EP1167549A1 - Cellule de trempe au gaz - Google Patents
Cellule de trempe au gaz Download PDFInfo
- Publication number
- EP1167549A1 EP1167549A1 EP01410074A EP01410074A EP1167549A1 EP 1167549 A1 EP1167549 A1 EP 1167549A1 EP 01410074 A EP01410074 A EP 01410074A EP 01410074 A EP01410074 A EP 01410074A EP 1167549 A1 EP1167549 A1 EP 1167549A1
- Authority
- EP
- European Patent Office
- Prior art keywords
- fluid
- enclosure
- gaseous fluid
- gas
- quenching
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Withdrawn
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING 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
- C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
- C21D1/56—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering characterised by the quenching agents
- C21D1/613—Gases; Liquefied or solidified normally gaseous material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING 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
- C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
- C21D1/62—Quenching devices
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING 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
- C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
- C21D1/74—Methods of treatment in inert gas, controlled atmosphere, vacuum or pulverulent material
- C21D1/767—Methods of treatment in inert gas, controlled atmosphere, vacuum or pulverulent material with forced gas circulation; Reheating thereof
Definitions
- the present invention relates to the treatment of parts steel, and more particularly the hardening of parts which have undergone heat treatments, in particular case hardening, that is to say introduction of carbon into the surface of the parts in order to improve hardness.
- a cementation treatment consists in subjecting the parts to be treated, in an airtight enclosure, alternating enrichment steps in the presence of a carburizing and diffusion stages under vacuum or under atmosphere neutral.
- the respective durations of the enrichment and distribution as well as their number depend, in particular, on the carbon concentration and carburizing depth desired in the rooms, and these treatments are well known of technique.
- An example of a low carburizing process pressure is described in French patent application No. 2678287 of the plaintiff.
- Any cementation treatment is followed by at least one quenching step carried out either under oil or under gas.
- a main purpose of quenching is to get cooling rapid hardened parts without altering the surface finish got.
- Gas quenching is often preferred because it allows directly obtain clean case-hardened parts.
- the invention also refers to carbonitriding whose only difference compared to the case hardening comes from enrichment gas used to which is generally added ammonia.
- enrichment gas used to which is generally added ammonia The perfectly known result is the formation of nitride (instead of carbide for cementation) on the surface of the room. It will therefore be noted that all that will be explained below in relationship with case hardening also applies to carbonitriding.
- the quenching treatment following cementation or carbonitriding must respect several constraints among which a rapid cooling of the room so as not to degrade its surface.
- a rapid cooling of the room so as not to degrade its surface.
- we must increase the mass flow rate of the gas i.e. increase the speed and / or static pressure of the gas tempering.
- Quenching and case hardening treatments generally take place in treatment facilities thermal in batches in which, for performance reasons, loads or lots of parts to be treated are important (often several hundred kilos).
- FIG. 1 shows, in a very sectional view schematic, a classic example of treatment cell 1 thermal of a cementation plant of the type to which it applies the present invention.
- Cell 1 illustrated by Figure 1 is a mixed cell that can serve both heat a batch 2 of parts to be treated in a treatment of case hardening and subjecting this batch to hardening, that is to say a rapid cooling.
- Cell 1 essentially comprises a waterproof external enclosure 3 (most often tubular for mechanical resistance issues to pressure differences between the outside and the inside of the enclosure) inside which is defined a heat treatment chamber 4 by appropriate walls, and which generally rests on the ground by via a base 10.
- Heating elements 5 (for example, electrical resistive bars) are distributed at the interior of the processing chamber in which is the load 2.
- the enclosure 3 Being a mixed cell, the enclosure 3 is equipped with a cooling turbine 6 which can be driven by a motor 7 so as to stir air or gas to inside the enclosure 3 during the quenching step.
- bedroom 4 is equipped, by example in its upper and lower walls, of shutters thermal 8, mobile and intended to be closed for carburizing heat treatments and to be open during quenching treatments.
- Turbine 6 sends air usually outside of room 4 to get him through a heat exchanger 9 interposed between the external walls of chamber 4 and the internal walls of enclosure 3. Gas from quench enters the treatment chamber 4 through the bottom of the enclosure and emerges at the turbine 6 placed in its top as illustrated by the arrows in figure 1. This is where of course an example of layout and other structures are also known; in particular the circulation of gas can be reversed. To simplify, the gas input-output in enclosure 3 were not shown.
- FIG. 2 shows, in a very sectional view schematic, another known example of 1 ′ quenching cell which is here dedicated, that is to say which is only used for cooling cemented parts.
- a cell 1 ' is, for example, provided in an online facility to receive 2 lots of parts to be treated having undergone, in neighboring cells, treatments carburizing or carbonitriding thermal.
- the 1 'cell comprises, like cell 1 described above, essentially a sealed enclosure 3 inside which is placed the load 2 to be treated.
- a quenching chamber 4 ' is defined by open walls, here permanently, above and at the bottom of the enclosure 3.
- a motor 7 is intended to drive, by through its shaft 7 ', a turbine 6 responsible for sending air or gas to a heat exchanger 9 disposed between the outer wall of chamber 4 'and the inner wall of the enclosure 3.
- the gas then follows the path indicated by the arrows in the figure 2 to enter the treatment chamber 4 'through the bottom of enclosure 3 and exit at the level of the turbine 6.
- Others turbine types allow reverse gas flow.
- the present invention applies more particularly quench cells as illustrated in Figures 1 and 2 where the gas recirculates on the load to be treated in circuit closed, heating up on contact with the load, then losing these calories through an exchanger.
- Such cells are in particular used when the quenching gas is not air but a gas (for example, nitrogen or other neutral gas) which one wishes save the quantities used.
- a disadvantage of these conventional processing cells is that the flow rates required for rapid quenching tire the motors which must turn at very high speeds to drive the turbines. For example, to obtain a quenching pressure of the order of 20 bars with a flow rate of approximately 5 m 3 / s, motors of a power greater than 100 kw are used which rotate at several thousand revolutions per minute. Such rotational speeds accelerate the wear of motors in particular, mechanical rolling parts.
- the present invention aims to overcome the drawbacks known quenching and / or heat treatment cells.
- the invention aims more particularly to avoid problems related to engine wear in the drive turbines of a thermal cooling cell.
- the invention also aims to propose a solution which is compatible with closed circuit operation of the quenching cell, in particular, if the quenching gas used is not air and therefore must be preserved.
- the invention further aims to preserve, even improve, the quenching speed.
- the present invention provides a steel parts quenching cell by circulation of a gaseous fluid in a sealed enclosure, which comprises at least one static vacuum cleaner to organize the circulation of the fluid gas, the gaseous fluid present at the inlet of the vacuum cleaner static being at a pressure higher than the pressure atmospheric.
- the circulation of pressurized air or gas in a cell 20 according to the invention is carried out from the vacuum cleaners statics 26 which inject the gas flow into the chamber 24 from where it comes out through the opening in the lower part and then circulates through the heat exchangers 9 to be re-aspirated by the flow multipliers 26.
- static vacuum cleaners in a cell quenching of steel parts takes advantage of the fact that the enclosure 23 of the quenching cell is designed to support large pressure differences between outside and inside of the cell. So while static vacuums are conventionally used to accelerate a flow of ambient air by means of compressed air, the invention provides for using them for accelerate a gas flow inside the cell which is already at pressure above atmospheric pressure and use very high gas pressures as the inducing fluid.
- An advantage of the present invention is that instead to impose an air flow by the speed of a motor, we use a source of compressed gas as well as flow multipliers. Therefore, for the same cooling rate, the compressor 27 motor runs slower than a turbine classic. Thanks to flow multipliers, we gain a coefficient of the order of 5 to 15 in gas flow in the cell.
- the number of static vacuums 26 in a cell hardening depends, in particular, on the dimensions of the cell and the desired cooling rate.
- the sizing of static vacuums and their number and distribution are at the scope of the skilled person from functional indications above data and the application to a cell of given temper.
- the invention does not requires only slight modifications to a quench cell classic.
- the invention can be implemented without modify the heat exchange network in a quenching cell and simply replacing the turbine and the motor with static vacuum cleaners, taking care of course to preserve the tightness of the enclosure.
- the present invention is capable of various variants and modifications which will appear to the man of art.
- the invention has been described in relationship with dedicated quenching cells, it will be noted that it applies to mixed cells of the type illustrated by Figure 1 where the quenching takes place in the same enclosure where place the heat treatment of carburizing or carbonitriding.
- other static vacuum cleaners than those shown in example may be used provided that the essential characteristic of the invention which is to allow an acceleration, by means of a working gas, of the ambient gas of the cementation enclosure.
- the quenching gases which can be used, for example, neutral gases such as nitrogen, helium, or hydrogen.
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Furnace Details (AREA)
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
- Waste-Gas Treatment And Other Accessory Devices For Furnaces (AREA)
- Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
- Heat Treatments In General, Especially Conveying And Cooling (AREA)
- Muffle Furnaces And Rotary Kilns (AREA)
Abstract
L'invention concerne une cellule (20) de trempe de pièces d'acier par circulation d'un fluide gazeux dans une enceinte étanche (23), comportant au moins un aspirateur statique (26) pour organiser la circulation du fluide gazeux. <IMAGE>
Description
La présente invention concerne le traitement de pièces
en acier, et plus particulièrement la trempe de pièces ayant subi
des traitements thermiques, notamment de cémentation, c'est-à-dire
d'introduction de carbone dans la surface des pièces pour en
améliorer la dureté.
Un traitement de cémentation consiste à soumettre les
pièces à traiter, dans une enceinte étanche à l'air, à une alternance
d'étapes d'enrichissement en présence d'un gaz de
cémentation et d'étapes de diffusion sous vide ou sous atmosphère
neutre. Les durées respectives des étapes d'enrichissement et de
diffusion ainsi que leur nombre dépendent, notamment, de la
concentration en carbone et de la profondeur de cémentation
souhaitées dans les pièces, et ces traitements sont bien connus
de la technique. Un exemple de procédé de cémentation à basse
pression est décrit dans la demande de brevet français n° 2678287
de la demanderesse.
Tout traitement de cémentation est suivi d'au moins une
étape de trempe s'effectuant soit sous huile, soit sous gaz. Un
but principal de la trempe est d'obtenir un refroidissement
rapide des pièces cémentées sans altérer l'état de surface
obtenu. La trempe sous gaz est souvent préférée car elle permet
d'obtenir directement des pièces cémentées propres.
L'invention se réfère également à la carbonitruration
dont la seule différence par rapport à la cémentation vient du
gaz d'enrichissement utilisé auquel on ajoute généralement de
l'ammoniac. Le résultat parfaitement connu est la formation de
nitrure (au lieu de carbure pour la cémentation) en surface de la
pièce. On notera donc que tout ce qui sera exposé par la suite en
relation avec la cémentation s'applique également à la carbonitruration.
Le traitement de trempe qui suit la cémentation ou la
carbonitruration doit respecter plusieurs contraintes parmi
lesquelles un refroidissement rapide de la pièce afin de ne pas
dégrader sa surface. Pour augmenter la vitesse de trempe avec un
gaz donné, on doit augmenter le débit massique du gaz, c'est-à-dire
augmenter la vitesse et/ou la pression statique du gaz de
trempe.
Les traitements de trempe et de cémentation
s'effectuent généralement dans des installations de traitement
thermique par lots dans lesquelles, pour des raisons de rendement,
des charges ou lots de pièces à traiter sont importants
(souvent, plusieurs centaines de kilos).
La figure 1 représente, par une vue en coupe très
schématique, un exemple classique de cellule 1 de traitement
thermique d'une installation de cémentation du type auquel s'applique
la présente invention. La cellule 1 illustrée par la
figure 1 est une cellule mixte pouvant servir à la fois à
chauffer un lot 2 de pièces à traiter dans un traitement de
cémentation et à faire subir à ce lot une trempe, c'est-à-dire un
refroidissement rapide. La cellule 1 comporte essentiellement une
enceinte externe 3 étanche (le plus souvent tubulaire pour des
questions de résistance mécanique aux différences de pression
entre l'extérieur et l'intérieur de l'enceinte) à l'intérieur de
laquelle est définie une chambre 4 de traitement thermique par
des parois appropriées, et qui repose généralement sur le sol par
l'intermédiaire d'un socle 10. Des éléments 5 de chauffage (par
exemple, des barreaux résistifs électriques) sont répartis à
l'intérieur de la chambre de traitement dans laquelle est
disposée la charge 2. S'agissant d'une cellule mixte, l'enceinte
3 est équipée d'une turbine 6 de refroidissement pouvant être
entraínée par un moteur 7 de façon à brasser de l'air ou du gaz à
l'intérieur de l'enceinte 3 lors de l'étape de trempe. Afin de
permettre la circulation de l'air, la chambre 4 est équipée, par
exemple dans ses parois supérieure et inférieure, de volets
thermiques 8, mobiles et qui sont destinés à être fermés pendant
les traitements thermiques de cémentation et à être ouverts
pendant les traitements de trempe. La turbine 6 envoie l'air
généralement à l'extérieur de la chambre 4 pour lui faire traverser
un échangeur thermique 9 intercalé entre les parois externes
de la chambre 4 et les parois internes de l'enceinte 3. Le gaz de
trempe entre dans la chambre de traitement 4 par le fond de
l'enceinte et en ressort au niveau de la turbine 6 placée en son
sommet comme l'illustrent les flèches en figure 1. Il s'agit là
bien entendu d'un exemple de disposition et d'autres structures
sont également connues ; en particulier, la circulation du gaz
peut être inversée. Pour simplifier, les entrées-sorties de gaz
dans l'enceinte 3 n'ont pas été représentées.
La figure 2 représente, par une vue en coupe très
schématique, un autre exemple connu de cellule 1' de trempe qui
est ici dédiée, c'est-à-dire qui ne sert qu'au refroidissement de
pièces cémentées. Une telle cellule 1' est, par exemple, prévue
dans une installation en ligne pour recevoir des lots 2 de pièces
à traiter ayant subi, dans des cellules voisines, des traitements
thermiques de cémentation ou de carbonitruration. La cellule 1'
comporte, comme la cellule 1 décrite précédemment, essentiellement
une enceinte étanche 3 à l'intérieur de laquelle est
placée la charge 2 à traiter. Une chambre de trempe 4' est définie
par des parois ouvertes, ici de façon permanente, en haut et
en bas de l'enceinte 3. Un moteur 7 est destiné à entraíner, par
l'intermédiaire de son arbre 7', une turbine 6 chargée d'envoyer
de l'air ou du gaz vers un échangeur thermique 9 disposé entre la
paroi externe de la chambre 4' et la paroi interne de l'enceinte
3. Le gaz suit alors le trajet indiqué par les flèches en figure
2 pour rentrer dans la chambre de traitement 4' par le fond de
l'enceinte 3 et en ressortir au niveau de la turbine 6. D'autres
types de turbine autorisent une circulation de gaz inversée.
Que ce soit dans les cellules mixtes ou dans les cellules
dédiées, plusieurs moteurs et plusieurs turbines sont le plus
souvent alignés dans la partie haute de l'enceinte pour augmenter
le débit d'air qui conditionne la vitesse de trempe.
La présente invention s'applique plus particulièrement
à des cellules de trempe telles qu'illustrées par les figures 1
et 2 où le gaz recircule sur la charge à traiter en circuit
fermé, se réchauffant au contact de la charge, puis perdant ces
calories à travers un échangeur. De telles cellules sont notamment
utilisées quand le gaz de trempe n'est pas l'air mais un gaz
(par exemple, de l'azote ou autre gaz neutre) dont on souhaite
économiser les quantités utilisées.
Un inconvénient de ces cellules de traitement classiques
est que les débits requis pour une trempe rapide fatiguent
les moteurs qui doivent tourner à des vitesses très élevées pour
entraíner les turbines. Par exemple, pour obtenir une pression de
trempe de l'ordre de 20 bars avec un débit d'environ 5 m3/s, on
utilise des moteurs d'une puissance supérieure à 100 kw qui
tournent à plusieurs milliers de tours par minute. De telles
vitesses de rotation accélèrent l'usure des moteurs en particulier,
des pièces mécaniques de roulement.
La présente invention vise à pallier les inconvénients
des cellules de trempe et/ou de traitement thermique connues.
L'invention vise plus particulièrement à éviter les
problèmes liés à l'usure des moteurs dans l'entraínement de
turbines d'une cellule de refroidissement thermique.
L'invention vise également à proposer une solution qui
soit compatible avec un fonctionnement en circuit fermé de la
cellule de trempe, en particulier, si le gaz de trempe utilisé
n'est pas l'air et doit donc être préservé.
L'invention vise en outre à préserver, voire à améliorer,
la vitesse de trempe.
Pour atteindre ces objets, la présente invention prévoit
une cellule de trempe de pièces d'acier par circulation d'un
fluide gazeux dans une enceinte étanche, qui comporte au moins un
aspirateur statique pour organiser la circulation du fluide
gazeux, le fluide gazeux présent en entrée de l'aspirateur
statique étant à une pression supérieure à la pression
atmosphérique.
Selon un mode de réalisation de la présente invention,
la circulation du fluide gazeux dans l'enceinte s'effectue en
circuit fermé à l'exception d'un débit d'air d'appoint injecté en
tant que fluide inducteur dans l'aspirateur statique.
Selon un mode de réalisation de la présente invention,
la circulation en circuit fermé du fluide gazeux passe par des
moyens d'échange thermique chargés de le refroidir.
Selon un mode de réalisation de la présente invention,
la cellule comporte des moyens pour recycler le débit d'air
d'appoint de fluide inducteur.
Selon un mode de réalisation de la présente invention,
le fluide inducteur est injecté dans les aspirateurs statiques
avec une pression comprise entre 20 et 80 bars.
Selon un mode de réalisation de la présente invention,
la cellule comporte une enceinte étanche à l'air ; une chambre de
refroidissement à l'intérieur de ladite enceinte et destinée à
recevoir une charge de pièces d'acier à refroidir ; des moyens
d'échange thermique sur le trajet de circulation d'un fluide
gazeux de refroidissement entre une paroi externe de la chambre
de refroidissement et une paroi interne de l'enceinte étanche ;
une pluralité d'aspirateurs statiques à fluide gazeux dans une
paroi supérieure de la chambre de traitement, cette dernière
étant ouverte dans une paroi opposée pour évacuer le fluide
gazeux de traitement ; et des conduites d'amenée de fluide gazeux
inducteur sous une pression supérieure à la pression du fluide
gazeux contenu dans l'enceinte.
Selon un mode de réalisation de la présente invention,
la cellule est associée à un compresseur pour injecter le fluide
inducteur dans les aspirateurs statiques.
Selon un mode de réalisation de la présente invention,
le fluide gazeux est choisi parmi l'azote, l'hydrogène, l'hélium
et l'air.
Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que
d'autres de la présente invention seront exposés en détail dans
la description suivante de modes de réalisation particuliers
faite à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes
parmi lesquelles :
Les mêmes éléments ont été désignés par les mêmes
références aux différentes figures. Pour des raisons de clarté,
seuls les éléments d'une cellule de trempe, et plus généralement
d'une installation thermique, qui sont nécessaires à la compréhension
de l'invention ont été représentés aux figures et seront
décrits par la suite.
Une caractéristique de la présente invention est d'utiliser,
en guise d'éléments forçant la circulation d'air ou de gaz
dans la cellule de trempe, des multiplieurs de débit associés à
une source de gaz comprimé fournissant un débit relativement
faible de fluide gazeux d'accélération. Selon l'invention, on
utilise des multiplieurs de débit à effet dit "venturi" qui sont
connus pour accroítre des débits d'air ambiants au moyen d'air
comprimé. Ce genre de dispositif est également connu sous la
dénomination d'aspirateur statique.
La figure 3 représente, par une vue en coupe très
schématique, un mode de réalisation d'une cellule de
refroidissement selon la présente invention.
Une cellule 20 de trempe sous gaz comporte une enceinte
23 étanche à l'air supportée par un socle 30 et destinée à
recevoir une charge 2 à refroidir. La charge 2 est introduite
dans une chambre 24 qui est ouverte sur un seul côté, par
exemple, en partie basse. Du côté opposé à l'ouverture de la
chambre 24, on prévoit au moins un aspirateur statique 26 dont
l'entrée de gaz à aspirer est située à l'extérieur de la chambre
24 et dont la sortie de gaz induit est dirigée vers la charge à
traiter 2. De préférence, plusieurs aspirateurs statiques sont
utilisés en raison des volumes à traiter. Les aspirateurs 26
reçoivent, en guise de fluide moteur, de l'air ou du gaz sous
pression provenant de conduites 27' émanant d'un compresseur
d'air ou de gaz 27. Le compresseur 27 est préférentiellement
externe à l'enceinte 23. La cellule 20 comporte également un
échangeur thermique 9 de structure classique. Bien que cela n'ait
pas été représenté aux figures, l'échangeur 9 utilise, comme
fluide caloporteur, un fluide gazeux ou liquide et communique
avec l'extérieur de l'enceinte 23 pour refroidir ce fluide
caloporteur.
La circulation d'air ou du gaz sous pression dans une
cellule 20 selon l'invention s'effectue depuis les aspirateurs
statiques 26 qui injectent le flux gazeux dans la chambre 24 d'où
il ressort par l'ouverture en partie inférieure et circule alors
à travers les échangeurs thermiques 9 pour être réaspiré par les
multiplieurs de débit 26.
Selon le mode de réalisation illustré par la figure 4,
on prévoit en outre un évent d'air 28 à débit contrôlé, dont le
rôle est d'évacuer le surplus de gaz injecté dans l'enceinte 23
par les conduites 27' pour servir de fluide moteur.
La figure 4 représente, par une vue en coupe schématique,
un exemple d'aspirateur statique à air comprimé utilisable
dans une cellule de trempe selon l'invention. Un tel aspirateur
statique également appelé tuyère venturi a classiquement pour
rôle de convertir un faible flux gazeux à pression moyenne en un
très grand flux atmosphérique induit. Selon l'invention, cet
aspirateur est utilisé pour convertir un faible flux gazeux à
pression très élevée en un très grand flux gazeux à pression
moyenne.
Un tel dispositif utilise un flux primaire de gaz
d'alimentation introduit par un inducteur 41 dans une chambre
annulaire 42. La chambre 42 débouche par une fente annulaire 43
dans l'entrée 44 d'un venturi. Le gaz moteur suit la surface du
venturi par effet de surface en étant accéléré. Le flux de gaz
moteur crée une dépression élevée dans la gorge 45 du venturi, ce
qui a pour effet d'aspirer le gaz présent devant l'entrée par le
centre. Les deux flux gazeux induit et inducteur se mélangent
dans une tuyère divergente 46 pour être éjectés à la sortie de
cette tuyère sous une vitesse élevée. En sortie du divergent 46,
du gaz externe à l'enveloppe 47 de l'aspirateur est également
entraíné. Le cas échéant, la chambre annulaire 42 de flux
inducteur comporte une fente annulaire supplémentaire 48 en
périphérie de la sortie de la tuyère divergente 46 pour encore
accélérer le phénomène. Les multiplieurs de débit statiques
permettent d'obtenir des flux induits ayant des débits de 5 à 30
fois plus élevés que le flux de gaz en entrée du venturi.
Le principe de fonctionnement et la constitution d'une
tuyère à effet venturi ou aspirateur à air sont connus. La figure
4 en représente un exemple classique mais d'autres structures
pourront être utilisées dans une cellule selon l'invention.
La mise en oeuvre d'aspirateurs statiques dans une cellule
de trempe de pièces d'acier tire profit du fait que
l'enceinte 23 de la cellule de trempe est conçue pour supporter
de fortes différences de pressions entre l'extérieur et l'intérieur
de la cellule. Ainsi, alors que les aspirateurs statiques
sont classiquement utilisés pour accélérer un flux d'air ambiant
au moyen d'air comprimé, l'invention prévoit de les utiliser pour
accélérer un flux de gaz à l'intérieur de la cellule qui est déjà
à une pression supérieure à la pression atmosphérique et d'utiliser
des pressions de gaz très élevées comme fluide inducteur.
Une autre caractéristique de l'invention est de recycler
le fluide gazeux induit par les aspirateurs statiques. En
effet, le plus souvent, le gaz utilisé dans une cellule de trempe
n'est pas de l'air mais est un gaz inerte qu'il est souhaitable
de ne pas consommer en trop grande quantité. Par conséquent, on
prévoit d'enfermer les aspirateurs 26 à l'intérieur de la cellule
pour organiser la circulation du fluide gazeux en circuit fermé.
Selon un mode de mise en oeuvre préféré de l'invention,
on utilise comme flux inducteur un gaz comprimé à une pression
comprise entre 20 et 80 bars pour obtenir un flux induit à une
pression comprise entre 10 et 20 bars.
Un avantage de la présente invention est qu'au lieu
d'imposer un débit d'air par la vitesse d'un moteur, on utilise
une source de gaz comprimé ainsi que des multiplieurs de débit.
Par conséquent, pour une même vitesse de refroidissement, le
moteur du compresseur 27 tourne moins vite que celui d'une turbine
classique. Grâce aux multiplieurs de débit, on gagne un
coefficient de l'ordre de 5 à 15 en débit de gaz dans la cellule.
Un autre avantage de la présente invention est qu'elle
permet de reporter l'essentiel de la mécanique utilisée (moteur
du compresseur) à l'extérieur de l'enceinte ce qui permet, non
seulement de supprimer les pièces en mouvement à l'intérieur de
la cellule de trempe, mais également de réduire le volume de la
cellule de trempe pour un débit d'air donné. Par conséquent,
l'invention permet, par un avantage induit, de diminuer la
consommation de gaz dans une cellule de trempe.
On notera que la présente invention s'applique quel que
soit le fluide gazeux utilisé. Il pourra même s'agir dans certaines
applications d'air. Toutefois, le fluide moteur ou inducteur
est, de préférence, de même nature que le fluide ambiant de
l'enceinte.
On notera également que l'accélération du gaz ambiant
dans l'enceinte 23 de cémentation s'effectue de préférence après
refroidissement de ce gaz dans l'échangeur 9. On optimise ainsi
le rendement du système en accélérant un gaz refroidi plutôt
qu'un gaz chaud. Toutefois, on ne doit pas exclure une variante
de réalisation qui consisterait à placer les multiplieurs de
débit en sortie de la chambre 24, c'est-à-dire sur le gaz chaud.
La figure 5 représente un deuxième mode de réalisation
d'une cellule de trempe selon la présente invention. A l'intérieur
de la cellule 23, ce mode de réalisation reprend les mêmes
éléments que ceux décrits en relation avec la figure 3. Les
aspirateurs statiques à fluide comprimé ont été représentés plus
schématiquement en figure 5. La différence entre les deux modes
de réalisation des figures 3 et 5 est que, selon le deuxième mode
de réalisation, on prévoit de réutiliser le débit de gaz évacué
par l'évent 28. Pour ce faire, ce débit d'appoint est recyclé en
utilisant un ballon tampon 51 qui reçoit le fluide gazeux sortant
de l'évent 28 par l'intermédiaire d'un compresseur 57 et, le cas
échéant, d'un échangeur thermique additionnel 58 pour refroidir
l'air évacué par l'orifice 28. La sortie du ballon 51 est reliée
aux conduites 27' d'alimentation des venturis 26 en fluide
inducteur.
Un avantage du mode de réalisation de la figure 5 est
qu'il réduit encore le volume de gaz utilisé.
Le nombre d'aspirateurs statiques 26 dans une cellule
de trempe dépend, notamment, des dimensions de la cellule et de
la vitesse de refroidissement souhaitée. Le dimensionnement des
aspirateurs statiques et leur nombre et répartition sont à la
portée de l'homme du métier à partir des indications fonctionnelles
données ci-dessus et de l'application à une cellule de
trempe donnée. En particulier, on notera que l'invention ne
nécessite que de faibles modifications à une cellule de trempe
classique. A l'extrême, l'invention peut être mise en oeuvre sans
modifier le réseau d'échange thermique dans une cellule de trempe
et en remplaçant simplement la turbine et le moteur par des
aspirateurs statiques en veillant bien entendu à préserver
l'étanchéité de l'enceinte.
Bien entendu, la présente invention est susceptible de
diverses variantes et modifications qui apparaítront à l'homme de
l'art. En particulier, bien que l'invention ait été décrite en
relation avec des cellules de trempe dédiées, on notera qu'elle
s'applique à des cellules mixtes du type de celle illustrée par
la figure 1 où la trempe s'effectue dans la même enceinte où a eu
lieu le traitement thermique de cémentation ou de carbonitruration.
De plus, d'autres aspirateurs statiques que ceux
indiqués en exemple pourront être utilisés pourvu de respecter la
caractéristique essentielle de l'invention qui est de permettre
une accélération, au moyen d'un gaz moteur, du gaz ambiant de
l'enceinte de cémentation. Parmi les gaz de trempe pouvant être
utilisés, on signalera, par exemple, les gaz neutres tels que
l'azote, l'hélium, ou l'hydrogène.
Claims (8)
- Cellule (20) de trempe de pièces d'acier par circulation d'un fluide gazeux dans une enceinte étanche (23), caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un aspirateur statique (26) pour organiser la circulation du fluide gazeux, le fluide gazeux présent en entrée de l'aspirateur statique (26) étant à une pression supérieure à la pression atmosphérique.
- Cellule de trempe selon la revendication 1, caractérisée en ce que la circulation du fluide gazeux dans l'enceinte (23) s'effectue en circuit fermé à l'exception d'un débit d'air d'appoint injecté en tant que fluide inducteur dans l'aspirateur statique (26).
- Cellule de trempe selon la revendication 2, caractérisée en ce que la circulation en circuit fermé du fluide gazeux passe par des moyens d'échange thermique (9) chargés de le refroidir.
- Cellule de trempe selon la revendication 2 ou 3, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens (51, 57, 58) pour recycler le débit d'air d'appoint de fluide inducteur.
- Cellule de trempe selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que le fluide inducteur est injecté dans les aspirateurs statiques (26) avec une pression comprise entre 20 et 80 bars.
- Cellule de trempe selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'elle comporte :une enceinte (23) étanche à l'air ;une chambre (24) de refroidissement à l'intérieur de ladite enceinte et destinée à recevoir une charge (2) de pièces d'acier à refroidir ;des moyens (9) d'échange thermique sur le trajet de circulation d'un fluide gazeux de refroidissement entre une paroi externe de la chambre de refroidissement et une paroi interne de l'enceinte étanche ;une pluralité d'aspirateurs statiques (26) à fluide gazeux dans une paroi supérieure de la chambre de traitement, cette dernière étant ouverte dans une paroi opposée pour évacuer le fluide gazeux de traitement ; etdes conduites (27') d'amenée de fluide gazeux inducteur sous une pression supérieure à la pression du fluide gazeux contenu dans l'enceinte.
- Cellule de trempe selon la revendication 6, caractérisée en ce qu'elle est associée à un compresseur (27, 57) pour injecter le fluide inducteur dans les aspirateurs statiques (26).
- Cellule de trempe selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que le fluide gazeux est choisi parmi l'azote, l'hydrogène, l'hélium et l'air.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR0007875 | 2000-06-20 | ||
| FR0007875A FR2810340B1 (fr) | 2000-06-20 | 2000-06-20 | Cellule de trempe au gaz |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EP1167549A1 true EP1167549A1 (fr) | 2002-01-02 |
Family
ID=8851458
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EP01410074A Withdrawn EP1167549A1 (fr) | 2000-06-20 | 2001-06-20 | Cellule de trempe au gaz |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20020020948A1 (fr) |
| EP (1) | EP1167549A1 (fr) |
| JP (1) | JP2002097517A (fr) |
| CN (1) | CN1329175A (fr) |
| BR (1) | BR0102431A (fr) |
| FR (1) | FR2810340B1 (fr) |
| MX (1) | MXPA01006313A (fr) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2869046A1 (fr) * | 2004-04-19 | 2005-10-21 | Francis Pelissier | Procede de trempe sous gaz |
| CN103627854A (zh) * | 2013-12-12 | 2014-03-12 | 无锡透平叶片有限公司 | 用于汽轮机叶片热处理的风冷系统 |
| CN111647725A (zh) * | 2020-07-06 | 2020-09-11 | 上海交通大学 | 一种发动机活塞的空气淬火系统及方法 |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB0512184D0 (en) * | 2005-06-15 | 2005-07-20 | Rolls Royce Plc | Method and apparatus for the treatment of a component |
| DE102005045783A1 (de) * | 2005-09-23 | 2007-03-29 | Sistem Teknik Endustriyel Elektronik Sistemler Sanayi Ve Ticaret Ltd. Sirketi | Einkammer-Vakuumofen mit Wasserstoffabschreckung |
| US8820098B2 (en) | 2011-05-17 | 2014-09-02 | Air Products And Chemicals, Inc. | Method and apparatus for quenching of materials in vacuum furnace |
| CN102331196B (zh) * | 2011-07-28 | 2012-11-21 | 无锡四方集团真空炉业有限公司 | 气冷真空炉用换热器 |
| CN102690931A (zh) * | 2012-05-21 | 2012-09-26 | 温州瑞明工业股份有限公司 | 定位定点式空气淬火装置及其使用方法 |
| CN103643003A (zh) * | 2013-08-27 | 2014-03-19 | 朱明耀 | 一种常压淬火炉及其淬火方法 |
| PL228193B1 (pl) * | 2014-10-06 | 2018-02-28 | Seco/Warwick Społka Akcyjna | Urzadzenie do jednostkowego hartowania czesci urzadzen technicznych |
| WO2016194252A1 (fr) * | 2015-05-29 | 2016-12-08 | 光洋サーモシステム株式会社 | Dispositif de refroidissement de réservoir |
| CN106148883A (zh) * | 2016-08-31 | 2016-11-23 | 潍坊丰东热处理有限公司 | 一种井式氮化炉内冷却系统 |
| JP7189115B2 (ja) * | 2019-12-05 | 2022-12-13 | 株式会社日本テクノ | ガス浸炭方法およびガス浸炭装置 |
| KR102479344B1 (ko) * | 2021-06-01 | 2022-12-21 | 에스지엔 주식회사 | 반도체 공정 가스를 저장한 가스실린더용 쿨링 재킷 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE681750C (de) * | 1935-12-08 | 1939-09-30 | Siemens Schuckertwerke Akt Ges | Verfahren zur regelbaren Abkuehlung von Gluehoefen |
| DE732569C (de) * | 1940-07-23 | 1943-03-06 | Siemens Ag | Verfahren zur regelbaren Abkuehlung von Gluehoefen |
| FR1537887A (fr) * | 1967-07-18 | 1968-08-30 | Procédé de recyclage de gaz | |
| FR1557613A (fr) * | 1966-04-12 | 1969-02-21 | ||
| EP0960949A1 (fr) * | 1998-05-29 | 1999-12-01 | Etudes Et Constructions Mecaniques | Cellule de trempe sous gaz |
-
2000
- 2000-06-20 FR FR0007875A patent/FR2810340B1/fr not_active Expired - Fee Related
-
2001
- 2001-06-06 US US09/875,761 patent/US20020020948A1/en not_active Abandoned
- 2001-06-13 JP JP2001178581A patent/JP2002097517A/ja not_active Withdrawn
- 2001-06-19 BR BR0102431-0A patent/BR0102431A/pt not_active Application Discontinuation
- 2001-06-20 EP EP01410074A patent/EP1167549A1/fr not_active Withdrawn
- 2001-06-20 MX MXPA01006313A patent/MXPA01006313A/es not_active Application Discontinuation
- 2001-06-20 CN CN01121659A patent/CN1329175A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE681750C (de) * | 1935-12-08 | 1939-09-30 | Siemens Schuckertwerke Akt Ges | Verfahren zur regelbaren Abkuehlung von Gluehoefen |
| DE732569C (de) * | 1940-07-23 | 1943-03-06 | Siemens Ag | Verfahren zur regelbaren Abkuehlung von Gluehoefen |
| FR1557613A (fr) * | 1966-04-12 | 1969-02-21 | ||
| FR1537887A (fr) * | 1967-07-18 | 1968-08-30 | Procédé de recyclage de gaz | |
| EP0960949A1 (fr) * | 1998-05-29 | 1999-12-01 | Etudes Et Constructions Mecaniques | Cellule de trempe sous gaz |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2869046A1 (fr) * | 2004-04-19 | 2005-10-21 | Francis Pelissier | Procede de trempe sous gaz |
| CN103627854A (zh) * | 2013-12-12 | 2014-03-12 | 无锡透平叶片有限公司 | 用于汽轮机叶片热处理的风冷系统 |
| CN103627854B (zh) * | 2013-12-12 | 2015-10-14 | 无锡透平叶片有限公司 | 用于汽轮机叶片热处理的风冷系统 |
| CN111647725A (zh) * | 2020-07-06 | 2020-09-11 | 上海交通大学 | 一种发动机活塞的空气淬火系统及方法 |
| CN111647725B (zh) * | 2020-07-06 | 2021-07-30 | 上海交通大学 | 一种发动机活塞的空气淬火系统及方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2810340A1 (fr) | 2001-12-21 |
| BR0102431A (pt) | 2002-02-19 |
| MXPA01006313A (es) | 2005-06-03 |
| FR2810340B1 (fr) | 2003-03-14 |
| US20020020948A1 (en) | 2002-02-21 |
| CN1329175A (zh) | 2002-01-02 |
| JP2002097517A (ja) | 2002-04-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP1167549A1 (fr) | Cellule de trempe au gaz | |
| EP1885904B1 (fr) | Procede et four de carbonitruration a basse pression | |
| FR2557207A1 (fr) | Systeme de refroidissement pour fournir un tampon d'air a un compartiment de palier | |
| EP0795616B1 (fr) | Procédé et installation de traitement thermique en continu de bandes métalliques dans des atmosphères de nature différente | |
| EP0236639B1 (fr) | Installation flexible automatisée de traitement thermochimique rapide | |
| FR3028530A1 (fr) | Procede et installation de carbonitruration de piece(s) en acier sous basse pression et haute temperature | |
| CA2970247C (fr) | Procede et four de carbonitruration a basse pression | |
| EP2304060B1 (fr) | Procede et dispositif de regulation de refroidissement et de recuperation d' energie d' une bande d' acier en phase de recuit ou de galvanisation | |
| FR2681332A1 (fr) | Procede et dispositif de cementation d'un acier dans une atmosphere a basse pression. | |
| EP1101826A1 (fr) | Procédé de trempe après cémentation à basse pression | |
| EP1558770B1 (fr) | Controle d'atmosphere pendant le procede de traitement thermique des bandes metalliques en continu | |
| EP1737989B1 (fr) | Procede de trempe sous gaz | |
| EP1543170B1 (fr) | Procede de refroidissement rapide de pieces par transfert convectif et radiatif | |
| FR2576916A1 (fr) | Procede de formation en phase gazeuse constamment renouvelee, sous pression reduite, de revetements protecteurs sur des pieces en alliages refractaires, et dispositif pour sa mise en oeuvre | |
| JP5548920B2 (ja) | エッジ部を有するワークの浸炭方法 | |
| FR2863628A1 (fr) | Dispositif de trempe de pieces en acier | |
| EP2732066A1 (fr) | Procédé de refroidissement de pièces métalliques ayant subi un traitement de nitruration / nitrocarburation en bain de sel fondu, l'installation pour la mise en oeuvre du procédé et les pièces métalliques traitées | |
| EP1404882B1 (fr) | Procede de trempe des aciers a l'air pression | |
| FR3052197A1 (fr) | Turbopompe, notamment pour moteur-fusee a ergols cryogeniques | |
| FR2863629A1 (fr) | Procede et dispositif de traitement physicochimique a chaud de pieces mecaniques | |
| FR2999607A1 (fr) | Procede de traitement d'acier comprenant un pretraitement d'affinage du grain | |
| BE461261A (fr) | ||
| Shimosato | Low pressure vacuum carburizing and accelerated gas carburizing | |
| FR2719057A1 (fr) | Procédé pour la nitruration à bsase pression d'une pièce métallique et four pour la mise en Óoeuvre dudit procédé. | |
| WO2016124849A1 (fr) | Installation de carbonitruration en série de pièce(s) en acier sous basse pression et haute température |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PUAI | Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase |
Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012 |
|
| AK | Designated contracting states |
Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LI LU MC NL PT SE TR |
|
| AX | Request for extension of the european patent |
Free format text: AL;LT;LV;MK;RO;SI |
|
| AKX | Designation fees paid | ||
| REG | Reference to a national code |
Ref country code: DE Ref legal event code: 8566 |
|
| STAA | Information on the status of an ep patent application or granted ep patent |
Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN |
|
| 18D | Application deemed to be withdrawn |
Effective date: 20020703 |