FR2948688A1 - Procede et dispositif de traitement d'un materiau sous l'effet d'un champ magnetique - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un procédé de traitement d'un matériau sous un champ magnétique statique, comprenant les étapes suivantes : - une première étape de chauffage du matériau, - une deuxième étape d'application au matériau d'un choc thermique et/ou d'un traitement thermomécanique et/ou chimique, caractérisé en ce que, pendant au moins la deuxième étape du traitement, le matériau est soumis au champ magnétique en étant maintenu fixe dans ledit champ magnétique. L'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre dudit procédé, ledit dispositif comprenant : - un support pour tenir le matériau pendant les étapes du cycle, - un dispositif d'application dudit champ magnétique, - un premier système permettant le chauffage du matériau, - un deuxième système pour la mise en oeuvre de ladite étape ultérieure du cycle, caractérisé en ce que le support est agencé de sorte à maintenir le matériau fixe par rapport au champ magnétique pendant les étapes du cycle et en ce que les premier et deuxième systèmes sont mobiles par rapport au champ magnétique.

Description

PROCEDE ET DISPOSITIF DE TRAITEMENT D'UN MATERIAU SOUS L'EFFET D'UN CHAMP MAGNETIQUE

DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne un procédé et un dispositif de traitement d'un matériau sous l'effet d'un champ magnétique.

ARRIERE-PLAN DE L'INVENTION L'élaboration de matériau sous champ magnétique û notamment un champ magnétique dit intense , c'est-à-dire dont l'intensité est de l'ordre de plusieurs Tesla voire dizaines de Tesla û fait l'objet de nombreuses investigations scientifiques. On a ainsi vu apparaître une branche d'activités dites de magnéto-science , qui visent à associer à un procédé d'élaboration de matériau l'application d'un champ magnétique. Le champ magnétique est alors considéré comme un paramètre supplémentaire pouvant influer, soit sur la morphologie du matériau au cours de sa fabrication, soit sur la cinétique des procédés d'élaboration mis en oeuvre, au même titre que des paramètres tels que la température, la pression ou la composition chimique. En ce sens, le champ magnétique peut être utilisé pour modifier les propriétés d'usage d'un matériau. Si de nombreux effets du champ magnétique font encore l'objet d'études fondamentales, d'autres sont aujourd'hui déjà impliqués dans des procédés industriels de synthèse des matériaux. L'invention développée ici vise aussi bien un environnement de recherche et développement que le milieu industriel. En particulier, on souhaite pouvoir utiliser un champ magnétique pour influer sur la microstructure et donc sur les caractéristiques d'un matériau, en alternative aux moyens déjà largement optimisés depuis de nombreuses années en métallurgie tels que les variations de composition chimique, l'utilisation combinée de traitements thermomécaniques (déformation à chaud, à froid) et de traitements thermiques ou chimiques intermédiaires. En effet, sous l'effet d'un champ magnétique suffisamment intense, c'est-à-dire d'une intensité typiquement supérieure à 1 Tesla, l'énergie magnétique n'est plus négligeable face à l'énergie chimique qui est mise en jeu dans les différents types de transformations rencontrées dans un matériau au cours de son élaboration. C'est pourquoi, les cinétiques de transformation et les microstructures peuvent être modifiées par l'application d'un champ magnétique.

En métallurgie, les propriétés d'usage d'un alliage dépendent fortement de l'historique de son élaboration. Ainsi, pour étudier cet historique et notamment observer les structures stables à haute température, il est nécessaire de stopper l'évolution de la microstructure à différents stades de sa formation.

Ceci est réalisé en figeant à température ambiante, par une trempe, la microstructure de l'alliage. Cette méthode permet l'analyse quantitative ex-situ des microstructures. Cette analyse, couplée à des mesures in-situ de température de transformation sert à établir les diagrammes de phases ou d'autres types de diagrammes prédictifs, tels que les diagrammes TTT (Temps-Température-Transformation) ou TRC (Transformations en Refroidissement Continu). Le diagramme TTT est utilisé pour étudier les cinétiques de transitions de phases ou d'états. Ce type de diagramme est obtenu par des expériences de trempe étagée suivies d'un maintien à une température donnée, pour une caractérisation microstructurale ex-situ. On mesure alors le taux de transformation. Le diagramme TRC est utilisé pour prévoir la microstructure d'un solide soumis à des traitements thermomécaniques. Il présente les différents domaines par lesquels peut passer une nuance d'alliage donnée au cours d'un refroidissement. Il correspond à des conditions de refroidissement proches des conditions industrielles.

Par ailleurs, les microstructures les plus intéressantes pour les applications industrielles impliquent très souvent des structures hors équilibre. Par conséquent, il est nécessaire, non seulement à des fins de recherche mais également d'applications industrielles, de pouvoir étudier et exploiter l'effet du champ magnétique sur la formation de tout type de microstructure et en particulier de ces structures hors équilibre. Or, il n'est pas possible à l'heure actuelle de réaliser une trempe sous l'effet simultané d'un champ magnétique statique. En effet, de façon classique, une trempe en milieu liquide nécessite le mouvement de l'échantillon traité vers un milieu dédié à sa trempe. Or, dans un champ magnétique, tout déplacement d'un matériau conducteur ou magnétique génère des contraintes importantes sur le dispositif générant le champ magnétique. En effet, d'une part, une charge électrique q, en mouvement dans un 15 champ magnétique B, avec la vitesse v, est soumise à des forces de Lorentz notées dF qui s'opposent au mouvement qui les crée : dF=q AB D'autre part, un conducteur de longueur dl, dans lequel passe un courant électrique d'intensité I, dans un champ magnétique B, est soumis à des forces 20 de Laplace dF , selon l'équation : dF=I•dI AB Ainsi, deux systèmes magnétiques (i.e. le matériau ferromagnétique et la bobine génératrice) se couplent par induction mutuelle. Le déplacement d'un matériau ferromagnétique peut donc perturber, voir 25 endommager, l'aimant fournissant le champ qui est alors soumis à des forces mécaniques pouvant être importantes. Pour effectuer une trempe, les procédés mis au point jusqu'ici consistent à extraire le matériau du four dans lequel il est soumis au champ magnétique pour le plonger dans un bain de trempe, lequel est situé hors du champ 30 magnétique.

Par ce procédé, complexe à réaliser à cause de l'espace disponible restreint, le champ magnétique appliqué sur le matériau n'est pas constant au cours de la totalité du traitement. Le transfert du matériau (de la zone où le champ est appliqué jusqu'à la zone de champ nulle) constitue une variation du champ appliqué au matériau pendant son traitement, d'une part et, d'autre part,, le matériau n'est plus soumis au champ au cours de son refroidissement. De plus, cette méthode peut être dommageable pour l'aimant fournissant le champ. Une alternative pour procurer un refroidissement rapide du matériau en présence de champ magnétique consiste à envoyer en direction de celui-ci un flux de gaz (par exemple, de l'argon ou de l'hélium) sous pression et à température ambiante. Toutefois, cette solution ne permet pas un refroidissement suffisamment rapide du matériau pour être assimilable à une trempe.

Ainsi, les vitesses de refroidissements ainsi obtenues ne dépassent pas 50°C/s entre 1000°C et 500°C et sont bien inférieures à plus basse température où le pouvoir refroidissant du gaz devient négligeable. Lors d'une trempe en bain liquide, les vitesses de refroidissement sont globalement constantes sur toutes la plage de température et peuvent dépasser 150°C/s avec un bon dimensionnement du bain. Un premier but de l'invention est donc de définir un procédé permettant d'effectuer l'ensemble d'un traitement thermique (i.e. chauffage et trempe en bain liquide) ou au moins l'étape de trempe, sous l'influence d'un champ magnétique statique.

Par ailleurs, outre la trempe qui vient d'être évoquée, il est envisagé d'appliquer au matériau d'autres traitements à haute température sous l'effet d'un champ magnétique. A cet effet, on substitue au bain de trempe un autre dispositif. Parmi les traitements envisagés, on peut citer les traitements de surface en bain de sels, les traitements thermomécaniques (laminage, forgeage), etc. Un deuxième but de l'invention est donc de définir un procédé et un dispositif associé qui, de manière plus générale, permettent de réaliser au

moins une étape d'application à un matériau d'un choc thermique, d'un traitement thermomécanique et/ou chimique sous l'effet d'un champ magnétique statique réellement adaptable à une échelle industrielle dans des procédés de traitements sensiblement continus par exemple.

BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION Un premier objet de l'invention concerne un procédé de traitement d'un matériau sous un champ magnétique statique, comprenant les étapes suivantes : - une première étape de chauffage du matériau, - une deuxième étape d'application au matériau d'un choc thermique et/ou d'un traitement thermomécanique et/ou chimique, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'au moins pendant ladite deuxième étape du traitement le matériau est soumis au champ magnétique statique et en 15 ce qu'il est maintenu fixe dans ledit champ magnétique. Par champ magnétique statique , on entend dans le présent texte, par opposition à un champ magnétique alternatif, un champ magnétique dont l'intensité en un point donné ne varie pas avec le temps de manière cyclique et dont la polarité ne varie pas au cours du temps. 20 Ainsi, l'intensité en un point donné dudit champ magnétique statique peut être constante pendant toute la durée du traitement ou de l'étape considérée. De manière alternative, la valeur de consigne peut être modifiée à différents moments du traitement. Par choc thermique , on entend dans le présent texte un traitement 25 consistant à placer le matériau dans des conditions hors équilibre de manière à en modifier brutalement et entièrement la structure et les caractéristiques physiques. Ce terme est défini par opposition à un traitement thermique dans lequel la température du matériau varie suffisamment lentement pour que les processus 30 de transformations donnent lieu à une structure composée de phases stables et peu contraintes.

Ainsi, le traitement appliqué au matériau pendant la deuxième étape du procédé peut comprendre, de manière non limitative : - un choc thermique, incluant par exemple une trempe par immersion dans un bain liquide tel que de l'eau ou de l'huile, ou encore un traitement thermique dit étagé, c'est-à-dire où des paliers en température séparés par des variations de température selon des pentes abruptes sont souhaités ; - un traitement chimique, comme par exemple un traitement de surface (tel qu'une nitruration, une nitrocarburation ou leurs dérivés) par immersion dans un bain de sels, mais aussi un traitement dans le volume du matériau comme par exemple les traitements de décarburisation par une atmosphère réductrice où la composition chimique (ici le pourcentage massique de carbone) peut varier considérablement ; - un traitement mécanique ou thermomécanique, incluant une déformation mécanique (par exemple, une compression ou une mise en forme par emboutissage). Pour mettre en oeuvre les étapes du traitement, on déplace les moyens de chauffage et les moyens de mise en oeuvre de la deuxième étape par rapport 20 au champ magnétique. De manière avantageuse, le procédé comprend une étape de mesure des propriétés physiques du matériau concomitante à la première et/ou à la deuxième étape ou postérieure à la deuxième étape. Selon un mode préféré de réalisation de l'invention, le champ magnétique 25 présente une intensité supérieure à 1 Tesla. Un autre objet de l'invention concerne un dispositif d'application à un matériau d'un cycle de traitement sous un champ magnétique statique, ledit cycle de traitement comprenant un chauffage du matériau suivi d'une étape ultérieure comprenant un choc thermique, un traitement chimique et/ou un 30 traitement thermomécanique, ledit dispositif comprenant : - un support pour tenir le matériau pendant les étapes du cycle, - un dispositif d'application dudit champ magnétique,

- un premier système permettant le chauffage du matériau, - un deuxième système pour la mise en oeuvre de ladite étape ultérieure du cycle, ledit dispositif étant caractérisé en ce que le support est agencé de sorte à maintenir le matériau fixe par rapport au champ magnétique pendant les étapes du cycle et en ce que les premier et deuxième systèmes sont mobiles par rapport au champ magnétique. A cet effet, le dispositif comprend un dispositif pour translater les premier et deuxième systèmes par rapport au matériau et au champ magnétique.

De préférence, le dispositif d'application du champ magnétique est apte à générer un champ magnétique d'une intensité supérieure à 1 Tesla. Selon différents modes de réalisation de l'invention, le deuxième système comprend un bain de trempe, un bain adapté pour effectuer un traitement chimique du matériau et/ou un système de déformation mécanique du matériau. De manière particulièrement avantageuse, le dispositif comprend en outre un système de mesure de propriétés physiques du matériau.

BREVE DESCRIPTION DES FIGURES D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre, en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une vue d'ensemble d'un dispositif selon l'invention, adapté pour le traitement d'un échantillon de forme cylindrique ; - la figure 2 est une vue de détail de la partie inférieure du dispositif de la figure 1 ; - la figure 3 illustre une variante du dispositif selon l'invention, adaptée au traitement d'un échantillon plat, tel qu'une éprouvette de traction. - la figure 4 présente un dispositif de traitement en continu de tôles sous champ magnétique utilisant le principe de l'invention à une échelle industrielle.

DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION Le procédé conforme à l'invention trouve application non seulement pour le traitement d'échantillons de petites dimensions, par exemple à des fins expérimentales dans le cadre d'un laboratoire, mais aussi le traitement à l'échelle industrielle de pièces de grandes tailles. On décrira plus bas des dispositifs adaptés à ces différents cas. Le champ magnétique est généré par tout dispositif permettant d'obtenir l'intensité souhaitée, qui est typiquement supérieure à 1 Tesla. Le dispositif d'application du champ magnétique statique est connu en lui- même. Il peut être un système d'aimants permanents, un électro-aimant, une bobine supraconductrice, un aimant résistif ou un aimant hybride (combinaison d'un aimant résistif et d'une bobine supraconductrice). De préférence, il est muni d'une chemise d'eau, qui protège l'aimant des radiations thermiques émanant du dispositif.

Le procédé de traitement peut comprendre un traitement thermique suivi d'une trempe dans un bain de trempe, mais, comme on le verra plus bas, le dispositif de traitement peut être adapté pour permettre, après l'étape de chauffage, l'application de tout autre choc thermique, d'un traitement thermomécanique et/ou d'un traitement chimique.

D'une manière générale, le dispositif est conçu de manière à maintenir le matériau fixe par rapport au champ magnétique, et à déplacer l'ensemble constitué du dispositif de chauffage et du bain de trempe par rapport au matériau et au champ magnétique. Comme on le verra plus bas, les matériaux des éléments mobiles sont judicieusement choisis pour ne pas générer de forces lors de leur déplacement. Ainsi, à titre d'exemple, on peut utiliser des céramiques pour les éléments chauffants (carbure de silicium, graphite recouvert de nitrure de bore) et pour les pièces thermiquement isolantes telles que les parois du four et du bain de trempe (alumine).

Le laiton, qui est non magnétique et bon conducteur électrique, peut être utilisé notamment pour les amenées de courant et certaines pièces fixes du dispositif.

Enfin, l'inox 304L, qui est peu magnétique et résistant à haute température, peut être utilisé pour les parties mobiles soumises à des températures élevées, la visserie et une partie des amenées de courant. Il va de soi que l'homme du métier pourra choisir d'autres matériaux adéquats en fonction des performances et du coût recherchés. La position du matériau dans le champ magnétique peut être choisie dans toute zone du champ magnétique, par exemple dans un champ homogène (i.e. une zone dans laquelle l'intensité du champ magnétique est sensiblement égale en tout point du matériau) ou dans une région à gradient de champ (i.e. une zone dans laquelle l'intensité du champ magnétique varie spatialement dans le matériau entre une intensité minimale et une intensité maximale). Dans les deux cas, le champ magnétique est statique, c'est-à-dire que l'intensité en un point donné ne varie pas de manière cyclique au cours du temps et que la polarité ne varie pas.

L'intensité en un point donné du champ magnétique peut donc être constante ou être modifiée selon des paliers. Ainsi, par exemple, le champ magnétique peut être nul pendant le traitement thermique et présenter une intensité non nulle pendant la deuxième étape du traitement.

Selon l'intensité désirée, un certain laps de temps peut être nécessaire pour passer d'une intensité nulle à l'intensité voulue ; dans ce cas, on effectue par exemple l'augmentation du champ magnétique à la fin de la première étape de traitement thermique, de sorte que l'intensité souhaitée soit atteinte au moment du deuxième traitement.

Il est également possible de réaliser la première étape de traitement thermique en appliquant au matériau des paliers de température, sous un champ magnétique statique présentant des paliers d'intensité ; les paliers de température et les paliers d'intensité étant sensiblement simultanés. On comprend donc que l'homme du métier pourra définir différentes conditions d'application du traitement thermique et du champ magnétique statique pour obtenir les microstructures souhaitées sans pour autant sortir du cadre de la présente invention.

Par ailleurs, il est possible de mettre en oeuvre le traitement dans une atmosphère contrôlée. A cet effet, on positionne le dispositif dans une enceinte close, munie de soupapes dans laquelle on peut contrôler la nature et la pression de l'atmosphère.

Ce mode de réalisation est particulièrement avantageux lorsque le matériau traité ne supporte pas une atmosphère oxydante par exemple. Le dispositif de traitement peut également être équipé d'un système permettant de mesurer in situ des propriétés physiques du matériau. Il peut s'agir d'une mesure de résistivité par exemple.

Comme le support du matériau, le système de mesure est alors fixe par rapport au matériau et au champ magnétique. Exemple de réalisation dans le cadre d'un laboratoire L'exemple détaillé qui va être décrit ici concerne le traitement d'un échantillon de matériau de petites dimensions, pouvant se présenter notamment sous la forme d'un cylindre de l'ordre de 10 mm de hauteur et 5 mm de diamètre (premier mode de réalisation, illustré aux figures 1 et 2) ou bien d'une tôle plate d'au plus 5 mm d'épaisseur et 50 mm de longueur, par exemple d'une éprouvette de traction (deuxième mode de réalisation, illustré à la figure 3).

A titre d'illustration, le traitement appliqué à l'échantillon comprend un traitement thermique suivi d'une trempe dans un bain de trempe, mais, comme on le verra plus bas, ce dispositif peut être adapté pour permettre, après l'étape chauffage, l'application de tout autre choc thermique, d'un traitement thermomécanique et/ou d'un traitement chimique.

Le dispositif de traitement est installé dans un dispositif de champ magnétique statique dont le trou de champ est vertical et supérieur à 120 mm de diamètre. En particulier, le dispositif décrit ici a été testé dans deux types d'aimants : un aimant supraconducteur du laboratoire CNRS/CRETA et un aimant résistif 30 du laboratoire CNRS/LNCMI. Dans l'aimant supraconducteur, le diamètre du trou de champ à l'ambiante est de 120 mm et le champ magnétique, de 11 T. L'homogénéité du champ magnétique sur l'axe vertical a été mesurée et s'élève à 3%, dans le cas particulier d'une longueur de 32 mm correspondant à la zone utile d'une éprouvette de traction normalisée A25. La distance entre l'entrée de la bobine et la zone homogène en champ est de 935 mm.

Dans l'aimant résistif du LNCMI, fournissant un champ magnétique jusqu'à 20 T, le diamètre du trou de champ à l'ambiante est de 160 mm et la distance entre l'entrée dans l'aimant et la zone homogène en champ est de 1650mm. L'homogénéité en champ magnétique est de l'ordre de 0.25% sur 32 mm à la position du champ maximum.

Bien sûr, les valeurs numériques indiquées dans le présent exemple sont données à titre purement indicatif et non limitatif. L'échantillon 1 est maintenu au moyen d'un support 2 dans une position fixe par rapport au champ magnétique. Le support 2 est une pièce rigide qui permet de centrer l'échantillon 1 sur l'axe de révolution de l'aimant 3 afin, d'une part, de pallier les forces magnétiques radiales importantes mais également d'assurer la concentricité des différentes pièces mobiles. La partie inférieure du support 2, qui maintient l'échantillon 1 à traiter, est réalisée en alumine.

Dans la mesure où cette parte inférieure est soumise à de forts gradients thermiques lors de la trempe, elle est de préférence remplacée à chaque traitement. Une première configuration du dispositif, illustrée aux figures 1 et 2, est adaptée au traitement d'échantillons de forme cylindrique de l'ordre de 10 mm 25 de hauteur et d'environ 5 mm de diamètre. L'échantillon 1 est placé à l'intérieur d'un système de chauffage 4 constitué d'un élément résistif tubulaire destiné à générer la température souhaitée pour le traitement thermique. La taille de la zone chauffante est choisie pour assurer une bonne 30 homogénéité en température sur toute la longueur de l'échantillon. A titre d'exemple, elle est de 140 mm de long et de 17 mm de diamètre intérieur.

En-dessous du système de chauffage 4 est agencé un bain de trempe 5. La distance entre la zone homogène en température de la partie chauffante et le centre du bain de trempe est adaptée à la course du vérin, de l'ordre de 160 mm par exemple.

Une deuxième configuration du système de chauffage du dispositif, illustrée à la figure 3, permet de réaliser le traitement thermique, sur une longueur maximale de 50 mm, de tôles d'épaisseur maximale 5 mm. A cet effet, le système de chauffage 4 est constitué de deux éléments chauffants plats 40 positionnés de part et d'autre de l'éprouvette 1 à traiter.

Ces éléments en nitrure de bore ont une température limite d'utilisation de 900°C en atmosphère oxydante et 1200°C en atmosphère neutre ou réductrice. Sur leur face opposée à l'éprouvette 1, ils sont couverts d'une plaque d'alumine 41, et enfermés dans une enceinte isolante dont la paroi 42 est également en alumine.

Les amenées de courant 43 et 44 pour l'alimentation des éléments chauffants 40 sont réalisées respectivement en inox 304L et en molybdène. Le bain de trempe et le dispositif de génération du champ magnétique ne sont pas illustrés sur la figure 3. Les éléments du dispositif de chauffage doivent être réalisés en des matériaux très faiblement magnétiques pour limiter l'apparition de forces lors du déplacement dans le champ magnétique. En pratique, un compromis doit être trouvé entre la réponse magnétique d'un matériau et sa conductivité électrique. De manière préférée, les éléments chauffants et les parois d'isolation thermique sont réalisés en céramique, tel que du carbure de silicium, du graphite recouvert de nitrure de bore, ou encore de l'alumine. Le bain de trempe comprend un réservoir en matériau faiblement magnétique, par exemple en céramique, qui contient un liquide, tel que de l'eau ou de l'huile.

Le transfert de chaleur lors de la trempe, entre l'échantillon porté au préalable à une température élevée, et le fluide dans lequel il est plongé constitue un processus complexe.

On peut cependant distinguer trois composantes, à savoir : - le transfert de chaleur dans l'échantillon, - le transfert de chaleur à l'interface échantillon / fluide, - la transmission de chaleur dans le fluide.

Compte tenu de la forte conductivité thermique des matériaux traités et de leur petite taille, les gradients thermiques dus au transfert de chaleur dans l'échantillon sont considérés comme négligeables. Les inventeurs ont en effet vérifié que les microstructures obtenues par trempe dans un bain d'eau à 20°C étaient très homogènes de la surface au coeur de l'échantillon. S'agissant du transfert de chaleur à l'interface et dans le fluide, il a été vérifié que la température du bain restait constante et proche de 20°C, et que le volume de fluide évaporé au cours de la trempe était négligeable. Afin de s'assurer que le fluide dans le bain de trempe est à 20°C, le bain est de préférence rempli quelques secondes seulement avant la trempe. Ainsi, le bain n'a pas le temps d'être chauffé par le rayonnement du four. L'utilisation d'un dispositif 6 tel qu'un vérin pneumatique permet de translater l'ensemble constitué du dispositif de chauffage et du bain de trempe au moment de la trempe, de telle sorte que les étapes de chauffage et de trempe soient réalisées successivement sous l'influence du champ magnétique, sans aucun déplacement du matériau traité. Ce vérin doit présenter une bonne reproductibilité dans sa vitesse de déplacement. L'axe du vérin étant en acier inoxydable magnétique, il est déporté d'environ un mètre de la bobine afin de ne pas interagir avec le champ. Une rallonge d'axe réalisée en acier amagnétique est utilisée pour déporter le mouvement du vérin. Elle permet également un accès plus facile au dispositif placé sous le vérin. Exemple de réalisation dans le cadre d'un procédé de traitement industriel Le dispositif décrit ci-après en référence à la figure 4 constitue un ensemble complet de traitement à haute température sous champ magnétique statique de pièces telles que des tôles de dimension industrielle.

Ce dispositif de traitement à grande échelle est conçu pour le traitement de pièces individuelles en continu grâce à l'utilisation de trois aimants supraconducteurs en permutation circulaire sur un circuit. Chaque pièce 1 à traiter est montée sur un support 2 apte à coulisser le long d'un rail 20 ou de toute structure appropriée au moyen d'un système d'entraînement non représenté. Sur la figure 4, les pièces 1 circulent horizontalement de la gauche vers la droite. Le dispositif de traitement comporte trois aimants supraconducteurs identiques 3a, 3b, 3c. Comme on le verra plus bas, les trois aimants sont aptes à se déplacer horizontalement sur un rail 30. Ces aimants supraconducteurs sont conçus spécialement pour assurer une homogénéité en champ magnétique sur le volume de la pièce à traiter. Le dispositif de traitement comporte par ailleurs un ensemble constitué d'un système de chauffage et d'un deuxième système pour mettre en oeuvre la deuxième étape du procédé qui peut être un refroidissement en bain liquide, un traitement de surface (en bain de sels par exemple) ou un traitement mécanique à chaud. Le système de chauffage 4 et le deuxième système 5 (par exemple un bain de trempe) sont solidaires l'un de l'autre et aptes à se translater dans une direction verticale sous l'action d'un vérin 6. Dans l'exemple illustré à la figure 4, le système de chauffage est agencé au-dessus du bain de trempe. Chacun des aimants 3a, 3b, 3c présente une ouverture supérieure pour l'introduction et le retrait de la pièce 1 à traiter, et une ouverture inférieure pour l'introduction et le retrait de l'ensemble 4, 5 constitué par le système de chauffage et le système de trempe. Un cycle de traitement pour une pièce 1 se déroule comme suit. La pièce 1 est introduite dans l'aimant supraconducteur situé le plus à gauche sur la figure 4, c'est-à-dire ici l'aimant 3a. Dans cette première étape, le champ magnétique généré par l'aimant 3a est nul.

Une fois la pièce 1 introduite dans l'aimant 3a, elle reste fixe à l'intérieur de celui-ci et l'on fait augmenter le champ magnétique généré par ledit aimant jusqu'à atteindre la valeur de consigne. Lorsque le champ magnétique souhaité est intense, il n'est pas possible d'atteindre instantanément la valeur de consigne. A titre d'exemple, l'augmentation du champ magnétique d'une intensité nulle à une intensité de 10 T nécessite environ 30 minutes. L'ensemble constitué de l'aimant 3a et de la pièce 1 soumise au champ magnétique est alors déplacé en vis-à-vis du système 4, 5 de chauffage et de trempe. Ceci est rendu possible par une permutation circulaire des aimants 3a, 3b et 3c sur le rail 30. Ledit ensemble aimant / pièce se trouve alors à l'emplacement occupé par l'aimant 3b sur la figure 4, afin de mettre en oeuvre le procédé de traitement de la pièce 1.

Dans une première phase, le système de chauffage est introduit à l'intérieur de l'aimant supraconducteur et y est maintenu pendant la durée nécessaire pour porter la pièce 1 à la température souhaitée. Puis le système 4, 5 est encore translaté vers le haut de sorte à placer le bain de trempe dans le champ magnétique.

Une fois l'opération de trempe terminée, le système 4, 5 est translaté vers le bas de sorte à sortir complètement de l'aimant. L'ensemble aimant / pièce est alors déplacé jusqu'à occuper la position occupée par l'aimant 3c sur la figure 4. Dans cette troisième étape, on fait diminuer l'intensité du champ magnétique généré par l'aimant jusqu'à atteindre une valeur nulle. La pièce 1 est alors extraite de l'aimant par le dessus grâce à une conformation appropriée du rail 20. L'aimant vide est alors déplacé sur le rail 30 pour réoccuper la position 3a de la figure 4.

La durée des étapes mises en oeuvre simultanément dans les aimants 3a, 3b, 3c est adaptée de sorte à être sensiblement identique dans chacun d'eux.

Ce traitement est rendu possible grâce à la présente invention pour les raisons suivantes. D'une part, la vitesse relative de la pièce à traiter par rapport à l'aimant est nulle à toutes les étapes du traitement magnétique, ce qui évite l'induction de 5 forces par mouvement de la pièce dans le champ. D'autre part, les aimants font l'objet d'une ingénierie spécifique de manière à ce que le champ magnétique au voisinage extérieur de ces derniers soit nul ou négligeable. Cela consiste à confiner le champ magnétique à l'intérieur des parois 10 extérieures de l'aimant par l'utilisation de matériaux spécifiques qui permettent de piéger les lignes de champ magnétique. Cette conception des aimants est à la portée de l'homme du métier. Par ailleurs, le système de traitement a été spécialement conçu (en particulier en ce qui concerne le choix des matériaux) pour ne pas interagir 15 avec le champ magnétique créé par l'aimant lors de son insertion dans celui-ci de la même manière que le dispositif conçu pour des échantillons de plus petite taille tel que décrit plus haut. Enfin, il va de soi que les exemples que l'on vient de donner ne sont que des illustrations particulières en aucun cas limitatives quant aux domaines 20 d'application de l'invention.

Claims (11)

1. REVENDICATIONS1. Procédé de traitement d'un matériau sous un champ magnétique statique, comprenant les étapes suivantes : - une première étape de chauffage du matériau, - une deuxième étape d'application au matériau d'un choc thermique et/ou d'un traitement thermomécanique et/ou chimique, caractérisé en ce que, pendant au moins ladite deuxième étape du traitement, le matériau est soumis audit champ magnétique en étant maintenu fixe dans ledit champ magnétique.
2. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pour mettre en oeuvre les étapes du traitement, on déplace les moyens de chauffage et les moyens de mise en oeuvre de la deuxième étape par rapport au champ magnétique.
3. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de mesure des propriétés physiques du matériau concomitante à la première et/ou à la deuxième étape ou postérieure à la deuxième étape.
4. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le champ magnétique présente une intensité supérieure à 1 Tesla.
5. 5. Dispositif d'application à un matériau d'un cycle de traitement sous un champ magnétique statique, ledit cycle de traitement comprenant un chauffage du matériau suivi d'une étape ultérieure comprenant un choc thermique, un traitement chimique et/ou un traitement thermomécanique, ledit dispositif comprenant : - un support pour tenir le matériau pendant les étapes du cycle, - un dispositif d'application dudit champ magnétique statique, - un premier système permettant le chauffage du matériau, - un deuxième système pour la mise en oeuvre de ladite étape ultérieure du cycle, caractérisé en ce que le support est agencé de sorte à maintenir le matériau fixe par rapport au champ magnétique pendant les étapes du cycle et en ce que les premier et deuxième systèmes sont mobiles par rapport au champ magnétique.
6. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif pour translater les premier et deuxième systèmes par rapport au matériau et au champ magnétique.
7. 7. Dispositif selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que le dispositif d'application dudit champ magnétique est apte à générer un champ 15 magnétique d'une intensité supérieure à 1 Tesla.
8. 8. Dispositif selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que le deuxième système comprend un bain de trempe. 20
9. 9. Dispositif selon l'une des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que le deuxième système comprend un bain adapté pour effectuer un traitement chimique du matériau.
10. 10. Dispositif selon l'une des revendications 5 à 9, caractérisé en ce que le 25 deuxième système comprend un système de déformation mécanique du matériau.
11. 11. Dispositif selon l'une des revendications 5 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un système de mesure de propriétés physiques du matériau 30 fixe par rapport audit matériau.