Procédé de boruration de surfaces métalliques.
La présente invention concerne un procédé de
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enduire la surface à durcir, nettoyée au préalable, d'une couche d'un produit contenant du bore et à la soumettre
à un chauffage à une température supérieure à 700[deg.]C.
Les procédés de ce genre, connus sous le nom
de "procédés de cémentation", sont destinés à accroître la dureté superficielle de pièces, dont l'âme peut conserver une dureté moins élevée. L'on sait en outre que le bore, bien que très peu soluble dans les aciers, même
aux températures élevées, provoque néanmoins un accroissement notable de la dureté superficielle des alliages traités au bore. La cémentation au bore d'une pièce en acier permet ainsi dans beaucoup de cas de donner à cette pièce une dureté satisfaisante, sans devoir faire appel des alliages spéciaux et partant coûteux.
Il est également connu d'enrichir de façon analogue la teneur en carbone d'aciers de cémentation pauvres en carbone, qui peuvent ensuite être trempés comme des aciers au carbone ordinaires. A cette fin ont été développées des pâtes de carburation, qui limitent la cémentation aux endroits sur lesquels elles sont appliquées.
Une autre technique analogue est celle de la
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sur l'acier d'un courant d'azotu, suivi d'un refroidissement lent. Du fait de ce refroidissement progressif, la nitrura-tion a l'avantage de conserver aux pièces traitées leur forme et leurs dimensions initiales. Ses désavantages par contre sont la longue durée du traitement, généralement
de l'ordre de 50 à 100 heures, et partant les dépenses d'énergie élevées, le fait de produire une couche nitrurée extrêmement mince, ainsi que la nécessité d'employer des aciers contenant au départ un élément susceptible de former un nitrure, tel qu'entre autres du chrome, du molybdène ou surtout de l'aluminium. La couche nitrurée obtenue.est
plus dure qu'une couche obtenue par carburation, mais elle est plus mince et plus cassante et risque de se briser
sous une forte pression.
Les procédés de traitement au bore ne nécessitent pas des durées de traitement d'une durée aussi élevée, tout en conduisant à des duretés généralement supérieures à celles des couches obtenues par carburation. En mettant en oeuvre pour ce traitement la technique dite "recuit de diffusion", qui consiste à plonger la pièce à durcir dans une masse, à partir de laquelle le bore diffuse dans l'acier à la température de traitement, il est cependant difficile d'obtenir la diffusion du bore à une profondeur partout uniforme et ce traitement produit des pièces, dont la couche superficielle possède une structure cristallographique très
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étroites doivent par conséquent subir des travaux de finition qui, du fait de la dureté de la couche borurée, sont très difficiles et partant coûteux.
La demanderesse s'était fixée comme but de développer un procédé de traitement au bore, produisant une couche superficielle d'une épaisseur uniforme et d'une structure homogène, permettant de supprimer ou de réduire les opérations de finition nécessaires avec les procédés antérieurs.
Conformément à l'invention, cet objet est réalisé avec un procédé de boruration superficielle de surfaces métalliques, qui consiste a appliquer sur les endroits à cémenter d'une pièce métallique finie, nettoyés au préalable, une couche d'un produit qui, au recuit* de diffusion, libère du bore, puis à soumettre la.pièce
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L'épaisseur de la couche borurée peut être ajustée par des applications et des recuits répétés, ce
qui donne entre autres la possibilité de cémenter par exemple des parois de forures, dont le diamètre correspondant approximativement à la profondeur de pénétration escomptée du bore.
Les masses de boruration à appliquer conformément à l'invention sur les surfaces métalliques à cémenter se composent d'un ou de plusieurs composés contenant du
bore et d'un liant, dont la température de décomposition
se situe entre 100 et 500[deg.]C et est de préférence supérieure à 250[deg.]C.
Pour éviter toute action indésirable des produits de décomposition sur la surface des pièces métalliques à traiter, il est préférable de réaliser le recuit dans
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ploi d'un liant à base d'une résine synthétique, Je choix
du milieu se portera sur un gaz désoxydant et (ou) réducteur, en particulier sur l'hydrogène ou un gaz en contenant.
Le procédé suivant l'invention permet d'obtenir des couches borurées d'une structure très homogène et d'une épaisseur extrêmement uniforme. Cette épaisseur, c'est-àdire la profondeur de pénétration du bore diffusé, est en outre réglable de manière précise dans la gamme des valeurs pratiques par un choix approprié de la température, de la durée et, le cas échéant, la répétition du traitement con,;'orme ... l'invention.
Du fait de l'application d'une masse de boruration, il est en outre possible de limiter le traitement aux seuls endroits d'une pièce devant être cémentés.
La mise en oeuvre du procédé suivant l'invention peut par exemple être réalisée comme suit: une pièce métallique, par exemple un outil, dont la forme et les dimensions correspondent à celles de la pièce finie, est soumise à un nettoyage approfondi, entre autres dans un bain d'un détergent usuel pour métaux en solution aqueuse, mise en agitation par des ultra-sons. Après rinçage et dégraissage, par exemple dans un bain de trichloréthylène ou d'un autre produit de dégraissage courant, la pièce est lavée à l'acétone, qui enlève les résidus du produit de dégraissage et les empreintes digitales, produisant une surface chimiquement propre. Pour éviter de nouvelles empreintes, la pièce est retirée de l'acétone et transportée au poste de boruration, soit par
des dispositifs de préhension mécaniques, soit avec des
gants toilés.
La masse à appliquer pour la cémentation est une poudre d'un composé contenant du bore en fines particules,
la granulométrie de celles-ci se situant avantageusement entre 1 et au maximum 10 microns. Parmi les poudres bolées
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Comme liant, on emploie en particulier des résines acryliques telles que celles de la série
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diluant, on choisit principalement l'acétone.
La composition de la masse à appliquer, sa consistance et les proportions respectives de ses.composants dépendent de la profondeur de pénétration souhaitée et du mode d'application. L'application est de préférence réalisée par une technique assurant un enduit d'une épaisseur uniforme, telle qu'une pulvérisation. Si les surfaces
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cation peut aussi se faire à la spatule ou d'une autre façon usuelle, ou encore par immersion.
Si des parois de forures sont à cémenter, il est avantageux, surtout si le diamètre des forures est limité, de remplir ces dernières avec la masse de cémentation.
La délimitation précise des surfaces à traiter est aisée, la masse pouvant être enlevée facilement après son séchage de tous les endroits devant rester sans traitement, soit par voie mécanique, soit à l'aide du solvant.
La pièce enduite de la couche de poudre contenant du bore séchée est ensuite placée dans l'installation de recuit. Il est à veiller que deux surfaces à soumettre à la boruration ne se touchent pas. Les pièces sont 4 disposer de telle façon que le milieu de recuit puisse avoir accès à toutes les surfaces, en particulier celles non endu.'.tes.
Il est par conséquent indiqué de les placer sur des supports pointus.
La température de diffusion est choisie en fonction du matériau, dans lequel est réalisée la pièce
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Le milieu, dans lequel s'effectue le recuit, est un gaz désoxydant et (ou) réducteur, capable d'éli-
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chaleur et la décomposition du liant, de manière à maintenir les surfaces de la pièce exemptes de composés oxygénés. Dans le cas de l'emploi d'un liant à base de résine acrylique et d'acétone comme solvant, le choix du gaz ou du mélange gazeux se portera sur un produit, dont le point
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répond à ces critères, de même que certains mélanges
d'azote et d'hydrogène d'une composition adéquate.
La durée du recuit de diffusion dépend de la température choisie, du matériau à traiter et de la prof on-
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varier entre quelques minutes et plusieurs heures.
Les pièces, qui exigent une très grande préci-
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de la gamme des températures indiquées pendant une durée prolongée, par exemple de l'ordre de dix heures.
Une trempe subséquente éventuelle est réalisée
de préférence sous vide. Le refroidissement est réalisé
sous vide dans une huile, ou dans une circulation de gaz à
basse température. Les pièces ainsi traitées subissent pour
finir un revenu en atmosphère désoxydante.
Les résidus éventuels de l'enduit de boruration
<EMI ID=14.1> sont éliminés par un post-nettoyage, par exemple par immersion dans une solution aqueuse d'un détergent, maintenue vers 80[deg.]C, immersion répétée dans une solution identique non encore souillée par d'éventuels résidus, agitée à l'aide d'ultra-sons, et suivie d'un rinçage à l'eau claire et d'un séchage à l'air. Les pièces finies sont enduites d'une huile qui en protège les surfaces contre les influences atmosphériques.
Le procédé suivant l'invention convient tout particulièrement pour le traitement de pièces en acier, mais peut également s'appliquer à des pièces en d'autres alliages, dans lesquels le bore peut diffuser.
La profondeur de diffusion du bore peut être augmentée par la répétition du traitement suivant l'invention. Dans le cas d'un traitement partiel de certaines surfaces de pièces en acier, le milieu de recuit empêche
la décarbonisation des surfaces non enduites. Ce milieu gazeux est de préférence introduit dans l'enceinte de traitement sous une pression suffisante pour assurer le balayage de toutes les surfaces des pièces et pour empêcher toute oxydation et (ou) décarbonisation et partant toute modification définitive de l'une ou l'autre de celles-ci.
Les figures annexées, qui sont des agrandissements de photographies de coupes d'outils soumis à une boruration, font ressortir l'amélioration obtenue par le procédé suivant l'invention.
Il s'agit de coupes d'un outil en acier 100 Cr 6, traitées respectivement pendant deux heures à 10000C par une technique de cémentation usuelle (figure 1; agrandissement 60 X; profondeur de diffusion très irrégulière; en