CH276211A - Procédé de nitruration. - Google Patents

Procédé de nitruration.

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CH276211A
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nitriding
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    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C8/00Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/06Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
    • C23C8/08Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases only one element being applied
    • C23C8/24Nitriding
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Description


  Procédé de nitruration.    Cette invention se rapporte à     nu    procédé  de nitruration     clés    métaux ferreux utilisant  le gaz ammoniac comme     agent    de nitruration.  



  Les procédés actuels de nitruration pour  le durcissement superficiel de l'acier consis  tent en général à chauffer des aciers de     com-          position    spéciale au :contact du gaz ammoniac,  habituellement à des températures comprises  entre 195 et 525  C, pendant des périodes de  temps qui varient entre 10 et 100 heures, sui  vant l'épaisseur désirée de la .couche durcie.

         Pendantce    laps clé temps, l'azote     engendré    par  la décomposition de l'ammoniac est absorbé  et forme des nitrures avec le fer et avec les  éléments     d'alliage    spéciaux présents dans  l'acier,     généralement    l'aluminium, le chrome  et le     molz-bdène    et parfois .le nickel, le vana  dium ou autres     éléments        favorisant    un     dur-          eissement    par nitruration.

   Les     nitrures    des  éléments spéciaux sont précipités à la- tempé  rature de nitruration le     long    des plans     clé     cristallisation du fer, ce qui a pour effet de  produire une couche     su.perfieielle    extrême  ment dure et résistante à     S'usure.     



  En général, la. :couche de nitrures formée  par la nitruration     comprend        deux    zones plus  ou moins distinctes. La première de ces zones,  ou zone externe, est constituée par une couche  dans laquelle tous les éléments aptes à former  des nitrures,     yr    compris le fer, ont été trans  formés en nitrures.

   Cette zone est fréquem  ment appelée  couche blanche , car elle appa  raît sous une     couleur    blanche au microscope    après     :décapage.    La seconde zone, située en       dessous    :de     1a    couche blanche, est constituée  par une couche dans laquelle la majeure par  tie :des .éléments spéciaux, mais pas le fer,  ont été :convertis en nitrures.  



  La zone externe, ou couche     blanche,    est  très fragile et pour cette raison on l'enlève  habituellement par meulage avant que l'acier  nitruré ne soit mis en service. Dans les con  ditions normales, lorsque la nitruration a été  effectuée comme indiqué auparavant,, cette  zone externe est relativement mince en com  paraison de la seconde zone, son épaisseur  n'étant habituellement pas supérieure à un  dixième de l'épaisseur totale de la couche ni  trurée; néanmoins, sa constitution et son enlè  vement subséquent par meulage     représentent     un facteur important du prix d e revient du  produit nitruré fini. En outre, il a été géné  ralement admis que la constitution de la cou  che blanche .est     inévitable    si l'on veut obtenir  une nitruration satisfaisante.

   Ce point de     vue     a été confirmé par la     :constatation    qu'à dé  faut clé la formation d'une couche blanche,  la     couche    de     nitrura.tion    produite ne possède  pas des caractéristiques satisfaisantes au point  de vue du durcissement     superficiel.     



  Ainsi qu'il sera exposé ci-après, les re  eherches qui ont été faites par la titulaire       aboutissent    aux mêmes conclusions, mais     elles     montrent toutefois que l'on peut régler l'épais  seur .de la couche blanche et même l'éliminer  pratiquement vers ou à la fin de l'opération      de nitruration sans nuire au résultat. On a       également    trouvé qu'on obtient une bien meil  leure     straicture    de la. .couche nitrurée en ré  glant l'opération de     nitruration    de telle ma  nière qu'il n'y ait plus qu'une couche blan  che relativement mince à. la. fin de     l'opératio:n     de     nitrarration.     



  Un autre facteur intervenant     phis    large  ment :dans le coût de la     nitrura.tion    est la  consommation     d'ammoniac.    La nitruration  sur une échelle industrielle telle qu'elle était  pratiquée jusqu'ici donnait lieu à. de grandes  pertes     @de    gaz ammoniac du fait     qu'une    faible  partie seulement. de l'ammoniac en circulation  dans la caisse de     nitr-uration    était dissociée  en ses éléments constitutifs, l'azote et l'hydro  gène. La nécessité d'agir :de cette manière res  sortira des     explications    données     ci-dessous.     



  Lorsqu'on .chauffe de l'ammoniac dans  la gamme des températures -de nitruration, il  se produit une     très    faible dissociation, excepté  sur les surfaces     susceptibles    de catalyser la.  décomposition. L'acier, de même que d'autres  métaux ferreux forment de telles     surfaces    et  pour cette raison la réaction suivante se pro  duit pendant la nitruration     dans    la zone de  contact     gaz-solide:            NH.,    - N + 3H    On     suppose    que     l'hydrogène    atomique ainsi  formé passe immédiatement à l'état     molécu-          tair    e.

   Une .partie de .l'azote .atomique est. ab  sorbée par l'acier et le restant réagit pour  former     N.    qui est inerte. Comme la durée d'exis  tence de l'azote atomique est brève, il est né  cessaire de le     reconstituer    par un appoint con  tinuel d'ammoniac frais sur les surfaces  3e l'acier. Ainsi, il est très important pour la.  nitruration de faire     circuler    l'ammoniac en  quantité suffisante pour assurer un constant.  renouvellement de l'azote     actif    sur toute  l'étendue de la     surface    qu'il s'agit de .durcir.  



  En vue d'assurer -un appoint suffisant  d'azote actif, il est     d'usa-e    courant de régler  le flux     :d'ammoniac    .dans la caisse de     nitrura-          Lion,    de manière à maintenir une     concentra-          tion        de        70        %        en        NH,,        et        30        %        en        N    .     plus        H.,     dans le gaz d'échappement.

   En     termes    Cou-         rants,    cela signifie     maintenir    la- dissociation  de l'ammoniac à. 30 01o.     1:n    réalité, par suite       du        elra.ngem:erit        de        volume        résultant,        17,7        %     seulement , de l'ammoniac qui     pénètre    dans  le récipient. sont dissociés dans ces conditions.

    Le restant, c'est-à-dire 82,3 Vo, circule simple  ment à travers la     chambre    et est. dissipé en  pure     perte.    Une faible fraction seulement de  la quantité d'azote engendrée par la. dissocia  tion de l'ammoniac est absorbée par l'acier.  



  On n'estimait. pas pratique     d'effectuer    la  nitruration à. un     de#,ré    élevé de dissociation  de l'ammoniac et on avait observé que, si       l'ammoniac    était complètement dissocié, il  ne se produisait. pas de durcissement notable,  ou bien la couche de     nit.rlirat.ion        résultante     était peu satisfaisante nu point de     \iie    du  durcissement superficiel.  



  La présente invention permet, de réaliser  une économie sensible de l'ammoniac utilisé  pour la nitruration et de réduire au mini  rnum l'épaisseur de la couche blanche, en évi  tant ainsi ou en réduisant dans une forte pro  portion le meulage nécessaire pour amener  le produit brut     à@l'état    fini désiré.  



  Le     procédé    selon l'invention est     e.aracté-          risé    en ce que l'on chauffe     -Lui    métal ferreux  en présence d'un mélange     gazeux    sec conte  nant de l'ammoniac, dans des conditions  telles que l'ammoniac soit dissocié à un de  gré assurant la     formation    rapide sur les sur  faces exposées du métal.

       d'une        couche    de ni  trures blanchissant au décapage, on     poursuit     ce     chauffage    dans lesdites conditions jusqu'à  ce qu'une mince couche blanche continue se  soit formée, on chauffe ensuite le métal en       présence        dudit:

      mélange dans des conditions  telles que l'ammoniac soit dissocié à un       degré    plus élevé que précédemment, suffisant  pour que se manifeste une tendance sensible  ment plus faible à la, formation d'une couche  blanche, mais insuffisant. pour que se produise  une     dénitr        ur        ation,    et on continue ce dernier       traitement    jusqu'à ce qu'une partie au moins,  en profondeur., .de ladite     couche    blanche ait       disparu    en     donnant    lieu à, une couche nitru  rée correspondante ne blanchissant pas au  décapage.

        On a trouvé que les     caractéristiques        dit     durcissement superficiel ne présentent que très  peu de différences lorsqu'on opère à un     de-          t;ré     < le dissociation de     l'ammoniac    compris       entre        7.5        et        65        %        (le        degré        de        dissociation     étant déterminé de la manière     exposée        ci-          dessus),

      que ce soit pendant les phases initia  les de la     nitruration    seulement ou pendant  toute la durée du     c@-cle    de nitruration, mais  que lorsqu'on opère avec. des degrés de     disco-          ciatiorr    un peu plus élevés dans les phases       initiales,        notamment        au-delà        de        75        %        jusqu'à,     environ 85%, en effectuant la nitruration  dans la gamme des températures allant de  495 à 525  C, la couche durcie est sensible  ment moins épaisse,

   ce qui indique que pour  ces     degrés    de dissociation les réactions de  nitruration apparaissent plus tardivement  ou se font plus lentement.  



  Des recherches ont également établi que la  tendance à former la. couche blanche diminue à  mesure     qu'augmente    le degré de dissociation,  bien qu'une mince couche blanche soit for  mée au bout de cinq heures, même à un     degré     de dissociation de 65 0/0. A. 85 0l0 et au-delà, il  ne se produit aucune couche blanche appré  ciable quelle que soit la durée de la nitrura       tion    et lorsque le degré de dissociation atteint  environ 90 0/0 et. davantage, suivant la tempé  rature de     nit.ruration,    il peut se produire une       dénitruration    préjudiciable.

   On a également  constaté que la profondeur totale de la     erofite     nitrurée     produite    est sensiblement indépen  dante du degré de dissociation de l'ammo  niac, lorsque celui-ci ne dépasse pas ou ne dé  passe que de peu 65 0/0.  



  Il     est    à supposer que la, raison pour     la@     quelle l'épaisseur de la couche nitrurée est  indépendante du degré de dissociation de  l'ammoniac lorsque celui-ci est inférieur à       65        %        est,        qu'au-dessous        de        cette        limite,        il        se     forme une mince couche blanche (en grande  partie des nitrures de fer et probablement en  ordre principal     Fe.N    et     Fe,N)    sur la surface  (le l'acier tout de suite après que la nitrura  tion a débuté.

   Une fois la couche blanche for  mée, la profondeur de nitruration devient  simplement une fonction :du degré de diffu-    lion de l'azote à partir de cette couche dans  l'acier qui se trouve en dessous. L'épaisseur  de la couche nitrurée située en     @dessous    de la  couche blanche devient par     suite    indépen  dante de la. composition du gaz, la seule con  dition étant que la quantité d'ammoniac  non dissocié présente     dans    l'atmosphère ga  zeuse doit être suffisante pour empêcher la  décomposition des     nitrures    ,de fer.

   L'augmen  tation du flux d'ammoniac (c'est-à-dire la  réduction du degré de dissociation)     au-,delà     de ce point a uniquement pour effet d'aug  menter l'épaisseur de la     couche        blanche.     



       Toutefois,    on a trouvé que,     lorsque    la ni  truration commence     dans    des conditions qui  assurent la formation de la couche blanche  et qu'une couche blanche continue a     été    cons  tituée,     l'opération    peut être poursuivie à des  degrés de dissociation     plus    élevés et que  l'azote continue à être absorbé par l'acier à  des degrés de     dissociation    pouvant même       atteindre        85        %        environ,

          en        donnant        des        résul-          tats    entièrement     satisfaisants.     



  Il ressort aussi des résultats des essais  qui sont exposés plus en détail ci-dessous,  qu'une fois que la couche blanche a été for  mée, son épaisseur peut être réglée     sans    alté  rer sensiblement le degré de nitruration, en  faisant varier le degré de dissociation de  l'ammoniac dans toute l'étendue de la       gamme,des        deâ        és    de dissociation allant d'une  fraction de 0/0 jusqu'à environ 85 0/0.

   On a  trouvé, en outre, que l'épaisseur de la cou  che blanche tend à atteindre une valeur déter  minée pour chaque valeur     @du    degré de disso  ciation de l'ammoniac, pourvu que ce de  gré soit maintenu constant pendant une pé  riode de temps suffisante pour permettre à  un état     d'équilibre    de s'établir .entre les ni  trures de la couche blanche et l'atmosphère  du four, d'une part, et entre les nitrures de  la couche blanche et la couche de nitrures  normale qui se trouve en     dessous,    d'autre part.  



  On peut     réaliser    -la première phase de ni  truration à des degrés .de dissociation de 15  à 65 0/0, mais il est préférable de rester entre       30        et        45        %        environ,        parce        qu'à        ce        degré        de         dissociation une couche blanche     d'épaisseur     notable se     forme    rapidement..

   Le     degré    de dis  sociation peut alors être élevé jusqu'à 75     0,10    ou       même        85        %        s'il        est        réglé        soigneusement        et        qu'une     circulation uniforme est maintenue.

   Si le de  gré de dissociation de l'ammoniac est main  tenu à 85, % ou juste en     dessous    soit pendant  toute la. durée de la. seconde phase du traite  ment de nitruration, soit pendant une période  suffisante durant la dernière partie du trai  tement., l'excédent d'azote qui se trouve dans  la couche blanche sous forme de nitrures de  fer se diffuse pour     ainsi    dire complètement  vers l'intérieur dans la. couche     @de    durcisse  ment, ne laissant pratiquement aucune couche  blanche. L'élimination de la couche blanche  est     particulièrement        avantageuse        dans    les cas  où elle aurait dû     sans    cela être enlevée.

   De  toute     faeon,    on obtient une bien     meilleure     structure de la couche de durcissement en ré  glant la nitruration de telle manière qu'il  n'existe plus qu'une couche blanche relative  ment mince lorsque le traitement est terminé.  



  Lorsque la     nitruration    a été achevée à. un  degré de dissociation relativement élevé de  l'ammoniac et     que,    de cette manière, une  couche blanche précédemment formée a été  enlevée par diffusion des     nitrures    de fer vers  l'intérieur dans la couche de durcissement, on  doit avoir soin d'éviter une augmentation du  degré de dissociation jusqu'au point où une  action de     dénitrnration    prononcée peut avoir  lieu. Si cela se     produit,        .des    crevasses peuvent  se former à la surface de la couche de dur  cissement. Cela doit être évité.

   Le degré de  dissociation de l'ammoniac auquel la     déni-          ti-tiration    .devient perceptible petit varier quel  que peu suivant la température de nitrura  tion et la. présence ou l'absence de diluants  gazeux autres que les produits de dissociation  de l'ammoniac, c'est-à-dire l'azote et     l'Hy-          drogène.    La .condition essentielle est de créer  une     atmosphère    gazeuse dans laquelle la pres  sion partielle exercée par .l'ammoniac non  dissocié est. suffisante pour empêcher la disso  ciation des nitrures de fer présents dans les  parties superficielles de la couche blanche avec  passage de l'azote qu'ils contiennent dans    l'atmosphère du four.

   Ainsi qu'on l'a fait re  marquer précédemment, lorsqu'on opère dans  une atmosphère d'ammoniac ne contenant  aucun diluant additionnel et agissant clans la       gamme    de     températures    comprises entre 495  et 525  C, l'action de     dénitruration    ne devient  préjudiciable que lorsque le degré de dissocia  tion a été élevé au-delà de 90 0/0.

   Dans la  gamme des degrés de dissociation allant de       85    à     90        %,        l'action,        star        une        couche        précédem-          ment        nitrurée,    paraît être en premier lieu une  action favorisant la diffusion des nitrures en  excès de la.

   couche blanche vers l'intérieur  de l'acier ou autre métal ferreux     susceptible     de     nitruration    soumis au     traitement.    De cette  manière, il est possible     d'atigmmcnter    la pro  fondeur utile de la. couche de durcissement  même après .que le     degré    de dissociation de  l'ammoniac a été élevé jusqu'au point où  il n'y a     phis    tendance d'absorption de l'azote  par le métal ferreux.

   Dans les modes d'exécu  tion     particuliers    de L'invention exposés ici,  cette action de diffusion .continue à se pro  duire pendant     l'intervalle    où le degré de dis  sociation de l'ammoniac a été élevé jusqu'à  environ 85 0/0 ou au-delà.  



  On peut utilement faire intervenir ce plié  nomène de la, diffusion réglée de L'azote d'une  couche blanche préalablement formée, par  d'autres moyens que ceux qui ont été parti  culièrement décrits ici, en même temps qu'on  peut réaliser d'importantes économies ait point  de vue de la consommation d'ammoniac et  obtenir des produits nitrurés qui ne possèdent  que peu ou pas de couche     blanche        lorsqu'on     les retire du four de nitruration.  



  Le procédé selon l'invention     petit    être réa  lisé en     nitrurant    d'abord le métal pendant  par exemple 10     heures    à, un degré de     dissocia-          tion        de        30        %        environ        et        en        le        nitrurant        en-          suite    pendant par exemple 90 heures dans  une -anime de     demrés    de     dissociation      

  s'éten-          dant\de        -15    à     85        %        en        augmentant        soit        gra-          duellement,    soit par intermittence le     ,degré    de  dissociation jusqu'à. ce due la dissociation se  rapproche de :sa limite supérieure. L'emploi  de degrés de dissociation élevés     est    évidem-      ment plus économique au point de vue de la  consommation d'ammoniac, mais nécessite  plus de soin pour l'établissement de la     eircu-          lation    et.

   Le réglage :de l'opération en vue d'em  pêcher la formation de zones neutres dans les  quelles la dissociation atteint des degrés       inopportunément        élevés    et peut conduire à la       dénitr2iration.     



  On peut aussi d'abord nitrurer le métal  à un     degmé    de dissociation de l'ammoniac       allant        de        7.5    à     65        %        pendant        une        période        ini-          tiale    suffisante pour     assurer    la formation  d'une -couche blanche continue, habituelle  ment pendant une période de temps comprise  entre 5 et 15 heures,

   après quoi on augmente  le degré de     dissociation    de l'ammoniac     jus-          qu'à        environ        65    à     75        %        et        on        le        maintient     dams cette gamme pendant un laps de temps  de 10 à 90 heures suivant     l'épaisseur    finale       désirée    de .la couche de durcissement.

   En aug  mentait ensuite le degré de dissociation de       l'ammoniac        jusqu'à        85        %        au        moins,        mais     en le maintenant en même temps     au-dessoLis     chu point. auquel une     dénitruration    préjudi  ciable peut avoir lieu, et en continuant le  chauffage à     -une    température de nitruration  pendant une nouvelle :durée suffisante, on éli  mine la mince couche blanche présente à la  fin de la phase précédente :

  de la nitruration  par diffusion des nitrures en excès de cette  couche     blanche    dans les     parties    internes de la  couche de     durcissement.     



  Il est évident que l'emploi de dispositifs  mécaniques pour assurer la circulation du  gaz dans la ,chambre peut donner lieu à     -une          nitrurat.ion    plus     -uniforme    sur toute l'étendue  des surfaces, que si l'on laisse simplement  l'ammoniac pénétrer dans la chambre à. la  base et s'en échapper au     sommet.    Un four  permettant de     réaliser    la nitruration à des  degrés élevés de dissociation de l'ammoniac  doit naturellement être établi de manière  à     assurer    un système de circulation de gaz  qui empêche toutes ,différences notables du  degré de dissociation entre les différentes par  ties de la chambre de nitruration.  



  II     est    bien connu que le degré de dissocia  tion de l'ammoniac augmente en fonction    du temps pendant un .cycle déterminé ide ni  truration. La raison en paraît être que la  couche blanche est capable de     dissocier    .l'am  moniac à une     allure    beaucoup plus rapide  que les surfaces d'acier initiales.

   Cela, signi  fie qu'il est nécessaire d'augmenter le débit  du flux d'ammoniac pendant le cycle de  nitruration si la dissociation doit être     main-          tenue    à     30        %.        Toutefois,        dans        le        présent        pro-          cédé,    si la nitruration est amorcée à un degré  de dissociation de 30 0/0, ce pourcentage peut  être augmenté en fonction du temps sans dan  ger de produire des durcissements superfi  ciels de qualités inférieures.  



  Le tableau ci-dessous indique la quantité  d'ammoniac perdue à différents degrés de       dissociation    et montre la grande économie qui  peut être réalisée si l'on élève le degré de  dissociation aussi près que possible de 85     0/n.     
EMI0005.0065     
  
    Degré <SEP> de <SEP> dissociation <SEP> Perte <SEP> d'ammoniac
<tb>  de <SEP> l'ammoniac <SEP> en <SEP> %
<tb>  15 <SEP> 91,9
<tb>  30 <SEP> 82,3
<tb>  45 <SEP> 71,0
<tb>  65 <SEP> 51,9
<tb>  85 <SEP> 26,1       En d'autre termes, si l'on opère à un  degré de dissociation de 30 0/0,     approximati-          vement        17,

  7        %        de        l'ammoniac        sont        réelle-          ment        dissociés.    A     65.%,        48,

  1%        sont        dissociés.     Cela signifie qu'on doit utiliser     apiproximati-          v        ement        trois        fois        plus        d'ammoniac    à     65        %          qu'à        30        %.       Dans les     dessins    annexés:

      Fi-. 1 à q sont des graphiques donnant., en  ordonnées, les duretés (échelle     Rockwell    15N)  à :différentes profondeurs, portées en     abscisses     et exprimées en millièmes de pouce, d e la  couche     nitrurée    obtenue en soumettant une  série d'échantillons à la nitruration pendant  5 heures, 20 heures, 60 heures et 100 heures  respectivement, avec des degrés de dissocia  tion compris entre 15 et 85 0/0.

           Fig.    5 à 8 sont des     photomicrographies     (500 X) représentant .des structures typiques      de couches nitrurées provoquées par une ni  truration de 5 heures à des degrés de     nitru-          ration        de        15,        30,        45        et        65        %        respectivement.     



       Fig.    9 donne, de façon     analogue        aux    fia. 1  à 4, la dureté, en fonction de la profondeur,  de la couche     superficielle    d'échantillons nitru  rés pendant 10 heures à un degré de     disso-          ciation        de        30        %        et        ensuite        pendant        90        heures     à     des        degrés        de        

  dissociation        -de        45,        65        et        85        %     respectivement, et       fig.    10 à 12 sont tes     photomicrogr        aphies     (500     X)    représentant les structures de     cou-          ehes    de nitruration     d'échantillons    nitrurés à  30 0/0 :de :

  dissociation pendant 10 heures et     en-          suite    à     45,        65        et        85        %        de        dissociation,        re.spee-          tivement,    pendant 90 heures.  



  Une température de     nitr¯uration    de<B>525'</B> C  a été maintenue dans     tous    les essais ci-dessus  décrits.  



  Il     ressort    des fi-. 1 à 4 qu'il y a très peu  de     différence    dans les     ea.raetéristiques    du     dur-          cissement    superficiel pour     clés        dissociations          comprises        entre        15        et        65        %,        mais        qu'à        85        %     ces caractéristiques sont. entièrement différen  tes.

   La dureté     augmente    beaucoup moins avec       85        %        de        dissociation        et,        lorsque        l'opération        est     de     courte    durée, cette dureté     n'augmente    même  pas d'une manière appréciable.  



  Les fia. 5 à 8 montrent comment varie       l'épaisseur    de la     ,couche    blanche lorsque la       nitruration    est effectuée à -des     degrés    diffé  rents de     dissociation    de l'ammoniac.  



  La     fig.    9 permet de constater que le degré  de dissociation de l'ammoniac pendant la  seconde période, après que la couche blan  che a été formée, ne donne lieu qu'à de très  faibles différences dans les caractéristiques       tu.        durcissement.    superficiel, et les fi-. 10 à  12 montrent .la disparition     graduelle    de la  couche blanche lorsqu'on     augmente    le degré  de     dissociation    pendant la. seconde période.  



  Les résultats indiqués ci-dessus ont. été  obtenus par la     nitruration    d'un acier connu       dans    le commerce aux U.S.A. sous le nom de        Nitralloy    135  présentant la composition  suivante:  
EMI0006.0097     
  
    C <SEP> 0,31%
<tb>  <B>Mil</B> <SEP> 0,551/o
<tb>  si <SEP> <B>0,251/0</B>
<tb>  Cr <SEP> <B>1.,30%</B>
<tb>  Al <SEP> 1,210/0
<tb>  AIo <SEP> <B>0,17%</B>       Des éprouvettes     nitrurées    d'une section  de 7,6     cni=    et :d'une longueur de     7.0,76    cm ont  été usinées à partir d'une barre ronde de       Nitralloy    135 de 2,2 cm.

   Avant     l'usinage,    la       barre    avait été     soumise    à un traitement, ther  mique     consistant    en une trempe à L'huile à une       température    de 910  C et     -Lui    revenu à 675" C  pendant     .'2    heures. Les surfaces     aux        deux,          extrémités    des éprouvettes ont été     meulées          parallèlement    sur une meule lapidaire.

   Après       nitruration,    les éprouvettes ont été meulées  en     biseaux        suivant    une inclinaison de 0,038 cm  par cm de     longueur    en vue de     l'étude    de la,  dureté superficielle.

      Le     réglage    :du     pourcentage    de dissociation  de l'ammoniac entre les limites désirées au       cours     < les différentes     phases    du procédé de       nitruration    peut être effectué clé différentes       manières.    L'un des moyens préférés     consiste     à faire circuler l'ammoniac à une vitesse  relativement élevée au travers du récipient  ou caisse de     nitruration    pendant la période  initiale, lorsque la .couche blanche est. en train       ,de-se        formeret    à. réduire ensuite la.

       vitesse    du  flux ou l'arrivée     d'ammoniac    frais, de ma  nière à permettre ainsi au pourcentage d'am  moniac     dossocié    de s'élever, par suite de  l'action     catalytique    du     métal    ferreux et d'au  tres surfaces avec lesquelles l'ammoniac  vient en, contact à     ].'intérieur    de la caisse de       nitruration.    Ainsi qu'il a été dit précédem  ment., ].'action catalytique des     surfaces    fer  reuses     augmmente    à. mesure     que    se forme la       couche    blanche et, :

  pour cette     raison,    quand  bien même il ne :se produit     aucun        changement          dans    la vitesse de circulation, le degré de dis  socia.tion accuse une     augmentation    sensible.

    On pensait jusqu'à. présent qu'il était néces  saire de s'y opposer en augmentant la. vitesse  de circulation de l'ammoniac pour mainte  nir le degré de dissociation entre des limites      peu     élevées,    mais, pour     réaliser    le présent pro  cédé, il n'est     ipas    nécessaire d'agir de cette fa  çon après formation de la couche blanche aussi  longtemps que le degré de dissociation ne  s'élève pas     jusqu'au    point où peut se produire  une     dénitruration    prononcée.

   Un autre mode  de réglage du pourcentage de dissociation de  l'ammoniac, en vue de le maintenir à un degré  relativement élevé pendant la seconde phase  de l'opération,     consiste    à faire passer l'am  moniac à travers une série de fours ou de       caisses    de nitruration disposés en série ou  suivant des montages appropriés en parallèle  et en série,

   de manière que le métal     ferreux     à nitrurer soit     soumis    pendant la période ini  tiale à l'action clé l'ammoniac en circulation  à une     vitesse    relativement élevée et à intro  duire ensuite la caisse ou le four dans un cir  cuit où on fait circuler l'ammoniac à une       vitesse    relativement faible permettant* de  maintenir un pourcentage élevé de dissocia  tion.  



  On     remarquera    que     ,l'opération    de nitru  ration peut être réalisée à des températures       sortant    de la gamme préférée de 495 à 525  C,  mais restant dans une gamme plus étendue  allant de 480 à 595  C environ, auquel cas  les degrés de dissociation délimitant. le point  où aucune absorption d'azote par l'atmosphère  d'ammoniac, ne peut avoir lieu, d'une part,  et celui où une     dénitruration    préjudiciable       petit.        commencer    à se produire, d'autre part,       varient        entre        :

  les        pourcentages        de        85        %        envi-          ron        et        90        %        environ        mentionnés        ci-dessus,        qui     ont été trouvés comme constituant ces limites       lorsque    la     nitruration    est opérée dans une  atmosphère d'ammoniac à<B>525'</B> C.

   De même,  si l'atmosphère d'ammoniac est diluée par de  l'azote ou une autre substance gaze-Lise inerte  au point de vue des réactions considérées,       cette    situation modifiera     quelque    peu     les     limites d'action pour les valeurs données de la  dissociation de l'ammoniac.

       Toutefois,    à la  lumière des     considérations    qui précèdent, il  devient relativement simple de déterminer par  des     essais    préliminaires les degrés précis de       dissociation    de l'ammoniac qui doivent être  maintenus     lorsqu'on    opère     dans    l'une ou l'au-         tre    de ces conditions modifiées ou dans ces  deux     conditions    à la fois.  



  Les     opérations    de nitruration peuvent être  effectuées en plaçant les produits     ferreux          soumis    à la nitruration dans un four ou autre  caisse de nitruration où ils restent immobiles  pendant qu'on fait circuler l'agent de     nitru-          ra,tion    gazeux autour d'eux, ou bien en fai  sant passer un courant de l'agent de     nitrura-          tion    gazeux d'une manière continue soit     dais     le même sens, soit en sens opposé au mouve  ment des pièces soumises à la nitruration se  déplaçant à travers un four à galerie ou autre  type de four continu semblable.

Claims (1)

  1. REVENDICATION: Procédé de nitrüration d'un métal ferreux, selon lequel on chauffe ledit métal en pré-, sence .d'un métal gazeux sec contenant de l'ammoniac, dans des .conditions telles que l'ammoniac soit dissocié à un degré assu rant la formation rapide sur les surfaces expo sées du métal d'une couche de nitrures blan- chissant au décapage, on poursuit ce chauf fage dans lesdites conditions jusqu'à ce qu'une mince couche blanche continue se soit for mée, on ,
    chauffe ensuite le métal en présence dudit mélange .dans des conditions telles que l'ammoniac soit dissocié à un .degré plus élevé que précédemment, suffisant pour que se manifeste une tendance sensiblement plus faible à la formation d'une couche blanche, mais im-Liffi>sant pour que se produise une dénitruration, et on continue .ce dernier trai tement jusqu'à ce qu'une partie au moins, en profondeur, de ladite couche blanche ait, dis- parti en donnant lieu à, la formation d'-une couche nitrurée correspondante ne blanchis sant pas au décapage. SOUS-REVENDICATIONS 1.
    Procédé suivant la revendication, ea,rac- térisé en ce -que le degré de -dissociation de l'ammoniac dudit mélange gazeux sec est, maintenu entre 7.5 et 65 % pendant la phase initiale de la formation d'une couche blanche de nitrures et est ensuite maintenu entre 65 et 85 %. 2.
    Procédé suivant la revendication, carac- térisé en ce que le degré -de dissociation de l'ammoniac dudit mélange gazeux sec est maintenu entre 30 et 40 /o jusqu'à ce que la mince couche blanche continue de nitrures se soit formée, et est augmenté ensuite jus- qu'entre 65 et 85 % et maintenu dans ces limites pendant. le reste du traitement. 3.
    Procédé suivant la revendication, carac térisé en ce que le degré de dissociation de l'ammoniac favorable à la formation d'une couche blanche de nitrures est maintenu pen dant une période de 5 à 15 heures et le degré subséquent plus élevé pendant une période de 10 à 90 heures. 4.
    Procédé suivant la revendication, dans lequel ledit mélange gazeux circule au con tact du métal à nitrurer, caractérisé en ce qu'on diminue la. vitesse te circulation du mé lange gazeux lorsque la phase .initiale de for mation de la couche de nitrures blanche est terminée, dans un rapport tel que le degré de dissociation de l'ammoniac dudit mé lange s'élève à une valeur suffisante pour empêcher tout nouvel accroissement de l'épais seur de la couche blanche. 5.
    Procédé suivant la revendication., ca ractérisé en ce que le métal, après les deux chauffages dans lesdites conditions, est fina lement chauffé en présence d'un mélange ga zeux contenant de l'ammoniac, clans des conditions telles que le degré de dissociation de celui-ci soit d'au moins 85 % et pendant un temps suffisant pour supprimer à peu près complètement la Bouche blanche formée initialement sur le métal. 6.
    Procédé suivant la revendication, earae- térisé en ce que après les deux chauffages dans lesdites conditions, on chauffe finale ment le métal en présence d'un mélange ga zeux sec contenant de l'ammoniac, dans des conditions telles que la quantité d'ammo niac non dissocié soit, insuffisante pour Dro- duire une nitruration supplémentaire, et que, cependant, le degré de dissociation de l'ammo niac soit inférieur à celui pour lequel se pro duirait une dénitruration importante, et.
    on continue -de chauffer dans ces conditions jus qu'à ce que ].-'excédent d'azote de la couche blanche ait, été diffusé dans les parties inter nes @de .la. couche te durcissement. 7. Procédé suivant la. revendication, earae- téris6 en ce que les pièces destinées à être ni trurées sont introduites dans un four qui est ensuite fermé, et tans lequel on fait circuler de l'ammoniac.
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