Appareil pour le traitement thermique superficiel par diffusion de pièces métalliques La présente invention a pour objet un appareil pour le traitement thermique superficiel par diffusion de pièces métalliques.
On connaît des procédés qui permettent de recouvrir d'une couche protectrice d'aluminium, de chrome, de silicium ou d'autres métaux non fer reux, des objets de fer ou d'acier par diffusion. Ces procédés portent le nom de chromage, siliçage, colo- risation, etc. Ils consistent dans la production d'une couche de diffusion uniforme à la surface de la pièce, cette couche se développant dans l'épaisseur et dans la matière du métal de base. Cette couche peut être appelée une couche d'alliage imprégnée.
Pour mettre en oeuvre ce procédé, on utilise dans certains cas un récipient rempli d'un agent d'impré gnation et d'une pièce à traiter, récipient que l'on place debout dans un four qui suit lui-même un cycle de chauffage et de refroidissement progressif après quoi on extrait la pièce du récipient.
Toutefois, durant la période de chauffage, la distribution de la température dans le récipient n'est pas uniforme. L'élévation de température au haut et au bas du récipient, à l'avant ou à l'arrière, ou des différents côtés n'est pas la même, ce qui influence d'une façon désavantageuse la formation de la couche de diffusion et empêche d'obtenir une couche uniforme.
13'autre part, le récipient ne peut être placé dans le four ou extrait de ce dernier que lorsque le four est froid. Il en résulte que la durée de l'opération est longue et que la consommation du four est importante.
De plus, la succession des opérations de chauf fage et de refroidissement tend à détériorer le revê tement du four. Un chauffage non uniforme a, d'autre part, pour conséquence la création de tensions thermiques dans le récipient et, par conséquent, un risque de défor mation de ce dernier. Les récipients ne peuvent donc que difficilement être utilisés plusieurs fois. Enfin, le temps nécessaire pour atteindre la température dési rée à partir du four froid est si long que la surface extérieure du récipient se corrode et s'use rapi dement.
Toutefois, le procédé mentionné peut être mis en aeuvre d'une façon rationnelle et économique grâce à l'appareil selon l'invention.
Ce dernier est caractérisé par un transporteur capable de recevoir un récipient tubulaire contenant une pièce à traiter et un agent d'imprégnation et agencé de façon que le récipient tourne autour de son axe en se déplaçant, par un moyen de chauf fage capable de chauffer le récipient pendant qu'il tourne et un moyen de refroidissement placé après ledit moyen de chauffage et capable de refroidir le récipient.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, plusieurs formes d'exécution de l'appareil selon l'invention.
La fig. 1 est une vue en élévation latérale par tiellement coupée de la première forme d'exécution. La fig. 2, une vue en plan de l'appareil de la fig. 1. La fig. 3, une vue en élévation latérale d'une variante de l'appareil de la fig. 1.
La fig. 4, une vue en élévation latérale de la seconde forme d'exécution.
La fig. 5, une vue en plan d'un détail de la seconde forme d'exécution, et la fig. 6, une vue en coupe d'un four. L'appareil représenté à la fig. 1 est un appareil de chromage. On voit en 1 un récipient tubulaire constitué d'un tube d'acier de 15,2 cm de diamètre extérieur et de 5 m de longueur, dont une des extré mités 2 est fermée de façon étanche. Des plaques d'acier 3 constituant les pièces destinées à être trai tées et un mélange de poudre de chrome et de poudre d'alumine auquel est adjointe une petite quan tité de chlorure d'ammonium, constituant un agent d'imprégnation, sont introduits dans le récipient 1 à partir de l'extrémité ouverte 5.
Cette dernière est fermée par un bouchon de brique 6 constituant un orifice de sortie pour le gaz produit dans le réci pient au cours du traitement. Le récipient chargé est placé horizontalement sur des rouleaux 8 supportés par une plaque de base 7. Ces rouleaux 8 ont une forme convexe et sont disposés en biais de façon que le récipient 1 soit entraîné progressivement en direction du four et tourne en même temps autour de son axe longitudinal.
Le four est représenté, en 10. C'est un four à combustible liquide de construction épaisse permet tant d'atteindre une température de<B>12000C.</B> Le combustible liquide, de l'huile lourde, est introduit dans le four par une tuyère 11. La zone de chauf fage est longue d'un mètre cinquante.
Comme on le voit à la fig. 3, on peut placer plusieurs fours l'un derrière l'autre. Dans ce cas, un rouleau 8 est placé entre chaque four et le suivant.
Derrière le four est placé un dispositif de refroi dissement agencé de façon que lorsque le récipient 1 sort du four 10, il est aspergé par des jets d'eau pro venant de pulvérisateurs 12.
Les différentes étapes du procédé de chromage subit par les plaques 3 sont décrites ci-après.
Le récipient 1 chargé comme mentionné plus haut, se déplace à une vitesse de 350 mm par heure tout en tournant autour de son axe à une vitesse d'un tour toutes les 4 minutes. La température du four est maintenue à 1200 C en permanence. Dans le cas d'aluminium, cette température serait de 11000 C et dans le cas de silicium, de 1000 C. Le récipient 1 pénètre graduellement dans le four par son extré mité 5 fermée par le bouchon 6. Durant le chauf fage, il se produit un phénomène d'alliage d'impré gnation. L'air et les gaz contenus dans le récipient s'échappent par les jeux des joints du bouchon 6, de sorte qu'il n'y a aucun danger d'explosion du récipient. En général, lorsque le récipient utilisé dans les procédés connus se chauffe, il se ramollit et peut être sujet à des contraintes thermiques.
Cependant, comme le récipient 1 utilisé dans l'appareil décrit tourne en traversant le four et comme dans le cas de la fig. 3, il est encore supporté par des rouleaux 8 entre les différents fours, ce récipient n'est sujet à aucune contrainte. Durant le passage du récipient dans le four, les plaques d'acier 3 sont amenées à la température désirée et sont maintenues à cette température suffisamment longtemps pour qu'il se produise un revêtement par diffusion et qu'une cou- che d'alliage imprégné se forme de façon uniforme sur toute la surface de ces plaques. Le récipient pénètre ensuite dans l'appareil de refroidissement où il est refroidi à partir de sa surface extérieure par les diffuseurs 12.
Lors du chromage, ce refroidissement rapide est particulièrement important et a pour effet d'accroître la ductilité de la couche diffusée.
Des essais et des mesures effectuées sur les pièces traitées dans l'appareil décrit plus haut ont donné les résultats suivants :
EMI0002.0010
Epaisseur
<tb> de <SEP> la <SEP> couche <SEP> de <SEP> chrome <SEP> imprégnée <SEP> : <SEP> 0,14 <SEP> mm
<tb> Résistance <SEP> à <SEP> la <SEP> traction: <SEP> 44,2 <SEP> kg/mm=
<tb> Allongement <SEP> : <SEP> 35 <SEP> %
<tb> Contraction <SEP> : <SEP> 65 <SEP> %
<tb> Résilience <SEP> : <SEP> 14,1 <SEP> kg/cm
<tb> Ericsen <SEP> : <SEP> 10,11 <SEP> mm L'utilisation de l'appareil décrit pour un traite ment de colorisation est encore décrite ci-dessous Dans ce cas, le récipient 1 a une longueur de 7 m, un diamètre de 30,5 cm et une épaisseur de 9 mm. Les pièces introduites dans ce récipient peu vent être, par exemple, des tubes d'aspiration d'oxy gène.
L'agent d'imprégnation est constitué d'une poudre de FeAI et de chlorure d'ammonium NH,@Cl. Cet agent d'imprégnation est réparti dans le récipient de façon à être en contact avec toute la surface des pièces à traiter.
Le récipient est transporté de la position A (fig. 1) à la position C en tournant sur son axe. Il traverse (fig. 4) des fours 13 et 14 du type à barillet. Le four 13 est un four de préchauffage maintenu à 1000 C. Le four 14 que le récipient tra verse après le four 13 est un four de traitement dont la température est maintenue à 1100 C. La vitesse de rotation du récipient est de un tour par minute et sa vitesse d'avance de 1,5 mètre par heure. Pour obtenir ce mouvement de rotation et d'avance, on utilise des galets 15 (fig. 4, 5 et 6). Comme on le voit à la fig. 5, les galets 15 sont légèrement inclinés par rapport au récipient 1.
Cet angle est de 1,5 dans l'exemple décrit ici.
On voit à la fig. 4 que quatre galets 15 placés parallèlement les uns aux autres assurent la rotation et l'avance de deux récipients 1 placés dans la posi tion A. Quatre galets 15 assurent eux-mêmes la rotation et l'avance du récipient entre les fours 13 et 14 et quatre autres galets, placés après le four 14, entraînent les récipients lorsqu'ils se trouvent dans la position C. L'agencement est tel que chaque réci pient 1 est constamment supporté par au moins deux galets dans chaque position.
Au lieu d'utiliser quatre galets pour supporter deux récipients, on pourrait aussi n'en utiliser que trois.
Au total, l'appareil décrit comprend 16 galets dans chacune des positions A et C auxquels s'ajou tent les quatre galets placés entre les fours 13 et 14. Tous ces galets sont entraînés en rotation par un mécanisme quelconque.
Dans le four décrit, lorsque deux récipients sont introduits simultanément, la durée de l'opération de chauffage et par conséquent du déplacement de la position A à la position C est de 6 h 30 min. Ce temps correspond à approximativement la moitié de celui qui est nécessaire pour effectuer la même opé ration dans les appareils de traitement convention nels. Le refroidissement des récipients dans la posi tion C de la fig. 4 s'effectue par un jet d'air.
Les tuyauteries d'aspiration d'oxygène traitées de la façon qui vient d'être décrite présentaient une couche superficielle d'alliage d'aluminium imprégné d'une épaisseur de 0,3 à 0,27 mm. Une variation aussi faible de l'épaisseur de la couche est extrême ment difficile à obtenir lorsque l'on traite de grandes quantités de pièces dans des fours statiques du type conventionnel. On constate donc que grâce au fait que les récipients tournent durant le traitement, il se produit une égalisation des températures conduisant à la formation d'une couche d'épaisseur uniforme. De plus, le refroidissement uniforme des récipients dans la station C évite la formation de contraintes et la présence de déformations dans le récipient.
Le four représenté en coupe à la fig. 6 comprend un socle 18 et un dispositif d'allumage 16.
Le tableau ci-dessous donne les résultats expéri mentaux d'une comparaison entre des tuyauteries d'aspiration d'oxygène traitées dans un four usuel et d'autres tuyauteries traitées dans l'appareil décrit.
EMI0003.0005
Appareil <SEP> dcrit <SEP> Appareil <SEP> connu
<tb> Epaisseur <SEP> de <SEP> la <SEP> couche
<tb> fondue <SEP> . <SEP> .... <SEP> . <SEP> .. <SEP> ....... <SEP> . <SEP> 0,06 <SEP> mm <SEP> 0,12 <SEP> mm
<tb> Epaisseur <SEP> de <SEP> la <SEP> couche
<tb> imprégnée <SEP> ..................
<SEP> 0,3 <SEP> mm <SEP> 0,78 <SEP> mm
<tb> Epaisseur
<tb> totale <SEP> des <SEP> couches <SEP> 0,36 <SEP> mm <SEP> 0,90 <SEP> mm
<tb> Durée <SEP> du <SEP> traitement <SEP> 42 <SEP> min <SEP> 33 <SEP> min
<tb> Longueur <SEP> traitée <SEP> 3,020 <SEP> mm <SEP> 3,490 <SEP> mm
<tb> Vitesse <SEP> de
<tb> traitement <SEP> par <SEP> min <SEP> 71,9 <SEP> mm <SEP> <B>105,8</B> <SEP> mm La couche fondue dont il est question ci-dessus est une couche formée par fusion à la surface de la tuyauterie. Le produit cité à titre de comparaison est un produit colorisé selon un procédé conven tionnel utilisant un appareil connu.
On constate que l'utilisation de l'appareil décrit permet de réaliser des tuyauteries d'aspiration d'oxy gène de très bonne qualité.
La chaleur produite par le four de chauffage peut être utilisée pour préchauffer le récipient. Dans ce cas, on peut prévoir des moyens de préchauffage entre le transporteur et le four. Comme source de chaleur, on peut utiliser des huiles lourdes, du gaz de ville, du propane, du butane, ou un courant électrique.
Pour le refroidissement, on peut utiliser de l'eau ou de l'air. Dans ce dernier cas, le dispositif de refroidissement comprend une culotte entourant com plètement le récipient et assurant une circulation d'air sur toute la surface extérieure.
Au lieu du transporteur à rouleaux représenté au dessin, on peut également utiliser un transporteur à chaîne ou un chariot.
Dans le cas où l'utilisation d'un récipient cylin drique ne peut être prévu du fait de la forme des objets à traiter, on peut également utiliser un réci pient tubulaire de section carrée.
En variante de la disposition représentée à la fig. 5, on pourrait aussi placer plusieurs fours à barillet parallèlement l'un à l'autre et traiter ainsi simultanément un nombre de récipients supérieur à 2. En résumé, l'appareil décrit permet d'effectuer des traitements de surface avec les avantages sui- vants 1) la distribution de la température dans le réci pient est suffisamment uniforme pour que la couche imprégnée qui se forme ait une épaisseur pratiquement constante ; 2) le chauffage peut être effectué rapidement et le four peut fonctionner en continu, ce qui réduit la durée de l'opération et la quantité de com bustible dépensée ;
3) les récipients utilisés ne subissent pas de con trainte thermique et peuvent être réutilisés ; 4) comme le four est maintenu à une température constante, et ne subit pas de refroidissement et de chauffage répété, le revêtement du four ne se détériore que fort peu ; 5) lors du chromage, le refroidissement rapide amé liore la ductilité de la couche de diffusion ; 6) lors de la colorisation, la couche de diffusion présente une meilleure résistance à l'oxydation ; 7) le vieillissement du métal d'imprégnation est réduit par le fait que la durée du traitement est diminuée.