Procédé pour déterminer le moment où un métal passe par un point critique au cours de son traitement par la chaleur en vue de la trempe, de l'affinage ou de la recuisson. La présente invention a pour objet un procédé pour déterminer le moment où un métal, par exemple de l'acier ou un alliage de celui-ci, passe par un point critique au cours de son traitement par la chaleur en vue de la trempe, de l'affinage ou de la recuisson.
Ce procédé présente la particu larité que pendant le traitement du métal provoquant une variation de la température (le celui-ci, et sans tenir compte de la tem pérature réelle du métal, on détermine ledit moment à l'aide d'un instrument rendant perceptible la marche de la variation de l'état d'un milieu extérieur au métal. entra lequel et le métal peut avoir lieu un échange d'énergie dépendant Cie la température du métal, un changement brusque dans la marche de la variation de l'état dudit mi lieu correspondant à un tel changement clans la marche de la variation de la tem pérature du métal.
Les diagrammes des fig. 1 à 3 du dessin ci-joint, donné à titre d'exemple, servent à. l'explication du procédé faisant l'objet de l'invention, appliqué, par exemple, clans le traitement de l'acier par la chaleur.
Il a été jusqu'à présent de pratique cou rante, dans le traitement de l'acier par la chaleur, pour le durcissement, de l'acier par exemple, d'essayer de. chauffer l'acier jus qu'à une phase de décalescence, ou point critique, ou au delà, de ce point, en élevant la température du milieu environnant à une valeur prédéterminée, puis de refroidir brus quement. l'acier en le ploneant clans de l'eau ordinaire ou salée, ou clans un milieu refroidissant, ce qui a pour résultat une trempe de l'acier, la dureté étant. après cela réduite à un degré quelconque, suivant. le but qu'on se propose, par des procédés bien connus.
Dans l'ancien procédé, on, a coutume de déterminer la température à laquelle l'acier doit être amené pour assurer qu'on attein dra. ou qu'on dépassera, le point critique, en déterminant expérimentalement cette température d'après un ou plusieurs petits échantillons de l'acier à traiter. On place ensuite la masse d'acier à traiter dans un four et on élève la température jusqu'à ce qu'un pyromètre, adjacent à cette masse ou en contact avec elle, indique la température à laquelle on désire amener l'acier en traite ment, température qui a été préalablement déterminée par des essais faits sur un échan tillon,
comme cela a été dit ci-dessus. On continue alors le chauffage, tout en main tenant le four à cette température pendant une période de temps qui dépend de la masse d'acier à traiter, une temps plus long étant nécessaire pour une masse plus gros e.
Cette façon de traiter l'acier par la cha leur est défectueuse à plusieurs égards et les résultats qu'elle permet d'obtenir sont si divers et si incertains qu'ils rendent dif ficile. même pour un artisan habile, de re produire les résultats voulus.
Parmi les erreurs des procédés usuels, on petut citer les suivantes: 1 L'échantillon dont on fait un essai préliminaire petut ne pas avoir la même coin- posifion, ni les mêmes caractéristiques, que l'acier que l'on a réellement à traiter.
2 Le point critïque de l'échantillon peut. être mal déterminé, ou bien il peut être mo difié par un chauffage excessif ou trop pro longe.
3 le pyromètre employé pour déterminer la température (le l'acier en traitement, peut. être inexact.
4 Le pyromètre indique, en mettant les choses au mieux, simplement sa propre tem péra aure qui peut être, et est généralement, différente de celle de l'acier en traitement.
5 la vitesse avec laquelle on chauffe l'acier rne peut aucunement être déterminée par la lecture réelle du pyromètre et, pour tant, cette vitesse est importante.
On comprend qu'il est presque certain que, avec la façon usuelle d'opérer, le pyromètre sera ia une température plus élevée que celle de l'acier en cours de traitement. Avec un four à gaz, les gaz chauds léchant le pyro mètre élèveront habituellement sa tempé rature plus rapidement que celle de l'acier. Avec un four électrique, où l'énergie est in troduite au moyen d'une résistance en fil métallique ou autre matière, la même con dition subsiste, bien qu'à un degré moindre, à moins que la température du four rie s'élève avec la température de l'acier à une vitesse assez faible pour permettre à l'acier de s'échauffer pratiquement aussi vite due le four.
En procédant à des déterminations de température à l'intérieur d'une masse d'acier chauffée uniformément, à des distances dif férentes à partir de la surface extérieure, et en déterminant simultanément la tempéra ture dans l'espace autour de la surface ex térieure de l'acier, on trouve qu'il y a une différence relativement grande dans la tem pérature entre tous les points situés en dedans de la masse d'acier et l'espace environnant celle-ci, tandis que, parmi tous les point qui se trouvent à. l'intérieur de l'acier, il n'y a toujours qu'une petite différence fie température, caractérisée par une chute re lativement faible. de température à partir de la surface extérieure chauffée jusqu'au milieu de la muasse.
En d'autre: terme. c,n raison (le la faille résistance que l'acier offre au passage de la chaleur, il y a une faible chute de température à nartir de la surface extérieure, où il reçoit de la chaleur, jusqu'au milieu de la masse.
Alors (tue la chute de température à l'extérieur de la masse d'acier peut, par exemple, être repré sentée par la ligne q-h (fig. ?), la chute (le température à l'intérieur de la masse d'acier pourra être représentée par la ligne h--i légèrement inclinée par rapport. à l'incli naison de la première.
En admettant qu'une masse d'acier soit. chauffée clans un four, les conditions de température, en fonction du temps, peuvent être représentées par le diagramme de la fig. i, où les ordonnées mesurées parallèle ment à. l'axe 0 l', représentent. les tempéra tures et les abscisses ou distances mesurées parallèlement à l'axe 0 X, représentent des temps. Dans ce cliagramme, A désigne la courbe de température en fonction du temps obtenue pour le milieu environnant la masse d'acier, avec l'aide d'un pyromètre à couple thermo-électrique, par exemple, placé clans ce milieu.
Du point a au point b de la courbe A. la masse d'acier a reçu et a ab sorbé (le la chaleur et sa température s'est élevée; du point b au point c de la courbe, la masse d'acier s'est refroidie, ou a cédé de la chaleur. La courbe B est la courbe de température obtenue pour la niasse d'acier avec l'aide d'un pyromètre à couple thermo électrique, par exemple, placé au sein de la masse d'acier. Du point d au point r de la courbe B, la température à l'intérieur (le la masse d'acier a augmenté et, du point e au point f, elle a diminué.
On voit que les courbes A et, B sont sem blables l'une à l'autre quant à leur forme. mais qu'il y a une certaine dfférence entre la lempérature se manifestant à l'intérieur de la masse d'acier et, celle existant à l'exté- rieur de la masse d'acier en cours (le traite ment. Bien entendu, la grandeur des différences de températures à un ins tant donné, représentées par les diffé rences des ordonnées des courbes A et B, dépend du type de four employé et. (le la façon dont il est conduit. On petit chauf fer le four si lentement qu'il ne permette, à aucun moment, une grande différence entre la température (le la source (le chaleur et la masse d'acier.
Il ressort de l'examen dle la fig. 1. que. bien que le milieu extérieur à la masse d'a cier révèle, suivant la courbe A, pendant l'accroissement de température de la masse d'acier, une température réelle phus élevée que la température qui règne au sein de la masse d'acier, telle qu'elle est représentée par la courbe B, la courbe A présente cepen dant quelques inflexions en j le q r par exemple, que l'on doit considérer et qui, si elles sont convenablement comprises, offrent tin moyen précis (le déterminer l'état (le la nasse d'acier, quant au changement de tem pérature our au passage par les points cri tiques.
C'est précisément ces changements brusques clans la marche (le la variation de la tenpé rature représentée par la courbe A. qui donnent des indications pour l'état physique ou chimique de la masse d'acier en cours de chauffage, sans qu'on ait besoin de tenir compte dle la température réelle de celle-ci, et le procédé suivant l'invention se base sur la détermination de l'instant oiu se produisent ces, changements brusques, qui correspondent à des points critiques clans le chauffage ou le refroidissement de la mnasse d'acier.
On remarquera en effet, que les inflexions j k q r de la courbe A cor respondent, au point (le vue du temps (ins tant), aux inflexions o pr t ur de la courbe B, qlue quand, dans la détermination des chan gements de températures du milieu exté rieur à la niasse d'acier, il se présente, par exemple, l'inflexion j dans la courbe de température A tracée, on peut en déduire qu'on est arrivé au moment où la masse d'acier en cours de chauffage atteint un point critique.
11 en résulte que bien que la courbe A re puise pas étre utilisée pour déter miner la température de la nasse d'acier en cours de chauffage, elle permet de dé terminer le temps our se produit la phase (le décalescence (point critique), ou son passage, chose qui est uniquement néces saire dle savoir dans le traitement. de l'acier par la chaleur, puisqu'on doit seulement savoir pour les fraitenierits particuliers à faire subir à. l'acier à quel moment l'acier chauffé passe le point critique. La courbe -1.
reflète, pour ainsi (lire, les incidents dans la variation de température qui se produi sent dans l'acier ménie et qui sont représen tés par la courbe B.
Les moyens pour déterminer la courbe de tempérahire .9 peuvent varier tant comme consfruction que comme disposition. On a parlé plus haut d'un pyromètre à. couple thermoélectrique. ruais on pourrait. aussi employer un pyromètre à, radiation. Ce pyro mètre peut être disposé près ou très. près de la surface extérieure de la masse d'acier ou en contact réel avec cette surface.
On a trouvé que. duel que soit l'endroit où le pyromètre est placé à l'extérieur de la masse d'acier en cours de chauffage, on obtient la relation générale entre les courbes A et B quant à l'existence simultanée de la période de dé- calescence, ou des points critiques; il exis tera toujours, pendant la période de déca- lescence o-p de la masse d'acier, un chan gement similaire et simultané clans la vi tesse de changement. de température dans le milieu extérieur environnant la masse d'a cier.
Lorsqu'on laisse refroidir la masse d'a cier, elle est à une température plus élevée que le milieu environnant, pour que ce re froidissement puisse se produire, et cette température plus élevée est indiquée en rai son du fait que la courbe B (fig. 1) est située au-dessus de la courbe A à la droite du maximum. En se refroidissant, la masse d'acier passe par une phase de recalescence durant laquelle, bien qu'elle perde réelle-. ment de la chaleur, sa température aug mente relativement, ou en tout cas diminue à une vitesse plus faible. Ceci est. indiqué à la fig. 1.
Le commencement. de cette période est indiqué en q et la fin en r sur la courbe B Le commen cement et la fin de cette phase de re- caleseence est également reflété clans le mni- lieü à l'extérieur de la masse d'acier, comme cela est indiqué par la courbe A, où le point t indique le commencement et le point ru, la fin rie cette période de recalescence.
Ici encore, comme dans le cas de la période<B>(le</B> décalescence, le commencement et la fin du phénomène de recalescence se produisent simultanément avec le changement dans la vitesse (le changeent de température du milieu extérieur à la masse d'acier et, en conséquence, les dernières indications sont un criterium certain de l'état de l'acier et du moment de son passage par la période (le recalescence.
Fig. 3 représente une courbe de tempéra ture A pour la détermination du moment où de l'acier passe par un point critique au cours rie son chauffage telle qu'on peut l'obtenir par la mrise en pratique (lu procédé, mais dlans laquelle, toutefois, la vitesse du chauffage de l'acier est plus lente que dans le cas de la fig. 1.
Voici quelques exemples de traitement de métal pour lesquels le nouveau procédé peut être utile: Four la trempe d'une masse d'acier, par exemple, on détermine d'abord, à l'aide de la courbe A, le moment, où le métal passe par le point critique au cours de son chauf fage, puis on l'amine jusqu'à une tempéra- ture correspondant au point n de la courbe A, et ensuite on le trempe dans de l'eau or dinaire ou salée.
Par exemple, pour affiner le grain de l'a- rier, on peut le chauffer jusqu'à ce qu'il dé passe plus ou moins la phase de décales- cence, c'est-à-dire jusqu'à une température correspondant au point n de la courbe A, au delà du point le, puis on le trempe clans de l'huile, ce qui produit une trempe ou re froidissement plus lent qu'une immersion dans l'eau ordinaire ou salée employée pour 1a trempe.
De même, pour recuire de l'acier qui, ou bien a été préalablement trempé, ou bien est dans son état normal, on chauffe la masse jusqu'à ce que la phase de décalescence ait commencé, irais ne soit pas terminée, puis on la refroidit lentement en interrompant, par exemple, l'application de chaleur rt plus le refroidissement commence tôt aprf@s le commencement de la phase de c1écales- cence, meilleur est. l'effet. de recuisson ob tenu.
La courbe pointillée r, à la fi,--. i, indique ce refroidissement qui s'effectue dans le traitement pour la recuisson.