FR2510244A1 - Electric furnace for thermochemical treatment of metal workpieces - where electromagnets are used to provide strong magnetic field in muffle fed with reaction gas - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne le traitement par voie chimio-thermique et a notamment pour objet un fuur électrique pour le traitement chimio-thermique de pièces en métaux et alliages. The present invention relates to chemothermal treatment and in particular relates to an electric fuur for the chemothermal treatment of parts made of metals and alloys.
L'invention peut être appliquée en particulier au durcissement de pièces constituant des couves de frottement dans divers instruments, appareils et machines,obtenu par les méthodes de traitement chimio-thermique : nitruration gazeuse, cémentation, carbonitruration, etc. The invention can be applied in particular to the hardening of parts constituting friction blankets in various instruments, apparatus and machines, obtained by the methods of chemothermal treatment: gas nitriding, carburizing, carbonitriding, etc.
L'invention peut aussi être utilisée pour le traitement thermomagnétique de pièces de circuits magnétiques, quelles soient en métaux magnétiquement durs ou en métaux magnétiquement doux. The invention can also be used for the thermomagnetic treatment of parts of magnetic circuits, whether in magnetically hard metals or in magnetically soft metals.
L'invention peut trouver de nombreuses applications dans la construction d'appareillages et d'instruments, dans les constructions mécaniques. The invention can find numerous applications in the construction of apparatus and instruments, in mechanical constructions.
Dans la pratique du traitement chimio-thermique, sont largement utilisés les fours électriques à cuve. In the practice of chemothermal treatment, electric ovens with tub are widely used.
On connait un four pour la nitruration gazeuse de pièces ("Equipement et étude des ateliers de traitement thermique" par Rusez S.L., Moscou, "Mashgiz , 1962, pp. An oven for the gas nitriding of parts is known ("Equipment and study of heat treatment workshops" by Rusez S.L., Moscow, "Mashgiz, 1962, pp.
230 à 233), comprenant une carcasse à garnissage, des éléments chauffants, un moufle avec un couvercle amovible.230 to 233), comprising a carcass with lining, heating elements, a muffle with a removable cover.
Les éléments chauffants de ce four sont réalisés sous la forme d'un solénoïde entourant le moufle du four. On place les pièces dans le moufle , on ferme le couvercle du moufle et on fait passer à travers celui-ci de l'ammoniac. The heating elements of this oven are made in the form of a solenoid surrounding the oven muffle. The pieces are placed in the muffle, the lid of the muffle is closed and ammonia is passed through it.
On met les éléments chauffants sous tension. Simultanément avec le chauffage, la circulation du courant à fréquence industrielle à travers les éléments chauffants assure la création d'un champ électromagnétique dans le moufle du four
Pendant la marche du four, les éléments chauffants se branchent ou se débranchent automatiquement pour le maintien de la température prescrite dans le moufle du four0
Dans de tels fours, l'action du champ électromagnétique sur le processus de nitruration a un caractère périodique. The heating elements are energized. Simultaneously with heating, the circulation of industrial frequency current through the heating elements ensures the creation of an electromagnetic field in the oven muffle.
While the oven is running, the heating elements automatically switch on or off to maintain the prescribed temperature in the oven muffle.
In such ovens, the action of the electromagnetic field on the nitriding process has a periodic character.
Le contrôle des paramètres du champ électromagnétique est impossible à réaliser. La régulation des paramètres du champ électromagnétique dans ces fours est elle aussi exclue.The control of the electromagnetic field parameters is impossible. The regulation of the electromagnetic field parameters in these ovens is also excluded.
De la sorte, l'absence de contrôle et de régulation des paramètres du champ électromagnétique dans les fours de cette conception, ainsi que le caractère périodique de l'action du champ électromagnétique sur le processus de nitruration ne permettent pas vagir d'une manière efficace sur la qualité et la vitesse du processus. In this way, the absence of control and regulation of the parameters of the electromagnetic field in the ovens of this design, as well as the periodic character of the action of the electromagnetic field on the nitriding process do not allow vagir in an effective way. on the quality and speed of the process.
On connais aussi un four électrique (certificat dtauteur d'invention URSS NO 111793, 1957), comprenant une carcasse à garnissage réalisée sous la forme d'un cône équipé d'éléments chauffants et d'un moufle pourvu d'un couver-cle, et des électroaimants disposés entre la carcasse et le moufle de façon que leurs pièces plaires soient orientées vers le moufle. There is also known an electric oven (USSR inventor certificate NO 111793, 1957), comprising a carcass with lining produced in the form of a cone equipped with heating elements and a muffle provided with a key cover, and electromagnets arranged between the carcass and the muffle so that their plies are oriented towards the muffle.
Les éI-ectroaimants sont montés sur la surface conique latérale du moufle. The electromagnets are mounted on the lateral conical surface of the muffle.
Le four fonctionne de la façon suivante : les pièces sont introduites dans le moufle à travers un trou de chargement réalisé dans le couvercle, à l'aide d'unie hélice ou vis de guidage ou d'un chenal, et sont retenues dans le moufle par le champ magnétique des électroaimants. Au fur et à mesure que 'les pièces se réchauffent, le métal perd ses propriétés magnétiques, mais les pièces sont retenues par les électroaimants sur la paroi inclinée sous l'effet des forces de frottement. Quand le métal a complètement perdu ses propriétés magnétiques, les pièces glissent par gravité suivant la paroi inclinée et tombent dans la cuve de trempe. The oven works as follows: the parts are introduced into the muffle through a loading hole made in the cover, using a propeller or guide screw or a channel, and are retained in the muffle by the magnetic field of electromagnets. As the parts heat up, the metal loses its magnetic properties, but the parts are retained by the electromagnets on the inclined wall under the effect of friction forces. When the metal has completely lost its magnetic properties, the pieces slide by gravity along the inclined wall and fall into the quench tank.
Dans ce four connu, l'angle entre les axes des électroaimants est déterminé par l'angle de cône des parois du laboratoire du four, lequel est calculé de façon à assurer l.e maintien des pièces selon leur poids et leur configuration. Cet angle n'est déterminé par aucune considération de nature physique, par exemple l'obtention de la symétrie nécessaire du champ, l'action a exercer sur le déroulement des réactions chimiques à l'interface gaz-solide, les transformations polymorphes (allotropiques) lors du traitement thermique. Le dispositif engendrant le champ magnétique n'assure pas la concentration du flux magnétique dans la zone de travail. In this known furnace, the angle between the axes of the electromagnets is determined by the cone angle of the walls of the laboratory of the furnace, which is calculated so as to ensure the maintenance of the parts according to their weight and their configuration. This angle is not determined by any consideration of a physical nature, for example obtaining the necessary symmetry of the field, the action to be exerted on the course of chemical reactions at the gas-solid interface, the polymorphic (allotropic) transformations during heat treatment. The device generating the magnetic field does not ensure the concentration of the magnetic flux in the work area.
On connaît un autre four à cuve pour la nitruration de pièces (certificat d'auteur d'invention URSS N 558967, 1975), comprenant une carcasse à garnissage,- des éléments chauffants et un moufle. Another well-known furnace for nitriding parts is known (USSR inventor certificate N 558967, 1975), comprising a carcass with lining, - heating elements and a muffle.
Dans le moufle est placé librement , avec un écartement technologique garanti par rapport aux parois et au fond, un solénolde engendrant un champ magnétique. Ce solénolde, disposé dans une carcasse , est constitué d'un enroulement en fil de nickel-chrome à 80% Ni et 20% Cr. Le solénolde est alimenté par l'intermédiaire d'une connexion électrique prévue dans la carcasse du four. In the muffle is placed freely, with a guaranteed technological distance from the walls and the bottom, a solenoid generating a magnetic field. This solenoid, placed in a carcass, consists of a winding of nickel-chromium wire at 80% Ni and 20% Cr. The solenoid is supplied via an electrical connection provided in the carcass of the oven.
On plàce les pièces dans le moufle, on ferme le couvercle de la -carcasse- et on fait passer de l'ammoniac à travers le moufle. L'aliventation:des éléments chauffants et celle du solénoïde s'effectuent séparément, aussi leur fonctionnement e st-il indépendant. The pieces are placed in the muffle, the cover of the carcass is closed and ammonia is passed through the muffle. Supply: heating elements and that of the solenoid are carried out separately, so their operation is independent.
Dans les fours ainsi conçus, la commande des paramètres du champ électromagnétique est difficile à réaliser, et le rendement du générateur de champ est bas. Le solénolde est soumis dans ce cas à l'action du milieu saturant et de la température, ce qui limite sa durée de vie. Dans cette solution technique, le solénoïde est plus un élément chauffant supplémentaire qu'un générateur de - champ électroma- magnétique, étant donné qu'il est constitué d'alliage nickelchrome à 80% Ni et 20% Cr. L'énergie appliquée au soléno
Ide est pratiquement entièrement transformée en chaleur et non en énergie de champ électromagnétique.Le bas rendement d'un tel générateur de champ -éleotromégnétique est aussi dû aux forte fuites de flux magnétique, ce qui rend instable les paramètres du champ électromagnétique dans le laboratoire du @ moufle. Pour obtenir un champ homogbne, il faut que le rapport du diamètre du solénoïde à sa longueur soit de 1 à 10 respectivement. La géométrie du moufle du four ne permet pas de respecter ce rapport.In ovens thus designed, the control of the parameters of the electromagnetic field is difficult to achieve, and the efficiency of the field generator is low. The solenoid is subjected in this case to the action of the saturating medium and the temperature, which limits its lifespan. In this technical solution, the solenoid is more of an additional heating element than an electromagnetic field generator, since it is made of 80% Ni and 20% Cr nickel-chromium alloy. The energy applied to the solenoid
Ide is almost entirely transformed into heat and not into electromagnetic field energy. The low efficiency of such an electro-magnetic field generator is also due to the strong leaks of magnetic flux, which makes the parameters of the electromagnetic field in the laboratory unstable. @ muffle. To obtain a homogeneous field, the ratio of the diameter of the solenoid to its length must be from 1 to 10 respectively. The geometry of the oven muffle does not allow this ratio to be respected.
De la sorte, un four de cette conception requiert de grandes dépensesd"énergie pour créer une intensité de champ non seulement de quelques dizaines de kA/m, mais-même de quelques dizaines d'A/m. Dans ce cas aussi, l'influence du solénoïde sur la précision de maintien de la température prescrite n1 est pas totalement supprimée, ce qui, en conjugaison avec ce qui a été dit plus haut, ne permet pas de modifier d'une manière appropriée les paramètres du traitement et la qualité des couches-nitrurées. In this way, an oven of this design requires great expenditure of energy to create a field intensity not only of a few tens of kA / m, but even of a few tens of A / m. In this case too, the influence of the solenoid on the accuracy of maintaining the prescribed temperature is not completely eliminated, which, in combination with what has been said above, does not allow to modify in an appropriate manner the parameters of the treatment and the quality of the nitrided layers.
On s'est donc proposé de créer un four électrique pour le traitement chimio-thermique > de pièces en métaux et alliages, dans lequel l'introduction d'éléments de construction nouveaux et la position relative des éléments constitutifs du four rendraient possible la commande des paramètres du champ magétique et l'intensification du processus de traitement chimio-thermique, ainsi que l'accroissesent du rendement. It has therefore been proposed to create an electric furnace for the chemo-thermal treatment of parts made of metals and alloys, in which the introduction of new construction elements and the relative position of the constituent elements of the furnace would make it possible to control the parameters of the magic field and the intensification of the chemothermal treatment process, as well as the increase of the yield.
La solution à ce problème consiste en un four électrique pour le traitement chimio-thermique de pièces en métaux et alliages, du type comprenant une carcasse, des éléments chauffants et un moufle, ainsi que des électroaimants disposés entre ladite carcasse et ledit moufle, de façon que leurs pièces polaires soient orientées vers le moufle, ~earactérisé, d'après l'inventionen ce que la carcasse est réalisée sous la forme d'un circuit magnétique fermé, en acier magnétique, et forme un système magnétique avec les pièces polaires des. électroaimants, qui sont alignées suivant deux directions orthogonales et enveloppent le moufle. The solution to this problem consists of an electric furnace for the chemothermal treatment of metal and alloy parts, of the type comprising a carcass, heating elements and a muffle, as well as electromagnets arranged between said carcass and said muffle. that their pole pieces are oriented towards the muffle, ~ earactérisé, according to the inventionen that the carcass is made in the form of a closed magnetic circuit, made of magnetic steel, and forms a magnetic system with the pole pieces of. electromagnets, which are aligned in two orthogonal directions and envelop the muffle.
il est avantageux que ledit système magnétique comprenne des éléments chauffants réalisés sous la forme d'un enroulement bifilaire. it is advantageous that said magnetic system comprises heating elements produced in the form of a two-wire winding.
L'introduction de ces éléments de construction et leur disposition relative dans le four électrique pour le traitement chimio-thermique de pièces en métaux et alliages assurent -un aocroissement de l'efficacité du four. The introduction of these construction elements and their relative arrangement in the electric furnace for the chemo-thermal treatment of metal and alloy parts ensure an increase in the efficiency of the furnace.
Le four électrique faisant l'objet de l'invention assure un accroissement de 2 à 3 fois de la dureté superficielle et de la résistance mécanique des pièces après leur nitruration gazeuse, ainsi qu'un accroissement de leur résistance à la corrosion, de leur induction magnétique et d'autres propriétés, une intensification du processus de nitruration de 1,5 à 2 fois, un abXissement de la puissance absorbée. The electric furnace which is the subject of the invention ensures a 2-3 times increase in the surface hardness and in the mechanical resistance of the parts after their gaseous nitriding, as well as an increase in their resistance to corrosion, of their induction. magnetic and other properties, an intensification of the nitriding process by 1.5 to 2 times, a reduction in the absorbed power.
L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaitront plus clairement à la lumière de la description explicative qui va suivre de différents modes de réalisation donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs , avec référence au dessin unique annexé dans lequel
- la figure 1 représente une vue d'ensemble,avec arrachement partiel, d'un four électrique pour le traitement chimio-thermique de pièces en métaux et alliages, conforme à l'invention
- la figure 2 est une vue en coupe transversale du four électrique conforme à l'invention.The invention will be better understood and other objects, details and advantages thereof will appear more clearly in the light of the explanatory description which will follow of various embodiments given solely by way of nonlimiting examples, with reference to the single drawing attached in which
- Figure 1 shows an overall view, with partial cutaway, of an electric furnace for the chemothermal treatment of parts made of metals and alloys, according to the invention
- Figure 2 is a cross-sectional view of the electric oven according to the invention.
le four électrique pour le traitement chimio-thermique de pièces en métaux et alliages comprend une carcasse 1, réalisée sous la forme d'un circuit magnétique fermé en acier magnétique, Dans la carcasse 1 est placé coaxialement un moufle 2 en acier magnétique pourvu d'un couvercle amovible 3. A l'intérieur , entre la carcasse 1 et le moufle 2, sont montés des électroaimants constitués par des noyaux 4 et des bobines 5. Les pièces polaires 6 des noyaux 4 des électroaimants sont orientées vers le moufle 2. the electric furnace for the chemothermal treatment of metal and alloy parts comprises a carcass 1, produced in the form of a closed magnetic circuit of magnetic steel, In the carcass 1 is placed coaxially a muffle 2 of magnetic steel provided with a removable cover 3. Inside, between the carcass 1 and the muffle 2, are mounted electromagnets constituted by cores 4 and coils 5. The pole pieces 6 of the cores 4 of the electromagnets are oriented towards the muffle 2.
Les éléments chauffants 7 du four sont réalisés sous la forme d'un enroulement bifilaire et placés sur la surface isolée du moufle 2. Entre les pièces polaires 6 des électroaimants et les éléments chauffants 7 du moufle 2,est interposé une isolation thermique 8. Dans le cuuvercle 3 est incorporé un système d'alimentation en gaz, comprenant une tubulure 9 d'entrée et une tubulure 10 de sortie. Les noyaux 4 des électroaimants sont fixés à la carcasse 1 par des vis Il, et les pièces polaires 6, par des vis 12. Une plaque ou bague porteuse 13 est fixée à la carcasse 1 du four à l'aide de goujons 14. La carcasse 1 est refroidie par l'eau circulant dans des canaux 15. La tension d'alimentation électrique du four pour le traitement chimio-thermique de pièces en métaux et alliages est appliquée aux bornes 16. The heating elements 7 of the oven are produced in the form of a two-wire winding and placed on the insulated surface of the muffle 2. Between the pole pieces 6 of the electromagnets and the heating elements 7 of the muffle 2, thermal insulation 8 is interposed. the cuuvercle 3 is incorporated a gas supply system, comprising an inlet pipe 9 and an outlet pipe 10. The cores 4 of the electromagnets are fixed to the carcass 1 by screws II, and the pole pieces 6, by screws 12. A carrier plate or ring 13 is fixed to the carcass 1 of the furnace by means of studs 14. The carcass 1 is cooled by the water circulating in channels 15. The electrical supply voltage of the furnace for the chemothermal treatment of parts made of metals and alloys is applied to the terminals 16.
La carcasse 1 repose sur des supports 17.The carcass 1 rests on supports 17.
la carcasse 1 (figure 2), réalisée sous-la forme d'un circuit magnétique fermé en acier magnétique, constitue un système magnétique avec les pièces polaires 6 des électroaimants, qui ssnt alignés suivant deux directions orthogonales. the carcass 1 (FIG. 2), produced in the form of a closed magnetic circuit made of magnetic steel, constitutes a magnetic system with the pole pieces 6 of the electromagnets, which are aligned in two orthogonal directions.
Le four électrique pour le traitement chimio-thermique de pièces en métaux et alliages fonctionne de la façon suivante. The electric oven for the chemothermal treatment of metal and alloy parts works as follows.
On ouvre le couvercle 3 (figure 1j du four, on charge les pièces dans le moufle 2, on ferme le couvercle 3 d'une manière étanche et on admet l'eau dans les canaux 15 du circuit de -refroidissement du four. En mSme temps, on admet de l'ammoniac dans le moufle 2 à travers la tubulure 9. The cover 3 is opened (FIG. 1j of the oven, the parts are loaded into the muffle 2, the cover 3 is closed in a sealed manner and water is admitted into the channels 15 of the oven cooling circuit. In the same way time, ammonia is admitted into the muffle 2 through the tube 9.
Le gaz usé sort du moufle 2 à travers la tubulure 10. Après avoir établi la circulation de gaz, on met les éléments chauffants 7 sous tension. Quand la température atteint "400 à 45O0C dans le moufle 2, on applique unè tension continue aux bobines 5 des dlectroaimants . Le courant circulant dans les bobines 5 des électroaimants engendre un flux magnétique, qui est concentré dans le moufle 2 par les pièces polaires 6.The used gas leaves the muffle 2 through the pipe 10. After having established the gas circulation, the heating elements 7 are energized. When the temperature reaches "400 to 450 ° C. in the muffle 2, a continuous voltage is applied to the coils 5 of the electromagnets. The current flowing in the coils 5 of the electromagnets generates a magnetic flux, which is concentrated in the muffle 2 by the pole pieces 6 .
En fonction des prescriptions relatives aux propriétés que doivent avoir les pièces, on crée dans le moufle 2 un champ magnétique d'intensité appropriée. En outre, en branchant les électrosimants dans un ordre déterminé, on obtient la configuration et la symétrie nécessaires du champ magnétique. According to the prescriptions relating to the properties which the parts must have, a magnetic field of appropriate intensity is created in the muffle 2. In addition, by connecting the electro-magnets in a determined order, the necessary configuration and symmetry of the magnetic field are obtained.
Le champ magnétique spécialenent engendré dans le moufle 2 crée la symétrie induite voulue dans le réseau cristallin des pièces traitées.The special magnetic field generated in the muffle 2 creates the desired induced symmetry in the crystal lattice of the treated parts.
L'intensité du champ magnétique est déterminée par l'intensité du courant circulant dans les bobines 5. Le champ magnétique provoque une scission ou subdivision correspondante des termes d'état énergétique (ou niveaux d'énergie), ce qui fait apparaître des liaisons spécifiques dans les phases de pénétration, en permettant ainsi de modifier -les propriétés physico-mécaniques des pièces, et par conséquent de régler la qualité du traitement. The intensity of the magnetic field is determined by the intensity of the current flowing in the coils 5. The magnetic field causes a corresponding split or subdivision of the terms of energy state (or energy levels), which gives rise to specific bonds in the penetration phases, thus making it possible to modify the physico-mechanical properties of the parts, and consequently to adjust the quality of the treatment.
L'action du champ magnétique est ensuite maintenue pendant la saturation et pendant le refroidissement jus- qu'à une température excluant l'oxydation à l'air de la surface des pièces à traiter. The action of the magnetic field is then maintained during saturation and during cooling down to a temperature excluding oxidation in air of the surface of the parts to be treated.
De la sorte l'utilisation d'une carcasse 1-ayant la fo: d'un circuit magnétique fermé, réalisé en acier magnétique, permet d'obtenir avec les électroaim-ants placés à l5ntdrleur de la carcasse 1 un circuit magnétique qui enveloppe le moufle 2 (figure 2) contenant les pièces à traiter et concentre le flux magnétique dans toute la zone de travail du four. La disposition relative des électroaimants suivant deux directions orthogonales permet de créer des champs magnétiques dé configurations diverses, ce qui donne la possibilité de faire varier la symétrie de champ du réseau cristallin des métaux et des alliages et de modifier ainsi les conditions dans lesquelles se déroulent les processus de diffusion. In this way the use of a carcass 1-having the fo: of a closed magnetic circuit, made of magnetic steel, makes it possible to obtain with the electromagnets placed at the edge of carcass 1 a magnetic circuit which envelops the muffle 2 (figure 2) containing the parts to be treated and concentrates the magnetic flux throughout the working area of the oven. The relative arrangement of the electromagnets in two orthogonal directions makes it possible to create magnetic fields of various configurations, which gives the possibility of varying the field symmetry of the crystal lattice of metals and alloys and thus modifying the conditions under which the diffusion process.
L'application du four électrique faisant l'objet de l'invention permet d'optimaliser les régimes de traitement et de conférer aux pièces-traitées la combinaison requise de propriétés physico-mécaniques. L'introduction des éléments consitutifs indiqués et leur disposition. The application of the electric furnace which is the subject of the invention makes it possible to optimize the treatment regimes and to confer on the treated parts the required combination of physical and mechanical properties. The introduction of the constituent elements indicated and their arrangement.
relative accroissent l'efficacité du four électrique de traitement chimio-thermique de pièces. relative increase the efficiency of the electric furnace for chemo-thermal treatment of parts.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8114574A FR2510244A1 (en) | 1981-07-27 | 1981-07-27 | Electric furnace for thermochemical treatment of metal workpieces - where electromagnets are used to provide strong magnetic field in muffle fed with reaction gas |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| FR8114574A FR2510244A1 (en) | 1981-07-27 | 1981-07-27 | Electric furnace for thermochemical treatment of metal workpieces - where electromagnets are used to provide strong magnetic field in muffle fed with reaction gas |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2510244A1 true FR2510244A1 (en) | 1983-01-28 |
| FR2510244B1 FR2510244B1 (en) | 1984-05-25 |
Family
ID=9260896
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR8114574A Granted FR2510244A1 (en) | 1981-07-27 | 1981-07-27 | Electric furnace for thermochemical treatment of metal workpieces - where electromagnets are used to provide strong magnetic field in muffle fed with reaction gas |
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| Country | Link |
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| FR (1) | FR2510244A1 (en) |
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1981
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| FR2510244B1 (en) | 1984-05-25 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| ST | Notification of lapse |