le déblocage de la lampe génératrice de courant haute fréquence L. Un interrupteur K se trouve inséré dans ce .dernier circuit.
Aux bornes de l'enroulement du contac teur D se trouve connecté un jeu de capa- cités <I>cd</I> permettant de retarder l'ouverture des contacts de D après l'ouverture du con tact 0 de Rsl.
Le fonctionnement du dispositif est le suivant: Si on appuie sur le bouton du contac teur<I>D,</I> les trois contacts<I>1,</I> ne, n ,se ferment et la. bobine de D se trouve excitée. L'élec- tro-aimant E est alimenté, et on peut y fixer la pièce à tremper P. On ferme alors le cir cuit du Relais Rs., en appuyant sur l'inter rupteur K. Son contact se ferme et la lampe génératrice L se trouve débloquée. Un cou rant d'intensité II, parcourt la bobine du four.
La pièce<I>P</I> s'échauffe. Au temps<I>t.,</I> (fi-. 4), l'intensité IF atteignant la valeur 13 déterminée à, l'avance, le thyratron est dé bloqué et excite le relais Rsl dont le contact 0 s'ouvre. Le circuit du contacteur D se trouve de ce fait ouvert et les; condensateurs <I>Cd</I> se .déchargent à travers l'enroulement de D, au bout d'un temps défini de n secondes. Les contacts<I>1,</I> 7n et n s'ouvrent.
Ce temps: n dépend de la valeur des condensateurs<I>Cd.</I> Ait temps f,, =(t:, + n), pour lequel le point figuratif de l'acier est arrivé en A de la fig. 1, température de trempé, l'électro aimant .se trouve donc désexcité et la. pièce P tombe dans le bain de trempe.
En même temps, Rs_. revient au repos et la lampe gé- nératrice L est bloquée grâce à la tension de blocage amenée en LTb.
Le réglage du thyratron se fait pour un courant 13 pris de préférence dans 1a région de la courbe IF<I>- f (t)</I> où la pente est la plus forte, ce qui permet de déterminer avec plus de précision le temps t3.
Le choix des condensateurs: <I>Cd</I> se déter mine en fonction de la profondeur de péné tration :désirée.
Une variante perfectionnée de l'installation décrite ci-dessus est représentée en fig. 5. Selon cette variante, un contacteur à ré glage continu permet de,déterminer avec plus de précision la durée :du chauffage et l'ins tant de trempe. Ce contacteur remplace l'en semble à réglage :discontinu du contacteur D et des, condensateurs Cd,de la fig. 3.
Sur la fig. 5, on a désigné par les mêmes références que sur la fig. 3 les éléments cor respondants ou jouant le même rôle.
Suivant l'exemple d'exécution représenté fig. 5, la bobine -du contacteur D est alimen tée ,sous une tension, Ü à travers le contact 0 du relais Rsl, la lame du contact 1 et un potentiomètre R dont le curseur est relié à l'autre extrémité de la bobine par un conden sateur unique I'.
Les lames de contact m -et n du contac teur D, comme :dans le dispositif représenté fig. 3, ferment, respectivement, le circuit de l'électro-aimant E servant à maintenir la pièce dans, le four et le circuit,du relais Rs2 commandant le déblocage de la grille de la lampe génératrice @de courant haute fré quence.
Le fonctionnement du :dispositif est le suivant: Si on appuie sur le bouton du contacteur <I>D,</I> les trois contacts<I>1,</I> m, n se ferment et la bobine :du contacteur D s :e trouve excitée.
L'électro-aimant E est alimenté et on peut y fixer la pièce à tremper. En appuyant sur l'interrupteur K, la lampe génératrice est débloquée. Dès que le .courant dans le four atteint la valeur I,, choisie, le thyratron :est débloqué et excite le relais Rsl dont le contact 0 s'ouvre.
Avant cette ouverture, la capacité I' s'est chargée à la tension
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r étant la résistance de la bobine du contac teur<I>D</I> -et x la fraction de R en série avec I' et le contacteur. Quand le contact 0 s'ouvre, la capacité va se décharger à travers la résis tance (x -I- <I>r)</I> et, au bout du temps t, sa ten sion atteint la valeur I, @(x + <I>r);
</I> I,_ étant l'intensité @de :décollage @du contacteur D. A ce moment, les, contacts<I>1,</I> m, <I>n</I> s.'ouvrent, l'él:ectro=aimant E est désexcité et<B>la,</B> pièce tombe dans le bain :de trempe; enfin, la grille de la lampe génératrice est bloquée.
Le temps t -est donc fonction de x. On peut @donc facilement régler le temps de trempe en agissant sur le curseur S,du poten tiomètre. On choisira les valeurs des diffé rents éléments @de façon à réaliser un retard d'ouverture des contacts D compris entre ,deux valeurs tl et 4; t1 correspondant à x - 0 ne doit pas excéder '/20 de seconde, t2 correspondant à x - R sera choisi égal au temps maximum :de retard désiré.
Ce montage a l'avantage de permettre de réaliser l'appareil d'une manière plus écono mique. Il suffit d'un seul condensateur et d'un potentiomètre. D'autre part, le réglage ,du potentiomètre permet d'obtenir une va- ri.ation continue,du temps ,de retard alors que le dispositif à capacité ne permettait que ,des variations discontinues. C'est là un .gros avantage car, lors,
de l'utilisation des temps de chauffe très faible (de l'ordre de la se conde), il faut une précision @de l'ordre -du dizième de seconde, ce qui obligerait d'avoir un jeu de condensateurs trop, important ou un système de combinaisons peu pratique.
Naturellement les schémas proposés ne sont nullement limitatifs :et l'invention vise tout dispositif similaire aboutissant au même résultat. En particulier, l'ensemble C.<I>R., Th</I> et Rs,_ peut Hêtre remplacé par un relais. à maxima réglable et le contacteur @à retarde ment peut être réalisé de toute :autre ma nière.
De même la suspension de la pièce par électro-aimant déclenchant sa chute automa tique :dans le bain de trempe peut être rem placée par exemple par la commande de la trempe par jet: une vanne électromagnétique remplaçant alors l'électro-aimant.
Les procédés et installations décrits ont. l'avantage de pouvoir opérer des trempes avec chauffage très rapide, ce qui évite l'aug mentation de la. profondeur de trempe par conductibilité thermique, le temps de chauf fage ne devant excéder une durée -de l'ordre de deux secondes. Il faut alors déclencher la trempe avec une grande précision sur le temps -de chauffe (1/l0 de seconde). Seul un ,dispositif automatique permet d'obtenir ce résultat.
Celui-ci a l'avantage d'être basé sur le phénomène de transformation de l'acier et, de ce fait, la. puissance d'alimentation du four peut varier légèrement sans changer beaucoup le résultat pratique.
Method and installation of hardening of steel parts. The present invention, due to M. B. Mi chel, relates to a process for quenching heated steel parts using a high-frequency induction furnace and to an installation for the implementation of this process.
The method is characterized in that one uses the variations: of current in the coil: of heating of the furnace as a function of the variations: of the permeability and: of the resistivity: of the iron due. the internal transformation: of the structure @ of the steel during: the heating of the part to be quenched to: automatically determine the time! of heating before quenching and instant, of quenching.
The installation for implementing: this method is characterized in that it comprises a generator source: high frequency currents supplying the coil of an induction furnace, a thyratron to the grid of which a rectified voltage is applied p 'lifting of the furnace coil on the circuit, re a multiple contactor controlled by a relay energized directly by the thyratron, the opening of said contactor causing both the stopping of the heating: and the entry into contact, of the part with the fluid: quenching.
The appended drawing shows schematically,: by way of example, an embodiment and a variant of the installation according to the invention, as well as: graphics serving to facilitate understanding @of the invention .
When heating the part to bring it @ to a temperature: of quenching O, the figurative point of the steel traverses on the diagram: of transformation: of this steel the line a3 a2 <I> al A </I> (fig. 1) being located successively: in three zones: the PSS 'zone (Iron a -f- Eutectoid S), the <B> P' G </B> <I> S </I> zone (solution <I> y </I> -f- Fer a), and the GSE area (solution y);
therefore between a @ and ca, _ occurs the reaction Iron a -E- Euteetoid S - #, Iron a - @ solution @@ to end up above the point al at the Iron @.
If the room is heated by induction, we can trace the. curve of the intensity of the current flowing through the furnace coil as a function of time (fig. 2), this intensity # varying in its. part BD corresponding to the phase of transformation of Iron a into Iron;
,, this variation in intensity being due to variations in permeability, u. and the resistivity o of iron during dcO this structural transformation, variations which can be written, in the particular case of a plane peak located at a distance -, x from the coil:
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in which 1o is the intensity of the current at the. surface of the room.
This variation in the intensity of the current flowing through the furnace is used as follows to automatically determine the heating time before quenching.
If we refer to fig. 3, the current <B> il. </B> flowing through the coil 1 of the furnace creates at the 1-terminals of an impedance Z in series with the coil 1 a voltage proportional to this current. This voltage is rectified in the positive direction by the assembly: rectifier T '(valve or dry rectifier) resistor R. shuiitated by capacitor C.
The rectified current creates across resistor R a voltage proportional to. the amplitude of IF, said voltage being applied to the gate of a thyratron Th .. The pla that of this thyratron is. supplied through the Pas relay by a voltage of 50 p'sec. To the thyratron gate is applied a bias voltage brought to Pg and adjustable so that the current.
thyra tron plate only appears for a useful value of the current IF at least equal to a value of 1 .; chosen in advance (fi b. 4). The rest contact of relay Rsl and thereby the circuit of contactor D are open.
The armature of the contactor D carries three contact blades <I> 1, </I> m, n., One, <I> 1, </I> used to maintain the bonding of this armature, the second, M., closing the circuit of the electromagnet E which serves by attraction to keep the part P to be quenched in the furnace 1; finally, the third wool, n, which closes the circuit of a relays Rs., used to control the release of the high-frequency current-generating lamp L. A switch K is inserted in this last circuit.
To the terminals of the winding of contactor D is connected a set of <I> cd </I> capacitors making it possible to delay the opening of the contacts of D after the opening of contact 0 of Rsl.
The operation of the device is as follows: If you press the switch button <I> D, </I> the three contacts <I> 1, </I> ne, n, close and the. coil of D is excited. The electromagnet E is supplied with power, and the part to be soaked P. can be fixed to it. The Relay Rs. Circuit is then closed, by pressing the switch K. Its contact closes and the generator lamp L is unlocked. A current of intensity II runs through the oven coil.
The <I> P </I> room gets hot. At time <I> t., </I> (fi-. 4), the intensity IF reaching the value 13 determined in advance, the thyratron is unblocked and energizes the relay Rsl whose contact 0 s' opens. The circuit of contactor D is therefore open and the; <I> Cd </I> capacitors are discharged through the winding of D after a defined time of n seconds. Contacts <I> 1, </I> 7n and n open.
This time: n depends on the value of the capacitors <I> Cd. </I> Ait time f ,, = (t :, + n), for which the figurative point of the steel has arrived at A in fig. 1, quenching temperature, the electromagnet is therefore de-energized and the. part P falls into the quenching bath.
At the same time, Rs_. returns to rest and the generator lamp L is blocked by the blocking voltage supplied to LTb.
The thyratron is adjusted for a current 13 preferably taken in the region of the curve IF <I> - f (t) </I> where the slope is the strongest, which makes it possible to determine with more precision the time t3.
The choice of capacitors: <I> Cd </I> is determined according to the penetration depth: desired.
An improved variant of the installation described above is shown in FIG. 5. According to this variant, a continuously adjustable contactor makes it possible to determine with more precision the duration of: heating and the time of quenching. This contactor replaces the set with adjustment: discontinuous contactor D and the capacitors Cd, in fig. 3.
In fig. 5, the same references as in FIG. 3 the corresponding elements or playing the same role.
According to the embodiment shown in fig. 5, the coil of contactor D is supplied, under a voltage, Ü through contact 0 of relay Rsl, the blade of contact 1 and a potentiometer R whose cursor is connected to the other end of the coil by a single capacitor I '.
The contact blades m -and n of the contactor D, as: in the device shown in fig. 3, close, respectively, the circuit of the electromagnet E serving to hold the part in, the oven and the circuit, of the relay Rs2 controlling the release of the grid of the high-frequency current generator lamp.
The operation of the: device is as follows: If you press the button of contactor <I> D, </I> the three contacts <I> 1, </I> m, n close and the coil: of contactor D s: find myself excited.
The electromagnet E is supplied and the part to be quenched can be fixed there. By pressing switch K, the generator lamp is released. As soon as the current in the oven reaches the value I ,, chosen, the thyratron: is released and energizes the relay Rsl whose contact 0 opens.
Before this opening, the capacitor I 'is charged to the voltage
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r being the resistance of the contactor coil <I> D </I> - and x the fraction of R in series with I 'and the contactor. When contact 0 opens, the capacitor will discharge through the resistor (x -I- <I> r) </I> and, after time t, its voltage reaches the value I, @ ( x + <I> r);
</I> I, _ being the intensity @of: takeoff @of contactor D. At this moment, the contacts <I> 1, </I> m, <I> n </I> open , the el: ectro = magnet E is de-energized and <B> the, </B> part falls into the quenching bath; finally, the grid of the generator lamp is blocked.
The time t is therefore a function of x. The quenching time can be easily adjusted by acting on the cursor S on the potentiometer. The values of the various elements will be chosen so as to achieve a delay in opening the contacts D of between two values t1 and 4; t1 corresponding to x - 0 must not exceed '/ 20 of a second, t2 corresponding to x - R will be chosen equal to the maximum delay time desired.
This arrangement has the advantage of allowing the apparatus to be produced in a more economical manner. All you need is one capacitor and one potentiometer. On the other hand, the adjustment of the potentiometer makes it possible to obtain a continuous variation of time and delay, whereas the capacitor device only allowed discontinuous variations. This is a big advantage because, then,
the use of very low heating times (of the order of the second), you need a precision @ of the order of a tenth of a second, which would require having a set of capacitors too large or an impractical combination system.
Naturally, the proposed diagrams are in no way limiting: and the invention relates to any similar device leading to the same result. In particular, the set C. <I> R., Th </I> and Rs, _ can Beech replaced by a relay. adjustable maximum and the delay contactor @ can be made in any other way.
Likewise the suspension of the part by electromagnet triggering its automatic fall: in the quenching bath can be replaced for example by controlling the quenching by jet: an electromagnetic valve then replacing the electromagnet.
The methods and installations described have. the advantage of being able to perform quenching with very rapid heating, which avoids the increase in. quenching depth by thermal conductivity, the heating time not to exceed a duration of the order of two seconds. It is then necessary to initiate the quenching with great precision on the heating time (1 / l0 of a second). Only an automatic device can achieve this result.
This has the advantage of being based on the phenomenon of transformation of steel and, therefore, the. Furnace power supply may vary slightly without greatly changing the practical result.