FR2832735A1 - Device for cementation by depression of a marginal zone of a metallic component is performed in a reaction chamber fed by a reaction gas injection system providing a homogeneous concentration - Google Patents
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Abstract
Description
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Etat de la technique
La présente invention concerne un dispositif et un procédé de cémentation en dépression d'une zone marginale d'une pièce métallique comportant une chambre de réaction dans laquelle se trouve un support pour la pièce et dans laquelle débouche un embout tubulaire servant d'installation d'injection d'un gaz de réaction. State of the art
The present invention relates to a device and a method for carburizing in depression a marginal zone of a metal part comprising a reaction chamber in which is a support for the part and in which opens a tubular end piece serving as installation for injection of a reaction gas.
Un tel dispositif et un tel procédé sont connus selon la pratique, et sont utilisés pour la cémentation d'une pièce fabriquée en acier selon lequel on enrichit en carbone la couche marginale d'un acier à faible teneur en carbone, c'est-à-dire que l'on renforce la concentration en carbone avant de faire la cémentation de la pièce. Habituellement, on utilise un four sous vide comportant une chambre de réaction dans laquelle on introduit les pièces à cémenter placées sur des supports de charges. La chambre de réaction est traversée par un gaz de réaction fournissant du carbone pour enrichir en carbone la zone marginale de la pièce. Dans le cas de la cémentation en dépression avec décomposition thermique du gaz de réaction, c'est-à-dire des hydrocarbures, on injecte les gaz de réaction dans la chambre de réaction de façon pulsée pendant les différentes étapes du procédé ; la chambre de réaction est en alternance mise sous vide et/ou exposée à de l'azote pulsé. Such a device and such a method are known in practice, and are used for the case hardening of a part made of steel according to which the marginal layer of a low carbon steel is enriched with carbon, i.e. -to say that the carbon concentration is reinforced before cementing the part. Usually, a vacuum oven is used comprising a reaction chamber into which the pieces to be cemented placed on load carriers are introduced. The reaction chamber is traversed by a reaction gas supplying carbon to enrich the marginal zone of the part with carbon. In the case of carburizing under vacuum with thermal decomposition of the reaction gas, that is to say of hydrocarbons, the reaction gases are injected into the reaction chamber in a pulsed manner during the various stages of the process; the reaction chamber is alternately placed under vacuum and / or exposed to pulsed nitrogen.
En pratique, le gaz de réaction est fourni aux orifices d'injection d'un distributeur par des conduites d'alimentation. Ces orifices dits d'injection (ou encore orifices d'éjection) sont réalisés dans un embout tubulaire et par lesquels le gaz arrive à vitesse élevée dans la chambre de réaction. Le gaz de réaction qui passe par l'orifice d'injection respectif dans la chambre de réaction arrive également directement sur la pièce ou sur ce qui est appelé la charge. De cette manière, on a des jets locaux qui tombent sur la pièce dont on veut enrichir la teneur en carbone ; cela peut se traduire par un dépôt incontrôlé de carbone qui peut entraîner soit une surcharge de carbone soit une formation de suie. In practice, the reaction gas is supplied to the injection orifices of a distributor by supply lines. These so-called injection orifices (or ejection orifices) are produced in a tubular end-piece and through which the gas arrives at high speed in the reaction chamber. The reaction gas which passes through the respective injection orifice in the reaction chamber also arrives directly on the part or on what is called the charge. In this way, we have local jets that fall on the part which we want to enrich the carbon content; this can result in an uncontrolled carbon deposition which can lead to either carbon overload or soot formation.
Un excédent de carbone conduit à un développement de carbure lédéburitique, diminuant la résistance ou la dureté de la pièce dans la partie correspondante. Une telle pièce avec un excédent de carbone est en général inutilisable. An excess of carbon leads to the development of ledeburitic carbide, reducing the resistance or hardness of the part in the corresponding part. Such a part with an excess of carbon is generally unusable.
S'il y a dépôt de suie, il faut nettoyer la pièce après la cémentation au cours d'une étape supplémentaire pour enlever la suie, ce qui constitue un inconvénient. If soot is deposited, the part must be cleaned after carburizing in an additional step to remove the soot, which is a drawback.
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En outre, les orifices d'injection des fours de cémentation, à gaz, connus, sont en acier et du fait des contraintes thermiques, chimiques ou mécaniques, ces orifices sont exposés à une usure plus forte. In addition, the injection ports of known cementation gas furnaces are made of steel and, due to thermal, chemical or mechanical stresses, these orifices are exposed to greater wear.
Exposé de l'invention
La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et concerne à cet effet un dispositif du type défini ci-dessus, caractérisé en ce que l'embout tubulaire comporte au moins un orifice d'injection réalisé pour que l'injection du gaz de réaction par l'embout crée dans l'environnement de la pièce une concentration de gaz de réaction essentiellement homogène. Ce dispositif selon l'invention a l'avantage d'éviter le développement de jets arrivant directement sur la pièce, ce qui par conséquent évite une surcharge locale de carbone de la pièce. Statement of the invention
The object of the present invention is to remedy these drawbacks and to this end relates to a device of the type defined above, characterized in that the tubular end piece comprises at least one injection orifice made so that the injection of the gas of reaction by the nozzle creates in the room environment a substantially homogeneous concentration of reaction gas. This device according to the invention has the advantage of avoiding the development of jets arriving directly on the part, which consequently avoids a local carbon overload of the part.
La concentration de gaz de réaction essentiellement homogène dans l'environnement de la pièce peut s'obtenir notamment en ce que l'on choisit la direction de l'orifice d'injection pour éviter tout jet direct du gaz de réaction sur la pièce. Ainsi, après introduction du gaz de réaction dans la chambre de réaction, le gaz de réaction servant de vecteur de carbone entre en turbulences et on a ainsi une homogénéisation poussée de l'atmosphère régnant dans la chambre de réaction. Dans l'ensemble de la chambre de réaction on aura ainsi un enrichissement homogène en carbone, ce qui exclut par conséquent tout excédent local de carbone sur la pièce. The concentration of essentially homogeneous reaction gas in the environment of the part can be obtained in particular by choosing the direction of the injection orifice to avoid any direct jet of the reaction gas on the part. Thus, after introduction of the reaction gas into the reaction chamber, the reaction gas serving as a carbon carrier enters into turbulence and there is thus a high homogenization of the atmosphere prevailing in the reaction chamber. In the whole of the reaction chamber there will thus be a homogeneous carbon enrichment, which consequently excludes any local excess of carbon on the part.
Le dispositif selon l'invention peut s'appliquer à la fois à un four à vide fonctionnant avec une pression partielle d'azote de l'ordre de 10 mbars, c'est-à-dire un quasi vide ou encore un four à vide travaillant dans un vide poussé de 10-3 mbars jusqu'à 10-2 mbars. The device according to the invention can be applied both to a vacuum oven operating with a partial nitrogen pressure of the order of 10 mbar, that is to say a quasi-vacuum or even a vacuum oven working in a high vacuum from 10-3 mbar up to 10-2 mbar.
Le dispositif selon l'invention peut utiliser n'importe quel gaz de réaction adapté à l'application. C'est ainsi que par exemple on peut utiliser un gaz de réaction servant de gaz de cémentation, avec des hydrocarbures tels que des alcanes, des alcènes, des alcynes et/ou des hydrocarbures aromatiques ou encore un mélange d'hydrocarbures et de gaz vecteurs ; ceux-ci peuvent être de l'azote, de l'hydrogène, de l'ammoniac et/ou des gaz rares. The device according to the invention can use any reaction gas suitable for the application. Thus, for example, a reaction gas serving as carburizing gas can be used, with hydrocarbons such as alkanes, alkenes, alkynes and / or aromatic hydrocarbons or else a mixture of hydrocarbons and carrier gases. ; these can be nitrogen, hydrogen, ammonia and / or rare gases.
Dans le cas d'un four à vide avec un embout tubulaire avec dans son prolongement la pièce portée par un support, on homogénéise la concentration du gaz de réaction en réalisant l'orifice d'injection à la périphérie du tube. De manière préférentielle, la périphérie du tube comporte plusieurs orifices d'entrée du gaz de réaction, ces orifices étant répartis de In the case of a vacuum oven with a tubular end piece with the part carried by a support in its extension, the concentration of the reaction gas is homogenized by making the injection orifice at the periphery of the tube. Preferably, the periphery of the tube has several inlet ports for the reaction gas, these ports being distributed from
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façon à présenter un angle incliné par rapport à l'axe de l'embout tubulaire. Cela permet avantageusement de mettre le gaz de réaction en turbulences. so as to present an inclined angle relative to the axis of the tubular endpiece. This advantageously makes it possible to put the reaction gas in turbulence.
L'embout tubulaire peut également comporter un orifice d'injection dans sa face frontale pour introduire le gaz de réaction dans la chambre de réaction. Dans ce cas, l'extrémité du tube est de préférence inclinée et comporte un diaphragme ou un rétrécissement de section pour exclure le développement de jets dirigés sur la charge ou la pièce à recharger en carbone. The tubular end piece can also have an injection orifice in its front face for introducing the reaction gas into the reaction chamber. In this case, the end of the tube is preferably inclined and comprises a diaphragm or a narrowing of section to exclude the development of jets directed on the load or the part to be recharged in carbon.
En variante, la face frontale de l'embout tubulaire peut également être fermée. Alternatively, the front face of the tubular end piece can also be closed.
L'orifice d'injection réalisé dans l'embout tubulaire pour le gaz de procédé peut comporter une tôle de déflexion servant déflecteur interdisant tout jet direct de gaz de procédé sur la pièce. The injection orifice produced in the tubular nozzle for the process gas may include a deflection plate serving as a deflector preventing any direct jet of process gas on the part.
Selon un mode de réalisation avantageux du dispositif de l'invention, l'embout tubulaire a par exemple un diamètre compris entre 5 mm et 20 mm. Le diamètre de l'orifice d'injection est de préférence de 3 mm à 10 mm. L'embout tubulaire et l'orifice d'injection peuvent toutefois également avoir un autre diamètre adapté à chaque application. According to an advantageous embodiment of the device of the invention, the tubular tip has for example a diameter between 5 mm and 20 mm. The diameter of the injection orifice is preferably from 3 mm to 10 mm. The tubular end piece and the injection orifice can however also have another diameter suitable for each application.
Pour réduire l'usure de l'embout tubulaire au niveau de l'orifice d'injection, de préférence au moins au niveau de l'orifice d'injection, cette pièce est en un alliage métallique réfractaire, par exemple un alliage à base de nickel ou encore en un acier réfractaire. On évite ainsi la cémentation de l'embout tubulaire dans la chambre de réaction qui constitue une zone chaude. Dans la zone froide, c'est-à-dire en dehors de la chambre de réaction, on peut réaliser l'alimentation en gaz de réaction avec un tube en une matière telle que de l'acier ou du cuivre. To reduce the wear of the tubular end piece at the injection opening, preferably at least at the injection opening, this part is made of a refractory metal alloy, for example an alloy based on nickel or in refractory steel. This prevents cementation of the tubular endpiece in the reaction chamber which constitutes a hot zone. In the cold zone, that is to say outside the reaction chamber, it is possible to supply the reaction gas with a tube made of a material such as steel or copper.
L'embout tubulaire, qui se trouve dans la chambre de réaction, peut également être, selon une variante, en une céramique réfractaire comme une céramique à base d'oxyde d'aluminium ou une céramique à base de dioxyde de silicium. The tubular endpiece, which is located in the reaction chamber, can also, according to a variant, be made of a refractory ceramic such as a ceramic based on aluminum oxide or a ceramic based on silicon dioxide.
L'invention concerne également un procédé de cémentation en dépression d'une zone marginale d'une pièce par introduction d'un gaz de réaction par l'intermédiaire d'un embout tubulaire en forme d'installation d'injection dans la chambre de réaction dans laquelle se trouve la pièce. Selon ce procédé, le gaz de réaction est introduit dans la chambre de réaction pour avoir une concentration de gaz de réaction essentiellement homogène au moins dans l'environnement de la pièce. The invention also relates to a method of carburizing in depression of a marginal zone of a part by the introduction of a reaction gas via a tubular nozzle in the form of an injection installation in the reaction chamber. in which the room is located. According to this process, the reaction gas is introduced into the reaction chamber to have a substantially homogeneous concentration of reaction gas at least in the environment of the room.
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Dessin
La présente invention sera décrite ci-après à l'aide d'un exemple de réalisation d'un dispositif de cémentation en dépression représenté de manière schématique simplifiée dans le dessin et décrit ci-après. Drawing
The present invention will be described below using an embodiment of a carburizing device in depression shown schematically simplified in the drawing and described below.
Dans les dessins, l'unique figure est un schéma de principe d'un four sous vide avec un embout tubulaire pour injecter un gaz de réaction. In the drawings, the only figure is a block diagram of a vacuum furnace with a tubular nozzle for injecting a reaction gas.
Description de l'exemple de réalisation
L'unique figure du dessin montre, d'une manière fortement schématisée, un four à vide 10 fonctionnant sous une pression de l'ordre de 10-2 mbars et servant à carburiser les zones des bords d'une pièce 11 en acier, lors de la cémentation de cette pièce. Description of the exemplary embodiment
The single figure in the drawing shows, in a highly diagrammatic manner, a vacuum furnace 10 operating under a pressure of the order of 10-2 mbar and serving to carburize the areas of the edges of a piece of steel 11, during cementation of this part.
Le four à vide 10 est réalisé avec une chambre de réaction 12 dans laquelle se trouve un support pour la pièce 11. Ce support n'est pas représenté à la figure. La chambre 12 a une section essentiellement ronde alors que la pièce ou la charge 11, selon le présent exemple, a une section essentiellement rectangulaire. The vacuum furnace 10 is produced with a reaction chamber 12 in which there is a support for the part 11. This support is not shown in the figure. The chamber 12 has an essentially round section while the part or the load 11, according to the present example, has an essentially rectangular section.
Le four à vide 10 est muni d'une conduite d'alimentation 13 située en partie froide pour le gaz de réaction ou gaz de cémentation. Cette conduite débouche par l'intermédiaire d'un embout tubulaire 14 dans la chambre de réaction 12. Le gaz de réaction contient des hydrocarbures et un gaz vecteur comme par exemple de l'azote. L'embout tubulaire 14, qui se trouve dans la chambre de réaction 12 et dans la zone chaude du four à vide 10, est réalisé en un alliage métallique réfractaire comme par exemple un alliage à base de nickel et ainsi dans la zone du bord il est protégé contre la cémentation. The vacuum furnace 10 is provided with a supply line 13 located in the cold part for the reaction gas or case-hardening gas. This pipe opens out via a tubular nozzle 14 into the reaction chamber 12. The reaction gas contains hydrocarbons and a carrier gas such as, for example, nitrogen. The tubular end piece 14, which is located in the reaction chamber 12 and in the hot zone of the vacuum furnace 10, is made of a refractory metal alloy such as for example a nickel-based alloy and thus in the edge zone it is protected against carburizing.
L'embout tubulaire 14, qui dans l'exemple a un diamètre de 15 mm, présente à sa périphérie différents orifices d'injection 15... 18 dont le diamètre est par exemple compris entre 3 mm et 10 mm et ces orifices sont alignés pour éviter une attaque directe de la pièce 11 par le gaz de réaction arrivant par la conduite 13. Le tracé de l'écoulement du gaz de réaction est indiqué de manière très simplifiée par les flèches 21. The tubular end piece 14, which in the example has a diameter of 15 mm, has at its periphery different injection orifices 15 ... 18 whose diameter is for example between 3 mm and 10 mm and these orifices are aligned to avoid a direct attack on the part 11 by the reaction gas arriving via the line 13. The flow of the reaction gas is indicated in a very simplified manner by the arrows 21.
De plus, l'embout tubulaire 14 a une face frontale libre 19 en biais comportant un diaphragme ou un rétrécissement de section 20 représenté schématiquement. Le gaz de réaction contenant des hydrocarbures passe également par le diaphragme 20 pour arriver dans la chambre 12 et cela de façon que la veine de gaz de réaction, étranglée par le dia- In addition, the tubular end piece 14 has a free front face 19 at an angle comprising a diaphragm or a narrowing section 20 shown diagrammatically. The reaction gas containing hydrocarbons also passes through the diaphragm 20 to reach the chamber 12 and this so that the reaction gas stream, throttled by the dia-
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phragme 20, ne rencontre pas directement la pièce 11 de façon à exclure tout jet qui se briserait sur la pièce. phrase 20, does not directly meet the part 11 so as to exclude any jet which would break on the part.
Une disposition des orifices d'injection 15-18 et du diaphragme 20 selon la figure assure une mise en turbulence avantageuse du gaz de réaction servant de vecteur au carbone, pour arriver à une homogénéisation suffisante de l'atmosphère régnant dans la chambre de réaction 12. Cela permet, avec le dispositif selon l'invention, d'arriver à un niveau de carbone C, constant, dans les zones marginales de la pièce 11. An arrangement of the injection orifices 15-18 and of the diaphragm 20 according to the figure ensures an advantageous turbulence of the reaction gas serving as a vector for carbon, in order to achieve sufficient homogenization of the atmosphere prevailing in the reaction chamber 12 This allows, with the device according to the invention, to arrive at a constant carbon level C in the marginal zones of the part 11.
L'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation représenté. Au contraire, elle permet des variantes de réalisation également dans le cas d'un four à dépression équipé d'un grand nombre d'embouts tubulaires réalisés comme l'embout tubulaire décrit dans l'exemple cidessus. The invention is not limited to the embodiment shown. On the contrary, it allows alternative embodiments also in the case of a vacuum furnace equipped with a large number of tubular end pieces made like the tubular end piece described in the example above.
En variante ou en complément du mode de réalisation présenté il est également possible d'introduire un gaz de réaction par des orifices de déflexion réalisés au niveau des orifices d'entrée dans une chambre de réaction de façon à exclure pratiquement les écoulements avec des jets se brisant sur la pièce et pour qu'il règne une concentration de gaz de réaction aussi homogène que possible dans l'environnement de la pièce. As a variant or in addition to the embodiment presented, it is also possible to introduce a reaction gas through deflection orifices produced at the level of the inlet orifices in a reaction chamber so as to practically exclude flows with jets breaking on the part and so that there reigns a concentration of reaction gas as homogeneous as possible in the environment of the part.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| ST | Notification of lapse |
Effective date: 20100730 |