Procédé de traitement thermique de pièces, appareil pour la mise en aeuvre de ce procédé et ,pièce obtenue par ce procédé Le présent brevet comprend un procédé de trai tement thermique de pièces métalliques devant pré senter sur certaines portions de leur surface une dureté superficielle importante résultant d'un traite ment thermique et, entre ces portions, au moins une autre portion étroite présentant en surface après ledit traitement, une ductilité suffisante pour per mettre de lui faire subir une déformation permanente sans la création de criques, craquelures, voire même de déchirures superficielles.
On connaît déjà deux méthodes de traitement thermique de durcissement superficiel localisé la première consiste à ne traiter que les portions à durcir, la ou chaque portion qui doit pouvoir être déformée après le traitement de durcissement étant convenablement protégée au cours de l'enrichisse ment de la pièce en élément durcissant (carbone et/ ou azote, etc.) et/ou au cours du traitement thermi que de trempe qui suit cet enrichissement, de ma nière qu'elle ne soit pas enrichie en élément durcis sant, ou ne soit pas portée à une température suffi sante pour qu'elle puisse prendre la trempe ;
la deuxième consiste à traiter la pièce dans sa totalité puis à plonger la ou chaque portion qui doit rester déformable dans un bain provoquant un reve nu suffisant pour supprimer toute fragilité en surface de cette portion lors de sa déformation ultérieure.
Mais ces techniques connues ne sont applicables que lorsque la portion à conserver ou rendre à nou veau déformable est suffisamment éloignée des par ties à durcir ou que ces pièces sont suffisamment massives pour que le traitement thermique de trempe dans la première méthode ou de revenu dans la deuxième soit sans influence respectivement sur la portion à ne pas tremper ou sur celle dont la dureté superficielle doit être conservée. Elles ne sont pas applicables aux pièces minces et où les portions à durcir et non durcies sont très voisines et alternées, comme c'est le cas pour les pièces données ci-dessus à titre d'exemples.
Avec de telles pièces, la protec tion contre le traitement thermique de trempe est illusoire et, par ailleurs, un revenu par plongée par tielle dans un bain est soit pratiquement impossible en raison par exemple de la forme annulaire très étroite de la portion à soumettre au revenu ou illu soire par suite de la transmission de la chaleur de revenu aux portions adjacentes, la durée d'applica tion de la chaleur ne pouvant être contrôlée avec suffisamment de précision ni dans sa valeur, ni dans sa durée d'application.
Le procédé suivant l'invention a pour but de remédier à ces inconvénients et permet le traitement thermique d'une pièce à parois minces en vue de l'obtention sur cette pièce, avec une précision de l'ordre d'une fraction de millimètre, d'au moins une portion de grande ductilité superficielle située entre deux portions adjacentes de grande dureté superfi cielle. Ce procédé est caractérisé en ce qu'on effec tue un durcissement superficiel de toutes les surfaces de ladite pièce à traiter, puis en ce qu'on effectue un revenu localisé à la ou à chaque portion de sur face devant présenter une grande ductilité en chauf fant, pendant un temps très court, cette portion à l'aide d'un courant électrique d'induction à haute fréquence.
Le brevet comprend un appareil pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus, ainsi que la pièce, telle qu'une bague de roulement-, plaque de butée, douille, étui et autre pièce traitée par ce procédé.
Au dessin annexé, donné à titre d'exemple la fig. 1 est une coupe axiale diamétrale d'une bague externe d'un coussinet à roulement après le traitement thermique d'ensemble la fig. 2 représente la même pièce en coupe et en place dans l'appareil de revenu partiellement représenté et en coupe ; la fig. 3 est une vue en plan de. l'ensemble de l'appareil, à une échelle plus petite que celle de la fig. 2 ; la fig. 4 représente, en coupe axiale, diamétrale, le coussinet à aiguilles terminé; la fig. 5 est une coupe axiale et diamétrale d'une variante de la spire de chauffage par induction;
la fi- . 6 montre, en coupe analogue, la position de la spire de chauffage par induction dans le cas d'une bague interne de coussinet; la fig. 7 est une coupe partielle, axiale et radiale, du même coussinet terminé ; la fig. 8 représente une coupe axiale diamétrale de l'application de l'invention à une plaque de butée; la fi-. 9 est une coupe analogue mais partielle de la butée terminée, et à plus grande échelle.
L'exemple d'exécution représenté aux fig. 1 à 4 est appliqué au traitement thermique de la bague externe 1 (fig. 4) d'un coussinet à aiguilles 2 dont la surface interne 3 forme le chemin de roulement, cependant que les extrémités 4 et 5 de forme tron conique des aiguilles butent axialement sur les sur faces internes 6 et 7 de deux collets 8 et 9, formés par le rabattement vers l'intérieur des deux extré mités de la bague.
La surface 6 est raccordée à la surface 3 par une gorge 10 ménageant avec les extrémités des élé ments mobiles 2 un espace annulaire dans lequel tout contact entre la bague 1 et les aiguilles est exclu.
La surface 3 de roulement et les deux surfaces de retenue 6 et 7 doivent être très dures en vue de réduire l'usure, le grippage et tous les autres phé nomènes destructeurs du roulement en fonctionne ment.
Pour réaliser cette bague 1 dont la paroi est mince, son épaisseur radiale e étant de l'ordre du millimètre, on part d'une pièce emboutie présentant le collet 9 mais dont l'autre extrémité est cylindrique comme représenté en traits mixtes en la sur la fig. 1 et comporte en 10a un évidement qui donnera la gorge 10. On amorce en 8b le deuxième collet, la forme provisoire<B>81,</B> étant telle que les aiguilles 2 pourront être introduites par-dessous son bord 12b.
La bague ainsi préformée suivant lb (fig. -1) subit alors un traitement thermique de durcissement de l'en semble de ses surfaces. Ce traitement thermique est, de préférence, une carbonitruration conduite suivant l'un quelconque des procédés connus, suivie d'une trempe de durcissement suivant également un pro cédé connu.
On obtient ainsi une pièce durcie intégralement sur toute sa surface et qui est donc capable de résis ter à l'usure mais qui, par contre, ne permettrait pas de faire passer le deuxième collet de la position pro visoire 8b à la position définitive 8, c'est-à-dire de la forme de la fig. 1 à celle de la fig. 4 sous peine de voir apparaître des criques, fissures, voire même des déchirures sur la surface externe de cette pièce, dans la région intéressée par le rabattement du collet, c'est-à-dire au droit de l'évidement 10 sur toute la surface périphérique externe de la bague comprise entre les deux lignes circulaires,
circonférentielles a-a et b-b (fig. 1, 2 et 4). Il est donc nécessaire de rendre à nouveau ductile la surface externe 13 comprise entre ces deux lignes et également, mais dans une proportion un peu moindre, la surface interne en regard, c'est-à-dire celle d'une portion de l'évidement 10, tout en conservant la dureté des surfaces 3 et 6 adjacentes soumises à l'usure.
Ce résultat est obtenu par un choc thermique très localisé et quasi instantané, provoqué dans la portion de la bague comprise entre les deux lignes circu laires a-a et b-b, à l'aide d'un courant de haute fré quence induit dans la spire unique en court-circuit constituée par la zone annulaire de la bague lb déli mitée par ces deux lignes, à l'aide d'une bobine à spire ouverte 14 dans laquelle un courant d'induc tion à haute fréquence est admis pendant un très court laps de temps et avec une puissance suffisante pour élever dans cette zone la température superfi cielle à une valeur T qui doit être telle que d'une part,
entre les lignes circulaires précitées, elle soit suffisante pour effectuer un revenu retrans- formant la martensite en un composé fer-carbone moins dur (austénite, bainite, perlite ou leur mé lange) et y diminuer la dureté due aux nitrures, dimi nution qui commence vers 5001, C, cette température constituant donc une limite inférieure pour T, mais inférieure à une valeur T,
#z pour éviter une nouvelle transformation totale ou partielle de ces composés en martensite au cours du refroidissement qui suivra ; et, d'autre part, insuffisante pour provoquer dans les portions adjacentes une élévation de température jusqu'à une valeur T", au-dessus de laquelle on rédui rait la dureté des nitrures obtenues par la carboni- truration. Il en résulte que la pièce obtenue par ce traite ment conserve une dureté superficielle suffisante sur l'ensemble de sa surface tant interne qu'externe,
à l'exception de la zone 13 de sa surface externe com prise entre les lignes circonférentielles a-a et b-b et de la surface interne en regard formant une portion de l'évidement 10.
Pour bien différencier les zones dures des zones rendues ductiles par le revenu, sur les fig. 1, 2 et 4 ainsi du reste que sur les figures relatives aux autres exemples, les surfaces durcies ont été représentées en traits forts, les parties ductiles étant représentées en traits fins.
Après le chauffage très localisé par haute fré quence ayant rendu ductile la surface 13, on met en place les aiguilles 2 et on termine le coussinet en rabattant de<B>81,</B> (fig. 1) à la position' définitive 8 (fig. 4) le collet dont l'arête 12 emprisonnera les aiguilles 2, la surface dure 6 maintenant celles-ci axialement en combinaison avec la surface, égale ment dure 7, de l'autre collet 9, préalablement formé.
Naturellement, les données numériques relatives au revenu varient avec la nature de l'acier utilisé, l'épaisseur et la largeur<I>ab</I> de la zone à laquelle le revenu doit être limité.
A titre d'exemple non limitatif, d'excellents résul tats ont été obtenus dans le cas d'une bague d'envi ron un millimètre d'épaisseur et d'un diamètre exter ne de trente millimètres, la largeur<I>ab</I> étant de deux millimètres, et en acier doux, non allié, préalable ment traité par une nitrocarbüration ayant durci les surfaces sur 0,01 à 0,02 mm environ de profondeur, avec les données suivantes fréquence du courant inducteur . 450 kilocycles puissance dissipée<B>------------</B> . . 3 kilowatts entrefer c entre la spire 14 et la bague .................... 1 mm durée de l'induction<B>...........</B> . 1 seconde température T du revenu<B>......</B> . .
700o C température Tm de trempe<B>......</B> 8501, C température T", maximum des por tions adjacentes<B>------------</B> 5000 C Les fig. 2 et 3 représentent, à titre d'exemple, un appareil simple permettant d'opérer facilement le chauffage de revenu.
Cet appareil comporte un plateau-support fixe 15 sur lequel peut tourner par un tourillon 16 un plateau rotatif 17. Dans ce plateau sont ménagées, à une même distance de l'axe de rotation X-X, un certain nombre de lumières cylindriques 18, par exemple quatre, disposées à 900 les unes des autres et de dimensions telles que chacune d'elles peut rece voir, sans jeu appréciable, une bague 1b à soumettre au revenu.
Par rotations successives de 90o du pla teau 17 dans le sens de la flèche f (fig. 3), les lumiè res peuvent donc passer de l'une à l'autre de deux positions de chargement 18a ou 18b successivement à une position de revenu 18c, puis à une position 18,1 d'enlèvement de la bague traitée.
Au poste de revenu, c'est-à-dire pour la position 18t', le plateau fixe 15 comporte un alésage 19 de même rayon que chaque lumière 18 du plateau rotatif 17, de telle sorte que la lumière venue en 18e coïncide avec cet alésage 19. Dans cet alésage est mobile un support 20 à éclipse, susceptible de s'abaisser sous l'action de son propre poids au niveau de la face supérieure 21 du plateau 15, mais ce support 20 peut être soulevé dans la position repré sentée sur la fig. 2 à l'aide d'un levier 22.
Celui-ci peut osciller en 23 dans une chape 24 solidaire du plateau 15, entre une position abaissée 22a pour laquelle il bute dans le fond de l'échancrure de la chape-support 24 et une position haute pour laquelle le support 20 bute contre la face inférieure du pla teau 15 par un collet 25.
Quant au plateau rotatif, il peut être entraîné par exemple grâce à un volant 26 fixé à l'extrémité inférieure de l'arbre 16.
A l'aide de ce volant, on peut donc amener une bague à traiter 1b, chargée en 18a ou en 18b, en 18c au droit du support éclipsable 20 et, par oscillation du levier de la position 220, à la position en traits pleins 22, provoquer le soulèvement dudit support 20 pour soulever la bague 1b et amener la surface 13 qui doit supporter le choc thermique de revenu local au niveau de la spire unique 14 de chauffage par courant à haute fréquence.
Cette spire 14 est tubulaire et a une section axiale radiale de forme trapézoïdale, de manière que sa petite base ait une largeur sensiblement égale à la distance verticale entre les deux lignes a-a <I>et</I> b-b entre lesquelles doit être opéré le revenu, tout en ayant pour la spire une section suffisante.
Cette spire tubulaire, de préférence en cuivre, est supportée par le plateau 15 par le moyen d'une console 30 portant une bride 301, qui enserre les deux extrémités de la spire. Ces extrémités sont reliées par deux prises de courant 31 et 32 aux bor nes de sortie d'un générateur électronique 33 d'un type quelconque bien connu et un interrupteur 34 permet de régler la courte durée d'admission du cou rant dans la spire 14. Pour éviter une élévation nota ble de la température de celle-ci, ses extrémités sont branchées sur les tubulures 35 et 36 d'un circuit de circulation d'eau ou d'huile de refroidissement.
A la fig. 5 on a représenté une variante de spire de chauffage. Elle est constituée par un tube de sec tion circulaire sur lequel est reporté un jonc 37 de section transversale trapézoïdale ou analogue.
Naturellement, de nombreuses pièces minces peuvent être traitées conformément au procédé décrit.
C'est ainsi que l'on peut traiter des bagues internes pour coussinets telles que celle 38 qui est représentée à la fig. 6 et qui doit recevoir des aiguilles 39 de roulement (fig. 7) sur lesquelles le collet externe amorcé en 40a sera rabattu en 40 ;
la pièce 3 8 à surface entièrement durcie par carbonitruration ou simple trempe subit un revenu localisé à la portion 13a de sa surface interne et à sa position en regard de sa surface externe à l'aide d'un courant à haute fréquence, induit à l'aide de la spire d'induction 14b dont la petite base de la section trapézoïdale est tournée vers l'extérieur des plaques pour butées à roulement, telles que celle qui est représentée en 41 sur la fig. 8 et sur laquelle doivent rouler (fig. 9) des éléments mobiles 42,
engagés dans des lumières 43 d'une pla que de retenue 44 qui sera elle-même retenue sur la plaque 41 par le rabattement en 45 d'une saillie circulaire 451, (fig. 7) de ce plateau ; celui-ci, entiè rement durci en surface, doit subir un revenu loca lisé à la zone annulaire 13b et ce revenu est assuré par le choc thermique obtenu par l'induction d'un courant à haute fréquence, à l'aide de la spire 14b analogue à celle de l'exemple précédent, etc.
Dans chaque cas d'espèce, les conditions du trai tement, en particulier au point de vue des tempé ratures T, T,s et T,n précisées à propos du premier exemple, pourront être facilement déterminées par quelques essais préalables.
On peut, dans une variante et suivant une techni que connue, utiliser un ou des dispositifs refroidis seurs placés au contact de la pièce traitée sur la ou les parties dont on ne veut pas diminuer la dureté en vue d'obtenir une meilleure localisation du chauf fage par induction.