FR2689431A1

FR2689431A1 - Procédé et dispositif notamment de durcissement par ultrasons de pièces métalliques.

Info

Publication number: FR2689431A1
Application number: FR9204171A
Authority: FR
Inventors: Kulemin Anatoly; Fieffe-Prevost Patrick
Original assignee: TEKNOSON
Current assignee: TEKNOSON
Priority date: 1992-04-06
Filing date: 1992-04-06
Publication date: 1993-10-08
Anticipated expiration: 2012-04-06
Also published as: WO1993020247A1; FR2689431B1

Abstract

Ce dispositif comprend un transducteur (1) d'oscillations ultrasonores, un émetteur acoustique (2) réalisé en alliage de titane, disposé dans l'espace d'une manière déterminée et relié au transducteur (1) par une surface de contact (3), une chambre de travail (4) et un réflecteur (5). Il comporte en outre un mécanisme (6) de déplacement de l'émetteur (2) dans trois dimensions perpendiculaires les unes aux autres, le transducteur (1) est réalisé en disques piézocéramiques, l'émetteur (2) est réalisé en pièces forgées en alliage de titane avec des recuits à température élevée et stabilisateurs, la liaison de l'émetteur (2) avec le transducteur (1) est réalisée par une surface de contact (3) d'au moins 85 % de la surface globale de contact et la chambre de travail (4) est réalisée sous forme d'un tube creux reproduisant par son périmètre le contour de l'extrémité de travail de l'émetteur (2) avec des parois formées de tiges montées sur ressorts qui lors du déplacement de l'émetteur (2) avec la chambre de travail (4) reproduisent le relief de la surface à durcir.

Description

La présente invention concerne le domaine du durcissement des métaux par déformation plastique superficielle et saturation par des métaux et des corps non métalliques à l'aide de sources concentrées d'énergie, concrêtement de puissants ultrasons et peut être utilisée dans les secteurs de l'aviation, de l'automobile, de la construction de machines outils et dans d'autres secteurs de la construction de machines.

On connaît un procédé de durcissement superficiel de pièces par traitement au moyen de billes d'acier mises en mouvement par un champ ultrasonore dans un volume fermé, pendant un temps prédéterminé, dans le but d'accroître la qualité du traitement par réduction de la rugosité et accroissement de la régularité de déformation des surfaces traitées (voir S.U n" 1 391 135).

Un inconvénient du procédé indiqué réside dans la limitation des dimensions des pieces traitées et dans un rendement relativement faible du processus. Le procédé ne prévoit pas le traitement de pièces de grandes dimensions et le déplacement par un moyen quelconque du champ ultrasonore sur la surface traitée.

L'inconvénient indiqué est partiellement supprimé lors de l'utilisation d'un autre procédé de durcissement de surfaces de pièces en particulier de la surface interne de tuyaux, comprenant le traitement à l'aide de billes d'acier mises en mouvement par un guide d'ondes ultrasonores, avec répartition d'une poudre dans un milieu gazeux dans la chambre de travail, la pièce (tuyau) étant soumise à un mouvement de translation dans une direction par rapport au guide d'ondes avec une vitesse donnée, dans le but d'accroître les possibilités technologiques par traitement de tuyaux de grande longueur (SU. N" 1 655 997).

Un inconvénient du procédé indiqué réside dans le fait qu'il ne permet pas de traiter des pièces ayant des configurations complexes dans l'espace dans toutes les directions.

En outre, le déplacement de la pièce par rapport à la source acoustique n'est pas toujours possible en raison par exemple de la masse et des dimensions importantes de celle-ci.

La vitesse de déplacement de la pièce indiquée dans le procédé permet de créer un traitement uniforme de la cavité intérieure d'un tuyau rond, mais elle n'indique pas de possibilités de créer une surface avec des propriétés mécaniques et physiques données : rugosité, profondeur de la couche durcie, réduction du bruit des vibrations, résistance à l'usure.

Le procédé indiqué en second lieu ne donne pas de possibilité d'un traitement de pièces telles que des corps de révolution, par exemple d'arbres.

Dans le procédé indiqué en second lieu, on prévoit le traitement dans une chambre remplie d'air qui présente une résistance importante au déplacement des billes dans le champ ultrasonore, ce qui réduit le rendement du processus.

Le procédé indiqué en second lieu ne prévoit pas non plus l'utilisation de poudres de polymères, dont l'utilisation pour recouvrir les pièces peut donner une nouvelle qualité de surface, par exemple, une réduction du bruit de vibrations en exploitation.

Le procédé indiqué en second lieu, présente néanmoins un plus grand nombre de qualités subtantielles communes et constitue le procédé le plus proche du procédé suivant l'invention en ce qui concerne ses propriétés techniques et le résultat qu'il permet d'atteindre.

On connait un dispositif pour le durcissement des surfaces de pièces métalliques par ultrasons comprenant un transducteur magnétostrictif d'oscillations ultrasonores, un émetteur constitué d'un alliage de titane, disposé horizontalement et relié au transducteur, une chambre de travail et un réflecteur.

Un inconvénient du dispositif précité réside dans le fait qu'il ne permet pas de traiter de pièces de configuration complexe et de dimensions spatiales importantes, car un déplacement de la zone de travail dans l'espace selon une trajectoire complexe n'est pas prévu.

Le dispositif présente un rendement relativement faible, car, premièrement dans le dispositif, on utilise un transducteur magnétostrictif ayant un rendement relativement faible et deuxièmement, l'émetteur acoustique est réalisé en un alliage de titane sans traitement thermique spécial.

Il en résulte que les émetteurs acoustiques dans le dispositif cité en second lieu, ne permettent pas de développer des amplitudes d'oscillations supérieures à lOO,um et sont rapidement détruits par fatigue.

En outre, lors du traitement de surfaces internes dans le second dispositif, on utilise un réflecteur, ce qui complique la construction et rend impossible de traiter des orifices borgnes (fermés à une extrémité).

Néanmoins, le dispositif décrit en second lieu, se trouve être le plus proche du dispositif selon l'invention du point de vue technique et du point de vue du résultat atteint.

Le but de la présente invention est l'augmentation du rendement du processus, l'élargissement des possibilités technologiques par traitement de surfaces de pièces de grandes dimensions et de profils complexes, la création de propriétés mécaniques déterminées d'une surface à durcir ainsi que l'accroissement du coefficient d'utilisation du dispositif par augmentation de l'intensité de l'oscillation de l'émetteur.

L'invention a donc pour objet un procédé de durcissement de surfaces de pièces métalliques au moyen d'ultrasons, comprenant un traitement au moyen de billes de métal qui reçoivent de l'énergie d'un champ ultrasonore prenant naissance dans un espace fermé entre les surfaces d'un émetteur acoustique, d'une pièce et d'une chambre de travail remplie d'un milieu gazeux déterminé et un déplacement relatif entre la pièce et l'émetteur assuré de manière déterminée, caractérisé en ce que dans le but d'accroître le rendement du processus et d'élargir les possibilités technologiques du traitement des surfaces de pièces de grandes dimensions et de profil complexe, ainsi que de la création de propriétés mécaniques déterminées de la surface à durcir, le déplacement relatif est assuré en communiquant au radiateur une vitesse déterminée dans trois directions perpendiculaires les unes aux autres.

L'invention a également pour objet un dispositif pour le durcissement de surfaces de pièces métalliques par ultrasons, comprenant un transducteur d'oscillations ultrasonores de type déterminé, un émetteur acoustique réalisé et fabriqué en alliage de titane et disposé dans l'espace d'une manière déterminée et relié au transducteur par une surface de contact de valeur déterminée, une chambre de travail réalisée de manière déterminée et un réflecteur, caractérisé en ce que dans le but d'accroître le coefficient d'utilisation du dispositif par augmentation de l'intensité des oscillations de l'émetteur et de l'élargissement des possibilités technologiques du traitement de pièces de grandes dimensions et de profil complexe, le dispositif comporte en outre un mécanisme de déplacement de l'émetteur dans trois dimensions perpendiculaires les unes aux autres, le transducteur est réalisé en disques piézocéramiques, l'émetteur est réalisé en pièces forgées en alliage de titane avec des recuits à température élevée et stabilisateurs, la liaison de l'émetteur avec le transducteur est réalisée par l'intermédiaire d'une surface de contact qui constitue au moins 85% de la surface globale de contact tandis que la chambre de travail est réalisée sous forme d'un tube creux reproduisant par son périmètre le contour de l'extrémité de travail de l'émetteur avec des parois formées de tiges montées sur ressorts qui permettent lors du déplacement de l'émetteur avec la chambre de travail de reproduire le relief de la surface à durcir.

L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels
- la Fig.1 est une vue schématique en coupe partielle du dispositif de durcissement de surfaces de pièces métalliques suivant l'invention appliqué au traitement d'un moule;
- la Fig.2 est une vue schématique en perspective du dispositif de durcissement suivant l'invention appliqué à un corps de révolution de section variable; et
- la Fig.3 est une vue schématique du dispositif de durcissement suivant l'invention appliqué au traitement d'engrenages.

1 - Le procédé de durcissement des surfaces de pièces à l'aide d'ultrasons suivant l'invention est représenté schématiquement aux Fig.1 à 3.

Sur les dessins, on a représenté ce qui suit
Le numéro de référence 1 représente un transducteur piézo-électrique d'oscillations ultrasonores, le numéro de référence 2 représente un émetteur acoustique en alliage de titane, le numéro de référence 3 représente une surface de contact entre le transducteur et l'émetteur, 4 représente une chambre de travail formée de tiges à rappel élastique, 5 représente un réflecteur, 6 représente un mécanisme de déplacement de l'émetteur dans trois directions perpendiculaires les unes aux autres avec des vitesses déterminées, 7 représente une gorge de l'émet- teur, 8 et 9 sont des évidements pour la reception de billes d'acier 10 et d'une poudre 11, la référence 12 représente une pièce, sur la Fig.l, la pièce est un moule, sur la Fig.2 la pièce est un arbre, sur la Fig.3, la pièce est une roue dentée, par exemple un pignon.

Il résulte des figures 1 à 3 que l'émetteur acoustique 2 presente trois degrés de liberte et peut se déplacer dans l'espace selon une trajectoire la plus complexe en traitant des pièces de dimensions pratiquement illimitées, ce qui constitue un avantage substantiel en comparaison avec le procédé prevu exposé en second lieu.

2 - Ainsi que l'ont montré les recherches du
Demandeur, un paramètre fondamental qui détermine la qualite de la surface durcie, est la vitesse avec laquelle l'émetteur acoustique est déplacé le long de la surface traitée.

En fonction de la vitesse, on peut obtenir soit une rugosité déterminée, soit une profondeur déterminée de la couche durcie. Cependant, le paramètre fondamental qui détermine la qualité de la surface durcie est la regularite du traitement. La discussion et les deductions qui vont suivre reposent sur le fait qu ' une bille, en se déplaçant dans une chambre de travail, reçoit une energie cinétique de l'émetteur oscillant. Si la fréquence des oscillations est fo et l'amplitude des oscillations Ao, alors la vitesse de déplacement de l'extrémité active de l'émetteur est Vk = -2w foAo. Lors de l'entrée en contact d'une bille avec l'extrémité de l'émetteur, elle reçoit une vitesse Vo = -2 Vk à condition que la masse de la bille soit considérablement moins importante que la masse
M de l'émetteur, ce qui est pratiquement toujours respecté.Par régularite de traitement de surface, il faut entendre que n'importe quelle partie de cette surface sera recouverte d'empreintes plastiques résultant de chocs de billes, c'est à dire que n'importe quel point de la surface doit avoir été frappe ne serait-ce qu'une seule fois par une bille.

Il a été etabli par le Demandeur que le temps pendant lequel toute la surface S1 (Fig.l) de la pièce sera recouverte d'empreintes plastiques résultant de chocs de billes, dont le nombre est n, est donné par la relation: ta =

dans laquelle L est la distance entre la surface de l'émetteur et la surface de la pièce dans la zone de traitement, So et S1 sont les surfaces respectives de l'extrémité de travail de l'émetteur et de la surface traitée. Ro est le rayon des billes, 60,2 est la limite de fluage du matériau de la pièce, p est la masse spécifique du matériau des billes.Pour un traitement uniforme d'une région de largeur égale à la largeur de l'émetteur (désignée par la suite par bi) dans une direction ai, il est indispensable que la vitesse vi soit donnée par la relation

où i = 1,2,3 sont les numéros des directions perpendiculaires selon les plans, ai est la dimension linéaire de la source de rayonnement dans la direction i.

Si la vitesse de déplacement de l'émetteur est superieure à Vi, alors la surface ne sera pas totalement recouverte d'empreintes plastiques.

Si la vitesse de déplacement est inférieure à
Vi, la surface subit un écrouissage excessif (pelage); en d'autres termes dans les deux cas, il se produit une réduction de la qualité de la surface. Le respect de la valeur propose de la vitesse de déplacement Vi de l'émetteur permet d'obtenir un bon durcissement superficiel de la pièce.

3. Les recherches du Demandeur ont permis d'établir que pour la création d'une rugosité déterminée (pureté), une surface, qui est caractérisée numériquement par un écart constitué par la moyenne arithmétique du profil de la surface Ra, il est indispensable qu'une bille frappe la surface avec une vitesse

ceci signifie qu'on doit communiquer au radiateur une vitesse de déplacement dans une direction ai égale à

L'amplitude des oscillations de l'extrémité de travail de de l'émetteur doit être égale à

Si la vitesse de déplacement de l'émetteur est inférieure à la vitesse ViRa, alors premièrement il y aura un écrouissage de la surface, (voir 2) et deuxièmement la rugosité Ra sera supérieure à celle requise; si au contraire, la vitesse de déplacement de l'émetteur est supérieure à ViRa, alors la rugosité sera inférieure au Ra demandé et la surface ne sera pas durcie de façon uniforme me.

4. L'une des caractéristiques les plus importantes de la déformation plastique superficielle est la profondeur de la couche durcie ho. Par cette grandeur, on entend la profondeur à laquelle la micro-dureté ou la contrainte superficielle de compression n'ont pas diminué plus de e fois les valeurs maximales de la micro-dureté ou des contraintes à proximité de la surface.

Des recherches ont établi que pour la création d'une profondeur ho d'une couche durcie, il est indispen sable de communiquer à une bille d'acier de rayon Ro ayant une masse spécifique p, une vitesse égale à

Dans ce cas, il est indispensable de communiquer au radiateur, une vitesse de déplacement dans la direction ai, égale à

L'amplitude des oscillations de l'émetteur doit être égale à

Si la vitesse de déplacement de l'émetteur est supérieure à Viho, alors la profondeur de la couche durcie n'atteint pas la valeur ho sur toute la surface et si elle est inférieure, alors a lieu un écrouissage excessif et un accroissement de la profondeur au-delà de la valeur ho demandée.

En outre, le rendement du processus diminue et la dépense d'énergie augmente.

5. La présente invention permet d'élargir les possibilités technologiques des procédés de durcissement d'une surface par ultrasons par traitement des pièces du type corps de révolution, par exemple des arbres, des disques et autres, ce qui n' est pas supposé dans le procédé connu.

Le traitement de corps de révolution par ultrasons est mis en oeuvre selon le chemin représenté à la Fig.2. En principe, le schéma de la Fig.2 constitue un cas particulier du schéma général représenté à la Fig.l.

Des pièces, telles que des pièces de révolution, peuvent avoir un diamètre constant DO, un diamètre étagé avec des passages brusques d'un diamètre D1 à un autre D2 et avec une variation progressive de diamètre D(x) comme cela est représenté à la Fig.2.

Dans le cas général, si la variation du diamètre le long de la pièce peut être décrite sous forme d'une fonction
D(x) = DO t(x), (8) dans laquelle DO est le diamètre de l'extrémité de la pièce à partir de laquelle commence le traitement, t(x) est la fonction de variation du diamètre, par exemple du type SinKx, en"", Ax et autres, alors pour un durcissement uniforme de toute la surface, il est indispensable de communiquer au radiateur, une vitesse de translation qu'il est nécessaire de modifier avec la variation du diamètre selon la relation

I1 est alors indispensable de faire tourner la pièce en modifiant la vitesse annulaire selon la relation::

L'exemple décrit est commode lors du traitement de pièces soit d'un diamètre constant, soit d'un diamètre variable par degré. Lors d'une variation continue du diamètre de la pièce, par exemple ayant la forme d'un cône, d'une exponentielle ou d'autres formes continues, il est plus pratique de procéder par exemple comme le propose le Demandeur, en modifiant de façon continue l'amplitude d'oscillations au cours du processus de traitement selon la relation

dans laquelle Ao est l'amplitude des oscillations de l'émetteur lors du traitement à l'extrémité de la pièce, c'est à dire avec x = o (voir Fig.2), t(x) est la fonction de variation du diamètre selon l'axe de la pièce (dans le cas présent l'axe x).

La modification de l'amplitude est facile à réguler ou à imposer à l'aide d'un programme de modification de la puissance électrique de sortie du générateur.

Dans les cas où il est indispensable de conserver constante la vitesse de déplacement de l'émetteur, la vitesse angulaire de rotation et de l'amplitude d'oscillations pour un traitement uniforme d'une pièce de diamètre variable, il est pratique d'adopter la solution technique de la variation de la distance entre la surface de l'extrémité utile de l'émetteur et la surface de la pièce soumise au durcissement, la variation devant être régit par la relation :
1
L(x) = LO -
t(x) (12) dans laquelle LO est la distance entre l'émetteur et la pièce lors du traitement à l'extrémité de la pièce, c'est à dire avec x = 0.

Si l'émetteur et la pièce se déplacent et tournent respectivement avec des vitesses inférieures à vi(x) et (x) alors il se produit un écrouissage excessif de la surface et un pelage; si les vitesses correspondantes sont supérieures à vi(x) et (x), alors la surface est traitée de façon non uniforme et il subsiste des zones non durcies par ultrasons.

De manière analogue, si l'amplitude des oscillations est supérieure à la valeur

pour une section x donnée, alors la force des chocs des billes est suffisamment importante et il se produit un écrouis sage excessif de la surface (pelage); avec une amplitude inférieure à

pour une section déterminée x, la force des chocs des billes est relativement faible et la surface est traitée de façon non uniforme.

Pour une faible distance entre la surface d'extrémité de l'émetteur et la surface de la pièce L, c'est à dire inférieure à L(x)=LO 1/9(x) pour une section déterminée x a lieu un écrouissage excessif de la surface (pelage) et pour une valeur supérieure à L(x) pour x=constante donnée, le traitement sera uniforme sur toute la surface en raison de la réduction du nombre de chocs de billes.

8. Dans le processus de traitement ultrasonore, les corps actifs (billes d'acier) sont déplacés de façon intensive sous l'action d'un champ ultrasonore dans un milieu gazeux remplissant une chambre de travail. Dans le procédé connu, comme milieu précité, on utilisait l'air atmosphérique.

Une bille en se déplaçant dans un milieu gazeux avec une vitesse V rencontre une résistance
F1 = -V. 6rtpR0 = -24n2pR0f0A0 (13) où p est la viscosité du gaz.

De la relation (13), il résulte que moins la viscosité du milieu est importante, plus est petite la force qui agit sur la bille. La réduction de la vitesse lors du déplacement d'une bille pendant un temps tO est déterminée par l'expression

où m est la masse d'une bille.

Ainsi, pour augmenter la vitesse de déplacement d'une bille dans une chambre, il est nécessaire de la remplir de gaz ayant une viscosité inférieure à celle de l'air qui remplit la chambre dans le procédé connu et qui a une viscosité p = 185 pP (micropoise).

Des courants acoustiques et une pression de rayonnement déplacent les billes dans le volume, et leur communiquent une vitesse complémentaire. La force maximale de la pression de rayonnement agissant sur une bille est égale à 5Tt2R03
F2 = p0(4itA0f0)2
(15) dans laquelle pO est la masse spécifique du gaz, # est la longueur d'onde, de l'ultrason dans le gaz.

Il résulte de la relation (15) que plus la masse spécifique p est importante, plus la force F2 l'est. Par conséquent, il est logique de remplir la chambre d'un gaz ayant une masse spécifique aussi importante que possible.

Dans le procédé connu, il s'agit de l'air et p = 1,29.10-3 g/cm3 et par conséquent pour accroître l'intensité de durcissement, il est indispensable de remplir la chambre d'un gaz dont la masse spécifique p répond à la relation p > 1,29.10-3 g/cm3. Comme cela est indiqué par le Demandeur, la valeur de la vitesse maximale des courants acoustiques est 3(4#f0A0)2
Vn = (16)
16C dans laquelle C est la vitesse du son dans le milieu gazeux.

De la relation (16), on tire que plus la vitesse du son est faible, plus la vitesse des courants est forte.

Par conséquent, pour l'augmentation de l'intensité du durcissement, il est indispensable de remplir la chambre d'un gaz ayant une vitesse du son aussi faible que possible.

Dans le procédé connu, C = 3,31.104 cm/s, il est alors logique de remplir la chambre d'un gaz dont c < 3,31.104 cm/s. Comme l'ont montré les recherches, un gaz satisfaisant aux relations p < 185 pP, p > 1,29.10-3 g/cm3 et C < 3,31.104 cm/s est le bioxyde de carbone (gaz carbonique) ainsi qu'un certain nombre de gaz (voir tableau 1).

Ainsi, le traitement des pièces en milieu gazeux avec les propriétés indiquées permet d'accroître le rendement du processus de durcissement.

9. Dans le procédé connu, on introduisait dans la chambre de travail, une poudre métallique de type bisulfure de molybdène dans le but d'allier la surface avec son lubrifiant.

Dans le procédé suivant l'invention, il est proposé d'introduire dans la chambre une poudre d'un composé du type Téflon, une matière plastique fluorée et autres pour revêtir la surface en vue de réduire le bruit des vibrations lors de l'utilisation des pièces de type roue dentée et pignon.

Dans le cas présent, l'introduction de la poudre indiquée permet d'obtenir une propriété physique nouvelle, c'est à dire la réduction du bruit vibratoire.

Le dispositif suivant l'invention est représenté à la Fig.l. Ici 1, désigne un transducteur d'oscillations ultrasonores, 2 un émetteur acoustique, 3, une surface de contact entre le transducteur et l'émetteur, 4, une chambre de travail formée de tiges montées élastiquement, 5, un réflecteur, 6, un mécanisme de déplacement de l'émetteur dans trois directions perpendiculaires les unes aux autres avec des vitesses déterminées, 7, une gorge prévue sur l'émetteur, 8 et 9, des évidements pour loger des billes d'acier 10 et de la poudre 11.

Le mécanisme de déplacement de l'émetteur acoustique dans le dispositif suivant l'invention permet contrairement au dispositif connu décrit en second lieu, de traiter par ultrasons des pièces de surface les plus diverses et de dimensions pratiquement illimitées.

Le transducteur est réalisé en céramique piézoélectrique à la différence des transducteurs magnétostric tifs du dispositif connu et permet d'accroître le coefficient d'utilisation du dispositif de 1,5 à 2 fois, en raison de plus faibles pertes et d'une meilleure qualité des transducteurs piézo-électriques. En outre, les transducteurs piézo-électriques ne nécessitent pas de refroidissement à l'eau.

Bien que l'utilisation des transducteurs piézoélectriques ultrasonores soit largement connue, dans les dispositifs pour le durcissement superficiel du type décrits plus haut, cette utilisation est nouvelle.

Dans les descriptions connues de dispositifs de durcissement des pièces par ultrasons, on ne donne aucune recommandation pour la réalisation des radiateurs acoustiques. Dans le dispositif décrit en second lieu, on indique que l'émetteur est réalisé en un alliage de titane. Cependant, il a été établi par le Demandeur que pour présenter les propriétés fondamentales d'un émetteur acoustique, c'est à dire d'une forte amplitude d'oscillations (supérieure à 100 pm) et une forte résistance à la fatigue, il est indispensable de réaliser l'émetteur en pièces forgées d'alliage de titane, ces pièces devant, avant le forgeage, subir un recuit isothermique en deux stades après quoi, l'émetteur est réalisé surdimensionné et sans pratiquer de filetage et ensuite on réalise un recuit isothermique de stabilisation et seulement après ces opérations, on réalise le filetage.L'émetteur est réalisé strictement selon les côtes et est poli.

Les émetteurs réalisés de la manière indiquée permettent d'atteindre une amplitude d'oscillations à leurs extrémités de travail pouvant aller jusqu'à 150 pm, ce qui accroît le rendement du processus de durcissement (vitesse de traitement) de 2 à 3 fois. En outre, le nombre de cycles avant la destruction avec les amplitudes indiquées, est augmenté jusqu'à 108 alors qu'il était de 107 dans le dispositif connu.

L'un des faits, les plus importants qui déterminent le fonctionnement des systèmes ultrasonores est le contact acoustique entre le transducteur et l'émetteur.

Dans les dispositifs de durcissement des pièces à l'aide d'ultrasons, les émetteurs sont réalisés interchangeables et sont reliés aux transducteurs au moyen d'une liaison filetée. Pour la transmission de la puissance acoustique nécessaire de l'ordre de 1-2 KW, ainsi que l'on montré les recherches du Demandeur, il est indispensable que la surface de contact (d'applications) ne soit pas inférieure à 80% de la surface globale de contact du transducteur et de l'émetteur. Lors d'un contact inférieur à 85%, on n'atteint pas sur l'émetteur une amplitude d'oscillations supérieure à 100 pm, ce qui réduit fortement le coefficient d'utilisation du dispositif.

Lors du déplacement de l'émetteur selon un relief complexe d'une surface d'une pièce, il est nécessaire de disposer d'une chambre de travail fermée de façon étanche.

Dans les dispositifs connus, le traitement de motifs plans ou dans l'espace, était assuré sans déplacement de l'émetteur, c'est à dire en position statique de ce dernier. Pour chaque zone, il était indispensable de réaliser une chambre de travail sous forme d'un tuyau creux à l'une des extrémités duquel était ménagé un relief reproduisant la forme de la surface soumise au traitement, ce qui pour des surfaces importantes et de relief complexe était très compliqué et quelquefois pratiquement irréalisable.

Dans la présente invention, on propose un dispositif qui permet de traiter n'importe quelle surface du fait que la chambre de travail est réalisée sous forme d'un tuyau creux reproduisant selon son périmètre le contour de l'extrémité de travail de l'émetteur avec des parois réalisées au moyen de tiges montées élastiquement qui permettent lors du déplacement de l'émetteur, avec la chambre de travail, de reproduire le relief de la surface soumise au durcissement.

11. Dans le dispositif connu, le durcissement de la surface intérieure des pièces creuses, l'émetteur est disposé de façon horizontale et en face de lui on place un réflecteur. Une telle construction est très complexe. En outre, lors du traitement de pièces creuses de grands diamètres, les billes peuvent ne pas être reprises par le champ acoustique et rester partiellement à la partie inférieure de la surface interne de la pièce, ce qui réduit fortement le rendement du processus. De plus, lors du traitement de pièces relativement longues avec des orifices minces, l'émetteur plie sous l'effet de son propre poids et entre en contact avec la surface traitée, ce qui entraîne des brûlures, c'est à dire une détérioration de la qualité du traitement.

Selon la présente invention, l'émetteur est disposé de façon verticale. Dans ce cas, les billes sont mises en mouvement pour pratiquement n'importe quelle intensité d'oscillations et l'émetteur n'entre pas en contact avec la pièce, car il ne plie pas sous l'effet de son propre poids.

En outre, il est proposé de relier en une seule pièce, l'émetteur et le réflecteur en réalisant des gorges à l'extrémité de travail de l'émetteur, à une distance de cette extrémité égale à 0,04 à 0,05 de la longueur d'ondes W1 de l'ultrason dans le matériau de l'émetteur.

Si la distance à l'extrémité est inférieure à 0,04 Xl, alors a lieu une destruction rapide de la barrière, tandis que si cette distance est supérieure à 0,05 k1, les contraintes de signes variables qui se produisent dans la section réduite, entraînent une destruction par la fatigue du matériau à l'emplacement de la gorge.

La profondeur de la gorge est choisie comprise entre 0,2 et 0,3 des dimensions transversales de ltémet- teur D0. Avec une profondeur supérieure à 0,3 Do dans la gorge a lieu une destruction par la fatigue de l'émetteur et avec une profondeur à 0,2 D, il est impossible d'introduire des billes ayant la masse nécessaire. La largeur de la gorge est donnée égale à 2/2 où X2 est la longueur d'ondes de l'ultrason dans le milieu gazeux dans lequel a lieu le traitement.

Avec une colonne de gaz égale à k2/2 se créent des conditions optimales pour le développement de courants acoustiques et d'une pression de rayonnement.

Au fond de la gorge est ménagé un évidement pour recevoir une masse optimale de billes.

Le Demandeur a établi que si le volume libre de la chambre de travail est VO, alors la masse optimale de billes sera M = 2VORO/aAO où a=(1,7-2,3 x 102 cm3/g, coefficient de proportionalité.

Etant donné que dans l'émetteur proposé, le volume libre est constitué par le volume de la gorge, alors Sok2Ro
M1 = 8,4.102
K (17) où K = 1,7-2,3.10cm4/g. Ici, on prend Ao = 10.10-4 cm, ce qui est l'amplitude minimale pour laquelle le processus de durcissement a lieu.

Les dispositifs connus ne permettent pas de traiter des orifices borgnes.

Dans le dispositif suivant l'invention, à l'extrémité de travail de l'émetteur, est réalisé un évidement sphérique pour la réception de billes d'acier d'une masse
M2 = 103 B2SORO/K (18) tandis que l'extrémité proprement dite est placée à une distance égale à W2/2 pour créer des conditions optimales
de développement des courants et de la pression de rayon
nement.

Dans ce cas, le volume libre est constitué par
le volume entre l'extrémité de travail ayant une surface
S0, et la surface traitée c#est à dire S0 x #2/2.

On va maintenant exposer un exemple concret de
mise en oeuvre de l'invention.

1-4. On demande par exemple de traiter la
surface d'une pièce en acier 35XN2MFA-CH (appellation
russe) ayant subi un traitement thermique jusqu'à une
dureté HRC 50-51 (trempe à 860 C dans de l'huile et revenu
à 200 C pendant deux heures). Après le traitement thermi
que, on obtient un acier ayant les propriétés mécaniques suivantes 80,2 = 1630 MPa, âB = 1960 MPa (limite de
dureté).

Le traitement a été réalisé à l'aide de billes
de rayon R0 = 0,05 cm, avec une amplitude de déplacement
A0 = 20 m = 2.10-3 cm avec une fréquence d'oscillations f0
= = 17,5 KHz, L = 1,0 cm, S0 ~ S1 = 38 cm2. Le diamètre de
l'émetteur est D = 7,0 cm ou bien ce radiateur est de
section carrée ayant un côté Ai=6,2 cm, n = 103 billes.

Conformément à l'expression analytique 2 pour le
traitement régulier, il est indispensable de communiquer
au radiateur, une vitesse Vi = 7, Ocm(2.10-3cm. 5.10-2cm17,5. 10-31/s)2103 4.10-------------------------2,2.10-5s/cm=2,4cm/s
1,0cm 76 cm
Une vérification expérimentale montre qu'en
effet avec la vitesse indiquée, on obtient un traitement
régulier d'une bande de 7,0 cm de largeur dans l'acier
indiqué.

Il est ensuite nécessaire de créer une rugosité
Ra = 1,0 pm = 10-4 cm.

Selon l'expression analytique (4), il est indispensable pour se faire de communiquer au radiateur une vitesse égale à
7,0cm.10 10-8cm
VRa = 64 ---------------- .105 cm/s = 2,7 cm/s
1,0 cm.76cm2.2,2
L'amplitude des oscillations doit alors être égale
10-4 cm
A0 = 0,4--------------------------------- = 2.10- cm=20 m
5.10-2cm17,5.1031/s.2,2.10-5s/cm
Ainsi que l'a montré une vérification expérimentale, pour la création d'une rugosité, Ra E 1,Opm à la surface d'une pièce réalisée dans l'acier indiqué plus haut, il était indispensable de communiquer au radiateur une vitesse de l'ordre de 2,7 cm/s et à son extrémité de travail, une amplitude d'oscillations de 20pm
On suppose exiger ensuite la création d'une couche durcie ayant une profondeur de par exemple ho = 150 m = 1,5.102cm.

Alors, selon l'expression analytique (6), il est indispensable de communiquer au radiateur une vitesse
7,0cm.103.1,54.10-8cm4
Viha = 0,2------------------------------ = 27,3 cm/s 1,0cm.76cm2.25.104cm2.2,2.105s/cm
L'amplitude des oscillations devant alors être:
2,25.10-4cm A0 ------------------ = 5,5.10~3cm=55pm
42.25.10-4cm17,5.10 l/s.2,2.10-5s/cm
Ainsi qu'il en résulte des valeurs numériques obtenues, pour la création d'une profondeur relativement importante de la couche durcie à l'aide de billes aussi petites (R0 = 0,05 cm) sur un acier très dur, une amplitude d'oscillations et une vitesse de déplacements importantes sont exigées.

Une vérification expérimentale a confirmé l'exactitude de la déduction analytique des paramètres de traitement.

5-7. On suppose ensuite qu'il y ait lieu de traiter une surface d'un arbre de diamètre constant
Do = 30 cm réalisé en acier du type indiqué plus haut. Les paramètres de traitement seront pris identiques à ceux utilisés dans les opérations précédentes.

Ainsi qu'il résulte des expressions analytiques (9) et (10), pour un durcissement uniforme de toute la surface de l'arbre, il est indispensable de communiquer au radiateur une vitesse de translation 38cm2.3, Ocm4/s2 .103 Vio = 4.102 ----------------------- 2,2.10-5s/cm=0,14cm/s
3,14.1,0cm.30cm.76cm et de faire tourner la pièce avec une vitesse angulaire
7,0cm.3,0cm4/s.10 = = 8.102 ---------------------- 2,2.10-5 s/cm=0,16 1/s
30cm.1,0cm.76cm
Si les vitesses Vio et #0 ne conviennent pas pour le rendement du processus, elles peuvent être considérablement accrues par augmentation de l'amplitude d'oscillations A0, par exemple de 20 pm comme dans l'exemple précédent, jusqu'à 80 pm. Alors les vitesses Vi, et oO seront respectivement de 2,24 cm/s et de 2,56 1/s.

Le rendement du processus peut être accru en réduisant la distance L, par exemple de 1,0 cm à 0,5 cm.

Alors les vitesses Vi, et coO augmentent respectivement deux fois.

Le procédé suivant l'invention permet de traiter, c'est à dire de durcir ou de créer une rugosité superficielle déterminée, non seulement d'arbre de section constante, mais également d'arbres présentant des variations de section transversale quelconques, par exemple coniques. Dans ce cas, le diamètre varie selon la longueur par exemple d'après la relation
D(x)=D0(1-x/1) = Do t3(x) où 1 est la longueur axiale du cône, t(x) = (l-x/l) est une fonction sans dimension, Do est le diamètre à l'extré- mité du cône, pour x = O.

Si par exemple, Do = 30 cm et 1 = 100 cm, alors lors du traitement pour A0 = 2Opm et R0 = 0,05 cm, les vitesses Vi, = 0,14 cm/s et #0 = 0,16 1/s sont données constantes et l'amplitude d'oscillations est réduite en fonction de la distance de l'extrémité X = O selon la relation

D'une manière analogue, en laissant constants AO=20pm, Vi0 = 0,14 cm/s, wo = 0,16 1/s et L0 = 1,0 cm pour un traitement régulier du cône, il est possible d'accroître la distance entre l'émetteur et la nièce selon la relation

mais dans des limites raisonnables, sans discontinuité mathématique ;; ctest à dire par exemple à partir de la dernière expression, il s'ensuit que pour x = 100, la distance doit être accrue à l'infini. Simplement, il faut tenir compte du fait que le rayon final du cône, n'est pratiquement jamais égal à 0.

Il y a lieu de remarquer que lors du traitement de corps de révolution de section variable, il est possible de programmer l'amplitude d'oscillations A ou la distance L, non pas d'après la distance x, mais d'après le temps et sous la forme des relations #(#) = #(Vio#/l) où Vi, est la vitesse de translation de la source. Pour un cône, nar exemple

6. Pour la vérification du point relatif à l'admission des gaz dans la chambre de travail, on a réalisé un traitement par ultrasons d'échantillons en acier indiqué au paragraphe 1.4. Après traitement, on a pratiqué des épreuves de résistance à la fatigue par chocs successifs avec une fréquence de 620 chocs/mn et un coefficient d'asymétrie du cycle r = O avec une pression cyclique de 2100 MPa.La mise sous contrainte était réalisée sous la forme d'une courbure unilatérale de l'échantillon disposé sur deux appuis au moyen d'une charge concentrée. On utilisait des échantillons avec une entaille ouverte, l'angle d'ouverture étant de 90".

Régime de traitement des échantillons Ro = 0,05 cm, f0 = 17,5 KHz, n = 1000 pièces, Ao = 60 um,
L = 1,0 cm.

Dans une chambre de travail sous une pression de 1,2 ATM, on introduisait divers gaz; de l'air, du gaz carbonique (bioxyde de carbone), du propane ou de 1 ' argon.

Les résultats des expériences sont présentés dans le tableau annexé.

De ce tableau, il résulte que la durée de vie de l'acier 35XN2MFA précité après traitement dans une atmosphère de gaz carbonique est supérieure de 20 à 40% à celle résultant du traitement dans une atmosphère d'air, en outre le temps de traitement est réduit de 20 à 50%, c'est à dire que le rendement du traitement augmente.

Les résultats analogues mais moins importants, sont observés lors du traitement dans un mélange air-gaz carbonique, dans lequel p > 1,29.10-3 g/cm3, u < 185pP, C < 3,31.

10-4 cm/s.

Lors du traitement dans du propane ou de l'argon, dont la viscosité est supérieure à celle du gaz carbonique et de l'air, il y a également réduction du temps de traitement et on observe une certaine augmentation de la durée de vie des pièces. Cependant, ces gaz sont plus onéreux et certains sont dangereux du fait de leur caractère explosif (propane).

Ainsi, le traitement ultrasonore dans les gaz proposés, présente par rapport au procédé connu, les avantages suivants
- pour une puissance de l'équipement ultrasonore identique, on obtient une intensité plus importante du durcissement;
- pour une intensité de durcissement identique, une amplitude moindre est exigée à la sortie de l'émetteur, ce qui assure une dépense moindre d'énergie, une meilleure fiabilité et une durée de vie accrue des systèmes ultrasonores, étant donné qu'ils fonctionnent avec des contraintes cycliques moins importantes.

7. On a procédé à un traitement d'engrenages à dents obliques et à dents droites, en acier 30X13,45 et 40X. Avant le traitement ultrasonore, les engrenages étaient réalisés (mécaniquement) et traités thermiquement conformément à une documentation de construction et de technologie, c'est à dire que le traitement ultrasonore constituait une finition.

Le schéma du traitement des pignons est représenté à la Fig.3.

Les régimes de traitement correspondaient aux régimes décrits dans les exemples précédents f0 = 17,5 KHz, Ao = 60 um, Ro =0,05 cm, L = 1,0 cm.

Les pignons tournaient sous l'action du champ ultrasonore du fait du décalage de l'axe de rotation du pignon (Fig.3). Dans la chambre était ajoutée une poudre de matière plastique fluorée de dimensions de particules égales à 1 à 60,um et de masse globale égale à O,05g.

Après traitement ultrasonore, les pignons étaient assemblés dans le réducteur d'une pompe. La mesure du bruit global des vibrations a montré un niveau de -60 dB (décibels). Sans traitement ultrasonore, le niveau de bruit était de 80 dB. Ainsi, le traitement ultrasonore avec introduction dans la chambre de travail d'une poudre par exemple de matière plastique fluorée a permis de réduire le niveau de bruit de 20 décibels, alors que le décalage de l'axe du pignon par rapport au radiateur a permis de le faire tourner sans dispositif supplémentaire, ni énergie.

8. La chambre de travail 4 (Fig.l) est réalisée au moyen de tiges montées sur des ressorts, de 0,5 cm de diamètre et ayant une course libre de 5,0 cm, ce qui permet de traiter des surfaces ayant des variaticns de relief de 5,0 cm.

Ltémetteur est réalisé à partir de pièces forgées en alliage de titane qui étaient au préalable recuites à une température de 920"C t 100 pendant 4 à 5 heures, puis elles étaient refroidies avec le four jusqu'à 650oC + 10 et étaient maintenues pendant deux heures et étaient définitivement refroidies à l'air libre.

L'émetteur était réalisé selon les côtes mais avec une augmentation de dimensions de 0,05 à 0,1 cm de chaque côté et sans réalisation de filetage. Ensuite, l'émetteur est soumis à un recuit à 540"C + 100 pendant 2 à 2,5 heures après quoi, il est réalisé de façon précise conformément à son dessin avec réalisation du filetage.

Par exemple, il est indispensable de réaliser un émetteur de diamètre D = 3, ohm. Dans ce cas, à une distance de son extrémité de travail 1 = (0,04 à O,OS)hl = 1,16 à 1,45 cm où, k1 = 29,0 cm est la longueur d'ondes de l'ultrason d'une fréquence de 17,5 KHz dans un alliage de titane, on réalise une gorge. La largeur de cette gorge est choisie en fonction de la composition du milieu gazeux dans lequel est conduit le traitement. Dans le cas présent, le traitement est conduit dans un milieu de bioxyde de carbone (gaz carbonique) dans lequel X2 = 1,6 cm, de sorte que la largeur de la gorge est de 0,8 cm. La profondeur de la gorge doit être comprise dans les limites (0,2 à 0,3) Do = (0,6 à 0,9) cm, dans le cas présent, elle est de 0,7 cm.Pour la détermination de l'évidement dans la partie inférieure de la gorge, on utilise l'expression analytique (7), étant donné que le traitement est réalisé au moyen de billes de rayons R0 = 0,05 cm, leur masse se trouvant dans l'évidement est 7,0cm2.1,6cm.0,05cm
M1 = 8,4.10---------------------- = 2,3 g
2,0.102cm4/g le nombre de billes indispensable pour le traitement est:
M1 2,3g
n = ----- = -------- = 575 billes
m1 4,0.10- g où ml = 4/3 TCRo3p est la masse d'une bille.

Le volume global occupé par 575 billes de rayon
R0 = 0,05 cm est :
V1 = n.8RO3 = 0,57 cm3
Ainsi, le volume global de l'évidement doit être de 0,57 cm3.

Dans le cas présent, cet évidement est semiannulaire de rayon

Pour la détermination de l'évidement dans l'extrémité de travail de l'émetteur, on utilise la relation analytique (18).

La masse des billes indispensable pour le traitement d'orifices borgnes est 7,0cm2.1,6cm.0,05cm
M2 = 103 ------------------ - 2,5 g
2,0.102 cm4/g et le nombre de billes n = 675 billes.

Le volume global occupé par ces billes est V2 = 0,68 cm3.

Ainsi, à l'extrémité de travail de la source de rayonnement, doit être pratiqué un évidement de 0,68 cm3 de volume. L'évidement le plus pratique est un évidement sphérique dont le rayon est égal au rayon de l'émetteur, en l'occurence Do = 3,0 cm avec une flèche de segment h = 0,3 cm. Le schéma de l'émetteur est donné aux Fig.l à 3.

On a traité un moule de moulage sous pression ayant des dimensions de 34,0 x 42,0 cm et un relief en saillie avec des variations de hauteur de 3,5 cm réalisé en un acier du type donné au paragraphe 1.

Régime de traitement : f0 = 17,5 KHz, R0 = 0,05 cm, A0 = 60.10-4 cm, milieu gazeux bioxyde de carbone, L = 0,8 cm, diamètre de l'émetteur Do = 7,0 cm.

Le traitement était conduit de la manière suivante
Dans la chambre de travail 4 de la Fig.1, étaient disposées des billes de masse globale
38cm2.0,8cm.2.0,05cm
M0 = ------------------------ = 2,5g
2.102.60.10-4 cm3/g soit un nombre n = 625 pièces.

La pièce 12 (moule) est disposée au-dessus du radiaeur 2, comme cela est représenté à la Fig.1.

Le système ultrasonore comprenant le transducteur 1 et l'émetteur 2 est accordé pour une fréquence de résonance de 17,5 KHz selon le maximum du courant de sortie du générateur d'ultrasons. Ensuite, par régulation de la puissance électrique de sortie du générateur, on établit une amplitude d'oscillations A0 = 60.10-4 cm, après quoi, on communique au radiateur, au moyen du mécanisme 6, une vitesse dans la direction de traitement (2)
7,0cm(60.10-4cm.0,05cm.17,5.1031/s)2.625
Vi=4,10-------------------------------------------2,2.10-5s/cm
1,0 cm.76 cm2 = 14,0 cm/s
Etant donné que le moule présente une longueur de 34cm, le traitement d'une bande d'une largeur Do = 7,0 cm et de 42 cm de longueur prend un temps z = 42cm/14,0 cm/s = 3,0s. Ensuite, à l'aide du mécanisme 6, l'émetteur passe sur le secteur de 7 cm suivant.En résultat, on a réalisé 34,0 cm/7,0 cm = 5 bandes, et tout le traitement du moule a pris 15 secondes.

Après le traitement ultrasonore, à l'aide du dispositif suivant l'invention, la stabilité du moule c'est accrue de 2 à 3 fois.

Bien que dans la description qui précède, on utilise des billes d'acier, il est également possible d'envisager l'emploi de billes en un autre métal de dureté appropriée.

Par ailleurs, bien que dans les exemples décrits précédemment, le procédé et le dispositif de l'invention soient considérés comme appliqués au durcissement superf i- ciel de pièces métalliques, ils peuvent également être utilisés pour des applications telles que le nettoyage et le décapage de pièces.

TABLEAU
Influences des conditions du traitement ultrasonore sur la durée de vie des pièces.

Paramètres <SEP> du <SEP> Masse <SEP> spécifique <SEP> Vitesse <SEP> du <SEP> son <SEP> Viscosité <SEP> temps <SEP> de <SEP> Durée <SEP> de <SEP> vie/
<tb> milieu <SEP> et <SEP> régi- <SEP> g/cm <SEP> x <SEP> 103 <SEP> cm/s <SEP> x <SEP> 10-4 <SEP> #P <SEP> traitement <SEP> nombre <SEP> de <SEP> cymes <SEP> de <SEP> traite- <SEP> mn <SEP> cles <SEP> avant <SEP> desment <SEP> truction <SEP> avec
<tb> <SEP> #-2100MPa
<tb> <SEP> acler
<tb> <SEP> 35XN2MFA
<tb> Milieu <SEP> dans <SEP> la
<tb> chambre <SEP> de
<tb> travail
<tb> avant <SEP> traitement <SEP> néant <SEP> néant <SEP> néant <SEP> néant <SEP> 4x103
<tb> air/art/ <SEP> antérieur <SEP> 1,29 <SEP> 3,31 <SEP> 185 <SEP> 2,5 <SEP> (7,0-8,0)x103
<tb> gaz <SEP> carbonique/
<tb> procédé <SEP> de <SEP> l'invention <SEP> 1,85 <SEP> 2,77 <SEP> 145 <SEP> 1,5 <SEP> (1,0-1,3)x104
<tb> propane <SEP> 1,90 <SEP> 2,48 <SEP> 200 <SEP> 1,8 <SEP> (8,0-8,5)x103
<tb> argon <SEP> 1,78 <SEP> 2,50 <SEP> 225 <SEP> 1,9 <SEP> (9,0-9,5)x103
<tb>

Claims

REVENDICATIONS

1. Procédé de durcissement de surfaces de pièces métalliques au moyen d'ultrasons, comprenant un traitement au moyen de billes de métal (10) qui reçoivent de l'énergie d'un champ ultrasonore prenant naissance dans un espace fermé entre les surfaces d'un émetteur acoustique (2), d'une pièce (12) et d'une chambre de travail (4) remplie d'un milieu gazeux déterminé et un déplacement relatif entre la pièce (12) et l'émetteur (2) assuré de manière déterminée, caractérisé en ce que dans le but d'accroître le rendement du processus et d'élargir les possibilités technologiques du traitement des surfaces de pièces de grandes dimensions et de profil complexe, ainsi que de la création de propriétés mécaniques déterminées de la surface à durcir, le déplacement relatif est assuré en communiquant au radiateur (2) une vitesse déterminée dans trois directions perpendiculaires les unes aux autres.

2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que lors du traitement de surfaces essentiellement planes, dans le but d'améliorer la qualité par création d'une couche durcie uniforme sur toute la surface de la pièce, on communique au radiateur (2) une vitesse de valeur

où i = 1,2,3 sont les numéros des directions perpendiculaires selon les plans, ai est la dimension linéaire de la source de rayonnement dans la direction i (cm), Ro est le rayon des billes (cm), Ao est l'amplitude des oscillations de la surface de l'émetteur, f0 est la fréquence d'oscillation de la source de rayonnement, 60,2 est la limite de fluage du matériau de la pièce traitée en kgf/cm2, p est la masse spécifique du matériau d'une bille (10) en g/cm3, n est le nombre de billes dans le champ ultrasonore (nombre sans dimension), SO est la valeur de la surface oscillante de l'émetteur (2) se trouvant dans la chambre de travail (cm2), S1 est la valeur de la surface de la pièce (12) se trouvant immédiatement au-dessus de l'émetteur (cm2), L est la distance entre la surface rayonnante et la surface de la pièce (cm).

3. Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que dans le but de créer une rugosité déterminée de la surface, on communique à 1 ' émetteur (2) une vitesse égale à

l'amplitude des oscillations de l'émetteur (2) étant rendue égale à

où Ra est l'écart arithmétique moyen du profil de la surface-rugosité (cm).

4. Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que dans le but d'obtenir une profondeur déterminée de la couche durcie, on communique à l'émetteur (2) une vitesse égale à

l'amplitude des oscillations de l'émetteur étant rendue égale à

où ho est la profondeur de consigne de la couche durcie (cm).

5. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que lors du traitement de surfaces de pièces, essentiellement de corps de révolution, dans le but d'améliorer la qualité par création d'une couche durcie uniforme sur toute la surface de la pièce, on communique à l'émetteur (2) une vitesse de translation en modifiant sa valeur le long de l'axe selon la relation

la pièce étant entraînée en rotation en modifiant sa vitesse angulaire selon la relation

où D = Dot(x) est le diamètre variable de la pièce le long de son axe x, Do est le diamètre de l'extrémité à partir de laquelle commence le traitement c'est-à-dire pour x = O, a4(x) est une fonction sans dimension de variation du diamètre, b1 sont les dimensions linéaires de l'émetteur (2) dans la direction de la rotation (cm).

6. Procédé suivant la revendication 5, caractérisé en ce que le traitement est assuré avec des vitesses constantes de déplacement de la source et de rotation de la pièce respectivement

tandis que dans le processus de traitement on modifie l'amplitude des oscillations en fonction de la distance x par rapport à l'extrémité de la pièce selon la relation:

où Ao est l'amplitude des oscillations de l'émetteur (2), lors du traitement à l'extrémité de la pièce c' est-à-dire x = O.

7. Procédé suivant la revendication 6, caractérisé en ce que le traitement est assuré avec des vitesses constantes de déplacement de la source ViO, de rotation wo et une amplitude d'oscillations A0 tandis que dans le processus de traitement on modifie la distance entre la surface de l'extrémité de travail de l'émetteur (2) et la surface de la pièce selon la relation

L(x) = Lo 1 'p(x) où Lo est la distance entre l'émetteur (2) et la pièce (12) lors du traitement à l'extrémité de la pièce c'est-à-dire pour x = O.

8. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que dans le but d'accroître le rendement du processus par accroissement de rayonnement acoustique et de la vitesse des courants acoustiques dans la chambre de travail (4) ainsi que par réduction de la résistance au déplacement des billes (11) dans le milieu gazeux, le traitement ultrasonore est réalisé avec introduction d'un milieu gazeux ayant une masse spécifique supérieure à 1.29.10-3g/cm3. une viscosité inférieure à 185 pP et une vitesse du son inférieure à 3,31.104 cm/s, par exemple du bioxyde de carbone.

9. Procédé suivant l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que lors du traitement essentiellement de roues dentées, dans le but d'accroître la qualité par réduction du bruit de vibration pendant l'utilisation et de réduire l'énergie utilisée lors du traitement, le traitement ultrasonore est réalisé avec admission dans la chambre de travail (4) d'une poudre (11) finement dispersée de polymères par exemple de matière plastique fluorée tandis que l'axe de rotation de la roue dentée est décalé par rapport à l'axe de l'émetteur.

10. Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les billes (10) sont en acier.

11. Dispositif pour le durcissement de surfaces de pièces métalliques par ultrasons, comprenant un transducteur (1) d'oscillations ultrasonores de type déterminé, un émetteur acoustique (2) réalisé et fabriqué en alliage de titane, disposé dans l'espace d'une manière déterminée et relié au transducteur (1) par une surface de contact (3) de valeur déterminée, une chambre de travail (4) réalisée de manière déterminée et un réflecteur (5), caractérisé en ce que dans le but d'accroître le coefficient d'utilisation du dispositif par augmentation de l'intensité des oscillations de l'émetteur (2) et de l'élargissement des possibilités technologiques du traitement de pièces de grandes dimensions et de profil complexe, le dispositif comporte en outre un mécanisme (6) de déplacement de l'émetteur (2) dans trois dimensions perpendiculaires les unes aux autres, le transducteur (1) est réalisé en disques piézocéramiques, l'émetteur (2) est réalisé en pièces forgées en alliage de titane avec des recuits à température élevée et stabilisateurs, la liaison de l'émetteur (2) avec le transducteur (1) est réalisée par l'intermédiaire d'une surface de contact (3) qui constitue au moins 85% de la surface globale de contact tandis que la chambre de travail (4) est réalisée sous forme d'un tube creux reproduisant par son périmètre le contour de l'extrémité de travail de l'émetteur (2) avec des parois formées de tiges montées sur ressorts qui permettent lors du déplacement de l'émetteur (2) avec la chambre de travail (4) reproduisent le relief de la surface à durcir.

12. Dispositif suivant la revendication ll, caractérisé en ce que lors du durcissement principalement d'une surface intérieure de pièces creuses, dans le but de simplifier la construction du dispositif, l'émetteur (2) est disposé de façon verticale, l'émetteur (2) et le réflecteur (5) sont réalisés comme un tout en ménageant à l'extrémité supérieure de l'émetteur (2), à une distance de son extrémité de travail égale à 0,04 à 0,05 de la longueur d'onde X1 de l'ultrason dans le matériau de l'émetteur, une gorge (7) de largeur égale à la moitié de la longueur d'onde, tel/2, de l'ultrason dans le milieu gazeux, de profondeur égale à 0,2 à 0,3 des dimensions transversales de l'émetteur (2) et ayant dans son fond un évidement (9) pour loger des billes d'acier (10) de masse

M1 = 8,4.10 S0#2R0-

K

où K = 1,7-2,3.102 cm4/2 est un coefficient de proportionnalité.

13. Dispositif suivant la revendication 12, caractérisé en ce que lors du durcissement principalement d'une surface intérieure d'une pièce creuse borgne, à l'extrémité supérieure de l'émetteur est ménagé un évidement sphérique (8) pour la réception de billes d'acier (10) d'une masse M2 = 103 Xs

K