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La présente invention a pour objet 1' augmentation do la résistance de mataux à l'usure et au grippage.
On sait qu'un tel résultat peut être obtenu en introdui- sant du soufre au moins dans les couches superficielles des pièces métalliques. Pour réaliser cette introduction, on a .déjà propose do plonger los pièces à traiter, pendant une durée fonction de la profondeur à laquelle on désire faire pénétrer le soufre, dans .un bain de sel contenant un composé u soufre dans lequel cc dernier se trouve à l'état incomplètement oxyd', un cyanatc et/ou un cya- nure alcalins, ainsi qu'éventuellement un ou plusieurs scia inertes servant do diluants, la température de cc bain étant main@@nu@ su- périeure à 500 C et de préférence de l'ordre de 550 à 600 C .
On a également proposé de placer lespièces à traiter en- tre 400 et 1100 C dans une atmosphère gazeuse cont@n@nt du soufre,
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par exemple un mélange de vapeurs de soufre et d'azote ou un :',1.-< lange de gaz ammoniac et d'hydrogène sulfl1.!.'.;;,
Le procède u bain de sol, bien quc donnant d'une façon générale d'excellents résultats, entraîne un certain nombre de sujétions qui empêchent son application dans certains cas particu-
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liers.
De plus,, en dehors de la consommation d'énergie nécessitée par la fusion dos sels, cc procéd pr8;nto l'inconvénient d'exi- ger, soit le renouvellement périodique, soit la correction de la composition du bain lorsque celle-ci vient à varier dans une mesure telle que le traitement ne pourrait plus sc dérouler de la façon voulue et il ne permet pas de régler de façon commode et rapide la
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nature du résultai; b obtenu, notamment en oG qui concerne l'introduc- tion d'azote dans les pièces â traiter, cônoomitar=cn*b à.l'intro- duction do soufre< De plus, les pièces traitées sont, à leur sortie du bain, souillées do résidus de ce dernier et doivent être bl'O:J- sées pour leur rendre une surface nette, co qui nécessite do la main d'oeuvre et augmente le prix do revient du traitement.
Le traitement on atmosphère gazeuse est susceptible de
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procurer plus de souplesse c:, évite la d'fun brossage d's pièces après traitement, mais les modes do réalisation de cc trai- tement proposes jusqu'à présent ne donnont pas entière satisfac- tion. En effet, lorsque l'on utilise un mélange d'hydrogène sulfu- ré et d'ammoniaque, on risque une attaque nuisiblo des pièces.
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L'cmpio' d'un mélange; de vapeur do soufre et d'azote peut donner lieu à des condensations ui soufre d3ns:ccrt3inw3 parties do l'ins- tallation de traitement, condensations qui, par obstruction des canalisations, peuvent entraîner des pertes de charge considérables
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et -icmc un arrêt total du fonctionnaient de l'appareillage mis on oeuvre. D'sutre part, il a été,èon3tt± qu'un mélange contenant ;eLv7l ic,-icnt du soufre à l'état de vapeur donnait des résultats très irréguliers.
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La présente invention a pour objet un procéda de traite-
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m.nt de pièces métalliques en atmosphère gazus, permettant do réaliser une pénétration de soufre dans la surface desdites pièces en vue de l'augmentation de leur résistance à l'usure et nu grip- page, en évitant les inconvénients dos processus proposés jusqu'à présent. Elle s'applique notamment, do façon particulièrement avan-
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tageuse,, aux métaux et alliages ferreux, ainsi qu'aux alliages de cuivre tel que le bronze .
Cc procède consiste fondamentalement à chauffer les pièces
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à une température comprise entre 500 et rJOO G ot, de préférence entre 560 et 00 C dans une atmosphère gazeuse contenant au moins un com- pose organique vaporisé comportant, dans sa molécule, lo radical
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s3rTs
Comme exemple de composé organique utilisable pour la miso cn oeuvre de l'invention, on peut citer au premier chef les esters alcooliques de l'acide thiocyanîquc, répondant à la formula géné-
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ralle SCN-R., dans laquelle R est un radical alcoyle, tel qu'un radi- cal môthylc ou éthyle. On peut également utiliser las dérives de la thiourcc, par exemple la triéthylthiouréo rt (C2H5)2 CSNRê2H5 .
Le compose organique constituant l'atmosphère do traite- mont peut être utilisé seul ou à l'état de dilution, soit dans un gaz inerte, à la température envisagée, vis-à-vis du'métal traité
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et dudit compose organique, par exemple l'azote, 1'argot ou le gaz carbonique, soit dans un gaz ou dcs vapeurs contenant du buufre'mnis pas d'azote, par exemple le sulfure de carbone ou des vapeurs de soufre, soit cncorc dans un composé azoté gazeux ou vaporise, @rga- nique ou non, entre autres des composés ne contenant pas de soufre,
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par exemple l'ammoniac ou la tri étha no lamine (02H5)3NH, soit r'""in dans un mélange do deux ou plus de deux des gaz ou vapeurs ousmon- Dans le premier cas,
où le composé organique contenant le
1
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radical SON est utilisé soûl, ce composé peut être introduit direc- teillent dans l'enceinte dc traitement, soit à l'état déjà vaporisé, soit, do préférence, à @@état liquide, par exemple goutte à goutte, la vaporisation audit composé ayant lieu dans l'en@@inte do traite- mont, portée à la température voulue* Dans le second cas, où ledit composé est utilisé à l'état de mélange avec un gaz, et/ou des va- peurs, ce mélange peut être produit, soit dans l'enceinte do trai- tement elle-même, le gaz et/ou les vapeurs de dilution étant intro- duits directement dans cette enceinte, indépendamment du composé organique nitro-sulfuré, soit on dehors de l'enceinte,
on particu- lier par barbotage du gaz diluant dans le composé organique nitro- sulfuré porté au voisinage de son point d'ébullition. Cette dernière mithode ne doit toutefois pas être adoptée lorsque le gaz diluant risque do réagir défavorablement avec le composé organique à diluer, co qui est le cas, par exemple, lorsque le gaz diluant est de l'am- moniac et le composé organique un ester d'acide thiocyaniquo, le barbotago envisagé conduisant alors à une saponification do l'ester.
Le choix de la nature et de la proportion du gaz diluant dans le mélange, ainsi que de la température do traitement, permet de fairo varier, dans certaines limites, les proportions de soufre et d'azote introduites dans les couches superficielles des pièces traitées. Il est ainsi possible d'obtenir une variation rolativo de la fragilité, par exemple pour les petites pièces, ou de l'usur',-.. ou do la résistance au grippage En pratique, le choix des facteurs en question doit @tre déterminé par des expériences, qui sont fa- ciles à réaliser par tout spécialiste.
On indique cependant, dans le tableau ci-après, les résultats obtenus par essais, à la machine Faville-Lavally, d'éprouvettes ayant subi des traitements conduisant, pour les couches superficielles, aux analyses portées dans la pre- mière colonne, les indications de charges et de couplcs étant données
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respectivement on livres avoir-dupoids (1b) et en livres/pouce anglais (1 livre = 0,453 kg et 1 pouce = 25,Ls. mm) conformément à la graduation des cadrans do la machine.
Dans la colonne "Usuro" les indications C, t et p correspondent respectivement à la charge
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sous laquelle a été opérée ltossai,la durée do l'essai et à la perte en poids de l'éprouvctto au cours de l'essai.
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"# f ' J# # # #
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<tb> Analysa <SEP> Grippage <SEP> à <SEP> s@@ <SEP> Couple <SEP> à <SEP> Usure <SEP> Couple
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> soc <SEP> dans <SEP> dans <SEP> 1'hui-
<tb>
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lb/pouco l'huile le lb/poucc S : s 0,82% Pas do grippage 35 à .5 C: 1000 lob
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<tb> N: <SEP> 0,13% <SEP> à <SEP> 4-500 <SEP> lb <SEP> t <SEP> : <SEP> 2 <SEP> h <SEP> 9
<tb> S= <SEP> 6 <SEP> (limite <SEP> de <SEP> la <SEP> p <SEP> : <SEP> mg
<tb> W <SEP> =6,3 <SEP> machine <SEP> ) <SEP>
<tb>
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S : 0 J' 72Yo Pas de grippage C: 1000 lb Nui 0,, ... à .. 500 lb .0 à 50 t: 2 h 11 S - 5 ,1, p: 28 mg ' J..l.j.
S: o,4'Yo' Pas de grippage C : 1000 lb N: 0,18;% à 4500 lb LE-5 à 55 Grippas.- après
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<tb> S= <SEP> une <SEP> heure
<tb>
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µ =5,56 C: 500 lb
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<tb> t: <SEP> 5 <SEP> h <SEP> 10
<tb>
<tb> p: <SEP> 5 <SEP> mg
<tb>
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f'-t-Ll#n-- Jt-.-.fL.{ - - ####---.iuf-uw-¯ .-f ¯¯¯ - r. -¯r."--)-r-- ¯¯.,¯.,,.
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<tb>
S: <SEP> 0,26% <SEP> Grippage <SEP> C: <SEP> 1000 <SEP> lb
<tb> N <SEP> : <SEP> 0,18% <SEP> à <SEP> 2.500 <SEP> lb <SEP> 55 <SEP> à <SEP> 60 <SEP> Grippage.après
<tb>
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S ¯ l 44 25 minutes
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<tb> N
<tb>
Divers exemples pratiques de réalisation de l'invention sont décrits ci-après.
Pour la mise en couvre de l'invention, on a utilisé une
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installation représentée schcmatiquemont on coupe verticale au dessin annexe.
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Cette installation comprend un four 1 muni d'un garnis- sage rofractairc et d'un coupure le voûte 2 s'appliquant @@ façon étanche sur le four avec interposition d'un joint de sable 3. Le chauffage do cc four est assuré à laidc de résistances électri- qu@s disposées de façon usuclle et non représentées.
A la partie supérieure du four 1 débouchent, d'une part une canalisation 4 munie d'une vanne d'arrêt 5 et agencée pour permettre l'introduction dans le four 1, soit du composé organique de traitement, sous forme liquide ou vaporisée, lorsque ce composé est utilisé seul, soit d'un agent diluant gazeux ou vaporisé, et, d'autre part, une canalisation 6 sur laquelle est interposé un siphon 7 avec robinet do purge 8. L'autre extrémité de la canalisa- tion débouche à la partie supérieure d'un récipient 9 destiné à contenir le composé organique nitro-sulfuré de t. @tement, dans le cas où l'on utilise un tel composé sous forme diluée et où le mélange de composé de traitement et de gaz diluant est obtenu prr barbotage.
A la partie inférieure du four 1 est raccordée une conduite d'évacuation desgaz 14 qui débouche à la partie inférieure d'un récipient do condensation 15 pouvant contenir do l'eau et compor- tant une conduite d'évacuation des gaz 16, un entonnoir de rcm- plissage 17 et un robinet de vidange lb.
Des sondes thermométriques 19 et 20 reliées à desappareil: indicateurs 21 ot 22 permettent de contrôler la température res- pective dans le four 1 et dans le récipient 9.
Enfin, une hélice 23, disposée dans le four 1, est calée sur un arbre vertical 24 qui traverse lc couvercle 2 et est @ntraî- né en rotation par un moteur électrique 25 porté par ledit couver- clo, cotte hélice permettant d'assurer un brassage dos gaz à l'in- térieur du four.
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Pour la réalisation dos exemples ci-après indiques , on a disposé; dans le four 1 les pièces à traiter constituées par des
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6prouvcttcs d'acier prparccs pour être essayées dans une machine Fav:.llc-Lcvally et par des bandes do clinquant du incmo acier dcs- tinées â la réalisation des analyses, après quoi on a porto le four 1 â la température de 560'c.
L'analyse du clinquant, préalablement au traitement, a donné les valeurs suivantes en cc qui concerne les teneurs on soufre et en azote :
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<tb> Soufre <SEP> 0,007 <SEP> %
<tb>
<tb> Azoto <SEP> ........... <SEP> 0,001 <SEP> %
<tb>
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EXEMPLE 1 - Tra.t;rl.^.nt au thiocyanatc do 1116thylû .sou1...
Le sulfoc::c, t- do m6thylo a btc introduit goutte à goutto par la canalisation 4, la quantité totale de thiocyanato ainsi in- troduito dans lo four pondant la durée du traitement soit une
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dami-h,uro., ayant it do 10, om3 mcauros après un balayage do l'air de l'onccinto par passage rapido do quelques eni5 du produit.
Après traitement, l'analyse du clinquant a donno los to- nours suivantes en soufre ot en azote :
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<tb> Soufra <SEP> 0,72 <SEP> %
<tb>
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Azoto 0,ll[. % Rapport : | = 5, il).
Les essais des éprouvettes après traitement dans la ma-
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chine Faville-Levally ont donn l,s résultats suivants a) Résistance au grippage : l'oprouvotto à rougi pour une charge de 1750 livres (794 kg) puis est rcdcvcnuc noire lors- que la charge a augmenta celle-ci ayant pu Strc ensuito portée jusqu'à la limite de ,00 livres (Ò[|.O kg) sans grippage
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Une éprouvette-témoin non traitée a grippa et cassé la goupille d'entraînement dès que la pression a atteint 1100 livres (500 kg). b) Perte en poids dans l'huile spindlc sous uno charge de 500 livres, (227 kg) : 28 mg au bout de 2 heures.
EXEMPLE 2 - Traitement au thiocyanate de méthylo dilué dans 1! azote .-
On a introduit dans le récipient 9 du thiocyanate de mé- thyle SCN-CH3 qui a été porté aux alentours de' l'ébullition par chauffage dudit r@cipient à une température comprise @r@re 80 @@ 100 C et l'on a admis, par la conduite 10, de l'azote à un débit tel qu'il s'établisse dans le four une légère surpression.
Les vapeurs de thiocyanate, diluées dans l'azote, ont ainsi pénétra dans le four 1 et le thiocyanate se prouvant dans les gaz sortant par la conduite 14 s'est condensé au fur et à mesure dans l'eau contenue dans le récipient 15.
Le traitement de @@eces disposées dans le four 1 a été poursuivi pendant une heure, après quoi le débit d'azote a été interrompu et le chauffage arrêté, et les pièces ont été- extraites du four.
Le poids de thiocyanate de méthyle entraîné à partir du récipient 9 par barbotage de l'azote a été de 47g et celui du sulfocyanate recueilli par décantation dans le récipient 15 do 38g, la quantité totale de thiocyanate consommée pendant le trai- tement étant donc de 9 g.
A la fin du traitement, l'analyse du clinquant a donnée pour le soufre et l'azote, les valeurs suivantes .
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<tb> Soufre <SEP> 0,26 <SEP> %
<tb>
<tb> Azote <SEP> # <SEP> 0,18 <SEP> %
<tb>
<tb> Rapport <SEP> S/2 <SEP> = <SEP> 1,44
<tb> @
<tb>
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Les cprouvet"ftes essayées à s1 sur la machine' -D%vïlle- Levally ont r6sist( sans grippage: jusqu'à une pression da- 2..500 livres (1.155 kuy.
La perte; en. poids d'une 4prou:v<ette irraitôev tournant dans la machine Faville-Levally sous une pression de 2-50, livres (113 kg) a été de 5 m au bout de 2 heures. Le.s'sai dans le's. mêmes condi- tions d'une 6provtte-tGmoin non traitée a donne lieu à une perte- de 20 mg. Un es's'ai fait sous 1.000 livres a 6t interrompu par un grippage au flrcrat de 25 minute s .
EXLIPIE 3 - Traitement au thiocyanatr- de méthyle dilue dans le e strlf ter de carbone. - On a in,rod'tx.ït dans l'enceinte par la (J}:a'rJ.:a'liS8:tion ., un mélange Ôqui voJ.:nllm:'c:t;:z1que de thlocyanat;e, et de sulfure de carbone liquides, La consommst.ion du mélange a &t..<de 16 cm. mesurée après balayage de Ir afiî.x d'# l'enceinte par pas.sage rapic1'e; de, quelques cm3 du produit.
Après un 1 demi-heure de. traitement, l'analyse, du clinquant a donne les teneurs suivantes en soufra et en azote: : r
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<tb> Soufre <SEP> 0,82 <SEP> %
<tb>
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Azote ......... 013 % Rapport : T? = 6 t 3=
Les essais des cprouvettes après traitement dans la ma- chine Favilla-Levally ont donn les résultats suivants,
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a) Résistance au. grippage. L'prouvatte a rougi à 1900 livres (862 kg), est redevenue noire lorsqu'on a augmenta la
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charge, qui a ensuite atteint ;..500 livres (2.40o kg) sans grip- page.
Perte en poids dans l"huile spindle sous 500 livres (227 kg) : 22 mg au bout de 2 heures.
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EXEMPLE 4 - Traitement au thiocyanate de methyle dilué dans le triéthanolamine. -
Un mélange équivolumétrique de thiocyanate de mthyle ét de triéthanolamine liquide a été introduit goutte à goutte par la canalisation 4. La consommation du mélange a été de 13 cm3, me- sures après balayage de l'air de l'enceinte par quelques cm3 du mélange.
Après une demi-heurec traitement, l'analyse du clinquan' a donn les teneurs suivantes en soufre et en azote:
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<tb> s <SEP> .......... <SEP> 0,641 <SEP> %
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> N <SEP> # <SEP> 0, <SEP> 18 <SEP> %
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> S/N <SEP> = <SEP> 3,56
<tb>
a) Résistance au grippage. L'éprouvette a rougi à 1600 livres (726 kg), puis est redevenue noire et a sisté sans grip- page jusqu'à la limite de 4.500 livres. b) Perte en poids dai.. l'huile spindle soda 500 livres (227 kg) : 5 mg au bout de 2 heures. Un essai sous 1. 000 livres a été interrompu au bout d'une heure par grippage.