Jauge et procédé pour obtention de celle-ci
L'invention concerne une jauge telle que par exemple un calibre de contrôle, une cale, un étalon, une touche de contact, un rapporteur, une pièce de référence, etc., toutes pièces devant présenter des qualités de précision élevées et les conserver au cours de leur usage; et elle vise également un procédé pour la fabrication de cette jauge.
La jauge selon l'invention est caractérisée en ce qu'elle est en acier et en ce que sa surface est borurée par cémentation.
On rappellera d'abord que la jauge envisagée devrait pouvoir répondre simultanément aux diverses conditions suivantes
- une grande résistance d'usure, sans fragilité,
- un coefficient de dilatation du même ordre
de grandeur que ceux des produits couram
ment mesurés avec ces appareils, générale
ment celui de l'acier,
- une grande stabilité dimensionnelle, dans le
temps,
- une conductibilité thermique suffisante
pour assurer l'égalisation des températures
dans toute la masse du calibre,
- et une homogénéité dans la construction, les
joints et éléments rapportés devant être évi
tés.
Or, jusqu'à présent, il a été impossible de réunir les susdites conditions. On a cherché à réaliser surtout la première condition, notamment par des dépôts électrolytiques, par soudage, par métallisation ou par brasage de plaquettes de métaux durs rapportées, mais c'était au détriment des autres qualités requises.
On a découvert que pour satisfaire à ces conditions multiples les pièces en question doivent être en acier et présenter une surface borurée.
On a constaté en effet que, tout au moins si l'on effectue la boruration sous certaines conditions, on obtient ainsi Ides pièces qui, non seulement sont très dures, mais sont absolument stables dans le temps, même après trempe.
La couche borurée obtenue est en effet constituée essentiellement par des composés définis et très durs, de fer et de bore, composés sur la stabilité desquels les traitements thermiques sont pratiquement sans influence.
I1 s'ensuit que l'on peut faire subir aux pièces en question, avant ou après le processus de cementa- tion au bore, tous traitements thermiques pouvant être utiles pour l'obtention de caractéristiques déterminées pour le support sous-jacent en acier. En général, on pourra soumettre les pièces, notamment après cémentation au bore, à une trempe et, si nécessaire, on pratiquera les traitements usuels de revenu et de stabilisation.
I1 est donc possible de réaliser des pièces qui, non seulement présentent en surface une dureté considérable, supérieure à celle des métaux durs connus, mais qui sont parfaitement stables et homogènes dans toute leur masse: il n'y a pas de zone de transition appréciable, en effet, entre la couche superficielle cémentée et la masse en acier de la pièce qui serait susceptible par changement d'état ultérieur notamment dans ladite masse, de provoquer des modifications ultérieures des dimensions. C'est au contraire ce qui se passe dans le cas de calibres à plaquettes de métaux durs rapportées sur une masse en acier.
Toutes les conditions visées plus haut sont ainsi remplies.
Ajoutons enfin qu'il est possible d'opérer la cémentation au bore sur des ébauches à des dimensions très voisines des dimensions définitives, la cémentation ne modifiant pas sensiblemnt ces cotes, de sorte que les retouches ultérieures peuvent être très peu importantes.
Concernant la mise en oeuvre de la cémentation, il y a lieu de noter qu'il convient, d'une part, de choisir, pour la masse de la pièce, à borurer en surface, un acier de qualité déterminée, remplissant certaines conditions en ce qui concerne la quantité de carbone libre, et, d'autre part, de choisir également une température déterminée variable dans certaines limites, pour l'opération de cémentation au bore ou boruration en surface.
A oe sujet, on doit préciser qu'on entend par carbone libre : le le carbone en solution dans le fer au début du traitement de cémentation à l'exclusion par conséquent du carbone, soit combiné sous forme de carbures, soit à l'état de graphite précipité. D'autre part, on rappellera aussi qu'on entend par AC5, suivant l'usage, la température de fin de transformation de la phase ferrite (fer ce) en phase austénité (fer u), cette température étant généralement de l'ordre de 8000.
Cela étant rappelé, il convient de dire que, pour l'application envisagée, on procédera avantageusement de façon telle que:
- d'une part, l'acier choisi pour constituer le
corps du calibre ou autre pièce présente, au
moins en surface, en vue de l'obtention d'une
cémentation au bore correcte, une te
neur en carbone libre de l'ordre de 0,75 o/o
en poids au maximum,
- et d'autre part, le traitement de boruration
. (de préférence par voie électrochimique au
bain de sel) soit effectué à une température
comprise entre, comme limite supérieure,
ACS + 1000 ou mieux ACS + 500, et, comme
limite inférieure, une température compatible
avec une durée acceptable pour ledit traite
ment.
Pour ce qui est du corps de la pièce à réaliser, cela signifie que ladite pièce peut être établie, soit en une matière homogène ayant une teneur en carbone libre uniformément inférieure à 0,7 elo) soit en une matière ayant à cceur une teneur en carbone libre quelconque, la pièce en question étant alors soumise à un traitement de décarburation superficielle propre à abaisser la teneur superficielle en carbone au-dessous de la limite critique de 0,7 /o.
Ce traitement de décarburation superficielle peut consister soit en un chauffage dans une atmosphère contenant des traces de CO2 ou H2O, soit en un chauffage dans le bain de cémentation dont il sera parlé plus explicitement ci-après. On peut éventuellement appliquer ce traitement de décarburation superficielle aux aciers dont la teneur en carbone libre est déjà inférieure à 0,7 o/o en vue de diminuer encore la teneur superficielle et augmenter ainsi la profondeur et/ou la rapidité du traitement proprement dit de boruration.
Pour ce qui est de la température de traitement de boruration, et compte tenu de ce que AC. est généralement de l'ordre de 8000, les conditions susvisées signifient d'abord que la température de traitement devra généralement être inférieure à 9500 ou même à 9000.
Si la température dépassait ces limites, la couche superficielle borurée pourrait se fendiller et l'on obtiendrait ainsi une pièce difficilement utilisable par suite de l'écaillage de la couche superficielle soit immédiatement, soit en cours d'usage. I1 est d'ailleurs à souligner que les températures relativement basses à utiliser de préférence, comme il vient d'être indiqué, ne permettent d'obtenir une couche borurée d'épaisseur suffisante qu'en raison de la teneur superficielle choisie pour le carbone libre, les deux conditions susvisées (température et teneur en carbone libre) réagissant l'une sur l'autre.
Pour la limite inférieure de la température de traitement, on est surtout guidé par la durée du traitement, la rapidité du traitement ainsi que, dans une certaine mesure, la profondeur de la boruration, croissant avec la température. En général, on choisit une température supérieure à 700O. La durée op time, m du traitement est de l'ordre de la demi-heure.
Elle dépend évidemment de l'épaisseur de la couche borurée à réaliser, cette épaisseur étant par exemple de l'ordre d'un à plusieurs dixièmes de millimètre, voire moins.
Le traitement de boruration proprement dit est suivi d'une trempe soit classique (unique et brusque), soit étagée. De préférence, on effectue la boruration pendant la durée normale d'austénisation de l'acier utilisé et on termine cette boruration à la température de trempe de cet acier de manière à pouvoir tremper immédiatement après, ce qui évite des traitements régénérateurs ultérieurs destinés à combattre les effets du grossissement du grain, de la surchauffe, de la brûlure, etc.
Pour ce qui est de la nature du traitement de boruration, on a recours à un procédé de cémentation en soi connu.
On peut, par exemple, mettre en oeuvre, le pro cedé en caisse , l'agent cémentant, à l'état pulvérulent, étant à base de bore, de ferro-bore ou d'autres composés borés.
I1 semble toutefois plus avantageux de procéder par voie électrochimique avec un bain de sel contenant un composé du bore, la pièce à cémenter servant de cathode. Dans ce cas, l'électrolyse du bain produit un bore particulièrement actif.
A titre d'exemple, le bain de sel peut être constitué par de l'acide borique déshydraté ou du borax avec addition de composés propres à augmenter la fluidité du bain, tels que des halogénures alcalins (notamment le fluorure de sodium NaF ou la cryolithe). Si le creuset, dans lequel est effectué le traitement, est une matière conductrice de l'électricité (plombagine ou graphite, par exemple), on peut l'utiliser comme anode. Il suffit de deux à trois volts de différence de potentiel pour provoquer la décomposition du borax. La densité du courant peut varier dans de larges limites car la boruration constitue une réaction secondaire à la cathode.
Pour le traitement éventuel de décarburation superficielle, il suffit de chauffer la pièce à traiter dans le bain de boruration, soit en ne faisant passer aucun courant, soit en faisant passer un courant très faible, en sens inverse du courant de boruration.
REVENDICATIONS :
I. Jauge, caractérisée par le fait qu'elle est en acier et que sa surface est borurée.
Gauge and method for obtaining it
The invention relates to a gauge such as, for example, a control gauge, a wedge, a gauge, a contact key, a protractor, a reference part, etc., all parts which must have high precision qualities and must be kept at the same time. during their use; and it also relates to a process for the manufacture of this gauge.
The gauge according to the invention is characterized in that it is made of steel and in that its surface is borided by cementation.
It will first be recalled that the planned gauge should be able to simultaneously meet the following various conditions
- high wear resistance, without fragility,
- a coefficient of expansion of the same order
of size than those of common products
measured with these devices, generally
that of steel,
- high dimensional stability, in the
time,
- sufficient thermal conductivity
to ensure temperature equalization
throughout the mass of the caliber,
- and homogeneity in the construction,
joints and add-ons to be avoided
your.
However, until now, it has been impossible to meet the above conditions. Above all, attempts have been made to achieve the first condition, in particular by electrolytic deposits, by welding, by metallization or by brazing of hard metal plates added, but this was to the detriment of the other required qualities.
It has been found that in order to satisfy these multiple conditions the parts in question must be made of steel and have a borid surface.
It has in fact been observed that, at least if the boriding is carried out under certain conditions, one thus obtains pieces which are not only very hard, but are absolutely stable over time, even after quenching.
The boride layer obtained is in fact essentially constituted by defined and very hard compounds of iron and boron, compounds on the stability of which the heat treatments have practically no influence.
It follows that the parts in question can be subjected, before or after the boron cementation process, to any heat treatments which may be useful for obtaining specific characteristics for the underlying steel support. In general, the parts can be subjected, in particular after boron cementation, to quenching and, if necessary, the usual tempering and stabilization treatments will be carried out.
It is therefore possible to produce parts which not only have a considerable hardness on the surface, greater than that of known hard metals, but which are perfectly stable and homogeneous throughout their mass: there is no appreciable transition zone , in fact, between the hardened surface layer and the steel mass of the part which would be liable, by subsequent change of state, in particular in said mass, to cause subsequent modifications of the dimensions. On the contrary, this is what happens in the case of calibers with hard metal plates attached to a steel mass.
All the conditions referred to above are thus fulfilled.
Finally, let us add that it is possible to carry out boron carburizing on blanks with dimensions very close to the final dimensions, the carburizing not modifying these dimensions sensiblemnt, so that subsequent retouching may be very minor.
Regarding the implementation of case-hardening, it should be noted that it is advisable, on the one hand, to choose, for the mass of the part, to be boridized on the surface, a steel of determined quality, meeting certain conditions in as regards the quantity of free carbon, and, on the other hand, also to choose a determined temperature variable within certain limits, for the operation of carburizing with boron or boriding on the surface.
On this subject, it should be noted that free carbon means: the carbon in solution in the iron at the start of the cementation treatment, therefore excluding carbon, either combined in the form of carbides or in the state of precipitated graphite. On the other hand, it will also be recalled that AC5 means, depending on usage, the temperature at the end of transformation of the ferrite phase (iron ce) into the austenity phase (iron u), this temperature being generally of the order of from 8000.
This being recalled, it should be said that, for the envisaged application, one will advantageously proceed in such a way that:
- on the one hand, the steel chosen to constitute the
body of the caliber or other part present, at the
less on the surface, in order to obtain a
correct boron carburizing, a
free carbon neur in the order of 0.75 o / o
in maximum weight,
- and on the other hand, the boriding treatment
. (preferably electrochemically at
salt bath) is carried out at a temperature
between, as upper limit,
ACS + 1000 or better ACS + 500, and, like
lower limit, a compatible temperature
with an acceptable duration for said milking
is lying.
As regards the body of the part to be produced, this means that said part can be made either of a homogeneous material having a free carbon content uniformly less than 0.7 elo) or of a material having a core content of any free carbon, the part in question then being subjected to a surface decarburization treatment suitable for lowering the surface carbon content below the critical limit of 0.7 / o.
This surface decarburization treatment can consist either of heating in an atmosphere containing traces of CO 2 or H 2 O, or of heating in the cementation bath, which will be discussed more explicitly below. This surface decarburization treatment can optionally be applied to steels whose free carbon content is already less than 0.7 o / o with a view to further reducing the surface content and thus increasing the depth and / or the speed of the actual treatment. boriding.
As for the boriding treatment temperature, and taking into account that AC. is generally of the order of 8000, the above conditions mean first that the treatment temperature will generally have to be lower than 9500 or even 9000.
If the temperature were to exceed these limits, the boride surface layer could crack and thus a part which would be difficult to use would be obtained due to the chipping of the surface layer either immediately or during use. It should also be emphasized that the relatively low temperatures to be preferably used, as has just been indicated, only allow a borid layer of sufficient thickness to be obtained because of the surface content chosen for the free carbon. , the two aforementioned conditions (temperature and free carbon content) reacting with each other.
For the lower limit of the treatment temperature, one is mainly guided by the duration of the treatment, the speed of the treatment as well as, to a certain extent, the depth of the boriding, increasing with the temperature. In general, a temperature above 700O is chosen. The treatment duration op time, m is of the order of half an hour.
It obviously depends on the thickness of the boride layer to be produced, this thickness being for example of the order of one to several tenths of a millimeter, or even less.
The actual boriding treatment is followed by either conventional quenching (single and sudden) or in stages. Preferably, the boriding is carried out during the normal duration of austenization of the steel used and this boriding is completed at the tempering temperature of this steel so as to be able to quench immediately after, which avoids subsequent regenerative treatments intended to combat the effects of grain growth, overheating, scorching, etc.
As regards the nature of the boriding treatment, recourse is had to a cementation process known per se.
It is possible, for example, to use the crate process, the cementing agent, in the pulverulent state, being based on boron, ferro-boron or other boron compounds.
However, it seems more advantageous to proceed electrochemically with a salt bath containing a boron compound, the part to be cemented serving as the cathode. In this case, the electrolysis of the bath produces a particularly active boron.
By way of example, the salt bath can be constituted by dehydrated boric acid or borax with the addition of compounds capable of increasing the fluidity of the bath, such as alkali halides (in particular sodium fluoride NaF or cryolite. ). If the crucible, in which the treatment is carried out, is an electrically conductive material (plumbago or graphite, for example), it can be used as an anode. It only takes two to three volts of potential difference to cause borax to decompose. The current density can vary within wide limits because the boriding constitutes a secondary reaction at the cathode.
For the possible treatment of surface decarburization, it suffices to heat the part to be treated in the boriding bath, either by not passing any current, or by passing a very weak current, in the opposite direction to the boriding current.
CLAIMS:
I. Gauge, characterized by the fact that it is made of steel and that its surface is borided.