FR2507116A1 - Procede pour lier entre eux deux composants a base de fer afin de former une structure et pour diffuser simultanement une couche dans la surface de ces composants, et la structure ainsi obtenue - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN PROCEDE DE FABRICATION D'UNE STRUCTURE LIEE CONSTITUEE D'AU MOINS DEUX COMPOSANTS A BASE DE FER. LE PROCEDE CONSISTE A JUXTAPOSER LES COMPOSANTS 21, 22 ET A LES METTRE EN CONTACT AVEC UN BAIN D'ALLIAGE FONDU CONSTITUE ESSENTIELLEMENT DE PLOMB ET D'AU MOINS UN ELEMENT DIFFUSANT, DE MANIERE A FORMER UNE COUCHE 24 DIFFUSEE DANS LES SURFACES DES DEUX COMPOSANTS 21, 22 ET LES LIANT L'UN A L'AUTRE. DOMAINE D'APPLICATION: APPLICATION DE CHROME SUR LA SURFACE DE PIECES A BASE DE FER.

Description

Le brevet des Etats-Unis d'Amérique N O 3 620 816 décrit un procédé

d'alliage par diffusion de la surface d'une pièce à base de fer dans un milieu constitué de plomb fondu Dans ce procédé, des éléments tels que du chrome sont dissous dans le plomb fondu, et ce dernier est

placé en contact avec la pièce à base de fer dont la sur-

face est à traiter L'élément diffusant s'allie à la pièce

par diffusion métallique dans sa surface, à des tempéra-

tures élevées Le procédé a été appliqué simultanément à un grand nombre de petites pièces ne devant pas se lier les unes aux autres Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n O 3 778 299 décrit un procédé évitant toute liaison lors

du traitement de nombreuses petits pièces.

Il existe des cas o la liaison des pièces est nécessaire Ces pièces peuvent être liées les unes aux autres par l'un quelconque de plusieurs procédés bien

connus, par exemple par brasage ou auto-interdiffusion.

Dans ce dernier procédé, la chaleur provoque une diffusion de la surface d'un composant dans l'autre composant, et vice versa Si l'on souhaite, de plus, avoir une couche diffusée dans ces pièces, une seconde opération distincte

est nécessaire.

La fabrication de structures en nid d'abeilles soulève des problèmes particuliers de liaison De telles structures peuvent être réalisées par l'utilisation de couches alternées de feuille ondulée et de feuille non ondulée (ou moins ondulée) En variante, les feuilles ondulées et non ondulées peuvent être enroulées ensemble

suivant des configurations en spirales intercalées.

Chacune de ces structures a pour effet la formation d'un

grand nombre de canaux parallèles Lors de certaines uti-

lisations de telles structures en nid d'abeilles, il est important que la feuille non ondulée soit liée fixement à la feuille ondulée suivant des lignes de contact entre les deux feuilles afin qu'un fluide puisse ne s'écouler qu'axialement dans les canaux, mais non transversalement à ces canaux Par exemple, de telles structures en nid

d'abeilles peuvent être utilisées dans des roues de récupé-

rateur de chaleur pour économiser de l'énergie, ou bien

comme supports de substrat pour des convertisseurs cata-

lytiques Dans d'autres applications, un écoulement trans-

versai des fluides peut être toléré Dans tous les cas, il est important que le produit soit solidarisé en un seul bloc par une liaison importante réalisée dans toute sa masse. De telles structures peuvent être réalisées en feuille ou tôle d'acier inoxydable afin de supporter les

températures élevées auxquelles elles peuvent être soumises.

Cependant, il est difficile de produire de très minces feuilles d'acier inoxydable et d'autres alliages pour hautes températures (par exemple à des épaisseurs de 0,05 mm),

puis d'onduler ces feuilles Il est également difficile d'ob-

tenir une liaison uniforme dans toute la masse du produit.

Comme indiqué précédemment, ceci est particulièrement impor-

tant lorsqu'il faut éviter l'écoulement transversal de fluides.

L'invention a donc pour objet un procédé perfec-

tionné pour lier entre eux des composants à base de fer tout en formant une couche diffusée dans la surface de chacun de ces composants L'invention a pour autre objet

une structure liée perfectionnée constituée de deux compo-

sants à base de fer dans la surface de chacun desquels une couche est diffusée L'invention a également pour objet la production d'une structure en nidd'abeilles réalisée en acier, plutôt qu'en acier inoxydable, mais qui est ensuite chromée et/ou aluminisée pour constituer une structure résistant aux températures élevées L'invention a également pour objet un procédé au moyen duquel deux composants à base de fer, réalisés par des techniques de formage à froid, d'usinage ou de la métallurgie des poudres, peuvent être fixés l'un à l'autre par emmanchement à la presse, puis traités pour former une structure liée d'un seul bloc, tout en formant une couche diffusée dans la surface de chacun de ces composants L'invention a également pour

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autre objet une couche de diffusion formée sur la surface

de deux composants à base de fer tout en liant les compo-

sants l'un à l'autre.

L'invention concerne donc un procédé pour lier entre eux au moins deux composants à base de fer afin de former une structure liée et pour diffuser simultanément une couche dans les surfaces des composants, ce procédé consistant à juxtaposer les composants et à mettre en contact les composants ainsi juxtaposés avec un bain d'alliage fondu constitué essentiellement de plomb et d'au moins un élément diffusant, afin de former une couche qui diffuse dans les surfaces des deux composants et les lie

l'un à l'autre.

Ce procédé peut être mis en oeuvre pour la fabrication d'une structure liée comprenant une feuille ondulée en matière à base de fer, qui présente plusieurs lignes de pliage, une feuille non ondulée ou moins ondulée en matière à base de fer, les feuilles étant mises sous la forme de spirales dans lesquelles elles sont intercalées afin qu'un nombre important de lignes de pliage soient en contact avec une surface de la feuille non ondulée, et une couche étant diffusée dans les surfaces des deux feuilles afin de lier la feuille ondulée, par ses lignes de pliage, à la feuille non ondulée En variante, il est possible d'utiliser une feuille présentant des saillies à la place de la feuille ondulée Dans une autre forme de réalisation, il est possible d'utiliser des feuilles alternées ondulées et non ondulées (ou moins ondulées) en matière à base de fer. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels:

la figure 1 est une élévation, avec coupe par-

tielle, d'un axe à tête associé à une rondelle, la pièce ainsi formée étant représentée partiellement en coupe

transversale et ayant été traitée conformément à la pré-

sente invention;

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la figure 2 est une coupe à échelle très agrandie (grossissement de 100) de la partie de la figure l indiquée dans le bloc " 2 "; la figure 3 est une élévation schématique, avec coupe partielle, d'un tube scellé contenant plusieurs des pièces représentées sur la figure 1, cette vue montrant comment les pièces sont traitées; la figure 4 est une élévation d'une deuxième forme de réalisation de l'invention; la figure 5 est une vue en perspective d'une troisième forme de réalisation de l'invention; la figure 6 est une élévation partielle, à échelle agrandie, du détail de la figure 5 entouré du trait mixte et indiqué en " 6 "; la figure 7 est une élévation schématique,

avec coupe partielle, d'un tube scellé contenant la struc-

ture liée représentée sur la figure 5, cette vue nontrant comment cette structure est réalisée; la figure 8 est une vue en perspective d'une autre forme de réalisation de l'invention, constituée d'une feuille ondulée qui est enroulée en spirale et avec

laquelle est intercalée une feuille moins ondulée, égale-

ment enroulée en spirale; la figure 9 est une vue schématique partielle, à échelle très agrandie, du détail de la figure 8 indiqué en " 9 "; la figure 10 est une vue schématique partielle, à échelle très agrandie, du détail de la figure 8 indiqué en " 10 "; la figure il est une élévation schématique, avec coupe partielle, d'une cornue contenant la structure liée représentée sur la figure 8, cette vue montrar N comment cette structure est réalisée;

la figure 12 est une coupe partielle (agrandis-

sement de 60) des couches alternées des structures liées des figures 8 à 11, à mi-distance entre leurs extrémités; la figure 13 est une vue de dessus d'une autre forme de réalisation de l'invention constituée d'une

feuille enroulée en spirale, portant des saillies et inter-

calée avec une feuille lisse enroulée en spirale; la figure 14 est une vue partielle en bout, à échelle très agrandie, du détail de la figure 13 indiqué en " 14 "; et la figure 15 est une vue partielle en plan

d'une extrémité de l'une des feuilles portant des saillies.

Pour lier au moins deux composants à base de fer, ces composants sont juxtaposés et la pièce ainsi formée est

placée dans un bain de plomb fondu qui contient un ou plu-

sieurs éléments d'alliage Le chrome est un élément d'al-

liage important et il peut être présent sous forme élémen-

taire ou sous diverses formes d'alliage telles que le ferrochrome L'aluminium peut être utilisé dans certains cas comme élément diffusant La température du bain est normalement comprise entre 870 et 1370 'C et les pièces sont placées dans le bain pendant une durée de l'ordre de quelques minutes à 24 heures Le chrome diffuse alors

dans les surfaces des composants de chaque pièce pour for-

mer non seulement une surface alliée, mais également une

liaison pour les composants.

Les figures, et plus particulièrement les figu-

r'es 1 à 3, représentent une première forme de réalisation de l'invention Une pièce 20 est réalisée au moyen d'une rondelle 21 emmanchée à force sur un axe 22 à tête, ces

deux éléments étant constitués d'une matière à base de fer.

Le diamètre de l'axe 22 est sensiblement égal au diamètre du trou de la rondelle 21 de manière que l'ajustement soit étroit La pièce 20 est traitée dans un bain de plomb

contenant des granules de chrome, ce qui-provoque une dif-

fusion du chrome dans les surfaces apparentes de la ron-

delle 21 et de l'axe 22 On confère ainsi à la pièce 20 les propriétés de l'acier inoxydable, y compris l'aptitude à supporter une température élevée En outre, la couche de

chrome diffusée lie la rondelle 21 à l'axe 22.

Pour analyser la nature de la couche et de la

liaison, on coupe la pièce 20 suivant la direction longi-

tudinale de l'axe et on la monte dans de la "BAKELITE".

Les surfaces de coupe de la pièce 20 sont meulées et polies afin d'être rendues spéculaires Ces surfaces sont traitées avec une solution d'acide nitrique et d'alcool, laquelle solution attaque le substrat ferreux, mais non la couche

de chrome.

La figure 2 représente une photographie de la jonction 23 des surfaces (à un agrandissement de 100) de la rondelle 21 et de l'axe 22 après qu'elles ont été polies

et traitées avec la solution d'acide nitrique et d'alcool.

Une couche 24 de chrome est présente sur les surfaces appa-

rentes de la rondelle 21 et de l'axe 22 La ligne 26 repré-

sente la frontière entre une teneur en chrome supérieure à 11 % et une teneur inférieure à 11 % En d'autres termes, la solution d'acide nitrique et d'alcool n'attaque le substrat que si sa concentration en chrome est inférieure à 11 % En

réalité, la concentration en chrome diminue de façon con-

tinue d'un maximum se trouvant à la surface extérieure de

la couche 24 jusqu'à une valeur nulle située intérieure-

ment à la ligne 26.

La figure 3 représente schématiquement un appa-

reil destiné au traitement de plusieurs pièces 20 Un cou-

vercle 30, portant une tige 32 qui fait saillie vers le

haut, est soudé sur un tube 28 qui contient un bain d'al-

liage fondu dans lequel l'agent de transfert est du plomb 34 Le bain contient également des granules de chrome 36 et quatre pièces 20 Un disque perforé 38, maintenu en position par des anneaux 40 de retenue, empêche les pièces

constituées chacune d'un axe et d'une rondelle de flotter.

Les perforations sont assez petites pour empêcher le passage du chrome 36 Lors de l'assemblage de l'appareil, on introduit les pièces 20 et le chrome 36 dans le tube 28,

puis on déforme ce dernier pour réaliser l'anneau infé-

rieur 40, on introduit le disque 38 en position, puis on réalise l'anneau supérieur par déformation de la paroi du tube 28 Un morceau de plomb solide est placé sur le disque 38 et le couvercle 30 est soudé en position L'ensemble de l'appareil est placé dans un four (non représenté) afin que le morceau de plomb fonde et constitue du plomb fondu 34 La tige 32 peut être utilisée pour agiter les pièces

pendant leur traitement, si cela est souhaité.

Le chrome diffuse dans les surfaces des pièces par l'intermédiaire de l'agent de transfert constitué par le plomb Au bout d'une certaine période de temps, les pièces 20 sont retirées et traitées pour que le plomb en excès soit éliminé Les détails de ce traitement sont décrits dans le brevet N O 3 620 816 précité Il convient de noter que l'appareil de la figure 3 est représenté schématiquement et qu'il est possible d'utiliser un nombre quelconque de types différents et de formes différentes

de récipients.

Lors d'un exemple réel de la forme de réalisa-

tion des figures 1 à 3, la rondelle 21 présente une épais-

seur de 3,175 mm et un trou d'environ 2,54 mm de diamètre.

La rondelle 21 et l'axe 22 sont constitués d'acier conte-

nant environ 0,01 % en poids de carbone L'axe 22 est en acier '1006 "qui a été décarburé jusqu'à une concentration de 0,01 % Dix pièces 20 sont traitées par diffusion dans un tube scellé 28 dans lequel le vide a été fait ayant un diamètre de 31,8 Oim et contenant 10 g de chrome et 600 g de plomb Le tube 28 est fixe et le traitement a lieu à une température de 10930 C, pendant 4 heures On retire ensuite les pièces 20 et on en élimine le plomb par des procédés chimiques appropriés, on les découpe longitudinalement, on les monte dans de la

"BAKELITE", et on les polit et les décape dans une solu-

tion à 5 % d'acide nitrique et 95 % d'alcool La couche 24, qui présente une concentration en chrome -de plus de 11 %, située à la surface de la pièce 20, s'avère présenter une épaisseur d'environ 0,10 mm On a déterminé que la rondelle 21 et l'axe 22 étaient liés ensemble sans liaison à la

jonction interfaciale acier-acier entre ces deux composants.

Le procédé de diffusion d'un élément tel que le chrome dans deux pièces adjacentes à base de fer, afin

de les lier l'une à l'autre, convient également à la pro-

duction de pièces présentant un grand nombre de canaux de très faible section, s'étendant parallèlement les uns aux autres. La figure 4 représente une forme de réalisation d'une telle structure comportant des feuilles ondulées 44 qui alternent avec des feuilles non ondulées 46 Dans cet exemple d'application, le terme "feuille" est utilisé pour définir un produit ayant une épaisseur pouvant descendre d'au moins 1,14 mm jusqu'à 0,05 nr ou rcoins Bien qu'une feuille plus mince soit couramment appelée "clinquant" (épaisseur égale ou inférieure à 0,20 mm), le terme feuille" utilisé dans le présent mémoire englobe également

le clinquant ainsi que les tôles fines Chaque feuille ondu-

lée 44 est définie par un grand nombre de lignes 48 de pliage qui portent respectivement contre les surfaces des feuilles 46 Lorsque les feuilles 44 et 46 sont reliées entre elles, il se forme un grand nombre de canaux 50 de configuration sensiblement triangulaire Il est important

d'obtenir une bonne liaison sur toute la longueur de cha-

cune des lignes 48 de pliage Une liaison complète est particulièrement importante dans le cas o une telle pièce doit être utilisée pour diriger un écoulement de fluide le long des axes des canaux 50, mais non transversalement à ces canaux Il convient de noter que si les liaisons sont incomplètes, un certain écoulement transversal des fluides peut se produire La pièce représentée sur la figure 4 peut être traitée dans l'appareil montré sur la figure 3 afin

qu'il se forme une couche de diffusion sur toutes les sur-

faces apparentes des feuilles 44 et 46 et que l'on obtienne

ainsi la liaison souhaitée entre les deux feuilles.

Dans un exemple réel de cette forme de réalisa-

tion, chacune des feuilles 44 et 46 présente une épaisseur de 1,14 mm et est réalisée en acier contenant environ 0,01; en poids de carbone Les ondulations de la feuille 44 sont telles qu'elles établissent un intervalle de 4,76 mm entre les feuilles 46 La structure montrée sur la figure 4 est

maintenue assemblée (par sou Cage par points ou par agra-

fage, par exemple) et elle est traitée dans un tube de ,8 mm de diamètre, scellé et dans lequel le vide a été

fait, ce tube étant analogue à celui montré sur la figure 3.

Le tube contient 15 grammes de chrome et 1400 grammes de

plomb La pièce est traitée pendant 4 heures, sans mouve-

ment du tube, à une température de 10930 C On retire

ensuite la pièce du bain, on élimine le plomb et il appa-

rait que du chrome a diffusé dans toutes les surfaces

apparentes Les feuilles ondulées 44 sont liées aux feuil-

les 46 suivant les lignes de pliage 48.

Les figures 5 et 6 représentent une autre forme

de réalisation de l'invention Dans cette forme de réalisa-

tion, des feuilles ondulées 54 alternent avec des feuilles non ondulées 56 En réalité, comme on peut le voir, les feuilles 56 sont moins ondulées que les feuilles 54, plutôt que réellement "non ondulées" Les feuilles 56 sont normalement plissées Les feuilles 56 peuvent cependant être ondulées Chaque feuille ondulée 54 est définie par

un grand nombre de lignes 58 de pliage qui sont respecti-

vement en contact avec les surfaces des feuilles non ondu-

lées 56 Lorsque les feuilles 54 et 56 sont reliées entre

elles, un grand nombre de canaux 60 à peu près triangulai-

res sont formés Un morceau cylindrique 62 est découpé dans cette structure, l'axe de ce morceau étant parallèle

aux axes des canaux 60 Les feuilles 54 et 56 sont mainte-

nues assemblées, en vue du traitement ultérieur, par des

soudures par points ou en étant entourées de fil métallique.

La figure 7 représente schématiquement un appa-

reil destiné à traiter le morceau ou tronçon cylindrique 62 Un couvercle 70, portant une tige 72 qui fait saillie vers le haut, est soudé à un tube 68 Ce-dernier contient un bain d'alliage dans lequel l'agent de transfert est du plomb 74 Le bain contient également des granules de

chrome 76 et le morceau ou tronçon 62 Deux disques per-

forés 78 sont maintenus en place par des anneaux 80 de retenue afin de retenir le-chrome 76 Le disque inférieur 78 empêche la pièce 62 de flotter Dalns cette forme de réalisation, deux disques perforés 78 sont utilisés pour empêcher des particules de chrome de se coincer dans les

canaux 60 dont les sections sont très petites.

On assemble l'appareil représenté sur la figure 7 en introduisant la pièce 62 et le chrome 76 dans le tube 68 On déforme ensuite ce dernier pour réaliser l'anneau inférieur 40, puis on introduit le disque 78 en position, et on réalise ensuite l'anneau suivant 80 Les deux autres anneaux 80 et le disque supérieur 78 sont ensuite mis en place après l'addition du chrome Un morceau de plomb

solide est placé sur le disque supérieur 78 et le couver-

cle 70 est soudé en position La tige 72 peut être utili-

sée pour agiter la pièce 62 pendant qu'elle est traitée, si cela est souhaité Le tube fermé 68 est introduit dans un four afin que le morceau de plomb fonde et donne le plomb fondu 74 Le chrome a diffusé dans les surfaces de la pièce 62 par l'intermédiaire de l'agent de transfert constitué par le plomb Au bout d'une certaine période de temps, la pièce 62 est retirée et soumise à un traitement po= éliminer le plomb en excès, sensiblement suivant le même traitement que celui effectué sur la pièce de la

figure 4.

Dans un exemple réel de cette forme de réalisa-

tion, chacune des feuilles 54 et 56 présente une épaisseur de 0,05 mm et est réalisée en acier contenant environ 0,14 % en poids de carbone Les ondulations de la feuille 54 sont telles qu'elles établissent un intervalle de 1,02 mm entre les feuilles 56 Les lignes 58 de pliage sont espacées de 1,27 mm Un morceau cylindrique est ensuite découpé dans

cet assemblage pour donner une pièce de 19,05 mm de dia-

mètre et 25,4 mm de longueur La pièce 62 est placée dans le tube 68 montré sur la figure 7 de manière que les canaux 60 soient parallèles à l'axe du tube La pièce 62 est traitée à une température de 10930 C pendant une durée totale de 20 minutes En réalité, la pièce 62 est refroidie lorsqu'elle est placée dans le tube et elle est portée à

une température de 10930 C en 6 minutes environ Par consé-

quent, le traitement à 10930 C dure en fait environ 14 minu-

tes A l'aide de la tige 72, on secoue périodiquement le tube afin de faciliter l'écoulement du plomb dans les canaux 60 La pièce 62 est ensuite retirée du bain et débarrassée du plomb Pour déterminer par analyse la teneur en chrome de la pièce 62, une tranche est prélevée à chaque

extrémité et une autre tranche est prélevée sur le centre.

Il apparait que l'extrémité située en haut, comme montré sur la figure 7, présente une teneur en chrome de 14,96 % en poids, que la tranche centrale présente une teneur en chrome de 14,3 %, tandis que l'autre extrémité présente une teneur en chrome de 12,52 % Ces concentrations s'avèrent étonnamment uniformes Le chrome n'a pas diffusé à travers la totalité des feuilles 54 et 56 de 0,05 mm d'épaisseur, mais il existe une âme de matière de 0,01 mm, ayant une teneur en chrome inférieure à 11 % La concentration du chrome jusqu'à une profondeur de 0,02 mm est supérieure à 11 % sur chaque surface En fait, la concentration en

chrome est de 15 à 20 % aux surfaces et de 0 % au centre.

Les figures 8 à 10 représentent une autre forme de réalisation de l'invention La pièce 86 représentée est

sensiblement cylindrique et elle comporte un moyeu cylin-

drique 88 Un feuille 90 non ondulée (ou relativement peu ondulée), en matière à base de fer, et une feuille ondulée 92, également en matière à base de fer, sont enroulées

autour du moyeu 88 afin de former deux spirales intercalées.

La feuille ondulée 92 est définie par un grand nombre de lignes 94 de pliage qui sont respectivement en contact avec les surfaces de la feuille non ondulée 90 Lorsque les feuilles 90 et 92 sont reliées l'une à l'autre, il se forme

un grand nombre de canaux 96 sensiblement triangulaires.

Pour la réalisation de la pièce 86, il est prévu une alimentation en feuille non ondulée 90, à base de fer, et une alimentation en feuille ondulée 92, également à base de fer L'extrémité de la feuille ondulée 92 est placée sur le dessus de l'extrémité 91 (figure 9) de la feuille non ondulée 90 et les extrémités juxtaposées sont fixées au moyeu 88, par exemple par soudage Les feuilles et 92 sont ensuite enroulées simultanément autour du

moyeu jusqu'à ce que l'on obtienne un cylindre de diamè-

tre souhaité Puis les feuilles 90 et 92 sont coupées et leurs extrémités libres sont fixées à la spire adjacente

de la feuille 90, par exemple par une soudure 98 (figure 10 >.

Pour diffuser le chrome dans les surfaces des feuilles 90 et 92, on peut utiliser l'appareil représenté sur la figure 11 Un couvercle 110, à travers lequel une

tige 112 faisant saillie vers le haut peut exécuter un mou-

vement alternatif, est emboîté de manière étanche sur une cornue 108 Cette dernière contient un bain d'alliage dans lequel l'agent dé transfert est du plomb 114 La pièce 86 est fixée à la tige 112 de manière que les canaux 96 soient disposés verticalement Des granules de chrome 116 sont introduits dans chacune de deux cages grillagées 118 fixées à la tige -112 de commande, au-dessus et au-dessous de la pièce 86 Ces cages contiennent donc des granules de chrome 116 La zone 120 de la cornue 108, non occupée par le plomb, est soumise au vide et ensuite remplie de préférence d'un gaz inerte La cornue 108 est chauffée extérieurement au moyen d'un four La tige 112 est animée d'un mouvement oscillant faisant monter et descendre la pièce 86 pendant

son traitement.

Dans un exemple réel de cette forme de réalisa-

tion, la pièce 86 présente un diamètre de 178 mm et une hauteur de 76 mm, et le moyeu 88 présente un diamètre de 89 mm La pièce 86 est d'abord nettoyée par dégraissage avec un solvant La cornue 108 est réalisée en acier inoxydable et elle présente un diamètre de 203 mm et une

hauteur de 1,2 m, et elle contient 91 kg de plomb 114.

Le vide est fait dans la zone 120 et cette dernière est ensuite remplie d'argon Chacune des cages grillagées 118 contient environ 0,454 kg de granules de chrome 116 La tige 112 est animée d'un mouvement alternatif au moyen d'un vérin pneumatique à double effet La pièce o 6 est chromée à une température de 9270 C pendant 8 heures, à une vitesse de pompage de 152 mm par minute A la fin du traitement, il apparait que la pièce 86 présente du chrome diffusé dans toutes les surfaces apparentes de la feuille non ondulée 90 et de la feuille ondulée 92, la couche diffusée servant à lier la feuille ondulée 92, par ses lignes 94 de pliage, aux surfaces adjacentes de la feuille non ondulée 90 Un examen métallographique de

la pièce 86 montre qu'environ 90 % de la section de cha-

cune des feuilles 90 et 92 présente une teneur en chrome d'au moins 12 % Comme prévu, l'augmentation d'épaisseur

des feuilles est minime.

Pour déterminer par analyse la teneur en chrome de la pièce 86, une tranche est prélevée à chaque extrémité

et une tranche est également prélevée au centre Il appa-

raît que l'extrémité située en haut, dans l'orientation de la figure 11, présente une teneur en chrome de 18,32 % en poids, que la tranche centrale présente une teneur en chrome de 15,90 %, tandis que l'autre extrémité présente

une teneur en chrome de 20,29 %.

Au lieu d'être soudées, les extrémités arrière des feuilles 90 et 92 peuvent être agrafées, ou bien la pièce 86 peut être entourée de fil métallique L'un quelconque de ces procédés peut être utilisé pour maintenir les lignes 94 de pliage en contact avec les surfaces de la feuille 90 pendant la chromisation Au lieu d'enrouler les feuilles 90 et 92, on peut faire tourner le moyeu

88 pour parvenir au même résultat.

Un second exemple de la forme de réalisation

des figures 8 à 10 est obtenu à l'aide de l'appareil reuré-

senté sur la figure 11 La vitesse de pompage est élevée à 71 cm par minute, ce qui a pour effet de produire la chromisation sensiblement sur toute la section de 0,05 mm des feuilles 90 et 92 La figure 12 représente en coupe

ce second exemple de la pièce 86, cette coupe étant réa-

lisée sensiblement à mi-distance entre les extrémités de la pièce et à un agrandissement de 60 Contrairenent à la représentaticn schématique et idéalisée des figures 9 et 10, cette représentation réelle montre que les feuilles 56 ne sont pas planes, mais plutôt plissées et qu'elles peuvent être considérées comme étant moins ondulées que la feuille ondulée 54 En outre, les lignes 58 de pliage des spires adjacentes de la feuille ondulée 54 ne sont pas alignées comme cela apparaît sur les figures 8 et 10 Ceci était évidemment prévu L'absence de lignes de démarcation entre les lignes 58 de pliage et les surfaces de la feuille non ondulée ou relativement peuondulée 56 est également remarquable En réalité, les feuilles ondulées 54 ont été solidarisées aux feuilles non ondulées 56, car le chrome a diffusé pratiquement sur toute l'épaisseur des feuilles 54, comme indiqué précédemment, provoquant une liaison parfaite entre les feuilles 54 et 56 La partie centrale des joints peut présenter, parfois, certains nodules de fer n'ayant pas réagi, en raison de l'épaisseur présentée

par ces joints par rapport à celle des feuilles 54 et 56.

Néanmoins, une excellente liaison par diffusion est obte-

nue.

Pour déterminer par analyse la teneur en chrome de la pièce 86 réalisée dans cet exemple, on a prélevé une

tranche à chacune de ses extrémités, ainsi qu'en son centre.

Il est apparu que l'extrémité située en haut, dans l'orien-

tation de la figure 11, présente une teneur en chrome de 22,60 % en poids, tandis que la tranche centrale présente une teneur en chrome de 21,77 % et que l'autre extrémité

présente une teneur en chrome de 24,34 %.

Un troisième exemple de la forme de réalisation

de la figure 10 a été produit à l'aide de l'appareil repré-

senté sur la figure 11 De même que précédemment, on place 0,454 kg de chrome dans chacune des cages 118, mais on

ajoute, en outre, 0,06 kg d'aluminium lorsque la tempéra-

ture du bain atteint 815 'C L'aluminium améliore la résis-

tance à l'oxydation de la pièce 86 Le traitement est effectué à 10380 C pendant 2,5 heures, à une vitesse de pompage de 5 cm par minute et en utilisant une course de cm Pour déterminer par analyse la teneur en chrome de

la pièce 86 réalisée selon ce troisième exemple, une tran-

che est prélevée à chaque extrémité ainsi qu'au centre de la pièce Il apparait que l'extrémité située en haut, dans l'orientation de la figure 11, présente une teneur en chrome de 16,88 % en poids et une teneur en aluminium de 3,4 % en poids, tandis que la tranche centrale présente une teneur en chrome de 17,61 % et une teneur en aluminium de 2,48 % et que l'autre extrémité présente une teneur en

chrome de 19,30 % et une teneur en aluminium de 5,51 %.

Un quatrième exemple de la pièce 86 est réalisé à l'aide de l'appareil de la figure 11, en utilisant les mêmes conditions de traitement que celles du troisième exemple, sauf qu'on ajoute 0,24 kg d'aluminium au bain

lorsque la température atteint 815 'C De même que précé-

demment, on obtient une bonne liaison Des tranches sont prélevées comme dans l'exemple précédent La tranche située à l'extrémité proche du haut, dans l'orientation de la figure 11, présente une teneur en chrome de 16, 72 % et une teneur en aluminium de 8,77 % La tranche centrale présente une teneur en chrome de 20,34 % et une teneur en aluminium de 8,05 %, et l'extrémité inférieure présente une teneur

en chrome de 15,71 % et une teneur en aluminium de 6,52 %.

Une analyse à la microsonde est réalisée sur une section polie d'une feuille de la pièce 86, et cette analyse donne les résultats suivants: Distance de la surface (Vlm) Al(%) Cr (M

2,5 7,20 26,71

7,6 7,12 24,80

,2 7,50 21,58

22,9 7,25 18,91

Centre 7,04 16,96

22,9 7,33 18,71

,2 7,03 19,87

7,6 7,02 22,33

2,5 6,93 23,96

Comme prévu, il existe un certain gradient de chrome La teneur en aluminium est étonnan'ent constante, ce qui est souhaitable, car une fragilisation apparaît si la

surface présente une teneur en aluminium élevée.

Les figures 13 à 15 représentent une autre forme

de réalisation de l'invention La pièce 130 est sensible-

ment cylindrique et elle comprend un moyeu cylindrique 132, une feuille 134 en matière à base de fer et une feuille 136, également en matière à base de fer et présentant des saillies 138 Ces dernières dépassent de deux surfaces de la feuille 136 Les feuilles 134 et 136 sont enroulées

autour du moyeu 132 afin de former deux spirales interca-

lées De même que pour la pièce 86, les extrémités des feuilles 134 et 136 sont juxtaposées et fixées au moyeu 132, par exemple par soudage Les feuilles 134 et 136 sont enroulées autour du moyeu jusqu'à ce que l'on obtienne un cylindre de diamètre souhaité Les feuilles 134 et 136 sont ensuite coupées et leurs extrémités libres sont fixées à la spire adjacente de la feuille 134, par exemple par

soudage ou par des pinces.

Pour diffuser le chrome dans les surfaces des

feuilles 134 et 136, on peut utiliser l'appareil repré-

senté sur la figure 11 A la fin de ce traitement, la

pièce 130 présente du chrome diffusé dans toutes les sur-

faces apparentes des deux feuilles 134 et 136, la couche diffusée servant à lier les extrémités des saillies 138

à la feuille 134.

Dans cette forme particulière de réalisation, la feuille 136 présente quatre rangées de saillies 138

alternant entre ses surfaces.

La pièce 130 ne présente pas les canaux bien définis des pièces des formes de réalisation des figures 4, 5, 6 et 8 à 10 Par contre, les saillies 138 servent simplement à espacer les feuilles La pièce 130 ne peut nas être utilisée pour diriger un écoulement de fluide uniquement dans une direction parallèle à son axe, et un écoulement

circonférentiel du fluide peut également se produire.

La teneur en chrome peut être ajustée aux niveaux souhaités par dosage de la quantité de chrome ajoutée au bain de plomb Des pièces contenant 5 à 30 % de chrome et 3 à 18 % d'aluminium peuvent être aisément obtenues par le procédé décrit ci-dessus, ces pièces présentant une excel- lente résistance à l'oxydation à des températures élevées dans l'air ou dans d'autres milieux Il est préférable que la teneur en aluminium soit de 5 à 15 % et que la teneur en

chrome soit de 5 à 18 %, ce qui confère aux pièces d'excel-

lentes propriétés tout en minimisant la quantité nécessaire

de chrome et d'aluminium Une bonne résistance à la corro-

sion ou à l'oxydation peut également être obtenue par dif-

fusion du chrome seul ou de l'aluminium seul.

Lors de la préparation des pièces au traitement dans le bain d'alliage fondu, il est possible de mettre en

* oeuvre divers procédés pour maintenir les composants assem-

blés, par exemple par emboîtement à frottement, par l'uti-

lisation de pinces mécaniques, par des points de soudure, par agrafage, etc. Le procédé décrit dans le présent mémoire peut

s'appliquer en particulier à la réalisation de pièces com-

prenant des feuilles de 0,51 mm d'épaisseur ou moins, car de telles feuilles peuvent être alliées sur toute leur épaisseur lorsqu'elles sont traitées pendant 5 heures à

des températures de moins de 1150 'C.

Les exemples précédents portent généralement sur l'utilisation d'acier doux non allié comme matière de départ D'autres substrats à base de fer peuvent être utilisés et il est possible de procéder avantageusement à une certaine opération d'alliage Par exemple, des éléments améliorant la résistance à la corrosion ou à l'oxydation peuvent être présents dans l'acier du substrat, mais ils doivent être limités afin que le substrat de

départ en acier conserve de bonnes aptitudes de fabrication.

Bien que des diffusions de chrome et d'aluminium aient été mentionnées, d'autres éléments améliorant la résistance à la corrosion ou à l'oxydation, tels que le cobalt, le nickel, le manganèse, le titane et le vanadium, peuvent également être utilisés dans le bain de plomb et diffusés dans le

substrat en acier.

Après traitement de la pièce et élimination du plomb, les propriétés de cette pièce peuvent être encore améliorées par traitement thermique sous vide ou sous atmosphère inerte pour niveler le gradient de composition dans la matière d'alliage diffusée, ou pour éliminer le

plomb additionnel D'autres traitements tels qu'une pré-

oxydation peuvent améliorer la résistance à l'oxydation.

La description précédente a porté sur des

feuilles qui sont initialement non liées et qui sont liées ensuite au moyen d'une couche de chrome ou autre élément

diffusant qui est diffusé dans la surface des deux compo-

sants Cependant, il convient de noter qu'une liaison peut exister initialement aux lignes ou aux points de contact entre les composants Dans ce cas, le procédé décrit dans le présent mémoire réalise une liaison supplémentaire ou

améliore la liaison.

On a donc décrit ci-dessus une structure liée perfectionnée comprenant deux composants à base de fer liés l'un à l'autre et dans la surface de chacun desquels

une couche a été diffusée On a également décrit un pro-

cédé de fabrication de cette structure par diffusion

d'un élément dans les surfaces des composants.

Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au procédé décrit et représenté

sans sortir du cadre de l'invention.

RUVEND ICAT IONS

1 Procédé pour lier entre eux au moins deux

composants à base de fer ( 21,22) afin de former une struc-

ture liée ( 20) et pour diffuser simultanément une couche ( 24) dans les surfaces desdits composants, caractérisé en ce qu'il consiste à juxtaposer les composants et à les mettre en contact avec un bain d'alliage fondu constitué essentiellement de plomb ( 34) et d'au moins un élément diffusant ( 36), de façon à créer une couche ( 24) diffusée dans les surfaces des deux composants et les liant l'un

à l'autre.

2 Procédé selon la revendication 1, caracté-

risé en ce que les composants sont agités pendant qu'ils sont dans le bain, ces composants pouvant notamment être animés d'un mouvement alternatif pendant qu'ils sont dans

le bain.

3 Procédé selon la revendication 1, caracté-

risé en ce que les composants juxtaposés sont en contact avec le bain d'alliage pendant moins de 5 heures à une

température de moins de 1150 'C.

4 Procédé selon la revendication 1, caracté-

risé en ce que l'élément diffusant ( 116) est sous forme de granules et est disposé dans une cage grillagée ( 118) placée dans le bain, ledit élément diffusant pouvant notamment être choisi dans le groupe comprenant le chrome, l'aluminium, le cobalt, le nickel, le manganèse, le titane

et le vanadium.

Procédé selon la revendication 1, caracté- risé en ce que l'élément diffusant est diffusé à travers

la totalité de l'épaisseur des composants.

6 Procédé selon la revendication 1, caracté-

risé en ce que l'élément diffusant diffuse à travers

une partie de l'épaisseur des composants.

7 Structure liée, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins deux composants adjacents ( 21,22) à

base de fer dans la surface de chacun desquels est diffu-

sée une couche ( 24) destinée à les lier entre eux, la structure liée étant réalisée par des opérations qui consistent à juxtaposer les composants et à les mettre en

contact avec un bain d'alliage fondu constitué essentielle-

ment de plomb ( 34) et d'au moins un élément diffusant ( 36), de façon à former une couche ( 24) diffusée dans les surfaces

des deux composants et les liant l'un à l'autre.

8 Structure liée selon la revendication 7, caractérisée en ce que les deux composants sont des feuilles ( 44, 46) en matière à base de fer et dont au moins l'une porte des moyens d'espacement liés à l'autre desdites feuilles afin qu'il se forme au moins un canal ( 50) entre

ces feuilles.

9 Structure liée selon la revendication 8,

caractérisée en ce que les moyens d'entretoisement compren-

nent des ondulations ( 44) destinées à former un grand nom-

bre de canaux ( 50), ou bien en ce que les moyens d'entre-

toisement comprennent des saillies ( 138).

Structure liée selon la revendication 8, caractérisée en ce que la couche est diffusée à travers

l'épaisseur desdites feuilles et desdits moyens d'entre-

toisement. 11 Structure liée selon la revendication 8, caractérisée en ce que les feuilles forment un seul canal hélicoïdal. 12 Structure liée selon la revendication 7, caractérisée en ce que ladite couche est composée d'au moins un élément choisi dans le groupe comprenant le chrome, l'aluminium, le cobalt, le nickel, le manganèse,

le titane et le vanadium.

13 Structure liée, caractérisée en ce qu'elle comporte une feuille ondulée ( 54) en matière à base de fer, présentant un grand nombre de lignes ( 58) de pliage, une autre feuille ( 56) en matière à base de fer, lesdites feuilles étant mises sous la forme de spirales intercalées l'une avec l'autre de manière qu'un nombre important des lignes de pliage soient en contact avec une surface de ladite autre feuille, une couche étant diffusée dans les surfaces des deux feuilles afin de lier la feuille ondulée,

par ses lignes de contact, à ladite autre feuille pour for-

mer ainsi plusieurs canaux parallèles ( 60).

14 Structure liée selon la revendication 13, caractérisée en ce qu'elle est réalisée par des opérations qui consistent à débiter ladite feuille ondulée et ladite

autre feuille, à juxtaposer les extrémités des deux feuil-

les de manière que les lignes de pliage de la feuille ondulée soient en contact avec une surface de ladite autre feuille, à enrouler simultanément les feuilles autour d'un axe parallèle aux ondulations de la feuille ondulée jusqu'à ce qu'il se forme un cylindre de diamètre souhaité, à couper la partie restante des feuilles, à relier les extrémités libres des feuilles à au moins la spire adjacente de l'une des feuilles, et à mettre les feuilles en contact avec un bain d'alliage fondu constitué essentiellement de plomb ( 74) et d'au moins un élément diffusant ( 76), de façon à former une couche diffusée dans les surfaces des deux

feuilles et les liant l'une à l'autre.

Structure liée selon la revendication 14,

caractérisée en ce que les feuilles sont enroulées simul-

tanément autour d'un moyeu cylindrique ( 88).

16 Structure liée selon la revendication 14, caractérisée en ce que l'élément diffusant se présente sous

la forme de granules et est isolé des feuilles afin d'em-

pêcher lesdits granules d'obturer les canaux de la

structure liée.

17 Structure liée, caractérisée en ce qu'elle comporte une première feuille ( 136) en matière à base de fer, présentant plusieurs saillies ( 138), et une seconde feuille ( 134) en matière à base de fer, ces feuilles étant mises sous la forme de spirales intercalées l'une avec l'autre de manière qu'un nombre important desdites saillies soient en contact avec une surface de la seconde feuille, la structure comprenant également une couche diffusée dans les surfaces des deux feuilles afin de lier la première

feuille, par ses saillies, à la seconde feuille.

18 Structure liée selon la revendication 17, caractérisée en ce qu'elle est réalisée par les opérations qui consistent à débiter les seconde et première feuilles, à juxtaposer les extrémités des deux feuilles de manière que les saillies de la première feuille soient en contact avec une surface de la seconde feuille, à enrouler les feuilles simultanément autour d'un axe parallèle au bord desdites feuilles jusqu'à ce qu'un cylindre de diamètre souhaité soit obtenu, à couper la partie restante des feuilles, à relier les extrémités libres desdites feuilles au moins à la spire adjacente de l'une des feuilles, et à mettre en contact les feuilles avec un bain d'alliage fondu constitué essentiellement de plomb ( 114) et d'au moins un élément diffusant ( 116), de façon à former une couche diffusée dans les surfaces des deux feuilles, cette

couche liant les feuilles l'une à l'autre.

19 Structure liée, caractérisée en ce qu'elle comporte plusieurs feuilles ondulées ( 44) en matière à base de fer, présentant chacune plusieurs lignes ( 48) de pliage, plusieurs autres feuilles ( 46) en matière à base de fer, les feuilles ondulées alternant avec lesdites autres feuilles de manière qu'un nombre important desdites lignes de pliage soient en contact avec une surface desdites autres feuilles, et une couche diffusée dans les surfaces de toutes les feuilles afin de lier les feuilles ondulées, par leurs lignes de pliage, auxdites autres feuilles qui

leur sont adjacentes.

Structure liée selon la revendication 19,

caractérisée en ce qu'elle est réalisée par les opéra-

tions qui consistent à débiter les feuilles ondulées et lesdites autres feuilles, à disposer lesdites feuilles en une pile dans laquelle les feuilles ondulées alternent avec lesdites autres feuilles, à maintenir la pile afin que ses feuilles restent en position, à mettre les feuilles en

contact avec un bain d'alliage fondu constitué essentielle-

ment de plomb ( 34) et d'au moins un élément diffusant ( 36), de façon à former une couche qui est diffusée dans les surfaces des deux feuilles et qui lie ces dernières l'une

à l'autre.

21 Structure liée selon l'une quelconque des

revendications 14, 18 et 20, caractérisée en ce que le

bain contient au moins deux éléments diffusants qui sont

le chrome et l'aluminium.