FR2579229A1 - Procede de durcissement superficiel d'objets en metal minces et dispositif pour sa mise en oeuvre - Google Patents

Procede de durcissement superficiel d'objets en metal minces et dispositif pour sa mise en oeuvre Download PDF

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Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN PROCEDE DE TRAITEMENT D'UN CERTAIN NOMBRE D'OBJETS EN METAL MINCES DE NATURE A AUGMENTER LEUR DURETE ET LEUR RESISTANCE A L'USURE, CE PROCEDE CONSISTANT EN UN PREMIER TRAITEMENT DESTINE A DURCIR LA SURFACE DES OBJETS PAR APPLICATIOND'UNE COUCHE DE NITRURE EPSILON, ET EN UN SECOND TRAITEMENT DESTINE A CORRIGER LA DEFORMATION PROVOQUEE PAR LE PREMIER TRAITEMENT, CE SECOND TRAITEMENT CONSISTANT A SOUMETTRE LESDITS OBJETS A SURFACE DURCIES A UN TRAITEMENT THERMIQUE TANDIS QU'ILS SONT MAINTENUS EMPILES EN COMPRESSION, LEDIT TRAITEMENT THERMIQUE ETANT REALISE A UNE TEMPERATURE ALLANT DE 150C A 600C PENDANT UNE DUREE SUFFISANTE POUR CORRIGER LA DEFORMATION SANS DIMINUER LA DURETE DE LADITE COUCHE SUPERFICIELLE DE NITRURE EPSILON.

Description

79229
PROCEDE DE DURCISSEMENT SUPERFICIEL D'OBJETS EN METAL MINCES
ET DISPOSITIF POUR SA MISE EN OEUVRE
La présente invention concerne la fabrication d'objets minces et plats présentant des surfaces durcies et en particulier des objets minces et plats qui ont tendance à être déformés au cours d'un procédé de
durcissement superficiel.
L'on sait comment durcir un objet, en acier par exemple, et l'on s'est rendu compte que si l'objet est mince le traitement de durcissement aura tendance à le déformer. Pour y remédier, on a coutume d'appliquer un second traitement tel qu'un traitement par recuit ou
revenu, et une pile d'objets minces durcis et déformés peut être mainte-
nue en compression et puis placée dans un four de traitement thermique, et soumise au traitement thermique (voir par exemple les brevets américains No 1535191, 2814580 et 3510367). Nos analyses ont démontré qu'un procédé d'aplatissement tel qu'un traitement par recuit ou revenu
va abaisser la dureté Vickers de l'objet de 900 à 500.
Un but de la présente invention est de proposer un procédé de durcissement d'un objet mince et plat de nature à lui conférer la dureté et la résistance à l'usure souhaitées et à corriger la déformation provoquée par le procédé de durcissement de façon à maintenir et même à améliorer le degré de dureté. La présente invention repose sur la conception que cet objet peut être réalisé en formant une couche superficielle en nitrure de fer epsilon pour conférer la dureté, et puis en corrigeant la déformation dans des conditions telles que la couche
superficielle de durcissement ne soit pas altérée. -
Sous l'un de ses aspects, la présente invention propose un procédé de traitement d'un certain nombre d'objets en métal minces de nature à augmenter leur dureté et leur résistance à l'usure, ce procédé consistant en un premier traitement destiné à durcir la surface des objets, mais lequel traitement a tendance à déformer les objets, et en un second traitement destiné à corriger la déformation provoquée par le premier traitement, le second traitement consistant à soumettre les objets à surfaces durcies à un traitement thermique tandis qu'ils sont
maintenus empilés en compression, caractérisé en ce que le premier trai-
tement est conçu pour appliquer aux objets minces une couche de nitrure
epsilon, et en ce que le traitement thermique est réalisé à une tempéra-
ture allant de 150 C à 600 C environ pendant une durée suffisante pour -2corriger la déformation sans diminuer la dureté de la couche
superficielle de nitrure epsilon.
Selon la présente invention, l'étape de post-nitruration est capitale si l'objet doit retrouver la planéité requise de manière que l'objet durci puisse être affecté à l'utilisation à laquelle il est destiné en présentant l'avantage que ses surfaces de travail possèdent une dureté maintenue ou augmentée. Le traitement thermique consiste à soumettre un certain nombre d'objets durcis, maintenus ensemble en compression bout à bout les uns contre les autres ou séparés par des pièces d'écartement. Le traitement est réalisé dans un four à une température de 150 C à 600 C environ; de préférence, la température de traitement est de l'ordre de 350 C, auquel cas le traitement a une durée
approximative d'une heure.
Bien que le traitement thermique de post-nitruration soit une étape simple à réaliser, plusieurs analyses ont été nécessaires avant de pouvoir déterminer que lui seul était responsable du fait que la forme de
l'objet retrouvait sa planéité initiale sans détérioration de la dureté.
Nous savons que d'autres ont essayé de résoudre ce problème de longue date, et n'ont pas réussi à fournir une réponse satisfaisante. Nos propres recherches ont démontré qu'un traitement préventif avant l'étape de nitruration est inefficace, tout comme l'est le traitement de chaque objet séparément. La pression seule et la chaleur seule ne donneront pas
le résultat souhaité.
L'objet mince et plat peut être adapté à n'importe quel usage industriel, par exemple un outil de coupe pour massicot, ou une tôle de rotor/stator. De manière caractéristique, en plus de sa minceur et de sa planéité, l'objet aura une forme complexe présentant des découpes etc. susceptible d'accentuer sa tendance à la déformation. L'objet mince aura,
de manière caractéristique, une épaisseur inférieure à 2mm.
L'étape de nitruration est adaptée pour conférer à l'objet en acier une meilleure résistance à l'usure, au grippage et à la fatigue. La nitruration peut être réalisée suivant l'une quelconque des techniques qui permettront la formation d'une couche de nitrure de fer epsilon sur celui-ci. De préférence, le traitement est un traitement thermique en phase gazeuse et peut comporter des traitements préliminaires et --3-ultérieurs tels qu'un traitement par trempe dans une émulsion d'huile ou d'huile/eau ou un refroidissement dans une atmosphère de protection, suivi, au choix, d'un dégraissage, d'un traitement thermique dans une atmosphère oxydante pour obtenir une couche superficielle riche en oxyde, l'application d'un revêtement de paraffine, un finissage de surface etc. Ces techniques font l'objet de la demande de brevet européen No 82.305400. 2-0077627 et du brevet américain équivalent No 4496401.Il est préférable de former une couche superficielle de nitrure de fer epsilon d'environ 25 microns d'épaisseur ce qui procure une amélioration considérable de la résistance à l'usure. Il est également possible d'effectuer une nitruration par un traitement dans un bain de sels fondus. L'acier dont est fait l'objet peut être un acier allié à faible teneur en carbone, un acier non-allié à faible teneur en carbone, un acier micro-allié ou équivalent. Dans le cas d'un acier micro-allié,
il doit contenir jusqu'à 0,3% de chrome, titane, niobium ou vanadium.
Un mode de réalisation de la présente invention va maintenant être décrit à titre d'exemple nullement limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels: les Figures 1A et lB représentent différentes plaques minces vues en plan, la Figure 2 représente une élévation de la déformation provoquée par le durcissement, la Figure 3 représente un dispositif de serrage utilisé pour le traitement thermique, et la Figure 4 représente le dispositif de serrage muni des plaques destinées à être soumises à un traitement thermique et à une compression. Des plaques plates P, ayant environ 2 mm d'épaisseur et pourvues d'un trou, telles que des lames de coupe-papier, ont été découpées à la forme requise. Les plaques ont été suspendues séparément sur des rails en porte à faux et puis passées dans un four afin de former une couche superficielle de nitrure de fer epsilon d'une épaisseur de l'ordre de 25 microns sur chaque surface à l'aide d'une technique selon la demande de brevet européen No 82.305400.2. Une mesure de la dureté -4- Viokers a été effectuée laquelle s'est avérée égale à 900 et l'on a noté que chaque plaque était déformée en ceci que les parties des surfaces
opposées n'étaient plus parallèles.
Des plaques minces P représentatives, de différentes formes, ainsi traitées sont présentées sur les Figures 1A et lB. Les plaques sont aplaties, mais comme le montre la Figure 2, le traitement de durcissement superficiel a tendance à les déformer si bien qu'elles ne sont plus plates. A la suite du traitement de durcissement superficiel, les plaques P ont été empilées sur un dispositif de serrage J représenté sur les Figures 3 et 4 des dessins. Le dispositif de serrage J comprend une longueur de boulon en acier B pourvue d'une partie filetée E à chaque extrémité. Un disque D présentant une surface plate est placé à une extrémité du boulon B, o il est maintenu par un écrou N prévu sur la partie filetée. Les plaques P durcies mais déformées, qui, comme illustré, peuvent avoir différentes formes, sont ensuite empilées sur la longueur du boulon B. Lorsqu'il y a une quantité suffisante de plaques P, un autre disque de serrage D est placé sur la plaque P supérieure et puis un écrou N est vissé sur l'extrémité adjacent E du boulon B de manière à placer les plaques P en compression une fois la pile jugée pleine. Le dispositif de serrage J a été placé dans un four et y a été maintenu à 350 C pendant environ une heure. Les plaques ont été otées et l'on a constaté que chacune avait repris sa forme initiale. Une nouvelle mesure
de la dureté Vickers a été effectuée laquelle était toujours égale à 900.
Chaque plaque a été ensuite affectée à l'usage auquel elle était destinée
avec l'avantage de la résistance à l'usure améliorée.
2S579229
-5-

Claims (10)

REVENDICATIONS
1. Procédé de traitement d'un certain nombre d'objets en métal minces de nature à augmenter leur dureté et leur résistance à l'usure, ce procédé consistant en un premier traitement destiné à durcir la surface des objets, mais lequel traitement a tendance à déformer lesdits objets, et en un second traitement destiné à corriger la déformation provoquée par le premier traitement, le second traitement consistant à soumettre lesdits objets à surfaces durcies à un traitement thermique tandis qu'ils sont maintenus empilés en compression, caractérisé en ce que ledit premier traitement est conçu pour appliquer auxdits objets minces une couche de nitrure epsilon, et en ce que ledit traitement thermique est réalisé à une température allant de 150 C à 600 C environ pendant une durée suffisante pour corriger la déformation sans diminuer la dureté de
ladite couche superficielle de nitrure epsilon.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit traitement thermique a une durée et une température sélectionnées
pour augmenter la dureté.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit traitement thermique est réalisé pendant une durée
approximative d'une heure à une température de l'ordre de 350 C.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications
précédentes, caractérisé en ce que ledit objet mince et plat a une
épaisseur maximale de 2mm.
5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits objets présentent des découpes qui accentuent leur tendance à la déformation.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications
précédentes, caractérisé en ce que lesdits objets minces sont recouverts chacun d'une couche superficielle de nitrure epsilon de l'ordre de 25
microns d'épaisseur.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications
précédentes, caractérisé en ce que ladite couche superficielle de nitrure epsilon a été formée à l'aide d'une technique selon la demande de brevet
européen No 82.305400.2-0077627.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications
précédentes, caractérisé en ce que ledit objet mince est fait d'un acier 6- micro-allié.
9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit acier micro-allié contient jusqu'à 0.3% de chrome, titane, niobium
ou vanadium.
10. Procédé selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que lesdits objets minces destinés à être soumis au traitement thermique sont empilés sur un dispositif de serrage (J) pourvu de disques
d'extrémités plats (D) et placé ensuite dans un four en vue dudit -
traitement thermique.
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