EP0376832A1 - Installations automatiques de traitement thermique - Google Patents

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EP0376832A1
EP0376832A1 EP89403635A EP89403635A EP0376832A1 EP 0376832 A1 EP0376832 A1 EP 0376832A1 EP 89403635 A EP89403635 A EP 89403635A EP 89403635 A EP89403635 A EP 89403635A EP 0376832 A1 EP0376832 A1 EP 0376832A1
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EP
European Patent Office
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treatment
temperature
parts
heating
order
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Withdrawn
Application number
EP89403635A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Olivier Schwebel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fives Stein SA
Original Assignee
Stein Heurtey SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Stein Heurtey SA filed Critical Stein Heurtey SA
Publication of EP0376832A1 publication Critical patent/EP0376832A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D11/00Process control or regulation for heat treatments
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/74Methods of treatment in inert gas, controlled atmosphere, vacuum or pulverulent material

Definitions

  • the present invention relates to a system for heat treatment of parts of any shape, preferably parts for the mechanical industry such as in particular parts for the automotive industry.
  • French patent 86 01 913 filed on February 12, 1986 and published under the number 2,594,102 by the present holder describes an installation for thermochemical treatment of parts in particular for the mechanical industry, which is characterized in that it includes an airlock. transfer of parts under a controlled atmosphere, a plurality of parts processing modules such as in particular preheating modules, thermochemical treatment modules, quenching modules, all these modules being connected to the transfer airlock, a loading airlock, an unloading airlock and a parts handling robot placed in the transfer airlock to ensure successive transfers of the parts to be treated to the different modules.
  • parts processing modules such as in particular preheating modules, thermochemical treatment modules, quenching modules, all these modules being connected to the transfer airlock, a loading airlock, an unloading airlock and a parts handling robot placed in the transfer airlock to ensure successive transfers of the parts to be treated to the different modules.
  • French patent 87 13 217 filed on September 24, 1987 by the present holder also describes an automatic installation of fast thermochemical treatment of a load made up of parts intended in particular for the mechanical industry, which includes a plurality of treatment modules such as in particular induction preheating module, thermochemical treatment modules, quenching module, a means for loading and unloading of the pieces stacked in columns and a means for transferring said columns of pieces between the different treatment modules.
  • a plurality of treatment modules such as in particular induction preheating module, thermochemical treatment modules, quenching module, a means for loading and unloading of the pieces stacked in columns and a means for transferring said columns of pieces between the different treatment modules.
  • the present invention proposes to apply the installations described above to treatments of parts in particular of mechanical parts, with a view to obtaining the results mentioned above, these treatments being characterized by the following operations: heating , temperature maintenance and controlled cooling.
  • This treatment may include degassing. Indeed, even if the surface of the product is free of deposits, it may contain adsorbed gaseous species and by raising the temperature, placing under vacuum and maintaining under vacuum for a sufficient time, it is possible to significantly reduce the content. of these gaseous species in the product finally obtained;
  • Degreasing can also be carried out, which can be carried out by means of rapid heating under a gaseous stream of hydrogen and water vapor.
  • the treatments concerning the maintenance of the surface finish of the treated parts may include other operations such as blueing, etc.
  • the invention therefore proposes to carry out operations which make it possible to avoid these drawbacks in order to maintain the dimensional stability of the parts treated.
  • These treatments can be as follows: - homogenization annealing at a temperature below the temperature at which the ferrite completes to transform into austenite during heating, and maintenance at this temperature - stress relief annealing performed by maintaining at a temperature of the order of 650 ° C. for a period of one hour relaxation annealing carried out by heating to a temperature of the order of 100 to 200 ° C. with maintenance at this temperature then slow cooling and - Stabilization annealing carried out by heating to a temperature at which the austenite begins to form, for example at around 200 ° C., this heating being followed by rapid cooling.
  • This treatment essentially involves a softening annealing.
  • the different types of treatment which have just been mentioned in order to maintain the quality of the products which are to be or have undergone heat treatment essentially comprise three types of operation: heating, temperature maintenance and controlled cooling, which, according to the invention, are carried out on an installation of the type described in the patent applications cited above.
  • the heating necessary for annealing or tempering can be carried out in the induction heating chambers provided in these installations or in one or more treatment chambers in the case of specific temperature cycles.
  • thermochemical treatment chambers Keeping at temperature can be performed according to the cycles concerned, either: - in the induction heating chamber - in the thermochemical treatment chambers if the maintenance takes place at a temperature at which the ferrite is transformed into austenite during heating - in rooms with suitable temperature, when the temperature is maintained at a temperature different from that indicated above.
  • the cooling can be carried out either in the quenching chamber, or by convection, by radiation alone or using a neutral gas at a suitable temperature or by any other suitable means.
  • thermochemical treatment When the treatment is preliminary or consecutive to the thermochemical treatment, it can be carried out directly and automatically in the installation without it being necessary to carry out a removal of the parts from the latter.

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Abstract

Installation automatique de traitement de pièces, notamment pour l'industrie mécanique du type comportant des modules de traitement tels que notamment modules de préchauffage, modules de traitement thermochimique et modules de trempe, caractérisée en ce qu'elle est appliquée à des traitements de chauffage, maintien en température et refroidissement contrôlé, en vue de maintenir ou d'améliorer l'état de surface, la stabilité dimensionnelle et la structure métallurgique ainsi que les propriétés mécaniques des pièces traitées.

Description

  • La présente invention est relative à un système de traitement thermique de pièces de forme quelconque, de préférence des pièces pour l'industrie mécanique telles que notamment des pièces pour l'industrie automobile.
  • Le brevet français 86 01 913 déposé le 12 Février 1986 et publié sous le numéro 2 594 102 par la présente titulaire décrit une installation de traitement thermochimique de pièces notamment pour l'industrie mécanique, qui est caractérisée en ce qu'elle comporte un sas de transfert des pièces sous atmosphère contrôlée, uné pluralité de modules de traitement de pièces tels que notamment modules de préchauffage, modules de traitement thermochimique, modules de trempe, tous ces modules étant connectés au sas de transfert, un sas de chargement, un sas de déchargement et un robot de manipulation des pièces disposé dans le sas de transfert pour assurer les transferts successifs des pièces à traiter aux différents modules.
  • Le brevet français 87 13 217 déposé le 24 Septembre 1987 par la présente titulaire décrit également une installation automatique de traitement thermochimique rapide d'une charge constituée de pièces destinées notamment à l'industrie mécanique, qui comprend une pluralité de modules de traitement tels que notamment module de préchauffage par induction, modules de traitement thermochimique, module de trempe, un moyen pour effectuer le chargement et le déchargement des pièces empilées en colonnes et un moyen de transfert desdites colonnes de pièces entre les différents modules de traitement.
  • L'expérience a montré que le type d'installation objet des brevets mentionnés ci-dessus peut être appliqué à d'autres types de traitement que ceux décrits dans ces brevets.
  • On sait que la qualité des produits faisant l'objet d'un traitement thermique doit répondre aux exigences suivantes :
    - tenue d'un état de surface
    - maintien de la stabilité dimensionnelle des produits traités et
    - maintien ou amélioration ou restauration de la structure métallurgique et des propriétés mécaniques des produits traités.
  • En conséquence, la présente invention se propose d'appliquer les installations décrites ci-dessus à des traitements de pièces notamment de pièces mécaniques, en vue de l'obtention des résultats mentionnés ci-dessus, ces traitements étant caractérisés par les opérations suivantes : chauffage, maintien en température et refroidissement contrôlé.
  • On comprend que pour obtenir la qualité requise des produits traités finalement obtenus, l'invention se propose d'envisager plusieurs types de traitement sur les installations décrites dans les brevets mentionnés ci-dessus.
  • 1) Traitement en vue du maintien et de l'amélioration de l'état de surface des pièces ;
  • Ce traitement peut comporter un dégazage. En effet, même si la surface du produit est exempte de dépôts, elle peut contenir des espèces gazeuses adsorbées et par élévation de la température, mise sous vide et maintien sous vide pendant un temps suffisant, il est possible de réduire de façon importante la teneur de ces espèces gazeuses dans le produit finalement obtenu ;
  • On peut également réaliser un dégraissage qui peut être opéré par l'intermédiaire d'un chauffage rapide sous un courant gazeux d'hydrogène et de vapeur d'eau.
  • Enfin, on peut également contribuer à l'amélioration de l'état de surface des pièces par une réduction des oxydes superficiels, réalisée par un chauffage sous courant d'hydrogène ou une restauration de carbone de pièces décarburées superficiellement, opérée par chauffage sous courants de gaz tels que CnHn ou CnHnOn.Bien entendu, Ies traitements concernant la tenue d'état de surface des pièces traitées peuvent comporter d'autres opérations telles que notamment bleuissage etc.
  • 2) Traitement en vue du maintien de la stabilité dimensionnelle des pièces traitées.
  • On sait que les déformations des pièces lors du traitement thermique constituent un souci constant pour le producteur. L'origine de ces déformations résulte de trois causes majeures :
    - Les hétérogénéités de matières (ségrégation, etc.)
    - Les contraintes générées pendant le formage et l'usinage
    - Les hétérogénéités dues au traitement.
  • L'invention se propose donc de réaliser des opérations permettant d'éviter ces inconvénients pour conserver la stabilité dimensionnelle des pièces traitées. Ces traitements peuvent être les suivants :
    - recuit d'homogénéisation à une température inférieure à la température à laquelle la ferrite achève de se transformer en austénite au cours du chauffage, et maintien à cette température
    - recuit de détente réalisé par maintien à une température de l'ordre de 650°C pendant une durée d'une heure
    - recuit de relaxation réalisé par chauffage à une température de l'ordre de 100 à 200°C avec maintien à cette température puis refroidissement lent et
    - recuit de stabilisation effectué par chauffage à une température à laquelle l'austénite commence à se former, par exemple à environ 200°C, ce chauffage étant suivi d'un refroidissement rapide.
  • 3) Traitement en vue de la conservation de la structure métallurgique et des propriétés mécaniques des pièces traitées
  • Ce traitement comporte essentiellement un recuit d'adoucissement. Comme on l'a précisé ci-dessus, les différents types de traitement qui viennent d'être mentionnés pour maintenir la qualité des produits devant faire ou ayant fait l'objet d'un traitement thermique comportent essentiellement trois types d'opération : chauffage, maintien en température et refroidissement contrôlé, qui, selon l'invention, sont effectués sur une installation du type décrit dans les demandes de brevet citées ci-dessus.
  • Les chauffages nécessaires aux recuits ou revenus peuvent être opérés dans les chambres de chauffage par induction prévues dans ces installations ou dans une ou des chambres de traitement dans le cas de cycles de températures particuliers.
  • Le maintien à température peut être exécuté en fonction des cycles concernés, soit :
    - dans la chambre de chauffage par induction
    - dans les chambres de traitement thermochimique si le maintien a lieu à une température à laquelle la ferrite est transformée en austénite au cours du chauffage
    - dans des chambres à température adaptée, lorsque le maintien à température a lieu à une température différente de celle indiquée ci-­dessus.
  • Le refroidissement peut être opéré soit dans la chambre de trempe, soit par convection, par rayonnement seul ou à l'aide d'un gaz neutre à température convenable ou par tout autre moyen approprié.
  • Lorsque le traitement est préliminaire ou consécutif au traitement thermochimique, il peut être effectué directement et automatiquement dans l'installation sans qu'il soit nécessaire de procéder à une sortie des pièces de celle-ci.
  • Bien entendu, et selon l'invention, l'ensemble des traitements est effectué de façon automatique à l'aide d'un logiciel approprié, l'automate ainsi programmé gérant les cycles suivants :
    - la circulation des charges dans la machine, en fonction des différents cycles envisagés ;
    - les indexations adéquates :
    * puissance, temps en chauffage par induction ;
    * température en maintien
    * modulation en refroidissement
    Il résulte de la description qui précède que l'invention permet de réaliser simultanément à l'aide d'une même installation et de façon alternative des traitements de cémentation (température et atmosphère appropriées), recuit et/ou dégraissage-dégazage, le système de gestion de l'installation gérant de deux ou plusieurs cycles différents.
  • Il demeure bien entendu que la présente invention n'est pas limitée aux exemples de mise en oeuvre décrits ici mais qu'elle en englobe toutes les variantes.

Claims (12)

1- Installation automatique automatisée de traitement de pièces, notamment pour l'industrie mécanique du type comportant des modules de traitement tels que notamment modules de préchauffage, modules de traitement thermochimique et modules de trempe, caractérisée en ce qu'elle est appliquée à des traitements de chauffage, maintien en température et refroidissement contrôlé, en vue de maintenir ou d'améliorer l'état de surface, la stabilité dimensionnelle et la structure métallurgique ainsi que les propriétés mécaniques des pièces traitées.
2- Installation selon la revendication 1, appliquée au traitement des pièces en vue d'en améliorer l'état de surface, caractérisée en ce que ce traitement comporte un dégazage réalisé par élévation de température et mise sous vide pendant un temps désiré.
3- Installation selon la revendication 1, appliquée au traitement des pièces en vue d'en améliorer l'état de surface, caractérisée en ce que ce traitement comporte un dégraissage opéré par chauffage rapide sous courant gazeux d'hydrogène et de vapeur d'eau.
4- Installation selon la revendication 1, appliquée au traitement des pièces en vue d'en améliorer l'état de surface, caractérisée en ce que ce traitement comporte une réduction des oxydes superficiels opérée par chauffage sous courant d'hydrogène, ou une restauration de carbone de pièces décarburées superficiellement opérée par chauffage sous courants de gaz tels que Cn Hn ou Cn Hn On.
5 - Installation selon la revendication 1, appliquée au traitement des pièces en vue de maintenir leur stabilité dimensionnelle, caractérisée en ce que ce traitement comporte un recuit d'homogénéisation opéré à une température à laquelle la ferrite est transformée en austénite au cours du chauffage et maintien à cette température.
6- Installation selon la revendication 1, appliquée au traitement des pièces en vue de maintenir leur stabilité dimensionnelle, caractérisée en ce que ce traitement comporte un recuit de détente opéré par un maintien à une température de l'ordre de 650°C pendant une heure.
7- Installation selon la revendication 1, appliquée au traitement des pièces en vue de maintenir leur stabilité dimensionnelle, caractérisée en ce que ce traitement comporte un recuit de relaxation opéré par chauffage à une température de l'ordre de 100 à 200°C avec maintien et refroidissement lent.
8- Installation selon la revendication 1, appliquée au traitement des pièces en vue de maintenir leur stabilité dimensionnelle, caractérisée en ce que ce traitement comporte un recuit de stabilisation réalisé par un chauffage à une température inférieure à la température à laquelle l'austénite commence à se former au cours du chauffage et un refroidissement rapide.
9- Installation selon la revendication 1 appliquée au traitement des pièces en vue du maintien de leur structure métallurgique et de leurs propriétés mécaniques, caractérisée en ce que ce traitement consiste en un recuit d'adoucissement.
10- Installation selon l'une quelconque des revendication précédentes, caractérisée en ce que les chauffages nécessaires aux opérations de recuit et de revenu sont opérées dans les chambres de chauffage par induction de l'installation.
11- Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le maintien à température est réalisé en fonction des cycles concernés, soit dans la chambre de chauffage par induction, soit dans les chambres de traitement thermochimiques lorsque le maintien a lieu à une température supérieure à celle à laquelle la phase alpha achève de se transformer en austénite au cours du chauffage, soit dans des chambres à température adaptée, si ce maintien à température a lieu à une température différente.
12- Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le refroidissement est opéré dans la chambre de trempe, soit par convection, par rayonnement seul ou à l'aide d'un gaz neutre à température appropriée.
EP89403635A 1988-12-27 1989-12-22 Installations automatiques de traitement thermique Withdrawn EP0376832A1 (fr)

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WO1990007583A1 (fr) 1990-07-12
ES2016785A4 (es) 1990-12-01
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