FR2719057A1 - Method of nitriding metallic surfaces - Google Patents
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Abstract
Description
PROCEDE POUR LA NITRURATION A BASSE PRESSION D'UNE PIECEPROCESS FOR LOW PRESSURE NITRURATION OF A PART
METALLIQUE.METALLIC.
La présente invention concerne un procédé pour la nitruration à basse pression d'une pièce métallique, par exemple en acier, en vue d'améliorer ses propriétés mécaniques en surface et, en particulier, sa résistance à l'usure. D'une façon générale, on sait qu'il existe à l'heure actuelle au moins trois types de traitement permettant d'effectuer cette nitruration, à savoir: la nitruration en bains de sels, la nitruration ionique et la The present invention relates to a process for the nitriding at low pressure of a metal part, for example of steel, in order to improve its mechanical properties on the surface and, in particular, its resistance to wear. In general, it is known that at present there are at least three types of treatment making it possible to carry out this nitriding, namely: nitriding in salt baths, ionic nitriding and
nitruration gazeuse.gas nitriding.
La nitruration par bain de sel est une technique particulièrement polluante et dangereuse en raison des rejets de gaz toxiques et des eaux de rinçage qu'elle engendre. En outre, elle impose à la main- d'oeuvre des conditions de travail difficiles. C'est la raison pour Nitriding in a salt bath is a particularly polluting and dangerous technique due to the release of toxic gases and the rinsing water it generates. In addition, it imposes difficult working conditions on the workforce. This is the reason
laquelle cette technique tend à disparaitre. which this technique tends to disappear.
La nitruration ionique fait intervenir une installation de traitement thermique sous vide relatif, spécialement équipée de manière à engendrer sur les pièces à traiter une décharge luminescente dans une atmosphère de gaz nitrurant. Cette technique présente l'inconvénient d'être -2relativement coûteuse et de ne pas convenir pour des pièces de forme complexe et, en particulier, de forme tubulaire, et ce, en raison des phénomènes de cathode creuse. La nitruration gazeuse consiste à porter les pièces à une température de traitement de l'ordre de 500 C à 600 C et de les balayer avec un gaz de nitruration tel que de l'ammoniac à la pression atmosphérique. Ce traitement présente l'inconvénient d'être relativement long et de consommer de grandes quantités de gaz de traitement. Pour cette même raison, ce type de traitement est également polluant. Pour tenter de réduire les quantités de gaz de traitement mises en jeu, on a également proposé d'effectuer le traitement à basse pression, à l'intérieur d'un four de traitement thermique sous vide. Toutefois, dans ce cas, on se heurte au fait qu'à la température de traitement, l'ammoniac subit une dissociation puis une recombinaison Ion nitriding involves a heat treatment installation under relative vacuum, specially equipped so as to generate a luminescent discharge on the parts to be treated in an atmosphere of nitriding gas. This technique has the drawback of being relatively expensive and of not being suitable for parts of complex shape and, in particular, of tubular shape, due to the phenomena of hollow cathode. Gaseous nitriding consists in bringing the parts to a treatment temperature of the order of 500 C to 600 C and sweeping them with a nitriding gas such as ammonia at atmospheric pressure. This treatment has the disadvantage of being relatively long and of consuming large quantities of treatment gas. For this same reason, this type of treatment is also polluting. In an attempt to reduce the quantities of treatment gas involved, it has also been proposed to carry out the treatment at low pressure, inside a vacuum heat treatment oven. However, in this case, we come up against the fact that at the treatment temperature, the ammonia undergoes dissociation and then recombination
des atomes d'azote actifs en azote moléculaire. nitrogen atoms active in molecular nitrogen.
Il est clair que ce processus de recombinaison va à l'encontre du but recherché, puisque seule une faible fraction du gaz injecté composée d'azote actif qui a échappé à la recombinaison pourra interagir avec le métal de la pièce à traiter pour obtenir le phénomène de nitruration. L'usage de moyens permettant d'éviter que le gaz de traitement n'atteigne la température de traitement avant d'être à proximité immédiate de la pièce n'est possible que dans un nombre très limité de cas et ne convient pas It is clear that this recombination process goes against the desired goal, since only a small fraction of the injected gas composed of active nitrogen which has escaped recombination will be able to interact with the metal of the part to be treated to obtain the phenomenon nitriding. The use of means making it possible to prevent the treatment gas from reaching the treatment temperature before being in the immediate vicinity of the part is only possible in a very limited number of cases and is not suitable
bien notamment dans le cas de pièces tubulaires. well especially in the case of tubular parts.
L'invention a plus particulièrement pour but de supprimer The invention more particularly aims to remove
ces inconvénients.these disadvantages.
- 3 - Elle propose à cet effet un procédé de traitement selon lequel le processus de nitruration est réalisé en portant les pièces à une température de traitement de l'ordre de 500 C à 600 C dans une atmosphère à basse pression, avec injection sur les pièces d'un gaz de traitement. Selon l'invention, ce procédé est caractérisé en ce que le gaz de traitement est un mélange gazeux comprenant au moins de l'ammoniac ainsi qu'un catalyseur favorisant la dissociation de l'ammoniac au contact des pièces à traiter et s'opposant à la recombinaison de l'azote actif - 3 - To this end, it proposes a treatment process according to which the nitriding process is carried out by bringing the parts to a treatment temperature of the order of 500 ° C. to 600 ° C. in a low pressure atmosphere, with injection on the parts of a process gas. According to the invention, this process is characterized in that the treatment gas is a gaseous mixture comprising at least ammonia as well as a catalyst promoting the dissociation of ammonia in contact with the parts to be treated and opposing recombination of active nitrogen
provenant de cette dissociation en azote moléculaire. from this dissociation into molecular nitrogen.
Avantageusement, le susdit catalyseur pourra consister en du protoxyde d'azote (N20), en de l'oxyde de carbone (CO), voire même en leur hydrocarbure tel que du méthane Advantageously, the above-mentioned catalyst may consist of nitrous oxide (N20), carbon monoxide (CO), or even their hydrocarbon such as methane
ou du propane.or propane.
Par ailleurs, le pouvoir nitrurant du mélange et, en conséquence, le type outre nature de la couche nitrurée de combinaison obtenue ainsi que la qualité de la couche de diffusion pourront être contrôlés en diluant le mélange gazeux dans une quantité d'azote moléculaire variable en fonction du résultat recherché (élimination des carbonitrures de fer en réseau qui fragilisent la pièce). Cette dilution permet notamment d'éviter ou de limiter la formation d'une couche de combinaison dite Furthermore, the nitriding power of the mixture and, consequently, the over-nature type of the combination nitrided layer obtained as well as the quality of the diffusion layer can be controlled by diluting the gaseous mixture in a quantity of variable molecular nitrogen. depending on the desired result (elimination of iron carbonitrides in a network which weaken the part). This dilution makes it possible in particular to avoid or limit the formation of a so-called combination layer.
couche blanche.white layer.
Le processus de diffusion de l'azote dans la couche superficielle du métal constituant les pièces à traiter pourra être en outre amélioré en faisant précéder la phase de traitement proprement dite par une phase de dépassivation préalable. Cette phase de dépassivation peut être obtenue en effectuant une injection d'un gaz de dépassivation composé par exemple d'ammoniac et/ou de l'hydrogène, la température des pièces étant alors supérieure à une température de seuil de l'ordre de -4 - 400 C. En réalité, le traitement de dépassivation pourra débuter pendant la phase de montée en température des pièces et pourra se poursuivre pendant la phase de maintien des pièces à la température de traitement (entre 500 C et 600 C). Bien entendu, dans le cas o le four est équipé de moyens permettant d'effectuer un traitement par bombardement ionique, cette dépassivation pourra être effectuée en engendrant sur les pièces une décharge luminescente dans une atmosphère d'hydrogène et d'argon à The nitrogen diffusion process in the surface layer of the metal constituting the parts to be treated can be further improved by preceding the actual treatment phase with a prior depassivation phase. This depassivation phase can be obtained by injecting a depassivation gas composed for example of ammonia and / or hydrogen, the temperature of the parts then being above a threshold temperature of the order of -4 - 400 C. In reality, the depassivation treatment may begin during the temperature rise phase of the parts and may continue during the phase of keeping the parts at the treatment temperature (between 500 ° C. and 600 ° C.). Of course, in the case where the oven is equipped with means making it possible to carry out a treatment by ion bombardment, this depassivation can be carried out by generating on the parts a luminescent discharge in an atmosphere of hydrogen and argon at
basse pression.low pressure.
Le four permettant la mise en oeuvre du procédé précédemment décrit consiste, de préférence, en un four du type de ceux utilisés pour la cémentation à basse pression qui comprend une enceinte, par exemple à double parois, constamment refroidie, un moufle réfractaire, logé à l'intérieur de l'enceinte, qui délimite un laboratoire à l'intérieur duquel les pièces à traiter peuvent être placées, des moyens de chauffage par rayonnement disposés à l'intérieur du laboratoire et des injecteurs de gaz de traitement traversant l'enceinte et The oven allowing the implementation of the process described above preferably consists of an oven of the type of those used for carburizing at low pressure which comprises an enclosure, for example with double walls, constantly cooled, a refractory muffle, housed at the interior of the enclosure, which delimits a laboratory inside which the parts to be treated can be placed, radiant heating means arranged inside the laboratory and treatment gas injectors passing through the enclosure and
le moufle pour déboucher à l'intérieur du laboratoire. the muffle to lead inside the laboratory.
Bien entendu, des moyens sont également prévus pour engendrer dans l'enceinte un vide relatif et des moyens Of course, means are also provided for generating in the enclosure a relative vacuum and means
de réglage du débit du gaz de traitement. for adjusting the process gas flow.
Il s'avère que contrairement aux préjugés défavorables résultant du coût élevé et des risques de corrosion de l'installation, ce type de four permet d'obtenir des résultats surprenants principalement dus au fait qu'il permet d'engendrer à l'intérieur du laboratoire un flux continu et homogène de gaz de traitement qui arrive sur les pièces à traiter à une température relativement basse, en dessous de la température de dissociation. Ceci est dû au fait qu'entre la paroi refroidie de l'enceinte et le moufle, la température demeure à un niveau relativement bas et que les échanges thermiques intenses qui s'effectuent essentiellement par rayonnement -5- n'affectent que le volume intérieur du laboratoire, c'est-à-dire des zones relativement proches des pièces à traiter. En conséquence, les gaz de traitement n'atteignent la température de traitement qu'au contact des pièces à traiter. De ce fait, une partie importante de l'azote actif libéré lors de cette dissociation agit sur les pièces à traiter avant même que le phénomène de recombinaison de l'azote actif en azote moléculaire puisse se produire. Les gaz résultant de cette dissociation sont ensuite aspirés par les moyens utilisés It turns out that contrary to the unfavorable prejudices resulting from the high cost and the risks of corrosion of the installation, this type of oven makes it possible to obtain surprising results mainly due to the fact that it makes it possible to generate inside the laboratory a continuous and homogeneous flow of treatment gas which arrives on the parts to be treated at a relatively low temperature, below the dissociation temperature. This is due to the fact that between the cooled wall of the enclosure and the muffle, the temperature remains at a relatively low level and that the intense heat exchanges which take place essentially by radiation -5- only affect the interior volume. of the laboratory, i.e. areas relatively close to the parts to be treated. Consequently, the treatment gases reach the treatment temperature only in contact with the parts to be treated. Therefore, a significant part of the active nitrogen released during this dissociation acts on the parts to be treated even before the phenomenon of recombination of active nitrogen into molecular nitrogen can occur. The gases resulting from this dissociation are then sucked up by the means used.
pour engendrer le vide relatif à l'intérieur du four. to generate the relative vacuum inside the oven.
Les effets de ce processus se combinent avec les effets du gaz catalyseur utilisé pour obtenir les résultats précédemment évoqués qui concernent aussi bien la qualité des résultats obtenus, les possibilités d'action sur les différents paramètres de traitement pour obtenir exactement les nuances souhaitées et les quantités de gaz de traitement mis en oeuvre (celles-ci peuvent être très réduites du fait du gain en rendement obtenu et de la The effects of this process are combined with the effects of the catalyst gas used to obtain the previously mentioned results which concern both the quality of the results obtained, the possibilities of action on the various treatment parameters to obtain exactly the desired nuances and the quantities of treatment gas used (these can be greatly reduced due to the gain in yield obtained and the
faible pression).low pressure).
Une installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention sera décrite ci-après, à titre d'exemple non limitatif, avec référence aux dessins annexés dans lesquels: La figure 1 est une représentation schématique de l'installation; La figure 2 est un diagramme temporel illustrant un cycle de traitement de nitruration réalisable à l'aide de An installation for implementing the method according to the invention will be described below, by way of nonlimiting example, with reference to the appended drawings in which: FIG. 1 is a schematic representation of the installation; FIG. 2 is a time diagram illustrating a nitriding treatment cycle that can be carried out using
l'installation représentée figure 1. the installation shown in Figure 1.
-6- Dans l'exemple représenté sur la figure 1, le four utilisé est de type à "parois froides", c'est-à-dire qu'il comprend une enceinte étanche 1 à double parois 2, 3 entre lesquelles circule un fluide de refroidissement tel que de l'eau. Grâce à cette particularité, le four présente une faible inertie thermique et donc des vitesses de refroidissement sensiblement supérieures à celles obtenues dans un four à parois chaudes. Ce point est primordial lorsqu'il s'agit de traiter des nuances d'acier sensibles à la corrosion par précipitation intergranulaire. A l'intérieur de l'enceinte 1 est disposé un moufle 4 en matériau réfractaire qui délimite un volume V constituant le laboratoire, à l'intérieur duquel les pièces 5 sont placées sur un support 6 porté par le fond de l'enceinte 1. Les pièces pourront être disposées en vrac sur plusieurs éléments grillagés disposés les uns au-dessus des autres. Le chauffage des pièces 5 à l'intérieur du laboratoire est assuré par des résistances chauffantes 7 connectées à un circuit d'alimentation extérieur. Le four est par ailleurs équipé d'une turbine de circulation des gaz utilisable notamment pour accélérer le refroidissement du volume intérieur de l'enceinte 1. Ce refroidissement est habituellement obtenu par introduction d'un gaz inerte (azote ou azote hydrogéné) à une pression inférieure à la pression atmosphérique, la convection de ce gaz étant assurée par -6- In the example shown in FIG. 1, the oven used is of the “cold wall” type, that is to say that it comprises a sealed enclosure 1 with double walls 2, 3 between which a coolant such as water. Thanks to this feature, the furnace has a low thermal inertia and therefore significantly faster cooling rates than those obtained in an oven with hot walls. This point is essential when it comes to treating steel grades susceptible to corrosion by intergranular precipitation. Inside the enclosure 1 is disposed a muffle 4 made of refractory material which delimits a volume V constituting the laboratory, inside which the parts 5 are placed on a support 6 carried by the bottom of the enclosure 1. The pieces can be arranged in bulk on several mesh elements arranged one above the other. The parts 5 are heated inside the laboratory by heating resistors 7 connected to an external supply circuit. The oven is also equipped with a gas circulation turbine which can be used in particular to accelerate the cooling of the interior volume of the enclosure 1. This cooling is usually obtained by introducing an inert gas (nitrogen or hydrogenated nitrogen) at a pressure lower than atmospheric pressure, convection of this gas being ensured by
la turbine 8.the turbine 8.
L'installation fait en outre intervenir des moyens de pompage 9 permettant d'établir, à l'intérieur de l'enceinte, un vide limite d'au moins 10-2 mbar afin d'assurer un niveau de purge suffisant. Ces moyens de pompage 9 sont commandés par un système de régulation 10 conçu de manière à maintenir une pression la plus constante possible dans l'enceinte de traitement 1 lors du cycle de nitruration. La mesure de la pression à l'intérieur de l'enceinte nécessite deux types de capteurs: 7- - des jauges "Pirani" ou "Penning" pour les faibles pressions, lorsqu'on veut obtenir un vide limite de purge, - un manomètre à membrane pour la pression de travail. L'admission des gaz de traitement à l'intérieur du four est assurée par un circuit d'injection de gaz 11 alimenté à partir de sources de gaz Si, S2, S3 par l'intermédiaire The installation also involves pumping means 9 making it possible to establish, inside the enclosure, a limit vacuum of at least 10-2 mbar in order to ensure a sufficient level of purge. These pumping means 9 are controlled by a regulation system 10 designed so as to maintain the most constant pressure possible in the treatment enclosure 1 during the nitriding cycle. Measuring the pressure inside the enclosure requires two types of sensors: 7- - "Pirani" or "Penning" gauges for low pressures, when a purge limit vacuum is desired, - a pressure gauge diaphragm for working pressure. The admission of the treatment gases inside the furnace is ensured by a gas injection circuit 11 supplied from gas sources Si, S2, S3 via
d'un mélangeur-régulateur de débit 12. a mixer-flow regulator 12.
La pression de travail doit permettre d'assurer un renouvellement correct de l'atmosphère avec une bonne pénétration de l'atmosphère dans les formes complexes (trous borgnes...) et de limiter au maximum les consommations de gaz et donc les rejets. Dans cet esprit, la pression a été fixée dans une fourchette de 200 à 400 mbar avec un taux de renouvellement constant: - la pression de 200 mbar correspondant à un minimum de consommation, et la pression de 400 mbar correspondant à un maximum de pénétration dans les alésages, les cavités ou les The working pressure must make it possible to ensure correct renewal of the atmosphere with good penetration of the atmosphere into complex forms (blind holes, etc.) and to limit gas consumption and therefore releases as much as possible. In this spirit, the pressure has been fixed in a range of 200 to 400 mbar with a constant renewal rate: - the pressure of 200 mbar corresponding to a minimum consumption, and the pressure of 400 mbar corresponding to a maximum penetration in bores, cavities or
formes complexes.complex shapes.
Le four peut être en outre équipé de moyens de traitement par bombardement ionique faisant par exemple intervenir un générateur électrique à haute tension connecté à la paroi de l'enceinte et à la structure de support des pièces à traiter. Dans le cadre du procédé selon l'invention, ces moyens de traitement peuvent être The oven can also be equipped with means of treatment by ion bombardment, for example involving a high voltage electric generator connected to the wall of the enclosure and to the support structure of the parts to be treated. In the context of the method according to the invention, these processing means can be
utilisés pour effectuer un décapage assisté par plasma. used to perform plasma assisted stripping.
Une particularité importante du four précédemment décrit réside dans le fait que: a) Le conduit d'injection de gaz de traitement 11 traverse successivement la double paroi 2, 3 du four, - 8 - l'espace intercalaire entre la paroi 3 et le moufle 4 avant de déboucher dans le laboratoire à proximité des pièces à traiter 5 et, de préférence, à distance des résistances électriques 7. De ce fait, avant de pénétrer dans le laboratoire, le gaz ne subit pas An important feature of the oven described above is that: a) The process gas injection pipe 11 successively passes through the double wall 2, 3 of the oven, - 8 - the intermediate space between the wall 3 and the muffle 4 before entering the laboratory near the parts to be treated 5 and, preferably, at a distance from the electrical resistances 7. Therefore, before entering the laboratory, the gas is not subjected to
d'échauffement notoire.notorious warm-up.
b) Le conduit d'aspiration 13 passe par la structure de support 6 des pièces à traiter 5 et débouche donc au niveau des pièces à traiter. De ce fait, le gaz de traitement se trouve aspiré vers les pièces. Il effectue donc un trajet axial de durée minimum avant de venir au contact desdites pièces. En conséquence, ce n'est qu'au contact des pièces qu'il se dissocie pour libérer de l'azote actif. Par contre, cet azote actif n'a pas le temps de subir une recombinaison en b) The suction duct 13 passes through the support structure 6 of the parts to be treated 5 and therefore opens at the level of the parts to be treated. As a result, the process gas is sucked into the rooms. It therefore performs an axial path of minimum duration before coming into contact with said parts. Consequently, it is only in contact with the parts that it dissociates to release active nitrogen. On the other hand, this active nitrogen does not have time to undergo a recombination in
azote moléculaire.molecular nitrogen.
Toutefois, l'invention ne se limite pas à une telle disposition: En effet, l'injection pourrait être réalisée en un autre emplacement, à l'intérieur du laboratoire, éventuellement à l'intérieur des pièces à traiter (cas des tubulaires). Dans ce cas, le conduit d'injection pourra passer dans la structure de support 6, l'aspiration s'effectuant alors en un autre emplacement du four, de préférence en un emplacement permettant d'obtenir un flux axial de gaz de traitement. A cet effet, le conduit d'injection ou le conduit d'aspiration pourront être prolongés par une buse d'injection ou une buse d'aspiration de forme appropriée par exemple pour réaliser l'injection ou l'aspiration à l'intérieur d'un tubulaire. Le mélange gazeux nitrurant utilisé pourra consister en un mélange constitué d'ammoniac (NH3), de protoxyde d'azote (N20) et d'azote (N2). Dans le cas d'une dépassivation assistée par plasma, on peut également However, the invention is not limited to such an arrangement: In fact, the injection could be carried out at another location, inside the laboratory, possibly inside the parts to be treated (case of tubulars). In this case, the injection pipe may pass into the support structure 6, the suction then being carried out at another location in the furnace, preferably at a location allowing an axial flow of treatment gas to be obtained. For this purpose, the injection pipe or the suction pipe may be extended by an injection nozzle or a suction nozzle of suitable shape, for example for carrying out the injection or the suction inside of a tubular. The nitriding gas mixture used may consist of a mixture consisting of ammonia (NH3), nitrous oxide (N20) and nitrogen (N2). In the case of plasma-assisted depassivation, it is also possible
utiliser de l'hydrogène (H2) et de l'argon (Ar). use hydrogen (H2) and argon (Ar).
-9 - Lors de la phase de nitruration, le mélange de base est constitué de 95 % à 97 % de NH3 et de 5 à 3 % de N20, -9 - During the nitriding phase, the basic mixture consists of 95% to 97% NH3 and 5 to 3% N20,
selon les nuances d'acier traitées. according to the steel grades treated.
Pour éviter ou limiter la formation d'une couche de combinaison dite "couche blanche", on peut diluer l'atmosphère avec de l'azote. Les proportions d'ammoniac et de protoxyde d'azote exprimées ci-dessus sont alors To avoid or limit the formation of a so-called "white layer" combination layer, the atmosphere can be diluted with nitrogen. The proportions of ammonia and nitrous oxide expressed above are then
appliquées à la proportion de gaz de complément à 100 %. applied to the proportion of complement gas at 100%.
La température de traitement peut varier entre 500 et 600 C selon les nuances traitées et le cahier des charges. La figure 2 montre les différentes phases successives d'un traitement de nitruration à basse pression, The treatment temperature can vary between 500 and 600 C depending on the nuances treated and the specifications. FIG. 2 shows the different successive phases of a nitriding treatment at low pressure,
conformément au procédé selon l'invention. according to the method according to the invention.
Une fois les pièces disposées sur la structure de support et le four refermé de façon étanche, on procède à une mise sous vide poussé du four à une pression de l'ordre Once the parts have been placed on the support structure and the furnace is closed in a leaktight manner, the furnace is placed under high vacuum at a pressure of the order
de 10-2 mbar, afin d'obtenir un purgeage du four. of 10-2 mbar, in order to obtain a purging of the oven.
On procède ensuite au chauffage des pièces à la pression de 10-2 mbar (phase de montée en température) pendant une The parts are then heated to a pressure of 10-2 mbar (temperature rise phase) for one
période T1.period T1.
Lorsque les pièces atteignent une température de l'ordre de 400 C et dans le cas o l'on souhaite effectuer une dépassivation sans bombardement ionique, on procède à une injection d'ammoniac seul (point I) puis on poursuit le chauffage jusqu'à l'obtention de la température de traitement TT sous une pression partielle d'ammoniac de When the parts reach a temperature of the order of 400 ° C. and in the case where it is desired to carry out a depassivation without ion bombardment, an injection of ammonia alone is carried out (point I) then heating is continued until obtaining the TT treatment temperature under a partial ammonia pressure of
l'ordre de 200 à 400 mbar.in the range of 200 to 400 mbar.
On réalise ensuite la phase de dépassivation proprement dite en maintenant les pièces à la température de The actual depassivation phase is then carried out by keeping the parts at the temperature of
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traitement, sous cette pression partielle d'ammoniac treatment, under this partial pressure of ammonia
pendant une période T2.during a T2 period.
Dans le cas o l'on effectue une dépassivation ionique, l'injection d'ammoniac est supprimée et la phase de dépassivation s'effectue sous une atmosphère de dépassivation classique, par exemple d'hydrogène et d'argon. Une fois la phase de dépassivation achevée, on entame la phase de nitruration proprement dite en injectant le gaz de traitement sur les pièces à traiter. Pendant cette phase de nitruration qui se poursuit pendant la période T3, les conditions de température et de pression sont In the case where ionic depassivation is carried out, the injection of ammonia is eliminated and the depassivation phase is carried out under a conventional depassivation atmosphere, for example hydrogen and argon. Once the depassivation phase is completed, the nitriding phase itself is started by injecting the treatment gas onto the parts to be treated. During this nitriding phase which continues during period T3, the temperature and pressure conditions are
maintenues.maintained.
Le cycle de nitruration se termine par une phase de refroidissement rapide, grâce à une injection de gaz de refroidissement inerte (azote ou azote hydrogéné), la circulation de ce gaz étant assurée par la turbine The nitriding cycle ends with a rapid cooling phase, thanks to an injection of inert cooling gas (nitrogen or hydrogenated nitrogen), the circulation of this gas being ensured by the turbine.
(période T4).(period T4).
Un avantage important du procédé précédemment décrit consiste en ce que, grâce au fait que le traitement est effectué à basse pression, il est possible d'obtenir une régulation rapide du potentiel nitrurant: Il suffit, en effet, de réaliser une purge du four et d'injecter un mélange différent (plus ou moins riche en azote) pour faire varier ce potentiel en quelques minutes, ce qui An important advantage of the method described above is that, thanks to the fact that the treatment is carried out at low pressure, it is possible to obtain rapid regulation of the nitriding potential: It suffices, in fact, to purge the oven and inject a different mixture (more or less rich in nitrogen) to vary this potential in a few minutes, which
n'est pas possible avec les procédés classiques. is not possible with conventional methods.
Par ailleurs, les rejets gazeux occasionnés par la nitruration à basse pression sont très faibles et sont facilement traitables comparés aux rejets engendrés par les bains de sels et les eaux de rinçage nécessaires aux traitements de nitruration en bains de sels. De plus, les conditions de travail ainsi que la sécurité du poste de Furthermore, the gaseous releases caused by nitriding at low pressure are very low and are easily treatable compared to the releases generated by the salt baths and the rinsing waters necessary for nitriding treatments in salt baths. In addition, the working conditions as well as the safety of the
travail sont de meilleure qualité.work are of better quality.
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Vis-à-vis de la nitruration ionique, le procédé selon l'invention met en oeuvre des moyens moins onéreux. Il permet d'effectuer, notamment sur des tubulaires, des traitements non réalisables par voie ionique en raison des phénomènes de cathode creuse. Il permet en outre la réalisation de traitements en vrac (impossible en ionique) en diminuant ainsi le coût de préparation de la charge. Par rapport à la nitruration gazeuse, le procédé selon l'invention permet d'améliorer le traitement de tubulaires de forte longueur par l'injection du mélange With respect to ionic nitriding, the method according to the invention uses less expensive means. It makes it possible to carry out, in particular on tubulars, treatments which cannot be carried out by ionic route because of the phenomena of hollow cathode. It also allows bulk treatments (impossible in ionic), thereby reducing the cost of preparing the charge. Compared to gas nitriding, the method according to the invention makes it possible to improve the treatment of very long tubulars by injecting the mixture
gazeux directement dans les tubulaires. gas directly into the tubulars.
En outre, il engendre une consommation de gaz et donc des In addition, it generates gas consumption and therefore
rejets gazeux moins importants (3 à 5 fois moindre). lower gas emissions (3 to 5 times less).
Des essais de traitement conformément au procédé selon l'invention seront décrits ci-après: Essai I Dans cet essai, il s'agissait de réaliser sur des galets de 6 et de 9,5 mm de diamètre, en acier de nuance Z85 WDCV 6 5 4 2 un traitement de nitruration en vrac. Le cycle de traitement a plus précisément compris: - une phase de dépassivation sous NH3 à 540 C pendant une durée de 30 mn, - une première phase de nitruration à 540 C pendant une heure, sous une atmosphère de traitement comprenant Treatment tests in accordance with the method according to the invention will be described below: Test I In this test, it was a question of carrying out on rollers of 6 and 9.5 mm in diameter, in steel of grade Z85 WDCV 6 5 4 2 a bulk nitriding treatment. The treatment cycle more specifically included: - a depassivation phase under NH3 at 540 C for a period of 30 min, - a first nitriding phase at 540 C for one hour, under a treatment atmosphere comprising
% N2 - 46,5 % NH3 - 3,5 % N20,% N2 - 46.5% NH3 - 3.5% N20,
- une deuxième phase de nitruration à 540 C pendant une heure et demi, sous une atmosphère de traitement - a second nitriding phase at 540 C for an hour and a half, under a treatment atmosphere
comprenant 80 % N2 - 18,6 % NH3 - 1,4 % N20. comprising 80% N2 - 18.6% NH3 - 1.4% N20.
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Ce traitement a permis d'obtenir les résultats suivants: - absence de couche de combinaison, - absence de carbonitrures en réseau, - profondeur conventionnelle de nitruration: 50 à 80 pm (HV0.1 coeur + 100), This treatment made it possible to obtain the following results: - absence of combination layer, - absence of networked carbonitrides, - conventional depth of nitriding: 50 to 80 μm (HV0.1 core + 100),
- dureté superficielle 2 950 HV5.- surface hardness 2 950 HV5.
Essai II Au cours de cet essai, des pignons automobiles en acier de nuance 40 CD 4 ont subi le cycle de traitement suivant: - une phase de dépassivation sous NH3 à 570 C pendant 30 mn, - une phase de nitruration à 540 C pendant 2 heures et quart sous une atmosphère de traitement comprenant Test II During this test, steel sprockets of grade 40 CD 4 steel underwent the following treatment cycle: - a depassivation phase under NH3 at 570 C for 30 min, - a nitriding phase at 540 C for 2 quarter hours under a treatment atmosphere including
% N2 - 60,5 % NH3 - 4,5 % N20.% N2 - 60.5% NH3 - 4.5% N20.
Ce traitement a permis d'obtenir les résultats suivants: - 10 à 20 pm de couche de combinaison, - 0,15 à 0,2 mm de couche de diffusion (HV0.1 coeur + 100), This treatment made it possible to obtain the following results: - 10 to 20 μm of combination layer, - 0.15 to 0.2 mm of diffusion layer (HV0.1 core + 100),
- dureté superficielle supérieure à 650 HV1. - surface hardness greater than 650 HV1.
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FR2719057B1 (en) | 1996-08-23 |
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