CH329743A - Procédé d'élaboration d'objets métalliques non poreux - Google Patents

Procédé d'élaboration d'objets métalliques non poreux

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CH329743A
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Marie Galmiche Philippe
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Nat D Etudes Et De Rech Aerona
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Description


  Procédé     d'élaboration    d'objets     métalliques    non poreux    La présente invention est relative à un       procédé    d'élaboration d'objets métalliques non  poreux, comprenant un traitement thermique  consistant en au moins un chauffage suivi d'un  refroidissement, de telle sorte que les objets,  à l'issue de ce traitement thermique, présentent  dans leur masse une ou des caractéristiques  physiques ou mécaniques améliorées par rap  port à leur état avant ledit traitement, les objets  étant, au cours dudit traitement thermique,  soumis, dans une atmosphère gazeuse, à des  températures auxquelles la surface desdits ob  jets risque d'être oxydée.  



  Ledit procédé est caractérisé en ce que,  au moins pendant la fin de la période où les  objets sont soumis à ces températures dans la  dite atmosphère, celle-ci est réductrice et  comprend au moins un composé halogéné, en  vue d'éviter l'oxydation de la surface des  objets.  



  Les     fig.    1 et 2 du dessin annexé repré  sentent, de façon schématique et en coupe,  deux installations pour l'exécution du procédé  selon l'invention.    Les     fig.    3 et 4 montrent, en coupe axiale,  deux exemples de pièces creuses à parois     tra-          vaillantes    élaborées conformément à l'inven  tion.    La     fig.    5 enfin représente, de façon schéma  tique et en coupe axiale, un four pour la     chro-          misation,    selon un mode d'exécution du pro  cédé selon l'invention, d'un fil     métallique.     



  On sait que l'élaboration d'une pièce métal  lique implique souvent la mise en     oeuvre    d'au  moins un traitement thermique destiné à pro  duire dans la     totalité    de la masse de 1a pièce  les transformations internes (par exemple dur  cissement structural, homogénéisation, préci  pitation, frittage, mise en solution de divers  métaux constituants, suppression de     l'écrouis-          sage,    recuit     antimagnétique,    etc.) devant confé  rer, à la susdite pièce, les caractéristiques  mécaniques, physiques et chimiques que l'on  désire obtenir.  



  Un tel traitement thermique comporte au  moins un chauffage, suivi d'un refroidissement,  des pièces qui se trouvent soumises, dans une  atmosphère gazeuse, à des températures où il  importe d'éviter toute action oxydante sur les  dites pièces.  



  La présente invention a donc pour but  d'éviter une telle oxydation.  



  On sait, d'autre part, que la chromisation  par diffusion d'une pièce métallique nécessite  que ladite pièce soit traitée par un agent     chro-          misant    actif tel qu'un halogénure (de préférence      un fluorure) de chrome, dans une zone de  température s'étendant substantiellement de  900 à<B>13500C.</B> La durée du traitement peut  alors varier considérablement, d'une fraction  d'heure à plusieurs heures, suivant l'épaisseur  désirée pour la couche de     diffusion.     



  On conçoit, dans ces conditions, que si l'on  faisait subir à une pièce métallique successive  ment un traitement thermique et un traitement  de     chromisation,    on risquerait que le chauffage  accompagnant ce     dernier    traitement modifie  profondément les caractéristiques     internes    de la  pièce obtenues par le traitement thermique.  



  C'est ainsi, par exemple, qu'une pièce trem  pée ou écrouie perdrait la majeure partie de  ses qualités si l'on achevait sa préparation par  un traitement de chromisation.  



  Mais lorsqu'au moins la fin du traitement  thermique, comme il vient d'être dit, dans une  atmosphère réductrice contenant un composé  halogéné, a lieu à des températures permettant  la formation d'un alliage superficiel de     diffu-          sion    d'un métal d'addition, tel que le chrome,  avec le métal des pièces, on pourra avantageu  sement utiliser comme composé halogéné un  halogénure, et de préférence un     fluorure,    du  métal d'addition, ce qui permet     d'effectuer,    en  même temps que le traitement thermique un  traitement de formation sur les pièces d'un  alliage superficiel de     diffusion,    par exemple un  traitement de chromisation.  



  On profite ainsi des marges de durée très  larges admissibles pour la     chromisation    pour  adapter les conditions de la     diffusion    superfi  cielle à celles du traitement thermique.  



  On réalise ainsi une association heureuse  de deux traitements de natures différentes,  puisque la pièce bénéficie, une fois l'opération  terminée, des qualités internes apportées par le  traitement thermique et des qualités de surface  résultant de la chromisation.  



  De plus, en superposant les deux traite  ments, au moins en partie, dans une même  phase opératoire     effectuée    dans le domaine de  température commun aux deux susdits traite  ments, il devient possible de réduire la durée  globale du traitement et, par suite, le prix de  revient des pièces.    Lorsque la durée du traitement thermique  doit être supérieure aux durées de traitement  les plus favorables à la chromisation, on aura  intérêt à réaliser, en une première phase, le  début du traitement thermique, puis, en une  seconde phase, simultanément, la fin dudit trai  tement thermique et la chromisation.

   Il im  porte, bien entendu, que le traitement ther  mique, au cours duquel la chromisation a eu  lieu, ne soit pas suivi de traitements thermiques  provoquant une détérioration de la couche su  perficielle, par oxydation par exemple. En  particulier, dans certains cas, le traitement qui  a permis la chromisation ne doit pas être suivi  de chauffages pendant plusieurs heures à  11000 C en atmosphère oxydante.  



  On va exposer maintenant, à titre d'exem  ple, divers modes d'élaboration de pièces métal  liques comportant chacun l'association d'un  traitement thermique et d'un traitement de  chromisation, ces deux traitements étant à ef  fectuer dans des zones de température ayant  une partie commune.  



  Dans le premier cas, relatif à l'élaboration  de pièces en alliages spéciaux, notamment ré  fractaires, le traitement principal est un traite  ment d'homogénéisation ou de mise en solution  de certains éléments, et l'on applique l'inven  tion en accomplissant ledit traitement dans une  atmosphère comportant du fluorure de chrome.  



  On sait que les constituants de certains  alliages réfractaires contenant, notamment, l'un  au moins des métaux suivants : fer, nickel,  chrome, molybdène, cobalt, aluminium, titane,  manganèse, doivent subir, pour que l'alliage  présente finalement le durcissement structural  souhaité, une mise en solution préalable suivie  d'une     reprécipitation    contrôlée ; ces transfor  mations sont obtenues par un traitement ther  mique comportant une phase d'homogénéisa  tion ou de mise en solution à exécuter entre  des limites de température, souvent très rap  prochées, situées à l'intérieur de la zone de  température permettant la chromisation en  phase gazeuse ; ce traitement est suivi d'un  revenu convenable, mais ce revenu n'est pas  susceptible d'altérer la couche de diffusion.

        Par ailleurs, lorsque les alliages de ce genre  sont exposés à la corrosion, par exemple s'ils  sont utilisés pour la construction d'ailettes ou       d'aubages    de turbines à gaz devant fonctionner  à température très élevée, on a intérêt, pour  réduire l'écaillage superficiel dû à l'oxydation  sèche, et souvent la pénétration de la corrosion  interne le long des joints de grains en atmo  sphère sulfureuse, à faire subir aux pièces une  chromisation superficielle. Le traitement me  nant à l'élaboration de l'alliage s'accompagnera  ainsi d'une chromisation qui sera obtenue au  cours de l'opération thermique d'homogénéisa  tion qui est conduite à une température com  prise, en général, entre 1000 et 11000 C et qui  constitue une phase essentielle du traitement  thermique.  



  Ce premier cas peut être illustré par les  résultats expérimentaux suivants    Une éprouvette constituée d'un alliage du  type       Nimonic    80  , ou       ATGS      (exemple de  composition: C: 0,04<I>- Fe:</I> 0,38<I>- Cr:</I> 21,18   <I>Ni :</I> 74,23<I>- Si : 0,47 - Mn</I> : 0,56 -<I>Ti : 2,44</I>     -          A1:    0,63) a été soumise à un traitement de  mise en solution de 8 heures à 1080e, en pré  sence d'un cément contenant du     fluorure    de  chrome. La pièce a ensuite subi un revenu de  16 heures à     700     au cours duquel la couche  chromisée est restée absolument intacte.  



  Une éprouvette constituée d'un alliage du  type       ATVS    7   (exemple de composition       C:0,3-Cr:ll-Ni:35-Al:1-Mo:l-          Fe   <I>:</I> reliquat) a été soumise à un traitement  de mise en solution de 15 heures à 1000 en  présence d'un cément susceptible de former une  atmosphère de fluorure de chrome, la pièce a  ensuite été soumise à un vieillissement de  15 heures entre 600 et     625,1.     



  Une éprouvette constituée d'un alliage du  genre       Hastelloy    B   (composition voisine de  <I>Ni: 65% -Mo: 30% -Fe:</I>     501o)    a été sou  mise à un traitement d'homogénéisation de  2 heures à     1080     en atmosphère chromisante  de     fluorure    : la pièce a ensuite subi un revenu  de 4 heures à 6500.  



  Des essais comparatifs ont été exécutés,  d'une part, sur ces pièces et, d'autre part, sur    des pièces qui avaient subi seulement le même  traitement thermique en atmosphère d'hydro  gène.  



  A l'issue d'un     chauffage    de 50 heures à  9500, de petits cubes ayant une surface totale  de 3     cm2,    dans l'air sec, on a pu enregistrer  les résultats suivants  Les pièces de       Nimonic      -       ATGS              ATVS    7   simplement traitées étaient re  couvertes de plaques brun noir d'oxydes de  nickel et de chrome peu adhérentes, laissant  le métal à nu après refroidissement ;

   la perte  en poids de l'alliage étant de 8 mg pour la pièce  en       Nimonic    80      ,    de 7 mg pour     1'         ATGS         ,     de 13 mg pour     1'         ATVS    7  .  



  Par contre, les pièces traitées et chromisées  simultanément étaient recouvertes de     fines     écailles vertes adhérentes,     d'oxyde    de chrome  seulement ; la perte de métal en poids était  moindre (5 mg pour le       Nimonic    80  , de  3 mg pour     1'         ATGS    7  , de 6,5 mg pour       l'         ATVS    7  ).  



  Dans le cas de     1'         Hastelloy    B   non pro  tégé, les échantillons commencent à s'écailler  dès     800     alors que, dans le cas d'échantillons  protégés par un traitement de 2 heures à     1080      en atmosphère chromisante, l'écaillage est insi  gnifiant après 100 heures à 800  C.

   Il com  mence seulement à apparaître vers 9000 C et       il        n'est        alors        que        de        l'ordre        de        20        %        de        l'écail-          lage    constaté dans les mêmes conditions sur  des échantillons non protégés.  



  On pourrait procéder semblablement pour  traiter des aciers rapides au carbure et au  tungstène, la chromisation conduisant alors  principalement à un durcissement superficiel  par formation d'une pellicule continue de car  bure de chrome.  



  On va maintenant décrire un cas où le trai  tement thermique est un recuit     antimagnétique,     l'invention permettant de réaliser une     chromi-          sation    brillante ou mate en même temps que  ce traitement thermique.  



  En particulier, on peut traiter à une tem  pérature comprise entre 700 et 1050  C des  pièces ferreuses, en général pendant une durée  allant de quinze minutes à quatre ou cinq      heures. On règle les conditions du traitement,  et en particulier la température, suivant la na  ture de la pièce ferreuse et la couche de dif  fusion recherchée. En général, il suffit de  quelques centièmes de millimètre pour assurer  une bonne protection contre l'oxydation et une  neutralisation satisfaisante de la rémanence ;  les ferrochromes, pour les teneurs comprises  dans les couches de chromisation<I>(Cr</I> de 50 à  13 %), sont magnétiques mais non rémanents.

    On peut alors faire varier, si nécessaire, le coef  ficient de frottement des pièces traitées en  opérant une chromisation brillante ou     anti-          décarburante,    totalement ou partiellement, sur  des     pièces    ayant le fini de surface désiré.  



  Jusqu'à présent, on a envisagé des exem  ples pour lesquels la chromisation avait lieu  au cours d'une phase du traitement thermique  principal. Mais l'invention pourrait s'appliquer  également au cas où le domaine de température  de l'opération de diffusion est incompatible  avec le traitement thermique souhaitable pour  le genre de pièces considéré.  



  C'est ainsi qu'on peut se proposer de réa  liser l'établissement de pièces métalliques (par  exemple ferreuses) devant présenter en surface  une couche superficielle de diffusion d'au moins  un métal d'apport (par exemple encore de  chrome), ladite couche superficielle étant obte  nue par un traitement conduit dans des condi  tions de température et de - durée altérant cer  taines qualités physiques des pièces.  



  Dans ce cas, on effectue d'abord le traite  ment de     chromisation    dont il vient d'être ques  tion, ce traitement étant réalisé, de façon en  soi connue, en atmosphère halogénée, de pré  férence     fluorée,    en sorte que le métal d'apport  soit véhiculé sur les pièces par un halogénure,  de préférence du     fluorure,    dudit métal d'apport,  la température de traitement étant avantageu  sement de l'ordre de 1000 à     1100     C,     c'est-          à-dire    comprise dans un domaine favorable à  la formation d'une couche chromisée, mais  où il se produit généralement une forte dimi  nution des qualités mécaniques des pièces.  



  En vue de restituer alors, au moins en par  tie, aux pièces ferreuses leurs qualités méca  niques initiales, c'est-à-dire celles qu'elles pos-         sédaient    avant le traitement de chromisation,  on fait subir aux susdites pièces un traitement  thermique consistant en une trempe effectuée,  soit après les avoir réchauffées à la tempéra  ture optimum pour la trempe, soit immédiate  ment à l'issue du traitement de chromisation.  Et, conformément à l'invention, tant que les  pièces sont soumises dans une atmosphère ga  zeuse,  à des températures où elles risquent de  s'oxyder, on veille à ce que cette atmosphère  soit réductrice et contienne au moins un com  posé halogéné.  



  Ce traitement de trempe peut être effectué,  suivant une première solution, par voie directe,  c'est-à-dire par immersion des pièces dans un  liquide assurant un refroidissement énergique,  le susdit liquide pouvant, suivant les cas, être  un liquide non oxydant (huile par exemple) ou  un liquide oxydant (eau par exemple).  



  Une autre solution, convenant dans les cas  où la trempe n'a pas besoin d'être aussi éner  gique, consiste à faire subir aux pièces une  trempe indirecte par immersion, non pas des  pièces proprement dites, mais-de boîtes subs  tantiellement étanches, de préférence les boîtes  mêmes dans lesquelles les susdites pièces ont  subi le traitement de chromisation.  



  Le problème qui consistait à faire subir  aux pièces un traitement thermique de régé  nération de leurs qualités mécaniques sans leur  faire perdre l'état de surface (brillant) qui leur  a été conféré par le traitement de chromisation  a donc été résolu en procédant de telle sorte  que les pièces demeurent, au cours de leur  refroidissement et tant qu'elles ne sont pas  immergées dans un liquide de refroidissement,  dans une atmosphère réductrice contenant au  moins un composé halogéné (de préférence  fluoré), cette atmosphère pouvant, avantageu  sement,     dans    le cas ci-dessus envisagé de pièces  chromisées, être l'atmosphère même ayant servi  au traitement de chromisation.  



  On évite ainsi, grâce à la présence de ce  composé halogéné, la légère oxydation qui ne  manquerait pas de se produire dans une atmo  sphère dite neutre ou réductrice obtenue à par  tir de gaz industriels (hydrogène ou ammo  niaque par exemple) qui contiennent toujours      des traces d'oxydant suffisantes pour     ternir    des  surfaces ferreuses rendues préalablement bril  lantes.  



  Les traitements de régénération dont il  vient d'être question présentent une importance  particulière dans le cas de pièces chromisées  en atmosphère halogénée (notamment fluorée)  qui contiennent des quantités notables de car  bone et sont susceptibles, de ce fait, de pré  senter après trempe des caractéristiques méca  niques satisfaisantes.  



  Les pièces d'acier contenant des quantités       de        carbone        plus        grandes        que        0,2%        peuvent     en effet présenter, soit des couches épaisses  riches en chrome et brillantes, si le traitement  a été précédé ou accompagné d'une     décarbu-          ration    superficielle, soit des couches très min  ces, contenant principalement du carbure de  chrome, très dures et mates, si l'on a pris au  cours du traitement des mesures spéciales pour  éviter la     décarburation    des pièces.

      Il parait opportun, à ce point de l'exposé,  de donner certaines précisions sur ces questions  de nature des couches superficielles de cer  taines pièces chromisées.    Lorsqu'il s'agit de pièces ferreuses présen  tant une teneur notable en carbone, on peut  obtenir des couches de diffusion épaisses et  protectrices de ferrochrome en soumettant ces  pièces en début d'opération (ou dans une opé  ration antérieure) à un balayage par hydrogène  humide entre 700 et 9500 C. On peut aussi  (dans le cas par exemple de pièces     préfrittées)     décarburer superficiellement les pièces par ad  dition, dans la masse de réaction, d'eau ou de  carbonate d'ammonium     CO,(NH4)2   <I>;</I> ces me  sures peuvent être appliquées à toute pièce  ayant une teneur relativement élevée en car  bone.

   On peut également obtenir de bons résul  tats en oxydant superficiellement les pièces  durant un temps plus ou moins long avant  l'opération de chromisation ; les oxydes de fer  formés commencent à se réduire pendant l'opé  ration de diffusion aux environs de     500,1    C avec  formation de vapeur d'eau qui provoque super  ficiellement une     décarburation    de l'acier.    Les traitements de régénération susmen  tionnés peuvent également s'appliquer à des  aciers à haute teneur en carbone contenant par  exemple du tungstène et pour lesquels on a  obtenu, par chromisation, un durcissement su  perficiel considérable résultant de la formation  d'une couche superficielle continue de carbure  de chrome.

   La diffusion du chrome s'accom  pagne d'un enrichissement en carbone des cou  ches superficielles de l'acier aux dépens des  couches sous-jacentes ; il y a formation d'une  couche de carbure de chrome très dure s'op  posant à une pénétration profonde du chrome.  Il convient de     signaler    que, si l'on recherche  une telle     chromisàtion    dure, il peut être inté  ressant de réduire l'effet décarburant des gaz  de balayage en diminuant le volume de l'atmo  sphère active par introduction de poudre d'en  robage inerte.  



  Un tel traitement de chromisation dure peut  d'ailleurs s'appliquer à des aciers ne contenant       que        0,2    à     0,3        %        de        carbone,        mais        il        faut        alors     éviter toute cause de     décarburation.    A cet effet,  on a intérêt à augmenter la teneur en     fluorure     d'ammonium de l'atmosphère, à n'utiliser que  des produits anhydres et à ne traiter que des  pièces parfaitement désoxydées.

   En effet, les  oxydes ne sont réduits qu'entre 400 et<B>8000</B> C,  donc à une température à laquelle la formation  d'eau aurait une action     décarburante    très éner  gique.  



  Il est à noter que la couche superficielle à  base de carbure de chrome étant très peu fu  sible, il y a fort peu de risques d'adhérence  superficielle par     diffusion        intersolide    ; on peut  donc opérer aussi bien par contact qu'en phase  gazeuse. Le mode de faire le meilleur (lors  qu'on attache de l'importance à l'état     @    de sur  face) semble être cependant le traitement en  phase gazeuse, dit de     semi-contact,    selon lequel  les pièces, isolées de la masse de réaction, sont  au contact du métal de régénération de préfé  rence enrobé dans un diluant inerte tel que la  zircone ou l'alumine (le diluant réduit le vo  lume de l'atmosphère gazeuse accidentellement  décarburante).  



  La température du traitement de     chromi-          sation    dépend de la nature des pièces      - la fonte phosphoreuse se traite en général  à 875-900o C,  - et l'acier à 0,4/0,6 de carbone se recouvre  d'une couche protectrice très dure de     a/ioo     environ de carbure de chrome à la suite  d'un traitement de deux heures à 1075o C.    On a représenté, à la     fig.    1, un dispositif  permettant d'effectuer un traitement de régé  nération se terminant par une trempe directe  dans un liquide oxydant ou non. Dans le cas  de la régénération de pièces ayant subi une  chromisation dure  , la caisse de traitement 1  est fermée à sa partie supérieure et un fond  amovible 2 lui assure une étanchéité relative.

    Il paraît en effet préférable dans ce cas de for  mer l'atmosphère réductrice halogénée en intro  duisant dans la caisse de traitement des compo  sés     fluorés,    avantageusement un     fluorure    très  volatil tel que le fluorure d'ammonium et un       fluorure    relativement peu volatil tel que le  fluorure de chrome, ce dernier     fluorure,    après  évaporation du premier, réalisant le balayage  et maintenant pendant toute la durée du traite  ment une atmosphère réductrice halogénée ;

    mais il est possible également d'utiliser d'autres       fluorures    tels que le     fluorure    de nickel ou  d'aluminium; on peut ajouter avantageusement  de petites quantités de métal de régénération  si la température de trempe doit dépasser       l050     C environ.  



  C'est ainsi, par exemple, que l'on peut  introduire une quantité de     fluorure    d'ammo  nium de l'ordre de quelques grammes à une  fraction de grammes par litre et environ dix  fois moins de fluorure de chrome, ce dernier  étant placé hors de contact des pièces.  



  Si le chauffage précédant la régénération  s'effectue aux environs de 800 à 900o C, il n'y  a pratiquement pas de chromisation ; l'atmo  sphère est pauvre, la température est peu éle  vée, les pièces ne restant que quelques minutes  à la température maximum; il est alors inutile  de prévoir du chrome de régénération, car il  n'y a pratiquement pas de pertes dues à la  diffusion     interne.     



  On a chromisé, puis régénéré des vis à  pointeaux de robinets et des pivots d'appareils         de        mesure        (acier    à     0,5        %        de        C).        Ces        pièces     avaient été recouvertes d'une couche superfi  cielle très dure de carbure de chrome résistant  très bien à l'usure (on atteint 1200 à 1500     Vi-          ckers)    ;

   les caractéristiques à     coeur    du métal  ayant considérablement diminué, on les a ré  générées par un chauffage à     975o    C dans  les conditions précisées ci-dessus, suivi d'une  trempe à l'huile ; on a obtenu ainsi des pièces  ne présentant aucune usure ni aucune défor  mation après passage à la table vibrante.  



  Pour éviter tout contact avec l'air lors de  la chute des pièces dans le bac 3 contenant le  liquide de trempe (huile ou eau fluorée), on  prévoit un chemisage 4 prolongeant le four  jusqu'au bac, la caisse 1 étant fixée de façon  détachable audit chemisage, par exemple par  des goupilles 5 dont l'enlèvement permet alors  la descente de la susdite caisse dans le bac et  l'immersion directe des pièces par dégagement  du fond amovible.  



  Une légère modification doit être prévue  au dispositif représenté à la     fig.    1, si l'on dé  sire y effectuer la régénération de pièces pré  sentant en surface des couches chromisées  épaisses et brillantes : les pièces sont placées  en vrac à l'intérieur de la boîte ; le fond de  cette boite 2 présente des orifices permettant  le passage des gaz ; la caisse 1 présente une  tubulure à sa partie supérieure, par laquelle on  fait circuler dans la boîte un courant continu  d'hydrogène enrichi de composés fluorés, par  exemple par passage à plus de 500o sur du  chrome imprégné de     fluorure    de chrome ;

   ce  chrome imprégné de fluorure de chrome peut  provenir par exemple d'une réserve de chrome  imprégné volontairement ou non par conden  sation au cours d'opérations de chromisation  proprement dite ; il est placé avantageusement  à la partie supérieure de la caisse.  



  On a chromisé des grilles de foyer et des       brûleurs    à     mazout        en        acier    à     0,2        %        de        C        pen-          dant    huit heures à 1080 C de façon à avoir  une couche diffusée de 0,25 mm d'épaisseur.  Le traitement a été suivi d'une trempe à l'huile  à<B>8750</B> C dans le cas des grilles de foyer.  



  Après plusieurs centaines d'heures en atmo  sphère tantôt réductrice, tantôt oxydante, dans      des gaz de combustion parfois sulfurés, on a  seulement constaté un écaillage insignifiant  sans aucune pénétration de la corrosion le long  des joints de grains.  



  Si l'on désire une trempe énergique, on  peut faire tomber les pièces dans de l'eau salée  par exemple, contenant avantageusement du       fluorure    d'ammonium mais, dans ce cas, les  pièces qui tombent dans le liquide de trempe  à une température supérieure à environ 9000 C  peuvent se trouver légèrement oxydées; pour  éliminer cet oxyde de chrome très fin et très  stable formé à haute température, on peut trai  ter ensuite les pièces par voie électrolytique ;  on utilise alors les pièces comme cathodes dans  un électrolyte formé d'un mélange fondu de  soude additionnée de carbonate de soude ou  de potasse. L'opération est conduite à une  température de 275  à     4000C    qui ne risque  pas d'altérer les propriétés mécaniques des  pièces.

   L'opération dure de quelques secondes  à quelques minutes. On utilise avantageusement  une tension de 4 à 6 volts avec une densité  de courant de 0,1 à 0,5     ampères/cm".     



  Si le traitement de trempe s'est fait à une  température inférieure à     875-900     C, ou si, à  plus haute température, on a ajouté du     fluo-          rure    d'ammonium dans l'eau de trempe, il suf  fit souvent, pour éliminer l'oxyde, de procéder  à un bref brillantage électrolytique.  



  C'est ainsi que l'on a pu chromiser des  ébauches d'anneaux de chaînes en acier     mi-          dur    à 0,25 % de C par traitement superficiel  lement décarburant. Après chromisation, on  forme la chaîne qui est ensuite trempée à l'eau  à 875  C (eau additionnée de fluorure d'am  monium). On a traité dans les mêmes condi  tions des ressorts en faisant suivre l'opération  d'un revenu à 3500 C pendant deux heures et  d'un brillantage électrolytique de quelques se  condes. Dans les deux cas, on a observé       l'inoxydabilité    et la régénération intégrale des  caractéristiques mécaniques.  



  Au cours du refroidissement de pièces     chro-          misées    (notamment de pièces en       Nimonic     ),  on peut constater la formation superficielle  d'une couche fragile.<B>Au</B> cours du traitement  de chromisation poursuivi pendant huit heures    à     1080o    C la zone superficielle est fortement       enrichie    en chrome et la teneur en chrome dans  le nickel (pièces en       Nimonic     ) peut attein  dre 50 %. Ce chrome qui a diffusé dans le  métal de base à haute température est en géné  ral moins soluble à basse température et on  peut avoir formation, au cours du refroidisse  ment, d'une couche de composés définis en  général fragiles.

   Cette couche fragile est élimi  née facilement par     polissage    électrolytique.  



  Ce polissage électrolytique pourrait égale  ment permettre     l'élimination    de la phase sigma  fragile, si elle existait sur des pièces ferreuses  chromisées ; mais dans le cas de pièces Ter  reuses, une trempe rapide en fin de     chromisa-          tion    présente justement l'avantage d'éviter la  formation     superficielle    de cette phase sigma qui  ne se forme généralement qu'au cours d'un  refroidissement lent. Sa présence pourrait pro  voquer des grippages néfastes dans le cas no  tamment des pièces de boulonnerie.  



  Si cette couche existait sur des pièces     chro-          misées    antérieurement, un traitement thermique  de régénération comportant une chauffe     au-          dessus    de     820o    C suivie d'une trempe rapide  supprimerait la phase sigma sans en permettre  la réapparition. En effet, la phase sigma  n'existe pas à une température supérieure à  8200 C et ne peut se former que lentement.  



  En ce qui concerne maintenant la trempe  indirecte, c'est-à-dire le refroidissement accéléré  obtenu par chute directe en fin d'opération des  caisses de chromisation dans un liquide de  trempe rapide tel que l'eau additionnée de  chlorure de sodium ou de chlorure de calcium  pour éviter la caléfaction, on a intérêt à utiliser  un appareillage tel que la partie des caisses  par où peut s'effectuer l'entrée ou la sortie  des gaz soit placée (notamment au moment  du refroidissement) dans une zone où ne peu  vent se trouver que des gaz réducteurs.

   On  évite également toute entrée d'air ou de vapeur  d'eau dans l'enceinte où circule le gaz réducteur  (enceinte constituée par exemple par un four  à cloche 6 comme illustré à la     fig.    2), en pla  çant, à la sortie de cette enceinte et au-dessus  du bac de trempe 3, un diaphragme 7 d'ou  verture maximum juste suffisante pour permet-           tre    le passage de la caisse de traitement 1 qui  doit alors être prévue étanche. L'ouverture de  ce diaphragme permet de commander la chute  de la caisse dans le liquide de trempe.  



  Si l'on opère en four continu, on procède  à l'arrosage de la partie des caisses dépassant  le diaphragme à leur sortie du conduit de cir  culation par lequel s'évacuent lesdites caisses.  



  La solution du refroidissement accéléré per  met de réduire la durée totale du traitement  et par suite d'accroître le rendement des fours.  



  Une disposition complémentaire permet  même de gagner encore plus de temps en opé  rant le refroidissement dans un appareil n'ayant  aucun lien avec le four de traitement qui peut  ainsi être rechargé aussitôt. La caisse de traite  ment 1 ne doit comporter dans ce cas aucune  partie tubulaire émergeant de sa face supé  rieure et être relativement étanche.

   Il est alors  possible de transporter cette caisse lorsqu'elle  se trouve encore à une température supérieure  à     500o    dans un appareil indépendant où s'ef  fectue le refroidissement en atmosphère d'hy  drogène, cet appareil pouvant être constitué,  par exemple, par une cloche refroidie extérieu  rement par un serpentin et coiffant directement  la caisse de traitement, ou par un couvercle  (sans refroidissement extérieur) coiffant la par  tie supérieure des boîtes de traitement qui sont  placées dans un bac de trempe dans lequel  on envoie ultérieurement le liquide réfrigérant.  



  Il y a lieu de noter que cette disposition  peut être généralisée au transport de caisses  relativement étanches, caisses qu'il     suffira,    pour  que le transport ne donne pas lieu à une oxy  dation des pièces, de transporter alors qu'elles  se trouvent à une température au moins égale  à 500  en ayant soin d'entretenir, dans lesdites  caisses, une atmosphère neutre ou réductrice  additionnée de composés halogénés, de préfé  rence fluorés, se dégageant progressivement  lors du transport.  



  La vitesse de refroidissement des pièces  étant sensiblement inférieure à celle obtenue  par une trempe directe dans -un liquide, on a  avantage, quand on désire obtenir les carac  téristiques mécaniques les meilleures, à utiliser  des aciers du type autotrempant (aciers conte-         nant    des éléments actifs retardateurs de trans  formation, nickel et chrome en particulier).  Une composition type d'un tel acier convenant  bien pour un traitement de chromisation, avec  un refroidissement accéléré est la suivante  carbone 0,3/0,4 ; nickel 4, chrome 1,2, sili  cium 0,3/0,4 ; manganèse 0,3/0,5, avec éven  tuellement des traces de bore.  



  En dehors du cas du recuit des aciers ou  alliages chromisés, le pouvoir réducteur     bril-          lantant    des atmosphères fluorées réductrices  peut être généralisé au traitement des pièces  ferreuses quelconques et même des aciers ou  des alliages inoxydables ; le recuit brillant des  pièces ferreuses s'effectue d'une manière par  ticulièrement aisée en plaçant les pièces en vrac  dans un diluant tel que le talc contenant du  fluorure d'ammonium.

   Le brillantage des piè  ces ferreuses     intialement    oxydées peut s'expli  quer par la volatilisation de l'oxyde à l'état  de fluorure de fer aux environs de     900 ,    avec  formation d'eau qui est éliminée progressive  ment ; il y a ensuite réduction de la vapeur de       fluorure    ainsi formée et dépôt du métal sur  la pièce qui se recouvre ainsi d'une pellicule  de fer (en se cémentant ainsi par elle-même).  



  Si l'on se propose, maintenant, d'établir  des pièces métalliques creuses à paroi mince  travaillante, on pourra chromiser une ébauche  pleine de forme correspondante, régénérer les  propriétés mécaniques de cette ébauche, et,  enfin, éliminer par attaque chimique, la partie  interne de la pièce ne comportant pas de  chrome.  



  Si l'on a, en outre, pris des précautions  pour éviter toute oxydation de surface, on ob  tient finalement une pièce à paroi mince et  élastique, d'épaisseur uniforme, présentant une  couche superficielle brillante résistant à la cor  rosion.  



  On a réalisé ainsi des tubes souples et des  membranes anéroïdes. Les pièces ont été réa  lisées en partant d'acier doux de 0,05 à 0,15  de carbone. Les pièces ont été usinées     exté-          riccurement,    puis chromisées à     1075     C. La du  rée de la chromisation a été réglée pour que  les parois possèdent l'épaisseur désirée. En  deux heures, on a obtenu environ. Le           refroidissement    a été effectué rapidement par  chute directe d'une caisse de chromisation dans  l'eau salée. Après meulage des deux têtes de       fixation    des pièces, celles-ci ont été évidées  complètement à l'acide nitrique bouillant.

   Après  attaque, il subsiste une pièce creuse P     (fig.    3)  présentant simultanément une élasticité satis  faisante, une épaisseur uniforme, facile à pré  déterminer, un fini de surface parfait et une       grande    résistance à la corrosion.  



  On a avantage, pour accélérer l'attaque, à  prévoir au centre de l'ébauche un passage soi  gneusement protégé des vapeurs actives pen  dant l'opération de chromisation, ce passage  pouvant, par exemple, être     constitué    par un  alésage fileté obturé par deux bouchons 8 pen  dant la chromisation.  



  Il y a lieu de noter que l'on peut, comme  montré à la     fig.    4, chromiser une pièce unique  comportant une juxtaposition de pièces ana  logues ; ces pièces sont séparées par sciage  après chromisation, ce qui évite d'avoir à meu  ler, après traitement, la     surface    devant servir  de départ à l'attaque.  



  Un autre exemple de chromisation suivie  d'une régénération des propriétés mécaniques  par refroidissement contrôlé est illustré par la       fig.    5 qui est relative au traitement continu d'un  fil métallique F.  



  Ce fil, issu d'une bobine 13, traverse d'un  mouvement continu une cheminée perforée 14  entourée par une charge de cément C et de  chrome de régénération R, ladite charge étant       contenue    dans la cuve d'un four cloche. Le  balayage par l'hydrogène est réalisé à l'aide       d'un    conduit 15 et il est prévu, à la partie  supérieure de la cuve, une goulotte 16 pour  l'introduction des réactifs.  



  On prolonge la cheminée perforée 14, à  l'extérieur du four, par un conduit 14a traver  sant un caisson de réfrigération 17, le fil     chro-          misé    issu du susdit prolongement     14n    pouvant  subir un traitement final de polissage électro  lytique dans un bac 18 avant d'être récupéré  sur un tambour 19. La réfrigération (par exem  ple à l'eau) évite la formation, 'sur le fil de  fer, d'une couche superficielle de phase sigma  qui constituerait des amorces de rupture. Quant    au polissage électrolytique,     il    améliore encore  les qualités de surface du fil     chromisé.     



       Il    y a lieu de noter que l'on a intérêt, avec  une telle installation, à travailler à haute tem  pérature (par exemple de l'ordre de     1150,)    C)  pour permettre un déroulement plus rapide.  C'est ainsi, notamment, qu'à la température  indiquée on obtient, pour un temps de traver  sée de cinq minutes, une couche 'de diffusion  de     2/Ioo    de mm, pour un temps de traversée de  trente minutes, une couche de '/in<B>a</B>     e/iao    et,  pour un temps de traversée d'une heure, une  couche de     "/,.a    a     1-/1o0.     



  Si l'on désire accroître le rendement de  l'installation, on pourra disposer en parallèle,  dans une même enceinte, plusieurs cheminées  permettant le traitement simultané d'autant de  fils.

Claims (1)

  1. REVENDICATION Procédé d'élaboration d'objets métalliques non poreux comprenant un traitement ther mique consistant en au moins un chauffage suivi d'un refroidissement, de telle sorte que les objets, à l'issue de ce traitement thermique, présentent dans leur masse une ou des carac téristiques physiques ou mécaniques améliorées par rapport à leur état avant ledit traitement, les objets étant, au cours dudit traitement ther mique, soumis, dans une atmosphère gazeuse, à des températures auxquelles la, surface des- dits objets risque d'être oxydée, caractérisé en ce que, au moins pendant la fin de la période où ils sont soumis à ces températures dans ladite atmosphère,
    celle-ci est réductrice et comprend au moins un composé halogéné, en vue d'éviter l'oxydation de la surface des objets. SOUS-REVENDICATIONS 1. Procédé suivant la revendication pour l'élaboration d'objets qui doivent subir, en plus dudit traitement thermique, un traitement pour la formation sur ces objets d'un alliage super ficiel de diffusion d'au moins un métal d'addi tion avec le métal des pièces, ce traitement de diffusion nécessitant également un chauffage des objets dans une zone de températures ayant au moins une partie commune avec celle dans laquelle doit s'effectuer le traitement thermique,
    caractérisé en ce que l'on combine les deux traitements susdits en utilisant comme composé halogéné dans l'atmosphère réductrice du trai tement thermique un halogénure dudit métal d'addition. 2. Procédé suivant la revendication et la sous-revendication 1, caractérisé en ce que cet halogénure est un fluorure. 3. Procédé suivant la revendication et la sous-revendication 1, caractérisé en ce que seu lement la fin dudit traitement thermique est effectuée en même temps que le traitement de formation de l'alliage superficiel de diffusion. 4.
    Procédé suivant la revendication et les sous-revendications 1 et 3, pour l'élaboration d'objets devant subir un traitement thermique comprenant un recuit antirémanent, caractérisé en ce que le métal d'addition est susceptible de donner avec le métal des pièces des couches de diffusion magnétiques non rémanentes. 5. Procédé suivant la revendication et la sous-revendication 1, pour l'élaboration d'ob jets constitués en alliage réfractaire nécessitant un traitement thermique d'homogénéisation qui constitue le traitement thermique susmentionné, caractérisé en ce que le métal d'addition est du chrome. 6.
    Procédé suivant la revendication et la sous-revendication 5, caractérisé en ce que cet alliage réfractaire est un alliage présentant ap proximativement la composition suivante : C 0,04<I>- Fe :</I> 0,38<I>- Cr :</I> 21,18<I>- Ni :</I> 74,23 <I>Si:</I> 0,47<I>- Mn<B>:</B></I> 0,56 -<I>Ti: 2,44 -<B>AI:</B></I> 0,63, le traitement thermique d'homogénéisation com portant un chauffage pendant huit heures à 1080 C et ayant lieu en présence d'un cément contenant du fluorure de chrome. 7.
    Procédé suivant la revendication et la sous-revendication 5, caractérisé en ce que cet alliage réfractaire est un alliage présentant ap proximativement la composition suivante : C 0;3<I>- Cr:</I> 11<I>- Ni:</I> 35<I>-<B>AI:</B> 1 - Mo<B>:</B> 1 -</I> Fe : reliquat, les pièces étant soumises à un traitement de mise en solution de 15 heures à 1000e C, en présence d'un cément susceptible de former une atmosphère de fluorure de chrome, puis à un vieillissement de 15 heures entre 600 et 6251, C. 8.
    Procédé suivant la revendication et la sous-revendication 5, caractérisé en ce que cet alliage réfractaire est un alliage présentant ap proximativement la composition suivante:<I>Ni</I> 65 9/0 - Mo : 30 % - Fe : 5 %, les pièces étant soumises à un traitement d'homogénéisation de deux heures à 10800 C en atmosphère chromi- sante de fluorure, puis à un revenu de quatre heures à 6500 C. 9. Procédé suivant la revendication, carac térisé en ce que le traitement thermique com porte un chauffage et un refroidissement sub séquent accéléré (trempe). 10.
    Procédé suivant la revendication et la sous-revendication 9, dans lequel les objets, pendant le traitement thermique, ont subi un traitement de diffusion superficielle en atmo sphère fluorée, caractérisé en ce que le refroi dissement accéléré produisant la trempe est effectué immédiatement à l'issue du susdit trai tement de diffusion superficielle, en utilisant comme atmosphère réductrice contenant un composé halogéné l'atmosphère même qui a servi à effectuer le traitement de diffusion su perficielle. 11. Procédé suivant la revendication et les sous-revendications 9 et 10, caractérisé en ce que la trempe est effectuée par immersion di recte des objets dans un liquide assurant un refroidissement énergique. 12.
    Procédé suivant la revendication et les sous-revendications 9 et 10, caractérisé en ce que la trempe est effectuée par immersion d'une boîte substantiellement étanche qui contient les objets, de préférence la boîte même dans la quelle lesdits objets ont subi le traitement de diffusion. 13. Procédé suivant la revendication et la sous-revendiéation 10, caractérisé en ce qu'il est utilisé pour l'élaboration de pièces d'acier à haute teneur en carbone. 14. Procédé suivant la revendication et la sous-revendication 10, caractérisé en ce que la trempe est suivie d'un polissage électroly tique. 15. Procédé suivant la revendication et la sous-revendication 9, caractérisé en ce que les objets, antérieurement au traitement thermique, ont subit un traitement de diffusion super ficielle. 16.
    Procédé suivant la revendication et les sous-revendications 1 et 9, pour l'obtention de pièces creuses à paroi travaillante, caractérisé en ce qu'on. évide la pièce pleine ainsi traitée par un réactif attaquant le métal de base, mais non pas la couche de diffusion superficielle. 17.
    Procédé suivant la revendication et la sous-revendication 10, pour l'élaboration d'un fil métallique devant présenter superficiellement une couche de diffusion métallique, caractérisé en ce qu'on fait traverser à ce fil, se déplaçant d'un mouvement continu, une cheminée cylin drique où l'on fait régner une atmosphère fluorée, la première partie de celle-ci étant portée à une température permettant la dif fusion, et une deuxième partie étant refroidie à la température nécessaire pour régénérer les propriétés mécaniques du fil.
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