CH326258A - Procédé de vieillissement artificiel de matériaux et dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé - Google Patents

Description

  <B>Procédé de</B>     vieillissement        artificiel   <B>de</B>     matériaux     et dispositif     pour    la mise en     aeuvre    de ce procédé    La présente invention comprend un procédé  de vieillissement artificiel de matériaux, carac  térisé en ce que l'on soumet ces derniers à l'ac  tion d'un champ magnétique oscillant.  



  L'invention comprend également un dis  positif pour la mise en     oeuvre    de ce procédé, ca  ractérisé par le fait qu'il consiste en un in  ducteur comprenant au moins une spire con  ductrice, alimentée par un générateur de cou  rant alternatif de haute     fréquence.     



  Ce procédé permet d'obtenir un vieillisse  ment artificiel rapide des matériaux traités et  de supprimer, par exemple dans des aciers  trempés, les tensions internes résultant de la  trempe, sans produire simultanément un abais  sement de la dureté de ces aciers trempés.  



  Ce traitement peut être appliqué à toute  pièce d'acier ou outil fini qui a été soumis  préalablement à un traitement     thermique    clas  sique puis     rectifié    ou non. On peut ainsi amé  liorer les propriétés mécaniques de tous les  aciers rapides et     semi-rapides,    aciers au car  bone, aciers de cémentation et autres alliages.  



  Ce traitement peut être appliqué avanta  geusement aux outils pour toutes industries  travaillant sur métaux froids ou chauds, et  susceptibles de s'échauffer au cours du travail  ou non, tels que : outils de coupe, outils de  frottement, outils de choc et percussion (rota-    tifs ou non), outils de découpage, poinçonnage,  emboutissage ou étampage, par choc, pression  ou refoulement, aux outils et accessoires pour  l'industrie minière, les carrières, le sondage,  les travaux publics ainsi qu'à des fils, câbles,  ressorts, pièces et éléments de machines traités       thermiquement.     



  Ce traitement peut encore être appliqué à  toutes sortes de matériaux     métalliques    ou non  et ayant subi un traitement thermique ou chi  mique préalable ou non, dont on désire amélio  rer la résilience et la résistance aux frottement,  roulement, choc, frappe, torsion, compression,  traction et vibration, par exemple des carbures  de métaux lourds tels que des carbures de  tungstène.  



  Toutefois, l'amélioration des propriétés mé  caniques des matériaux traités par ce procédé  est particulièrement marquée dans le cas des  aciers trempés et revenus. Il provoque, en ef  fet, des transformations allotropiques de la  structure cristalline du métal et notamment la  transformation de     l'austénite    résiduelle, tou  jours présente     dans    les aciers trempés, en       martensite    cubique, en corrigeant ainsi les im  perfections du revenu effectué après la trempe.

    On peut donc augmenter, par ce traitement, la  proportion de     martensite    formée lors du revenu  à partir de     l'austénite    et, le volume spécifique      de la     martensite    étant supérieur à     celui    de       l'austénite    dont elle dérive, ce traitement provo  que l'apparition de compressions de la couche  superficielle du métal, ce qui, simultanément  à l'augmentation de sa dureté, améliore sa  structure en diminuant les tensions internes.  Les outils en métal ainsi traités présenteront  à la fois une dureté plus grande et une durée  de vie plus longue.

   On observe notamment une       amélioration    de l'élasticité, de la ténacité, de  la résilience et de la résistance à l'usure de ces  outils. Dans le cas d'outils tranchants, leur te  nue de coupe est sensiblement supérieure à la  moyenne normale et a permis des productions  de l'ordre de 10 à 50 fois plus importantes  avant leur     réaffûtage    qu'avec des outils non  traités.

      Ce traitement étant effectué de préférence  à basse température, de l'ordre de 40 à<B>3500</B>  C selon la nature de l'acier,     affine    ce dernier ;  il ne modifie généralement pas l'aspect et la  forme des outils traités ; certaines pièces véri  fiées au micron avant et après le traitement  n'ont en effet pas subi la moindre modifica  tion au point de vue dimensionnel, ce qui est  particulièrement important dans le cas d'outils  de précision d'un prix élevé.

      Dans une mise en     oeuvre    particulière du  procédé, les pièces en acier trempé et revenu  rectifiées ou non, sont exposées pendant un  laps de temps relativement court à l'action d'un  champ magnétique oscillant produit par le pas  sage d'un courant à haute-fréquence et puis  sance élevée dans un inducteur, en présentant  de préférence les angles de coupe desdites piè  ces perpendiculairement aux lignes de force  dudit champ magnétique. La fréquence utilisée  pourra varier entre 0,2 et 100 mégacycles par  seconde, selon le diamètre de l'enroulement in  ducteur.

   Les pièces à traiter traversent l'induc  teur ou sont maintenues à proximité immédiate  de ce dernier pendant un laps de temps pouvant  varier entre une fraction de seconde et quel  ques minutes selon l'importance de ces pièces  jusqu'à ce qu'elles atteignent la température  désirée, et sont ensuite refroidies soit à l'air  libre, soit dans un lit de poussière de charbon    de bois.

       Etant    donné que l'échauffement pro  voqué par l'action du champ magnétique os  cillant sur la surface de la pièce     métallique     traitée ne s'exerce que pendant un temps très  court, son refroidissement s'effectuera par sim  ple conduction de la chaleur dans les couches  sous-jacentes de la pièce elle-même, ce qui don  nera lieu à un revenu supplémentaire de l'in  térieur de la pièce sous     l'effet    de la pénétra  tion de la chaleur de la couche extérieure à  haute température vers le     coeur    de la pièce  maintenu à température plus basse et une du  reté accrue de la couche extérieure.

   Si la cou  che superficielle d'une pièce métallique est  ainsi portée très rapidement à la température  de trempe de la pièce, il se produira une trem  pe   automatique   supplémentaire par refroi  dissement de cette couche superficielle, sans  l'interposition d'agents extérieurs.  



  L'inducteur utilisé peut comprendre une  ou plusieurs spires montées en série ou en pa  rallèle dans lesquelles le courant électrique ad  mis pourra développer une puissance variable  de 2 à 200 kW selon l'importance de la pièce  à traiter, la température à laquelle on désire  la porter et la durée de son exposition au champ  magnétique oscillant produit dans l'inducteur.  



  Les températures auxquelles les pièces de  vront être portées lors de la mise en     oeuvre    de  ce procédé de chauffage par induction seront       par        exemple        de:    ,  1) pour des aciers     hypoeutectiques    de teneur  en carbone inférieure à 0,85     'O/o    : 40 à       50o    C, lorsqu'il s'agit d'acier de cémenta  tion ou de petits ressorts, et 70 à 800 C,  lorsqu'il s'agit d'acier au molybdène et de  gros     ressorts.     



  2) pour des aciers     hypereutectiques,    aciers à  outils ayant une teneur supérieure à 0,85 0/0  de carbone, ou pour des aciers au tungstène,  chrome, vanadium, molybdène, etc., 100 à       120o    C.  



  3) pour des aciers     semi-rapides,    rapides et  super-rapides : 150 à<B>3500</B> C selon leur te  neur en tungstène, vanadium, molybdène  et cobalt.      Les pièces peuvent être immergées préala  blement dans des bains de liquides appropriés,  de façon à ce que l'évaporation du liquide  adhérant à la surface du métal indique, lors  de l'évaporation, que la surface de la pièce a  été portée à la température voisine de celle dé  sirée. Dans ce but, on utilise    a) pour les aciers au carbone une solution  aqueuse d'ammoniaque titrée de 2 à 15 0/0  selon la teneur en carbone de l'acier ;  b) de l'alcool pur pour les aciers cémentés  trempés ;  c) du pétrole ou du mazout pour les aciers  rapides.  



  La température finale sera déterminée au  moyen d'indicateurs précis.    Le chauffage de la pièce peut être effectué  soit en une fois, soit au cours de plusieurs pas  sages successifs et rapides de la pièce dans  l'inducteur ou à son voisinage. Cela peut être  réalisé en plaçant la pièce soit sur un support  mobile rotatif exposant successivement ses di  verses parties à l'action du champ magnétique  oscillant, soit sur un tapis roulant passant à  travers ou à proximité de l'inducteur à une vi  tesse déterminée à l'avance selon la durée d'ex  position de la pièce au champ magnétique os  cillant que l'on désire réaliser.  



  Après refroidissement, les pièces traitées  peuvent être immergées dans une solution  aqueuse d'acide phosphorique afin de préci  piter les oxydes ferreux formés en surface et  rendre aux pièces leur aspect primitif. Cette  opération ne s'impose que dans le cas des piè  ces traitées à une température supérieure à  l80  C qui prennent une teinte allant du jaune  paille au violet, et même au bleu pour les  aciers super-rapides au cobalt. Dans le cas  de pièces de faibles dimensions, ou délicates,  du fait qu'elles présentent des angles vifs, telles  que de petits tarauds, des ressorts, des fils, des  billes, etc., ces dernières peuvent être placées  dans un récipient en verre que l'on fait passer  à travers l'inducteur ou encore immergées dans  un bain de pétrole contenu dans un récipient    en verre placé à l'intérieur de l'inducteur.

   Ce  bain permet de répartir plus uniformément le  chauffage de ces pièces et évite toute surchauffe  des parties angulaires. L'évaporation du pé  trole peut également servir d'indication de la  température de la pièce dans le bain, mais ce  contrôle sera encore facilité par l'utilisation de  crayons indicateurs de température spéciaux  dont les pièces peuvent être marquées.  



  Pour le traitement des     outils    en acier ra  pide à des températures supérieures à 2000 C,  il faut procéder à un préchauffage lent et pro  gressif ensuite, en raison des tensions de trempe  internes élevées, pour éviter les criques et     ta-          pures    sous l'action d'une rapide élévation de  température. Ces mêmes précautions devront       s'appliquer    par exemple à des fraises de gran  des dimensions nécessitant le traitement dent  par dent.

   On va décrire ci-après un exemple de  la mise en     oeuvre    du procédé selon l'invention  appliqué au cas d'un acier rapide  La pièce, un burin à mortaiser, de       12        X        30        cm,        en        acier        rapide        (contenant        18        %          de        tungstène,

      4     %        de        chrome        et    1     %        de        va-          nadium),    est d'abord nettoyée à l'essence pour  enlever les taches grasses. Elle est ensuite im  mergée dans un bain de pétrole et marquée  ensuite avec un crayon dont la trace fond à  2800 C.

   Puis, elle est introduite dans un induc  teur de dimensions inférieures à 30 X 50 mm  alimenté par un générateur de fréquence de  700 kilocycles par seconde sous une puissance  de 6     kW/h.    On fait passer la pièce dans l'in  ducteur jusqu'à ce que le pétrole s'évapore et  que la trace du crayon fonde, ce qui nécessite  une exposition de la pièce au champ magné  tique oscillant d'environ 15 secondes.

   Si le  générateur ne     fournissait    que deux     kW/h,     la durée d'exposition nécessaire serait d'envi  ron 30 secondes, alors qu'elle ne serait que de  6 secondes avec un générateur alimentant l'in  ducteur à raison de 10     kW/h.    -On laisse ensuite  refroidir la pièce à l'air libre ou dans la pous  sière de charbon ;

   la pièce a pris une teinte  jaune paille et on     l'immerge    dans une solution  aqueuse d'acide phosphorique pour la blan  chir à nouveau, puis on la graisse pour l'em  pêcher de     rouiller.         Dans l'exemple choisi, la dureté a passé de  64     Rockwell    C (806     Vickers)    à 66-67     Rock-          well        C    (860 à 895     Vickers).    D'autre part, la  production obtenue avec une telle pièce est  seize fois plus grande qu'avec la même pièce  non traitée et on n'aura donc à la     réaffûter     qu'à des intervalles de temps plus espacés.

Claims (1)

1. REVENDICATIONS I. Procédé de vieillissement artificiel de matériaux, caractérisé en ce que l'on soumet ces derniers à l'action d'un champ magnétique oscillant. II. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication I, caractérisé par le fait qu'il consiste en un inducteur com prenant au moins une spire conductrice, ali menté par un générateur de courant alternatif de haute fréquence. <B>SOUS-REVENDICATIONS</B> 1. Procédé selon la revendication I, ca ractérisé par le fait que ledit matériau est une pièce en métal trempé. 2. Procédé selon la revendication I, carac térisé par le fait que ledit matériau est une pièce en métal trempé et revenu. 3.

   Procédé selon la revendication I et la sous-revendication 2, caractérisé en ce que l'on soumet ladite pièce métallique à l'action dudit champ magnétique oscillant jusqu'à ce que sa couche superficielle soit portée à la température de trempe et que l'on laisse ensuite cette cou che superficielle se refroidir par simple con- duction de la chaleur dans la masse de la pièce, le tout de façon que par cette trempe automa tique on produise un super-revenu et une dureté accrue de la couche superficielle de la pièce. 4.

   Procédé selon la revendication I et la sous-revendication 2, caractérisé par le fait que ledit champ magnétique oscillant est produit par un courant de fréquence inférieur à 100 mégacycles par seconde et de puissance d'au moins 0,2 à 200 kW/h. 5. Procédé selon la revendication I et les sous-revendications 2, 3 et 4, caractérisé par le fait que ledit métal trempé est de l'acier hypoeutectique et qu'il est chauffé par induc tion de 40 à 800 C. 6. Procédé selon la revendication 1 et les sous-revendications 2, 3 et 4, caractérisé par le fait que ledit métal trempé est de l'acier hy- pereutectique et qu'il est chauffé par induction à une température de 100 à 1200 C.

   7. Procédé selon la revendication I et les sous-revendications 2, 3 et 4, caractérisé par le fait que ledit métal trempé est de l'acier ra pide et qu'il est chauffé par induction à une température de 150 à 450o C. 8. Procédé selon la revendication I et les sous-revendications 2, 3 et 4, caractérisé par le fait que ladite pièce est immergée dans un liquide de point d'ébullition connu avant d'être soumise à l'action dudit champ magnétique os cillant, l'évaporation dudit liquide qui adhère à la pièce indiquant que sa surface est chauffée à une température correspondant au point d'ébullition dudit liquide, la température finale étant déterminée par des indicateurs de tem pérature précis. 9.

   Procédé selon la revendication I et les sous-revendications 2, 3 et 4, caractérisé par le fait que ladite pièce est immergée dans un liquide de point d'ébullition connu et soumise dans ce bain à l'action dudit champ magnétique oscillant. 10. Procédé selon la revendication I et les sous-revendications 2, 3 et 4, caractérisé par le fait que ladite pièce est soumise à l'action dudit champ magnétique oscillant jusqu'à ce qu'elle soit portée à la température désirée et est en suite refroidie à la température ambiante. 11.

   Procédé selon la revendication I et les sous-revendications 2, 3, 4 et 9, caractérisé par le fait que des pièces en aciers rapide et semi-rapide ainsi traitées sont immergées après refroidissement dans un bain composé d'une solution aqueuse d'acide phosphorique dans le but de précipiter les oxydes ferreux formés et leur redonner leur aspect primitif en faisant disparaître toutes les teintes du jaune paille au bleu prises par lesdites pièces à la suite de leur échauffement. 12. Procédé selon la revendication I et les sous-revendications 2, 3, 4, 9 et 10, caracté- risé par le fait que ladite pièce est refroidie à l'air libre. 13.

   Procédé selon la revendication I et les sous-revendications 2, 3, 4, 9 et 10, caracté risé par le fait que ladite pièce est refroidie dans un lit de poussière de charbon de bois.