FR2461019A1 - Gas phase soft nitriding metal workpieces - using gas mixt. contg. relatively low amt. of ammonia - Google Patents

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Abstract

Method uses a carrier gas of mainly nitrogen in a heat treating furnace heated to 550-620 degrees C. The atmosphere of the heat treating furnace is a mixt. by vol. of ammonia (NH3) 10-30% and either CO 2.5-4.5% and the balance N2 or CO 1-3% and the balance endothermic treated furnace gas. The soft nitriding method provides fatigue strength and wear resistance to a ferrous member to form a crystal structure with the Epsilon-phase of the Fe-N-C system in the surface layer. In the conventional method using a large amount of NH3, amount of CO influences the mechanical properties of the ferrous member. This invention provides a atmosphere which economises in the use of ammonia.

Description

La présente invention se-rapporte à un procédé amélioré pour le traitement de niltrurati'on douce au moyen d'un gaz de pièces en fer en 'utilisant un gaz transporteur contenant surtout de l'azote gazeux. The present invention relates to an improved process for the treatment of soft niltrurati'on by means of an iron parts gas using a carrier gas containing mainly nitrogen gas.

D'une manière générale, les organes en fer devant servir de pièces pour construire des machines doivent avoir d-'excellentes resistances la fatigue et à l'usure. Pour satisfaire ces conditions, on connat plusieurs procédés dans lesquels des pièces en fer sont nitrurées afin de former une couche dure constituée d'un composé nitruré à la partie de surface des pièces en fer, ceci conférant aux pièces les caractéristiques requisses.  In general, the iron members to be used as parts to build machines must have excellent resistance to fatigue and wear. To satisfy these conditions, several processes are known in which iron parts are nitrided in order to form a hard layer consisting of a nitrided compound at the surface part of the iron parts, this giving the parts the required characteristics.

Parmi ces procédés, on connaît un procédé de nitruration au moyen d'un gaz et un procédé de nitruration dans un bain de sel. Ces procédés qui sont typiques présentent les inconvénients suivants. Le procédé de nitruration au moyen d'un gaz exige de façon non souhaitable une durée de traitement prolongée et entraine un problème en matière de résistance à la fatigue, puisque les pièces traitées par ce procédé deviennent relativement fragiles tout en ayant une dureté élevée due à la formation d'une couche dure et profonde. En conséquence, le procédé ne peut pas convenir si les pièces doivent avoir une excellente résistance à la fatigue avec un certain degre de dureté. Among these processes, there is known a nitriding process using a gas and a nitriding process in a salt bath. These methods which are typical have the following drawbacks. The gas nitriding process undesirably requires an extended treatment time and causes a problem in terms of fatigue resistance, since the parts treated by this process become relatively brittle while having a high hardness due to forming a hard, deep layer. Consequently, the process cannot be suitable if the parts are to have excellent resistance to fatigue with a certain degree of hardness.

Le procédé de nitruration en bain de sel est intéressant en ce sens que ce traitement s'effectue à basse température pendant une faible durée et les pièces obtenues ont une dureté relativement élevée et une résistance à la fatigue excellente et elles sont alors utilisables de façon convenable dans la construction de pièces pour machines en fer devant avoir une excellente résistance à la fatigue. The nitriding process in a salt bath is advantageous in that this treatment is carried out at low temperature for a short period and the parts obtained have a relatively high hardness and an excellent resistance to fatigue and they are then suitable for use. in the construction of parts for iron machines which must have excellent resistance to fatigue.

Toutefois, contrairement aux avantages indiqués ci-dessus, le procédé de nitruration au bain de sel doit utiliser des cyanures et des cyanates qui sont très toxiques et constituent des problèmes en matière de pollution de l'air à cause du cyane c'est-àire du dinitrile de l'acide cyanhydrique, et ces produits sont en outre difficiles à transporter et à manipuler. However, contrary to the advantages indicated above, the nitriding process in a salt bath must use cyanides and cyanates which are very toxic and constitute problems in terms of air pollution because of cyane, that is to say dinitrile, hydrocyanic acid, and these products are also difficult to transport and handle.

Au cours des dernières années, on a étudié, proposé et mis en pratique des procédés de nitruration douce au moyen d'un gaz dans lesquels les pièces de fer sont nitrées doucement dans des conditions de sécurité relative en utilisant un milieu gazeux contenant de l'azote gazeux pour améliorer la résistance à la fatigue et la résistance à l'usure des pièces. In recent years, gentle nitriding processes using a gas have been studied, proposed and practiced in which the iron parts are gently nitrated under conditions of relative safety using a gaseous medium containing nitrogen gas to improve fatigue resistance and wear resistance of parts.

Ces procédés de nitruration douce au moyen d'un gaz permettent d'obtenir des résultats de traitement semblables à celui de la nitruration au moyen d'un bain de sel, et ils présentent l'avantage de ne pas polluer l'environnement par le cyane.These methods of gentle nitriding by means of a gas make it possible to obtain treatment results similar to that of nitriding by means of a salt bath, and they have the advantage of not polluting the environment with cyane. .

Ce procédé de nitruration douce au moyen d'un gaz consiste à former à la partie de surface de pièces en fer une couche de structure cristalline appelée phase e constituée de fer, d'azote et de carbone (Fe-N-C). Les gaz véhicules connus utilisés dans le traitement de nitruration douce au moyen d'un gaz, ont les compositions suivantes 1. Combinaison de gaz ammoniacal et de gaz endothermique (gaz RX). This process of gentle nitriding by means of a gas consists in forming at the surface part of iron parts a layer of crystalline structure called phase e consisting of iron, nitrogen and carbon (Fe-N-C). The known carrier gases used in the treatment of gentle nitriding by means of a gas have the following compositions 1. Combination of ammoniacal gas and endothermic gas (RX gas).

gaz NH3 50 %
gaz RX 50 %
(NH3 50 %, CO 12,5 %, H2 15,6 %, CO2 0,13 %,
N2 complément, les pourcentages étant indiqués en
volume ici ainsi que dans la suite).
NH3 gas 50%
gas RX 50%
(NH3 50%, CO 12.5%, H2 15.6%, CO2 0.13%,
N2 complement, the percentages being indicated in
volume here as well as below).

2. Combinaison de gaz ammoniac et de gaz méthanol craqué.2. Combination of ammonia gas and cracked methanol gas.

gaz NH3 50 %
gaz méthanol
craqué 50 %
(NH3 50 %, CO 16,7 %, H23,3 %, CO2 0,2 %, N2 complément) 3. Combinaison de gaz ammoniac et de gaz exothermique
(gaz NX)
gaz NH3 20 %
gaz NX 80 %
(NH3 20 %, CO 1,4 %, H2 0,7 %, CO2 0,04 %, N2
complément)
Les procédés de nitruration douce au moyen d'un gaz connus dans lesquels on utilise les gaz véhicules indiqués ci dessus présentent les inconvénients suivants. Dans les procédés dans lesquels on utilise les gaz véhicules 1 et 2, le gaz ammoniac qui est relativement cher est utilisé en grande quantité (40 à 60 % en volume), ce qui accroft le prix de revient du traitement et le prix des pièces traitées.En outre, le gaz
CO se trouve en quantité excessive, de telle sorte que la teneur en carbone de la couche du composé obtenu devient élevée et ainsi la dureté de la couche devient trop élevée à cause de la teneur élevée en carbone. En conséquence, la couche tende à être dure et fragile. Surtout dans le cas des pièces longues qui doivent entre corrigées après traitement en tension il existe une grande probabilité de production de craquelures. En outre, les pièces traitées sont recouvertes de carbone sur leur surface et elles doivent être nettoyées dans une phase complémentaire après traitement. Dans le cas ot l'on utilise le gaz véhicule 3, la teneur en CO est si petite que la formation de la phase c n'est pas assurée ce qui se traduit par une faible résistance à la fatigue.
NH3 gas 50%
methanol gas
cracked 50%
(NH3 50%, CO 16.7%, H23.3%, CO2 0.2%, N2 complement) 3. Combination of ammonia gas and exothermic gas
(NX gas)
NH3 gas 20%
80% NX gas
(NH3 20%, CO 1.4%, H2 0.7%, CO2 0.04%, N2
complement)
The processes of gentle nitriding by means of a known gas in which the vehicle gases indicated above are used have the following drawbacks. In the processes in which vehicle gases 1 and 2 are used, ammonia gas which is relatively expensive is used in large quantities (40 to 60% by volume), which increases the cost price of the treatment and the price of the parts treated. .In addition, gas
CO is in an excessive amount, so that the carbon content of the layer of the compound obtained becomes high and thus the hardness of the layer becomes too high due to the high carbon content. As a result, the layer tends to be hard and brittle. Especially in the case of long pieces which have to be corrected after tensioning, there is a high probability of producing cracks. In addition, the treated parts are covered with carbon on their surface and they must be cleaned in a complementary phase after treatment. In the case where the vehicle gas 3 is used, the CO content is so small that the formation of phase c is not ensured, which results in a low resistance to fatigue.

La raison pour laquelle ces problèmes se rencontrent dans les procédés de l'art antérieur est expliquee,ci-aprds.  The reason why these problems are encountered in the methods of the prior art is explained below.

Le principe fondamental sur lequel le procédé de nitruration douce au gaz est la formation d'une couche de
Fe-N-C de phase dans la partie de surface des pièces de fer par diffusion d'azote (N) et de carbone (C) depuis la surface
vers 11 intérieur des pièces conformément aux réactions suivantes

Figure img00030001

I1 est important de remarquer que le traitement de nitruration doit être effectué en utilisant une composition gazeuse qui peut produire des valeurs optimales de (N) et (C).The fundamental principle on which the process of soft nitriding with gas is the formation of a layer of
Fe-NC phase in the surface part of the iron parts by diffusion of nitrogen (N) and carbon (C) from the surface
to the interior of the rooms in accordance with the following reactions
Figure img00030001

It is important to note that the nitriding treatment must be carried out using a gaseous composition which can produce optimal values of (N) and (C).

Sur la base de la formule de réaction (a), le potentiel de (N) peut s'exprimer comme suit :

Figure img00030002
Based on the reaction formula (a), the potential of (N) can be expressed as follows:
Figure img00030002

Le potentiel (C) sur la base de la formule de réaction (b) peut s'exprimer commue suit

Figure img00040001
The potential (C) based on the reaction formula (b) can be expressed as follows
Figure img00040001

Les activités de l'azote (N) et du carbone (C) sont déterminées à partir des équations (al) et (b1). Dans les réactions ci-dessus KAN et KC représentent les constantes d'équilibre respectivement des formules de réaction (a) et (b > . The activities of nitrogen (N) and carbon (C) are determined from equations (al) and (b1). In the above reactions KAN and KC represent the equilibrium constants of the reaction formulas (a) and (b> respectively).

Dans le cas du procédé de nitruration douce au moyen d'un gaz dans lequel on utilise 40 å 60 % de gaz ammoniac, et 60 à 40 % d'un gaz endothermique (gaz RX), le traitement de nitruration n'est pas possible à moins que le gaz ammoniac doive être utilisé en grande quantité permettant de conserver l'activité (N) et la valeur a(N) constante à cause d'une haute teneur en H2 du gaz endothermique. L'utilisation de gaz ammoniac onéreux se traduit par un accroissement du prix de revient du traitement ce qui est contraire à l'exigence de réduction du prix de revient des pièces traitées. In the case of the gentle nitriding process using a gas in which 40 to 60% of ammonia gas is used, and 60 to 40% of an endothermic gas (RX gas), the nitriding treatment is not possible unless ammonia gas has to be used in large quantities to keep the activity (N) and the value a (N) constant because of the high H2 content of the endothermic gas. The use of expensive ammonia gas results in an increase in the cost price of the treatment, which is contrary to the requirement to reduce the cost price of the parts treated.

Alors que dans le cas du procédé de nitruration douce au moyen d'un gaz dans lequel on utilise 10 à 30 % de gaz ammoniac et 90 à 70 % d'un gaz exothermique (gaz NX), la teneur en CO du gaz mélangé est très petite, de telle sorte qu'il est presque impossible de conserver l'activité de (C) dans l'équation ci-dessus (bl) à un niveau satisfaisant. Whereas in the case of the gentle nitriding process by means of a gas in which 10 to 30% of ammonia gas is used and 90 to 70% of an exothermic gas (NX gas), the CO content of the mixed gas is very small, so that it is almost impossible to keep the activity of (C) in the above equation (bl) at a satisfactory level.

Ainsi, ce procédé n'est pas intéressant si on le compare au procédé dans lequel on utilise du gaz ammoniac et du gaz endothermique en ce sens que les pièces traitées sont plus susceptibles de fatigue lorsqu'elles sont soumises à des concentrations de contrainte lorsqu'elles sont appliquées sur des machines.Thus, this process is not interesting if we compare it to the process in which ammonia gas and endothermic gas are used in the sense that the treated parts are more susceptible to fatigue when they are subjected to stress concentrations when they are applied on machines.

La présente invention a pour but de résoudre les problèmes inhérents au procédé de nitruration douce au moyen d'un gaz de l'art connu tel qu'un problème de prix de revient dt à une grande consommation de gaz ammoniac onéreux en grande quantité, d'une part, et des problèmes de faible résistance à la fatigue des pièces traitées et du dépôt de carbone sur la surface traitée des pièces d'autre part
Comme décrit dans les procédés 1 à 3 de l'art antérieur, dans lequel on utilise de grandes quantités de gaz ammoniac, on a trouve que la teneur de gaz CO a une grande influence sur la dureté et sur les résistances à la fatigue et à l'usure des pieces traitées par le procédé de nitruration douce au moyen d'un gaz.
The object of the present invention is to solve the problems inherent in the process of gentle nitriding by means of a gas of known art such as a problem of cost price dt with a large consumption of expensive ammonia gas in large quantity, d on the one hand, and problems of low resistance to fatigue of the treated parts and of carbon deposition on the treated surface of the parts on the other hand
As described in methods 1 to 3 of the prior art, in which large quantities of ammonia gas are used, it has been found that the content of CO gas has a great influence on the hardness and on the fatigue and fatigue strengths. the wear of the parts treated by the gentle nitriding process using a gas.

La présente invention fournit un procédé de nitruration douce au moyen d'un gaz qui comprend une étape de chauffage des pièces en fer dans un four de traitement à chaud effectuée entre 550 et 6200C dans un gaz contrôlé qui comprend, en volume, 10 à 30 % de gaz ammoniac, 2,5 à 4,5 % d'oxyde de carbone (CO) et une quantité complémentaire d'un gaz contenant surtout de l'azote N2. L'oxyde de carbone total peut être de l'oxyde de carbone libre ajouté à raison de 2,5 à 4,5 % en volume du gaz contrôlé. En variante, un gaz endothermique contenant de l'oxyde de carbone peut être ajouté de telle façon que la teneur du composant d'oxyde de carbone dans le gaz endothermique se situe dans la gamme définie cidessus.En variante encore, l'oxyde de carbone total peut être constitué de 1 à 3 % en volume d'oxyde de carbone et d'un complément de composé d'oxyde de carbone provenant d'un gaz exothermique contenant surtout de l'azote N2. Dans ce dernier cas, l'oxyde de carbone libre peut être remplacé par un gaz endothermique de telle sorte que le composant de l'oxyde de carbone à partir du gaz endothermique est contenu à raison de 1 à 3 % en volume du gaz contrôlé. The present invention provides a method of gentle nitriding by means of a gas which comprises a step of heating the iron parts in a heat treatment oven carried out between 550 and 6200C in a controlled gas which comprises, by volume, 10 to 30 % of ammonia gas, 2.5 to 4.5% of carbon monoxide (CO) and an additional quantity of a gas containing mainly nitrogen N2. The total carbon monoxide can be free carbon monoxide added in an amount of 2.5 to 4.5% by volume of the controlled gas. Alternatively, an endothermic gas containing carbon monoxide can be added such that the content of the carbon monoxide component in the endothermic gas is within the defined range above. Alternatively still, carbon monoxide total can be made up of 1 to 3% by volume of carbon monoxide and of a complement of carbon monoxide compound coming from an exothermic gas containing especially nitrogen N2. In the latter case, the free carbon monoxide can be replaced by an endothermic gas so that the carbon monoxide component from the endothermic gas is contained in an amount of 1 to 3% by volume of the controlled gas.

En conséquence, l'invention a pour objet de fournir un procédé de nitruration douce au moyen d'un gaz amélioré dans lequel le gaz ammoniac qui est utilisé en grande quantité dans les procédés de l'art anterieur est présent en quantité relativement petite, avec une réduction de frais de fonctionnement du traitement de nitruration douce au moyen d'un gaz et à une amélioration du prix de revient du traitement de nitruration douce au moyen d'un gaz, ce qui conduit à une réduction du prix de revient des pièces traitées comparé à celles obtenues par les procédés de l'art antérieur.  Consequently, the object of the invention is to provide a process for gentle nitriding by means of an improved gas in which the ammonia gas which is used in large quantities in the processes of the prior art is present in relatively small quantities, with a reduction in the operating costs of the mild nitriding treatment using a gas and an improvement in the cost price of the soft nitriding treatment using a gas, which leads to a reduction in the cost price of the parts treated compared to those obtained by the methods of the prior art.

L'invention a également pour objet - un procédé de nitruration douce au moyen d'un gaz qui peut conférer à des pièces traitées des résistances d la fatigue et à l'usure qui sont similaires ou supérieures à celles obtenues par les- procédés de la technique antérieure et qui est de ce fait très utile et interessant du point de vue économique étant donné la réduction de gaz ammoniac consommé. The subject of the invention is also - a method of gentle nitriding by means of a gas which can give treated parts resistance to fatigue and to wear which are similar or superior to those obtained by the methods of prior art and which is therefore very useful and interesting from an economic point of view given the reduction of ammonia gas consumed.

- un procédé de nitruration douce au moyen d'un gaz qui est exempt de dépôt de carbone sur les surfaces des pièces traitées de façon a fournir une surface traitée propre.- a process of gentle nitriding by means of a gas which is free of carbon deposition on the surfaces of the treated parts so as to provide a clean treated surface.

- un procédé de nitruration douce au moyen d'un gaz dans lequel on utilise un gaz véhicule qui est beaucoup plus réduit en quantité de gaz ammoniac si on le compare à ce qui se produit dans les produits de l'art antérieur et qui contient une quantité convenable d'oxyde de carbone.- A process of gentle nitriding by means of a gas in which a carrier gas is used which is much more reduced in quantity of ammonia gas if it is compared with what occurs in the products of the prior art and which contains a proper amount of carbon monoxide.

D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description détaillée qui suit de plusieurs modes de réalisation préférés donnés en référence aux dessins annexés dans lesquels :
- la Fig. 1 est un graphique représentant la relation qui existe entre la teneur en oxyde de carbone exprimée en pourcentage et en volume qui apparat en abeisse et le taux d'intensité des rayons X de la phase E qui apparaît en ordonnées; et
- la Fig. 2 est un graphique représentant la relation existant entre le coefficient de forme représenté en abcisse s la limitede fatigue des pièces traitées conformément à un procédé de la technique connue donné à titre de comparaison et un procédé conforme à l'invention.
Other advantages and characteristics of the invention will emerge from the following detailed description of several preferred embodiments given with reference to the appended drawings in which:
- Fig. 1 is a graph representing the relationship which exists between the carbon monoxide content expressed as a percentage and by volume which appears on the bee and the rate of X-ray intensity of phase E which appears on the ordinates; and
- Fig. 2 is a graph representing the relationship between the form coefficient represented on the abscissa s the fatigue of the parts treated in accordance with a process of the known technique given for comparison and a process according to the invention.

Dans la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention, le traitement de nitruration douce au moyen d'un gaz est effectué en introduisant dans un four de traitement thermique une quantité contrôlée de gaz qui est composé essentiellement en volume de 10 à 30 % de gaz ammoniac (NH3), et de 2,5 à 4,5 d'oxyde de carbone total (CO) et le complément en gaz azote N2 ou de 10 a 30 % de gaz ammoniac (NH3), de
r 1 à 3 % d'oxyde de carbone libre et le complément de gaz exothermique.Il faut remarquer que la teneur totale en oxyde de carbone doit être comprise dans la gamme allant de 2,5 à 4,5 qu'il s'agisse ou non d'oxyde de carbone libre ou d'une combinaison d'oxyde de carbone libre et d'un composé d'oxyde de carbone contenu dans un gaz mixte tel qu'un gaz exothermique, un gaz endothermique ou un gaz méthanol craqué.
In the implementation of the process according to the invention, the gentle nitriding treatment by means of a gas is carried out by introducing into a heat treatment oven a controlled quantity of gas which is composed essentially by volume of 10 to 30% ammonia gas (NH3), and 2.5 to 4.5 total carbon monoxide (CO) and the balance in nitrogen gas N2 or 10 to 30% ammonia gas (NH3),
r 1 to 3% of free carbon monoxide and the complement of exothermic gas. It should be noted that the total carbon monoxide content must be within the range from 2.5 to 4.5, whether or not free carbon monoxide or a combination of free carbon monoxide and a carbon monoxide compound contained in a mixed gas such as an exothermic gas, an endothermic gas or a cracked methanol gas.

Le gaz véhicule (gaz contrôlé de nitruration douce) utile au traitement de nitruration douce au moyen d'un gaz conforme à l'invention répond à la formule suivante
1. Gaz ammoniac (NH3) 10 à 30 | en volume
Oxyde de carbone (CO) 2,5 à 4,5 %
Gaz N2 complément
2. Gaz ammoniac (NE3) 10 à 30 % en volume
Oxyde de carbone (CO) 1 à 3 %
Gaz exothermique (gaz
NX) complément
Le gaz contrôlé répondant à la formulation ci- dessus est introduit dans un four de traitement thermique où le traitement de nitruration douce au moyen d'un gaz est effectué à une température comprise entre 5500 et 6200C.
The carrier gas (controlled gas of soft nitriding) useful for the treatment of soft nitriding by means of a gas in accordance with the invention corresponds to the following formula
1. Ammonia gas (NH3) 10 to 30 | in volume
Carbon monoxide (CO) 2.5 to 4.5%
N2 gas supplement
2. Ammonia gas (NE3) 10 to 30% by volume
Carbon monoxide (CO) 1 to 3%
Exothermic gas (gas
NX) complement
The controlled gas corresponding to the above formulation is introduced into a heat treatment oven where the gentle nitriding treatment by means of a gas is carried out at a temperature between 5500 and 6200C.

Comme décrit en référence aux procédés 1 à 3 décrit ci-dessus de la technique connue, la quantité de gaz ammoniac dépend beaucoup de la quantité de CO. Dans les gaz contrôlés utilisables conformément à la présente invention, la quantité de gaz ammoniac est réduite de 10 à 30 % mais la quantité de CO est augmentée à un niveau tel que l'on obtient une résistance à la fatigue satisfaisante mais on évite le dépôt de carbone libre sur les surfaces des pièces traitées. As described with reference to methods 1 to 3 described above of the known technique, the amount of ammonia gas depends very much on the amount of CO. In the controlled gases which can be used in accordance with the present invention, the quantity of ammonia gas is reduced by 10 to 30% but the quantity of CO is increased to a level such that satisfactory fatigue resistance is obtained, but deposition is avoided. of free carbon on the surfaces of the treated parts.

On utilise N2 ou un gaz exothermique (gaz NX) comme gaz véhicule. N2 or an exothermic gas (NX gas) is used as the carrier gas.

En diminuant la quantité d'hydrogène (H2) dans un gaz mélangé à du gaz ammoniac (NH3), la concentration en gaz ammoniac diminue. Dans ce cas, la quantité de CO est suffisamment petite pour stopposer à la formation de la phase c, oxyde de carbone CO est introduit dans le gaz véhicule dont la teneur en gaz ammoniac est diminuée. By decreasing the amount of hydrogen (H2) in a gas mixed with ammonia gas (NH3), the concentration of ammonia gas decreases. In this case, the amount of CO is small enough to stop the formation of phase c, carbon monoxide CO is introduced into the vehicle gas, the ammonia gas content of which is reduced.

La composition du gaz exothermique ( gaz NX est indiquée avec la composition d'un gaz endothermique (gaz RX) utilisé ordinairement.  The composition of exothermic gas (NX gas is indicated with the composition of an endothermic gas (RX gas) commonly used.

Gaz exothermique (gaz NX)
CO 1,8 %
H2 0,9 %
C02 0,05 %
N2 complément
Gaz endothermique (gaz RX)
CO 24,5 %
H2 31,2 %
C 2 0,26 %
H2O 0,4 %
N2 complément
En introduisant de l'oxyde de carbone CO, on peut utiliser de l'oxyde de carbone libre ou un gaz endothermique ou un gaz méthanol craqué riche en CO. En bref, il est im portant que le gaz ammoniac, CO, et N2 ou un gaz exothermique soient mélangés dans des rapports convenables de façon que les potentiels de N et C nécessaires à la formation de la phase e soient contrôlés de façon à etre maintenus à des niveaux constants.
Exothermic gas (NX gas)
CO 1.8%
H2 0.9%
C02 0.05%
N2 complement
Endothermic gas (RX gas)
CO 24.5%
H2 31.2%
C 2 0.26%
0.4% H2O
N2 complement
By introducing carbon monoxide CO, it is possible to use free carbon monoxide or an endothermic gas or a cracked methanol gas rich in CO. In short, it is important that the ammonia gas, CO, and N2 or an exothermic gas are mixed in suitable ratios so that the potentials of N and C necessary for the formation of phase e are controlled so as to be maintained at constant levels.

La présente invention est illustrée en particulier par les exemples suivants. The present invention is illustrated in particular by the following examples.

EXEMPLE 1.EXAMPLE 1.

On a chauffé un acier laminé à froid (désigné SPCC selon les normes japonaises ayant une composition inférieure à 0,12 % en C, inférieure a 0,5 % en Mn, inférieure à 0,04 % en P, inférieure à 0,045 % en S et un complément de Fe) dans une atmosphère contenant 20 % de NH3, 2,5 % de CO et le complément en gaz N2 à 6000C pendant une heure. A cold rolled steel was heated (designated SPCC according to Japanese standards having a composition of less than 0.12% in C, less than 0.5% in Mn, less than 0.04% in P, less than 0.045% in S and an additional Fe) in an atmosphere containing 20% NH3, 2.5% CO and the additional N2 gas at 6000C for one hour.

En conséquence de la diffraction des rayons X en surface de cet acier traité, on a découvert que le taux d'intensité des rayons X de la phase e atteignait 64 % ce qui est un résultat favorable. As a result of the X-ray diffraction on the surface of this treated steel, it has been discovered that the intensity rate of X-rays of phase e reaches 64% which is a favorable result.

EXEMPLE 2.EXAMPLE 2.

On a reproduit l'exemple 1 sans utiliser de gaz
CO, l'acier traité avait alors un taux d'intensité de rayons X de la phase e de 21 % le reste étant constitué de phase Y et a, il n'était donc pas utilisable pratiquement.
Example 1 was reproduced without using gas
CO, the treated steel then had a rate of x-ray intensity of phase e of 21%, the remainder consisting of phase Y and a, so it was practically not usable.

En outre, le procédé ci-dessus a été reproduit en utilisant differentes quantités de CO et de NH3, les résultats sont indiqués sur la Fig. 1.  Furthermore, the above process has been reproduced using different amounts of CO and NH3, the results are shown in FIG. 1.

Comme cela ressort clairement de la figure, le taux d'intensité des rayons X pratiquement utilisables (au-dessus d'environ 60 %) ne peut pas être obtenu à moins que le CO soit utilisé en quantité supérieure à 2,5 % et que le NH3 soit utilisé en quantité supérieure à 10 %. As is clear from the figure, the intensity level of practically usable x-rays (above about 60%) cannot be obtained unless CO is used in an amount greater than 2.5% and NH3 is used in an amount greater than 10%.

On a découvert que lorsque CO et NH3 dépassent respectivement 4,5 % et 30 %, la dureté en surface devient supérieure à la dureté requise ce qui tend à produire des craquelures lorsque la pièce traitée doit être corrigée en tension. En outre, on n'observe pas de dépôt de carbone lorsque la teneur en CO est inférieure à 4,5 %. L'utilisation de CO et de NH3 en quantité trop accrue n'est pas favorable puisque cela entraîne un accroissement du prix de revient. It has been discovered that when CO and NH3 exceed 4.5% and 30% respectively, the surface hardness becomes greater than the required hardness, which tends to produce cracks when the treated part has to be corrected in tension. In addition, no carbon deposition is observed when the CO content is less than 4.5%. The use of CO and NH3 in excessively increased quantities is not favorable since this leads to an increase in the cost price.

Sur la Fig. 1 la quantité (% en volume) en oxyde de carbone (CO) est représentée en abcisses alors que le taux d'intensité en (%) des rayons X de la phase e est indiqué en ordonnées.In Fig. 1 the quantity (% by volume) of carbon monoxide (CO) is represented on the abscissa while the intensity rate in (%) of the x-rays of phase e is indicated on the ordinate.

EXEMPLE 3.EXAMPLE 3.

Les pièces en acier laminé à froid soumises à l'essai (S48C indique dans les normes japonaises comme ayant une composition de 0,45 à 0,51 % en C, 0,15 à 0,35 % en Si, 0,6 à 0,9 % en Mn, inférieure à 0,03 en P, inférieure à 0,035 % en S et le complément en Fe) ont été chauffées à 6000C pendant 2 heures dans une atmosphère à 15 % de NH3, 11 % d'un gaz endothermique (gaz RX) et du complément en gaz N2.  The cold rolled steel parts subjected to the test (S48C indicates in Japanese standards as having a composition of 0.45 to 0.51% in C, 0.15 to 0.35% in Si, 0.6 to 0.9% in Mn, less than 0.03 in P, less than 0.035% in S and the balance in Fe) were heated at 6000C for 2 hours in an atmosphere containing 15% NH3, 11% of a gas endothermic (RX gas) and additional N2 gas.

Le gaz endothermique utilisé a éte composé de 24,5 % de CO, 31,2 t de H2, 0,26 % de CO2, 0,4 % de H20 et le complément en N2 et la quantité de CO située dans la gamme indiquée ci-dessus. The endothermic gas used was composed of 24.5% CO, 31.2 t of H2, 0.26% of CO2, 0.4% of H2O and the complement of N2 and the amount of CO located in the range indicated above.

Les pièces ainsi traitées ont été soumises à l'essai de fatigue, de courbure et de rotation Ono, les résultats ont été représentés sur la Fig. 2. On a trouvé que les limites de fatigue étaient de 50 kg/mm2, 35,5 kg/mm2 et 25,1 kg/mm2 lorsque les coefficients de forme étaient respectivement de 1,0, 2,1 et 3,4. Ces résultats étaient supérieurs à ceux obtenus par un procédé de la technique connue ( dans lequel on utilise 50 % de gaz RX et 50 % de gaz NH3).  The parts thus treated were subjected to the Ono fatigue, curvature and rotation test, the results are shown in FIG. 2. The fatigue limits were found to be 50 kg / mm2, 35.5 kg / mm2 and 25.1 kg / mm2 when the shape coefficients were 1.0, 2.1 and 3.4, respectively. These results were superior to those obtained by a method of the known technique (in which 50% RX gas and 50% NH3 gas are used).

L' essai de fatigue à la courbure et a la rotation de Ono sert a déterminer la limite de fatigue en courbure et en rotation d'une substance métallique ayant la forme d'une pièce d'essai standard, les opérations de courbure et de rotation étant répétées plus de 104 fois à la température ambiante dans l'air. Par courbure et rotation on entend la rotation par rapport a un moment de courbure, d'une pièce d'essai ayant son axe dans un plan du moment de courbure, au cours duquel des contraintes répétées sont exercées sur la pièce a essayer pour déterminer -la limite de fatigue. The Ono curvature and rotation fatigue test is used to determine the curvature and rotation fatigue limit of a metallic substance in the form of a standard test piece, the bending and rotation operations being repeated more than 104 times at room temperature in air. By curvature and rotation means the rotation with respect to a bending moment, of a test piece having its axis in a plane of the bending moment, during which repeated stresses are exerted on the piece to be tested to determine - the fatigue limit.

L'appareil d'essai comprend un arbre rotatif pour faire tourner la pièce à essayer standard, un moteur d'entraînement pour l'arbre, et d'un mécanisme de charge ayant une installation métallique suspendue à partir d'un pallier a billes monté dans la partie d'extrémité interne d'une traverse de l'arbre rotatif, et un ressort à boudin. The tester includes a rotary shaft for rotating the standard workpiece, a drive motor for the shaft, and a load mechanism having a metal installation suspended from a mounted ball bearing in the inner end part of a cross member of the rotary shaft, and a coil spring.

Lorsqu'on a reproduit l'exemple.3 utilisant diffé rentes quantités en % de CO, on a découvert que la teneur en CO se trouvait dans la gamme comprise entre 2,5 % et 4,5 % afin d'atteindre le même niveau de limite de fatigue que dans le cas des procédés de la technique connue. When reproducing Example 3 using different amounts of% CO, it was found that the CO content was in the range of 2.5% to 4.5% in order to reach the same level of fatigue limit as in the case of the processes of the known technique.

Sur la Fig. 2, le coefficient de forme est indiqué 2 enabcisses et la limite de fatigue en kg/mm2 est indiquée en ordonnées. In Fig. 2, the form coefficient is indicated on 2 abcisses and the fatigue limit in kg / mm2 is indicated on the ordinate.

Dans les exemples ci-dessus on a illustré les gaz contrôlés constitués de gaz ammoniac, d'oxyde de carbone (CO) ou de gaz RX riche en CO et de gaz N2 en mélange, mais on obtient des résultats similaires lorsque l'on utilise un gaz contrôlé qui contient du gaz ammoniac, de l'oxyde de carbone (CO) ou un gaz RX riche en composant CO, et, au lieu de gaz N2, un gaz NX (gaz exothermique) contenant surtout de l'azote Dans ce cas, on ajoute le gaz CO en quantité comprise entre 1 et 3 % puisque le gaz NX contient une certaine quantité de CO et la quantité totale du gaz CO est suffisante pour être dans la gamme comprise entre 2,5 et 4,5 %.  In the examples above, we have illustrated the controlled gases consisting of ammonia gas, carbon monoxide (CO) or RX gas rich in CO and mixed N2 gas, but similar results are obtained when using a controlled gas which contains ammonia gas, carbon monoxide (CO) or an RX gas rich in CO component, and, instead of N2 gas, an NX gas (exothermic gas) containing mainly nitrogen In this case, the CO gas is added in an amount between 1 and 3% since the NX gas contains a certain amount of CO and the total amount of CO gas is sufficient to be in the range between 2.5 and 4.5%.

Comme on le comprend à partir de ce qui précède, conformXment 9 l'invention, la quantité de gaz ammoniac dans le gaz contrôlé est réduite entre 10 et 30 % au lieu de 40 à 60 % tel qu'il est utilisé dans les procédés de la technique antérieure. L'oxyde de carbone est introduit dans un gaz véhicule, gracie auquel les pièces traitées ont des réststances à la fatigue et à l'usure qui sont semblables ou supérieures- à celles obtenues par les procédés de la technique connue. La présente invention présente donc plusieurs avantages tels qu'en particulier une réduction considérable de la consommation onéreuse en ammoniac, la réduction des frais de traitement de nitruration douce au moyen d'un gaz, et un traitement de nitruration douce au moyen d'un gaz économique avec des résultats similaires ou supérieurs à ceux obtenus par les procédés de la technique connus ainsi qu'un prix de revient réduit des pièces traitées.  As can be understood from the above, in accordance with the invention, the amount of ammonia gas in the controlled gas is reduced between 10 and 30% instead of 40 to 60% as used in the manufacturing processes. the prior art. Carbon monoxide is introduced into a carrier gas, free from which the treated parts have fatigue and wear resistance which are similar or superior to those obtained by the processes of the known technique. The present invention therefore has several advantages such as in particular a considerable reduction in the expensive consumption of ammonia, the reduction in the costs of treatment of gentle nitriding by means of a gas, and a treatment of gentle nitriding by means of a gas. economical with results similar or superior to those obtained by known methods of the technique as well as a reduced cost price of the treated parts.

Claims (6)

REVENDICATIONS 1.Procédé de nitruration douce au moyen d'un gaz, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de chauffage de pièces en fer dans un four de traitement de chauffage entre environ 550 à 620oC dans un gaz contrôlé qui est constitué en volume de 10 à 30 t de gaz ammoniac, de 2,5 a 4,5 * d'oxyde de carbone total (CO) et d'un complément en gaz contenant surtout de l'azote N2. 1. Method of gentle nitriding by means of a gas, characterized in that it comprises a step of heating iron parts in a heating treatment oven between approximately 550 to 620oC in a controlled gas which is made up of 10 to 30 t of ammonia gas, 2.5 to 4.5 * of total carbon monoxide (CO) and a gas supplement containing mainly nitrogen N2. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que- l'oxyde de carbone total est constitué de 2,5 à 4,5% dioxyde de carbone libre. 2. Method according to claim 1, characterized in that- the total carbon monoxide consists of 2.5 to 4.5% free carbon dioxide. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'oxyde de carbone total est constitué par un gaz endothermique contenant de l'oxyde de carbone, en quantité telle que l'oxyde de carbone contenu dans le gaz endothermi que se trouve dans ladite quantité d'oxyde de carbone total. 3. Method according to claim 1, characterized in that the total carbon monoxide is constituted by an endothermic gas containing carbon monoxide, in an amount such as the carbon monoxide contained in the endothermic gas which is found in said amount of total carbon monoxide. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le gaz contrôlé est un mélange de gaz ammoniac, d'oxyde de carbone libre et de gaz N2 respectivement dans lesdites quantités. 4. Method according to claim 1, characterized in that the controlled gas is a mixture of ammonia gas, free carbon monoxide and N2 gas respectively in said quantities. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'oxyde de carbone total est constitué de 1 à 3 % d'oxyde de carbone libre et d'un complément d'un composé d'oxyde de carbone provenant d'un gaz exothermique contenant surtout de l'azote N2. 5. Method according to claim 1, characterized in that the total carbon monoxide consists of 1 to 3% of free carbon monoxide and of a complement of a carbon monoxide compound originating from a gas exothermic mainly containing nitrogen N2. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'oxyde de carbone libre est remplacé par un gaz endothermique de telle sorte que le composé d'oxyde de carbone dans le gaz endothermique se trouve en même quantité que l'oxyde de carbone libre.  6. Method according to claim 5, characterized in that the free carbon monoxide is replaced by an endothermic gas so that the carbon monoxide compound in the endothermic gas is found in the same amount as the carbon monoxide free.
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