WO1999055921A1 - Method for carburizing or carbonitriding metal parts - Google Patents

Method for carburizing or carbonitriding metal parts Download PDF

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WO1999055921A1
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residual
carbon potential
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Didier Domergue
Meryem Buffin
Thierry Sindzingre
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L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude
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    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C8/00Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/06Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
    • C23C8/28Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases more than one element being applied in one step
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C23C8/08Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases only one element being applied
    • C23C8/20Carburising

Definitions

  • the present invention relates to the field of atmospheres used in heat treatment furnaces. It is more particularly interested in the atmospheres used for the carburizing and carbonitriding processes of metal parts, in particular steel parts.
  • Such carburizing atmospheres can also be obtained by the in-situ reaction (inside the heat treatment furnace) of an air / hydrocarbon mixture, or also by the processes commonly called in the industry “nitrogen-methanol processes "in which a mixture of nitrogen and liquid methanol, in desired proportions (for example 40-60, or 30-70, or even 20-80), is sent inside the heat treatment oven, giving rise cracking methanol in situ, and the corresponding production of hydrogen and carbon monoxide. In all these cases (endothermic generator, nitrogen / methanol atmospheres, etc.) the CO / H 2 ratio in the oven is close to 1/2.
  • a typical composition of carburizing atmosphere inside the furnace (such as obtained for example from an endothermic generator operating on methane or else of a nitrogen-methanol process implementing a ratio 40 % - 60%) is as follows: 20% CO, 40% H 2 , 0.1% CO 2 , 0.3% H 2 0, 1, 3% CH 4 , the rest of the atmosphere being made up of nitrogen.
  • the carbon potential of a gas mixture then represents the carbon content, expressed as a percentage by mass, of the austenite which is in equilibrium with this atmosphere.
  • thermodynamic balance between the carburizing atmosphere and the carbon contained in a treated part It therefore consists in bringing together and in equilibrium in a furnace under given temperature and atmosphere, a shim of a low carbon steel (for example of the XC10 type with 0.1% carbon) of small dimensions (for example a shim of 80 mm long, 35 mm wide and 0.05 mm thick, these small dimensions guarantee the possibility of achieving a balance).
  • a shim of a low carbon steel for example of the XC10 type with 0.1% carbon
  • small dimensions for example a shim of 80 mm long, 35 mm wide and 0.05 mm thick, these small dimensions guarantee the possibility of achieving a balance.
  • the carbon potential reached under these fixed atmosphere and temperature conditions is then rigorously evaluated by direct analysis of the carbon content of the foil, for example by total chemical determination of the carbon after combustion of the foil in an oxygen stream ( CO 2 dosage).
  • an atmosphere whose carbon potential is equal to 0.7 is in equilibrium with an austenite containing 0.7% of carbon, this atmosphere then decarburizing up to 0.7% of carbon an austenite which contains more carbon, and cementing up to 0.7% carbon an austenite which contains less.
  • reaction (1) clearly shows that if the CO and H 2 contents of the atmosphere are known , the measurement of the H 2 O concentration makes it possible to calculate the carbon potential of the atmosphere.
  • reaction (2) shows that if the CO content of the atmosphere is known, the measurement of the CO 2 concentration of the atmosphere here again makes it possible to evaluate the carbon potential of the atmosphere.
  • This evaluation method was very widely adopted in the 60s for its great stability compared to a control which would be based on the measurement of the dew point.
  • reaction (3) shows that for a CO content of the known atmosphere, a measurement of the oxygen content makes it possible to evaluate the carbon potential.
  • the appearance of zirconia oxygen sensors on the market in the 1970s made this method of assessing carbon potential according to reaction (3) quickly become a world standard.
  • One of the methods commonly used to increase the carbon potential of an atmosphere is to add to the carburizing atmosphere a small amount of a gas rich in hydrocarbons, generally methane or propane, this additional gas reacting with water. , CO 2 , or oxygen, thus making it possible to increase the CO and H 2 contents according to the following reactions:
  • control but above all the regulation of the carbon potential across the eras was based on the control and regulation of one or more of the species among CO 2 , CO, H 2 , O 2 , or even H 2 O.
  • the cementation processes reported in the literature typically use two types of phase, that is to say two types of contacting of the part to be cemented with a controlled atmosphere: a) a first phase called “enrichment” »In carbon during which the part is brought into contact, at a temperature generally between 780 ° C. and 980 ° C. (depending on whether it is carburizing or carbonitriding), with an atmosphere which comprises hydrogen and carbon monoxide, the carbon potential of which is generally in a range from 0.9 to 1.3 (for conventional steels), to obtain a given carbon profile in the surface part of the part.
  • a so-called “diffusion” phase during which the part is brought into contact with an atmosphere whose carbon potential is lower than the carbon potential set up during the enrichment phase (usually 0.7 to 0.9 for conventional steels), in order to obtain a carbon flux transferred from the gas phase to the part to be treated zero or almost zero, diffusion phase allowing a diffusion of the carbon previously introduced inside the part, and thus a carbon concentration profile inside the part (and in particular on the surface) required and chosen on metallurgical criteria.
  • the present invention aims in particular to propose an accelerated case hardening process.
  • the invention relates to a method of carburizing or carbonitriding metal parts (therefore based on metal or metal alloy, in particular ferrous), according to which the parts are brought into contact, during at least one carbon enrichment phase, with a carbon enrichment atmosphere which comprises hydrogen and carbon monoxide, a process of the kind where the carbon potential of said enrichment atmosphere can be varied by controlled additions of a gaseous species such as a hydrocarbon, or a mixture of hydrocarbons, or even a gaseous mixture comprising oxygen or capable of releasing oxygen, characterized by the implementation of the following measures a) said controlled addition is carried out in order to reach the level of carbon potential of the desired atmosphere making it possible to reach or even exceed the carbon saturation of the austenite of said metal or metal alloy; b) the residual content of the atmosphere in at least one hydrocarbon is measured and the carbon potential of the atmosphere is regulated at said desired level, by regulating the residual content of the atmosphere in said at least one hydrocarbon at a preset value.
  • a gaseous species such as
  • the level of carbon potential set up and regulated makes it possible to obtain and maintain on the surface of the part a carbon content at least equal to the saturation value in carbon of the austenite of the metal or metal alloy considered.
  • phase diagrams well known to those skilled in the art of heat treatments for iron or its alloys with for example for pure iron, saturation of the austenite, for a temperature between about 895 ° C and 927 ° C, obtained for a carbon content of the order of 1, 2 to 1, 3%, beyond, the carbon precipitating in austenite in the form of carbides.
  • the process of carburizing or carbonitriding metal parts according to the invention may moreover adopt one or more of the following characteristics: - said contacting of the parts with an enrichment atmosphere is carried out at a temperature between 780 ° C and
  • the hydrocarbon whose residual content in the enrichment atmosphere is regulated is methane CH;
  • the hydrocarbon, the residual content of which is regulated in the atmosphere is one of the decomposition by-products of a CxHy hydrocarbon where x>1;
  • the carbon potential of the atmosphere is regulated to a value greater than or equal to 0.7%;
  • the carbon potential of the atmosphere is regulated to a value greater than or equal to 1.3%;
  • the carbon potential of the atmosphere is regulated to a value less than or equal to 4%;
  • the residual content of the hydrocarbon enrichment atmosphere is regulated to a value between 0.1% and 5% by volume;
  • the residual CO 2 content of the atmosphere is less than or equal to 2% and preferably less than or equal to 1.5% by volume;
  • one proceeds after the or each carbon enrichment phase of the parts, to a diffusion phase, by bringing the parts into contact with a diffusion atmosphere which comprises hydrogen and carbon monoxide, the carbon potential of said diffusion atmosphere being less than said regulated value of the carbon potential of the enrichment atmosphere; - we carry out several enrichment / diffusion cycles of carbon metal parts;
  • CO 2 and the carbon potential of the diffusion atmosphere is regulated at said desired level, by regulating the residual CO 2 content of the atmosphere at a predefined value.
  • the invention also relates to a process for carburizing or carbonitriding parts based on metal or metal alloy, according to which the parts are brought into contact, during at least one carbon enrichment phase, at a given enrichment temperature, with an enrichment atmosphere comprising hydrogen and carbon monoxide, of the kind where the carbon potential of said enrichment atmosphere can be varied by controlled additions of a gaseous species such as a hydrocarbon or a mixture of hydrocarbons, or a gas mixture containing oxygen or capable of releasing oxygen, characterized by the implementation of the following measures: a) the said controlled addition is carried out in order to reach the level of carbon potential of the atmosphere sought for reaching or even exceed the carbon saturation of the austenite of said metal or metal alloy; b) the sensitivity of the carbon potential of the enrichment atmosphere to the vicinity of the carbon potential reached during step a) is evaluated, as a function of additions to the atmosphere of hydrocarbon or gaseous mixture comprising oxygen or capable of releasing oxygen; c) according to the result of the evaluation of step b), the carbon potential
  • the residual content of the atmosphere in at least one hydrocarbon is measured and the carbon potential of the atmosphere is regulated at said desired level, by regulating the residual content of the atmosphere in said at least one hydrocarbon to a value predefined;
  • the residual content of the atmosphere in water vapor is measured and the carbon potential of the atmosphere is regulated at said desired level, by regulating the residual content of the atmosphere in water vapor to a predefined value ;
  • the residual oxygen content of the atmosphere is measured and the carbon potential of the atmosphere is regulated at said desired level, by regulating the residual oxygen content of the atmosphere at a predefined value;
  • the residual CO 2 content of the atmosphere is measured and the carbon potential of the atmosphere is regulated at said desired level, by regulating the residual CO 2 content of the atmosphere at a predefined value.
  • hydrocarbon whose residual content is regulated is methane; - Said hydrocarbon whose residual content is regulated is one of the decomposition by-products of a CxHy hydrocarbon where x>1;
  • the carbon potential of the atmosphere is regulated at a value in the range from 0.7% to 4%;
  • the residual content of said at least one hydrocarbon is regulated in the range from 0.1 to 5% by volume;
  • the residual CO 2 content of said enrichment atmosphere is less than or equal to 2% by volume;
  • the carbon potential of the diffusion atmosphere is less than 1%
  • FIG. 1 is a representation of curves giving on the ordinate the carbon content for foils of XC10 cemented steel, as a function of the CO 2 content of the enrichment atmosphere, a curve being represented for each value of the ratio CO / H 2 from the enrichment atmosphere;
  • FIG. 2 shows, for pellets (bulk samples) of XC10 case-hardened steel, four curves providing the carbon profile of the parts (carbon content of the parts on the ordinate as a function of the depth in micron in the room), the four curves having been respectively obtained for a carbon potential of the atmosphere of 0.5%, 0.78%, 1, 25% and 3.81%;
  • FIG. 3 shows, for the case of CO / H 2 atmosphere at 70% CO, the carbon content measured in the foil as a function of the residual CH 4 content measured in the atmosphere.
  • FIG. 1 therefore represents the results obtained in terms of carburizing on low carbon steel foils (0.1% carbon by weight, rectangular pieces of 80 mm x 35 mm x 0.05 mm), treated in all cases during a duration of 15 min, this time of 15 min having demonstrated to be sufficient for the foil to reach thermodynamic equilibrium with the carburizing atmosphere.
  • Each foil after treatment was analyzed by complete combustion in oxygen and analysis of the combustion CO 2 , making it possible to obtain the total carbon content of the foil, and therefore to deduce therefrom the value of the carbon potential of the atmosphere.
  • AICHELIN whose volume is close to 0.15 m 3 , the foils being introduced into the oven as soon as the treatment temperature of 925 ° C is reached and as soon as the desired composition of the atmosphere in the oven is sufficiently stabilized.
  • the holding time of the foil in the oven is 15 min.
  • This intermediate range is characterized by a “softer” variation of the carbon potential as a function of the CO 2 content of the atmosphere, in a range of carbon potential situated here between approximately 1.2 and approximately 2.5%.
  • FIG. 3 illustrates one of the curves representing the carbon content measured in the foil as a function this time not of the CO 2 content measured in the atmosphere, but as a function of the residual CH 4 content in the atmosphere, the example shown here concerning the case of the CO / H 2 atmosphere at 70% CO already mentioned in the context of FIG. 1.
  • FIG. 2 then illustrates for its part the advantage of working with high carbon potential (3.81%) on the carbon content introduced into a piece of XC10 steel (cylindrical solid samples of 30 mm in diameter and 5 mm in diameter). thickness), as a function of the depth expressed in microns, by providing the comparative results obtained for four different carbon potentials (respectively 0.5%, 0.78%, 1, 25% and 3.81%).
  • the samples were obtained under the following experimental conditions: one hour of treatment in the same AICHELIN oven at 925 ° C, the initial atmosphere introduced into the oven being a binary CO / H 2 atmosphere at 50% C0 and 50% d 'hydrogen.
  • the amount of carbon introduced into the sample is consequently much greater in this case, for the same treatment time of one hour.
  • a controlled addition of a species such as a hydrocarbon is carried out, in order to reach or even exceed the carbon saturation of the austenite of the metal or metal alloy considered; b) the sensitivity of the carbon potential of the enrichment atmosphere to the vicinity of the carbon potential reached during step a) is evaluated, as a function of additions of CO 2 or else of hydrocarbon in the atmosphere (as in as previously seen, depending on the CO / H 2 ratio considered, an intermediate domain of “soft” variation in the carbon potential may or may not be observed as a function of the CO 2 content of the atmosphere); c) according to the result of the evaluation of step b), the carbon potential of the atmosphere is regulated at said desired level by measuring the residual content of the atmosphere in at least one species from among the hydrocarbons, CO 2 , H 2 O, or O 2 , and the carbon potential of the atmosphere is regulated at said desired level, by regulating the residual content of the atmosphere in said species.
  • a species such as a hydrocarbon

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Abstract

The invention concerns a method for carburizing or carbonitriding metal or metal alloy parts, which consists in contacting the parts, for at least a carbon-enriching phase, with an enriching atmosphere comprising hydrogen and carbon monoxide, the atmosphere CO/H2 ratio being different by 1/2.

Description

PROCEDE DE CEMENTATION OU CARBONITRU RATION DE PIECES CEMENTATION OR CARBONITRU PROCESS OF PARTS
METALLIQUESMETALLIC
La présente invention concerne le domaine des atmosphères utilisées dans les fours de traitement thermique. Elle s'intéresse plus particulièrement aux atmosphères utilisées pour les procédés de cémentation et carbonitruration de pièces métalliques, en particulier de pièces en acier.The present invention relates to the field of atmospheres used in heat treatment furnaces. It is more particularly interested in the atmospheres used for the carburizing and carbonitriding processes of metal parts, in particular steel parts.
De telles atmosphères sont fréquemment issues d'un générateur endothermique dans lequel un mélange d'air et d'hydrocarbure est envoyé sur un réacteur catalytique (le plus couramment à base de nickel) à une température supérieure à 1000°C, permettant de réaliser l'oxydation partielle de l'hydrocarbure.Such atmospheres frequently arise from an endothermic generator in which a mixture of air and hydrocarbon is sent to a catalytic reactor (most commonly based on nickel) at a temperature above 1000 ° C., making it possible to produce the partial oxidation of the hydrocarbon.
De telles atmosphères de cémentation peuvent également être obtenues par la réaction in-situ (à l'intérieur du four de traitement thermique) d'un mélange air/hydrocarbure, ou encore par les procédés couramment appelés dans l'industrie procédés "azote-méthanol" dans lesquels un mélange d'azote et de méthanol liquide, dans des proportions souhaitées (par exemple 40-60, ou 30-70, ou encore 20-80), est envoyé à l'intérieur du four de traitement thermique, donnant lieu au cracking du méthanol in-situ, et à la production correspondante d'hydrogène et de monoxyde de carbone. Dans tous ces cas (générateur endothermique, atmosphères azote/méthanol ...) le rapport CO/H2 dans le four est voisin de 1/2.Such carburizing atmospheres can also be obtained by the in-situ reaction (inside the heat treatment furnace) of an air / hydrocarbon mixture, or also by the processes commonly called in the industry "nitrogen-methanol processes "in which a mixture of nitrogen and liquid methanol, in desired proportions (for example 40-60, or 30-70, or even 20-80), is sent inside the heat treatment oven, giving rise cracking methanol in situ, and the corresponding production of hydrogen and carbon monoxide. In all these cases (endothermic generator, nitrogen / methanol atmospheres, etc.) the CO / H 2 ratio in the oven is close to 1/2.
A titre illustratif, une composition typique d'atmosphère de cémentation à l'intérieur du four (telle qu'obtenue par exemple à partir d'un générateur endothermique fonctionnant au méthane ou encore d'un procédé azote-méthanol mettant en œuvre un ratio 40 % - 60 %) est la suivante : 20 % CO, 40 % H2, 0,1 % CO2, 0,3 % H20, 1 ,3 % CH4, le reste de l'atmosphère étant constitué d'azote.By way of illustration, a typical composition of carburizing atmosphere inside the furnace (such as obtained for example from an endothermic generator operating on methane or else of a nitrogen-methanol process implementing a ratio 40 % - 60%) is as follows: 20% CO, 40% H 2 , 0.1% CO 2 , 0.3% H 2 0, 1, 3% CH 4 , the rest of the atmosphere being made up of nitrogen.
On sait qu'une des façons dont l'homme du métier des traitements thermiques caractérise une atmosphère de traitement thermique, et en particulier son activité en terme de cémentation, est le "potentiel carbone" de l'atmosphère, un paramètre qui caractérise la capacité de l'atmosphère à fournir du carbone à une pièce à cémenter, et qui (selon les systèmes d'évaluation adoptés) peut notamment s'exprimer en fonction de la concentration en CO et CO2 de l'atmosphère ainsi que de la température à laquelle est réalisé le traitement. A titre illustratif, on se reportera aux ouvrages suivants traitant du rôle et du calcul du potentiel carbone intervenant dans des procédés de cémentation de pièces métalliques : l'ouvrage de G. KRAUSS, s'intitulant "Principles of heat treament of steel" publié par "The American Society for Metals", ainsi qu'à l'ouvrage "Metals Handbook 9th Edition, vol. 4, Heat treating", publié en 1981 par "The American Society for Metals", ou encore à l'article récapitulatif de Daniel W. McCurdy paru en mai 1996 dans la revue « Materials Australia ».We know that one of the ways in which the person skilled in the art of heat treatments characterizes a heat treatment atmosphere, and in particular its activity in terms of carburizing, is the "carbon potential" of the atmosphere, a parameter which characterizes the capacity of the atmosphere to supply carbon to a part to be cemented, and which (depending on the evaluation systems adopted) can in particular be expressed as a function of the CO and CO 2 concentration of the atmosphere as well as the temperature at which treatment is carried out. By way of illustration, reference is made to the following works dealing with the role and calculation of the carbon potential involved in the carburizing of metal parts: the work by G. KRAUSS, entitled "Principles of heat treament of steel" published by "The American Society for Metals", as well as to the book "Metals Handbook 9th Edition, vol. 4, Heat treating", published in 1981 by "The American Society for Metals", or to the summary article by Daniel W. McCurdy published in May 1996 in the journal "Materials Australia".
Le potentiel carbone d'un mélange gazeux représente alors la teneur en carbone, exprimée en pourcentage massique, de l'austénite qui est en équilibre avec cette atmosphère.The carbon potential of a gas mixture then represents the carbon content, expressed as a percentage by mass, of the austenite which is in equilibrium with this atmosphere.
Si de nombreux modèles de calcul du potentiel carbone, à partir de la composition de l'atmosphère, sont rapportés dans la littérature, reste que une des méthodes les plus précises et rigoureuses (car absolue) de détermination de ce potentiel carbone est la méthode dite « du clinquant ».If many models for calculating the carbon potential, based on the composition of the atmosphere, are reported in the literature, the fact remains that one of the most precise and rigorous (because absolute) methods of determining this carbon potential is the so-called method "Flashy".
Elle repose sur la notion d'équilibre thermodynamique entre l'atmosphère de cémentation et le carbone contenu dans une pièce traitée. Elle consiste donc à mettre en présence et en équilibre dans un four sous température et atmosphère données, un clinquant d'un acier bas carbone (par exemple du type XC10 à 0,1 % de carbone) de faibles dimensions (par exemple un clinquant de 80 mm de longueur, 35 mm de largeur et 0,05 mm d'épaisseur, ces faibles dimensions garantissant la possibilité d'atteindre un équilibre). Le potentiel carbone atteint dans ces conditions d'atmosphère et de température fixées étant alors évalué de façon rigoureuse par analyse directe de la teneur en carbone du clinquant, par exemple par dosage chimique total du carbone après combustion du clinquant dans un courant d'oxygène (dosage du CO2).It is based on the notion of thermodynamic balance between the carburizing atmosphere and the carbon contained in a treated part. It therefore consists in bringing together and in equilibrium in a furnace under given temperature and atmosphere, a shim of a low carbon steel (for example of the XC10 type with 0.1% carbon) of small dimensions (for example a shim of 80 mm long, 35 mm wide and 0.05 mm thick, these small dimensions guarantee the possibility of achieving a balance). The carbon potential reached under these fixed atmosphere and temperature conditions is then rigorously evaluated by direct analysis of the carbon content of the foil, for example by total chemical determination of the carbon after combustion of the foil in an oxygen stream ( CO 2 dosage).
Ainsi, à titre illustratif, une atmosphère dont le potentiel carbone est égal à 0,7 est en équilibre avec une austénite à 0,7 % de carbone, cette atmosphère décarburant alors jusqu'à 0,7 % de carbone une austénite qui contient plus de carbone, et cémentant jusqu'à 0,7 % de carbone une austénite qui en contient moins.Thus, by way of illustration, an atmosphere whose carbon potential is equal to 0.7 is in equilibrium with an austenite containing 0.7% of carbon, this atmosphere then decarburizing up to 0.7% of carbon an austenite which contains more carbon, and cementing up to 0.7% carbon an austenite which contains less.
Comme on peut le constater à la lecture des références de la littérature citées plus haut, de 1950 à 1987, l'état de la technique du contrôle du potentiel carbone des atmosphères de traitement thermique a reposé essentiellement sur l'utilisation de l'une des trois réactions suivantes (où Ca représente le carbone adsorbé en surface de la pièce) :As can be seen from the references in the literature cited above, from 1950 to 1987, the state of the art in controlling the carbon potential of heat treatment atmospheres rested essentially on the use of one of the following three reactions (where C a represents the carbon adsorbed on the surface of the part):
H2 + CO → H2O + Ca (1 )H 2 + CO → H 2 O + C a (1)
2CO → Ca + CO2 (2) CO → Ca + 1/2 O2 (3)2CO → C a + CO 2 (2) CO → C a + 1/2 O 2 (3)
On le voit donc, à travers les époques, plusieurs formules d'évaluation du potentiel carbone ont été et sont utilisées dans la littérature, ainsi la réaction (1 ) montre bien que si les teneurs en CO et H2 de l'atmosphère sont connues, la mesure de la concentration en H2O permet de calculer le potentiel carbone de l'atmosphère.We can therefore see that, throughout the ages, several formulas for evaluating the carbon potential have been and are used in the literature, thus reaction (1) clearly shows that if the CO and H 2 contents of the atmosphere are known , the measurement of the H 2 O concentration makes it possible to calculate the carbon potential of the atmosphere.
L'utilisation de la réaction (2) montre que si la teneur en CO de l'atmosphère est connue, la mesure de la concentration de l'atmosphère en CO2 permet ici encore d'évaluer le potentiel carbone de l'atmosphère. Cette méthode d'évaluation a été très largement adoptée dans les années 60 pour sa grande stabilité par rapport à un contrôle qui serait basé sur la mesure du point de rosée.The use of reaction (2) shows that if the CO content of the atmosphere is known, the measurement of the CO 2 concentration of the atmosphere here again makes it possible to evaluate the carbon potential of the atmosphere. This evaluation method was very widely adopted in the 60s for its great stability compared to a control which would be based on the measurement of the dew point.
Enfin, on voit que la réaction (3) montre que pour une teneur en CO de l'atmosphère connue, une mesure de la teneur en oxygène permet d'évaluer le potentiel carbone. L'apparition des sondes à oxygène en zircone sur le marché dans les années 70 a fait que cette méthode d'évaluation du potentiel carbone selon la réaction (3) est rapidement devenue un standard mondial.Finally, we see that reaction (3) shows that for a CO content of the known atmosphere, a measurement of the oxygen content makes it possible to evaluate the carbon potential. The appearance of zirconia oxygen sensors on the market in the 1970s made this method of assessing carbon potential according to reaction (3) quickly become a world standard.
Une des méthodes couramment utilisée pour augmenter le potentiel carbone d'une atmosphère est d'ajouter à l'atmosphère de cémentation une faible quantité d'un gaz riche en hydrocarbure, généralement du méthane ou du propane, ce gaz additionnel réagissant avec l'eau, le CO2, ou l'oxygène, permettant ainsi d'augmenter les teneurs en CO et H2 selon les réactions suivantes :One of the methods commonly used to increase the carbon potential of an atmosphere is to add to the carburizing atmosphere a small amount of a gas rich in hydrocarbons, generally methane or propane, this additional gas reacting with water. , CO 2 , or oxygen, thus making it possible to increase the CO and H 2 contents according to the following reactions:
CH4 + CO2→ 2CO + 2H2 CH4 + H20 → CO + 3H2 CH 4 + CO 2 → 2CO + 2H 2 CH 4 + H 2 0 → CO + 3H 2
On le voit donc, le contrôle mais surtout la régulation du potentiel carbone à travers les époques était basé sur le contrôle et la régulation de l'une ou plusieurs des espèces parmi CO2 , CO, H2 , O2 , ou encore H2O.As we can see, the control but above all the regulation of the carbon potential across the eras was based on the control and regulation of one or more of the species among CO 2 , CO, H 2 , O 2 , or even H 2 O.
Par ailleurs il a toujours été recommandé de limiter l'injection d'hydrocarbure ainsi que le niveau de potentiel carbone mis en place, afin d'éviter les dépôts de suie (voir par exemple l'ouvrage de synthèse de Dominique Ghiglione et al, « Pratique des Traitements Thermiques », publié en mai 1997 par les Techniques de L'Ingénieur et l'Association Technique de Traitement Thermique-ATTT).In addition, it has always been recommended to limit the injection of hydrocarbon as well as the level of carbon potential set up, in order to avoid deposits of soot (see for example the synthesis work of Dominique Ghiglione et al, “Practice of Thermal Treatments”, published in May 1997 by Engineering Techniques and the Technical Association for Thermal Treatment-ATTT).
Les procédés de cémentation rapportés dans la littérature mettent typiquement en œuvre deux types de phase, c'est-à-dire deux types de mise en contact de la pièce à cémenter avec une atmosphère contrôlée : a) une première phase dite « d'enrichissement » en carbone au cours de laquelle on met en contact la pièce, à une température généralement comprise entre 780°C et 980°C (selon qu'il s'agit de cémentation ou de carbonitruration), avec une atmosphère qui comporte de l'hydrogène et du monoxyde de carbone, dont le potentiel carbone est généralement situé dans une gamme allant de 0,9 à 1 ,3 (pour les aciers conventionnels), pour obtenir un profil de carbone donné dans la partie superficielle de la pièce. b) une phase dite « de diffusion », au cours de laquelle la pièce est mise en contact avec une atmosphère dont le potentiel carbone est inférieur au potentiel carbone mis en place durant la phase d'enrichissement (couramment 0,7 à 0,9 pour les aciers conventionnels), afin d'obtenir un flux de carbone transféré de la phase gazeuse à la pièce à traiter nul ou quasi nul, phase de diffusion permettant une diffusion du carbone précédemment introduit à l'intérieur de la pièce, et ainsi un profil de concentration en carbone à l'intérieur de la pièce (et en particulier en surface) requis et choisi sur des critères métallurgiques.The cementation processes reported in the literature typically use two types of phase, that is to say two types of contacting of the part to be cemented with a controlled atmosphere: a) a first phase called "enrichment" »In carbon during which the part is brought into contact, at a temperature generally between 780 ° C. and 980 ° C. (depending on whether it is carburizing or carbonitriding), with an atmosphere which comprises hydrogen and carbon monoxide, the carbon potential of which is generally in a range from 0.9 to 1.3 (for conventional steels), to obtain a given carbon profile in the surface part of the part. b) a so-called “diffusion” phase, during which the part is brought into contact with an atmosphere whose carbon potential is lower than the carbon potential set up during the enrichment phase (usually 0.7 to 0.9 for conventional steels), in order to obtain a carbon flux transferred from the gas phase to the part to be treated zero or almost zero, diffusion phase allowing a diffusion of the carbon previously introduced inside the part, and thus a carbon concentration profile inside the part (and in particular on the surface) required and chosen on metallurgical criteria.
Selon les pièces traitées et les applications visées, on observe une très grande variété de procédés de cémentation dans l'industrie, dont la durée varie très largement, typiquement depuis des procédés ne durant qu'une heure, jusqu'à des procédés durant près de 24 heures.Depending on the parts treated and the applications targeted, there is a very wide variety of cementation processes in industry, the duration of which varies very widely, typically from processes lasting only one hour, to processes lasting nearly 24 hours.
On conçoit alors qu'il serait extrêmement intéressant, pour des raisons économiques de productivité, de pouvoir disposer de procédés de cémentation accélérés permettant de diminuer de façon significative le temps de cémentation.It is therefore understandable that it would be extremely advantageous, for economic reasons of productivity, to be able to have accelerated carburizing processes making it possible to significantly reduce the carburizing time.
La présente invention vise notamment à proposer un procédé de cémentation accélérée.The present invention aims in particular to propose an accelerated case hardening process.
Pour ce faire, l'invention concerne un procédé de cémentation ou de carbonitruration de pièces métalliques (donc à base de métal ou alliage métallique, notamment ferreux), selon lequel on met en contact les pièces, durant au moins une phase d'enrichissement en carbone, avec une atmosphère d'enrichissement en carbone qui comporte de l'hydrogène et du monoxyde de carbone, procédé du genre où l'on peut faire varier le potentiel carbone de ladite atmosphère d'enrichissement par des ajouts contrôlés d'une espèce gazeuse telle que un hydrocarbure, ou un mélange d'hydrocarbures, ou encore un mélange gazeux comportant de l'oxygène ou susceptible de libérer de l'oxygène, se caractérisant par la mise en œuvre des mesures suivantes : a) on effectue ledit ajout contrôlé afin d'atteindre le niveau de potentiel carbone de l'atmosphère recherché permettant d'atteindre voire de dépasser la saturation en carbone de l'austénite dudit métal ou alliage métallique ; b) on mesure la teneur résiduelle de l'atmosphère en au moins un hydrocarbure et l'on régule le potentiel carbone de l'atmosphère au dit niveau recherché, en régulant la teneur résiduelle de l'atmosphère en ledit au moins un hydrocarbure à une valeur prédéfinie.To do this, the invention relates to a method of carburizing or carbonitriding metal parts (therefore based on metal or metal alloy, in particular ferrous), according to which the parts are brought into contact, during at least one carbon enrichment phase, with a carbon enrichment atmosphere which comprises hydrogen and carbon monoxide, a process of the kind where the carbon potential of said enrichment atmosphere can be varied by controlled additions of a gaseous species such as a hydrocarbon, or a mixture of hydrocarbons, or even a gaseous mixture comprising oxygen or capable of releasing oxygen, characterized by the implementation of the following measures a) said controlled addition is carried out in order to reach the level of carbon potential of the desired atmosphere making it possible to reach or even exceed the carbon saturation of the austenite of said metal or metal alloy; b) the residual content of the atmosphere in at least one hydrocarbon is measured and the carbon potential of the atmosphere is regulated at said desired level, by regulating the residual content of the atmosphere in said at least one hydrocarbon at a preset value.
Comme on l'aura compris à la lecture de ce qui précède, le niveau de potentiel carbone mis en place et régulé permet d'obtenir et de maintenir à la surface de la pièce une teneur en carbone au moins égale à la valeur de saturation en carbone de l'austénite du métal ou alliage métallique considéré.As will be understood from reading the above, the level of carbon potential set up and regulated makes it possible to obtain and maintain on the surface of the part a carbon content at least equal to the saturation value in carbon of the austenite of the metal or metal alloy considered.
A titre illustratif, on se reportera classiquement aux diagrammes de phases bien connus de l'homme du métier des traitements thermiques pour le fer ou ses alliages, avec par exemple pour le fer pur, une saturation de l'austénite, pour une température comprise entre environ 895°C et 927°C, obtenue pour une teneur en carbone de l'ordre de 1 ,2 à 1 ,3 %, au delà, le carbone précipitant dans l'austénite sous forme de carbures.By way of illustration, reference will conventionally be made to phase diagrams well known to those skilled in the art of heat treatments for iron or its alloys, with for example for pure iron, saturation of the austenite, for a temperature between about 895 ° C and 927 ° C, obtained for a carbon content of the order of 1, 2 to 1, 3%, beyond, the carbon precipitating in austenite in the form of carbides.
Le procédé de cémentation ou de carbonitruration de pièces métalliques selon l'invention pourra par ailleurs adopter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - la dite mise en contact des pièces avec une atmosphère d'enrichissement s'effectue à une température comprise entre 780°C etThe process of carburizing or carbonitriding metal parts according to the invention may moreover adopt one or more of the following characteristics: - said contacting of the parts with an enrichment atmosphere is carried out at a temperature between 780 ° C and
980°C;980 ° C;
- l'hydrocarbure dont on régule la teneur résiduelle dans l'atmosphère d'enrichissement est le méthane CH ; - l'hydrocarbure dont on régule la teneur résiduelle dans l'atmosphère est un des sous-produits de décomposition d'un hydrocarbure CxHy où x>1 ;- the hydrocarbon whose residual content in the enrichment atmosphere is regulated is methane CH; - the hydrocarbon, the residual content of which is regulated in the atmosphere, is one of the decomposition by-products of a CxHy hydrocarbon where x>1;
- on régule le potentiel carbone de l'atmosphère à une valeur supérieure ou égale à 0,7 % ;- the carbon potential of the atmosphere is regulated to a value greater than or equal to 0.7%;
- on régule le potentiel carbone de l'atmosphère à une valeur supérieure ou égale à 1 ,3 % ;- the carbon potential of the atmosphere is regulated to a value greater than or equal to 1.3%;
- on régule le potentiel carbone de l'atmosphère à une valeur inférieure ou égale à 4 % ; - on régule la teneur résiduelle de l'atmosphère d'enrichissement en l'hydrocarbure à une valeur située entre 0,1 % et 5 % volumiques;- the carbon potential of the atmosphere is regulated to a value less than or equal to 4%; - The residual content of the hydrocarbon enrichment atmosphere is regulated to a value between 0.1% and 5% by volume;
- la teneur résiduelle de l'atmosphère en CO2 est inférieure ou égale à 2 % et préférentiellement inférieure ou égale à 1 ,5 % volumiques;the residual CO 2 content of the atmosphere is less than or equal to 2% and preferably less than or equal to 1.5% by volume;
- on procède après la ou chaque phase d'enrichissement en carbone des pièces, à une phase de diffusion, par mise en contact des pièces avec une atmosphère de diffusion qui comporte de l'hydrogène et du monoxyde de carbone, le potentiel carbone de ladite atmosphère de diffusion étant inférieur à ladite valeur régulée du potentiel carbone de l'atmosphère d'enrichissement ; - on procède à plusieurs cycles d'enrichissement/diffusion des pièces métalliques en carbone;- one proceeds after the or each carbon enrichment phase of the parts, to a diffusion phase, by bringing the parts into contact with a diffusion atmosphere which comprises hydrogen and carbon monoxide, the carbon potential of said diffusion atmosphere being less than said regulated value of the carbon potential of the enrichment atmosphere; - we carry out several enrichment / diffusion cycles of carbon metal parts;
- on obtient la dite valeur du potentiel carbone de l'atmosphère de diffusion inférieure à la valeur régulée du potentiel carbone de l'atmosphère d'enrichissement par ajout de dioxyde de carbone CO2; - on mesure la teneur résiduelle de l'atmosphère de diffusion en- the said value of the carbon potential of the diffusion atmosphere is obtained which is lower than the regulated value of the carbon potential of the enrichment atmosphere by adding carbon dioxide CO 2 ; - the residual content of the diffusion atmosphere is measured in
CO2 et l'on régule le potentiel carbone de l'atmosphère de diffusion au dit niveau recherché, en régulant la teneur résiduelle de l'atmosphère en CO2 à une valeur prédéfinie.CO 2 and the carbon potential of the diffusion atmosphere is regulated at said desired level, by regulating the residual CO 2 content of the atmosphere at a predefined value.
L'invention concerne également un procédé de cémentation ou de carbonitruration de pièces à base de métal ou alliage métallique, selon lequel on met en contact les pièces, durant au moins une phase d'enrichissement en carbone, à une température d'enrichissement donnée, avec une atmosphère d'enrichissement comportant de l'hydrogène et du monoxyde de carbone, du genre où l'on peut faire varier le potentiel carbone de ladite atmosphère d'enrichissement par des ajouts contrôlés d'une espèce gazeuse telle que un hydrocarbure ou un mélange d'hydrocarbures, ou encore un mélange gazeux comportant de l'oxygène ou susceptible de libérer de l'oxygène, caractérisé par la mise en œuvre des mesures suivantes : a) on effectue ledit ajout contrôlé afin d'atteindre le niveau de potentiel carbone de l'atmosphère recherché permettant d'atteindre voire de dépasser la saturation en carbone de l'austénite dudit métal ou alliage métallique ; b) on évalue la sensibilité du potentiel carbone de l'atmosphère d'enrichissement au voisinage du potentiel carbone atteint lors de l'étape a), en fonction d'ajouts, dans l'atmosphère, d'hydrocarbure ou de mélange gazeux comportant de l'oxygène ou susceptible de libérer de l'oxygène; c) selon le résultat de l'évaluation de l'étape b), on régule le potentiel carbone de l'atmosphère au dit niveau recherché en adoptant l'une ou l'autre des voies suivantes :The invention also relates to a process for carburizing or carbonitriding parts based on metal or metal alloy, according to which the parts are brought into contact, during at least one carbon enrichment phase, at a given enrichment temperature, with an enrichment atmosphere comprising hydrogen and carbon monoxide, of the kind where the carbon potential of said enrichment atmosphere can be varied by controlled additions of a gaseous species such as a hydrocarbon or a mixture of hydrocarbons, or a gas mixture containing oxygen or capable of releasing oxygen, characterized by the implementation of the following measures: a) the said controlled addition is carried out in order to reach the level of carbon potential of the atmosphere sought for reaching or even exceed the carbon saturation of the austenite of said metal or metal alloy; b) the sensitivity of the carbon potential of the enrichment atmosphere to the vicinity of the carbon potential reached during step a) is evaluated, as a function of additions to the atmosphere of hydrocarbon or gaseous mixture comprising oxygen or capable of releasing oxygen; c) according to the result of the evaluation of step b), the carbon potential of the atmosphere is regulated at said desired level by adopting one or the other of the following paths:
- on mesure la teneur résiduelle de l'atmosphère en au moins un hydrocarbure et l'on régule le potentiel carbone de l'atmosphère au dit niveau recherché, en régulant la teneur résiduelle de l'atmosphère en ledit au moins un hydrocarbure à une valeur prédéfinie;- the residual content of the atmosphere in at least one hydrocarbon is measured and the carbon potential of the atmosphere is regulated at said desired level, by regulating the residual content of the atmosphere in said at least one hydrocarbon to a value predefined;
- on mesure la teneur résiduelle de l'atmosphère en vapeur d'eau et l'on régule le potentiel carbone de l'atmosphère au dit niveau recherché, en régulant la teneur résiduelle de l'atmosphère en vapeur d'eau à une valeur prédéfinie;- the residual content of the atmosphere in water vapor is measured and the carbon potential of the atmosphere is regulated at said desired level, by regulating the residual content of the atmosphere in water vapor to a predefined value ;
- on mesure la teneur résiduelle de l'atmosphère en oxygène et l'on régule le potentiel carbone de l'atmosphère au dit niveau recherché, en régulant la teneur résiduelle de l'atmosphère en oxygène à une valeur prédéfinie;- The residual oxygen content of the atmosphere is measured and the carbon potential of the atmosphere is regulated at said desired level, by regulating the residual oxygen content of the atmosphere at a predefined value;
- on mesure la teneur résiduelle de l'atmosphère en CO2 et l'on régule le potentiel carbone de l'atmosphère au dit niveau recherché, en régulant la teneur résiduelle de l'atmosphère en CO2 à une valeur prédéfinie.- The residual CO 2 content of the atmosphere is measured and the carbon potential of the atmosphere is regulated at said desired level, by regulating the residual CO 2 content of the atmosphere at a predefined value.
Le procédé de cémentation ou de carbonitruration de pièces métalliques selon l'invention pourra par ailleurs adopter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :The process of carburizing or carbonitriding metal parts according to the invention may moreover adopt one or more of the following characteristics:
- la mise en contact avec l'atmosphère d'enrichissement s'effectue à une température comprise entre 780°C et 980°C ;- the contact with the enrichment atmosphere takes place at a temperature between 780 ° C and 980 ° C;
- ledit hydrocarbure dont on régule la teneur résiduelle est le méthane ; - ledit hydrocarbure dont on régule la teneur résiduelle est un des sous-produits de décomposition d'un hydrocarbure CxHy où x>1 ;- Said hydrocarbon whose residual content is regulated is methane; - Said hydrocarbon whose residual content is regulated is one of the decomposition by-products of a CxHy hydrocarbon where x>1;
- on régule le potentiel carbone de l'atmosphère à une valeur située dans l'intervalle allant de 0,7 % à 4 % ; - on régule la teneur résiduelle en ledit au moins un hydrocarbure dans la gamme allant de 0,1 à 5 % volumiques ;- the carbon potential of the atmosphere is regulated at a value in the range from 0.7% to 4%; - The residual content of said at least one hydrocarbon is regulated in the range from 0.1 to 5% by volume;
- la teneur résiduelle en CO2 de ladite atmosphère d'enrichissement est inférieure ou égale à 2 % volumiques ;the residual CO 2 content of said enrichment atmosphere is less than or equal to 2% by volume;
- la teneur résiduelle en CO2 de ladite atmosphère d'enrichissement est inférieure à 1 ,5 % volumiques ;- the residual CO 2 content of said enrichment atmosphere is less than 1.5% by volume;
- on procède, après la ou chaque phase d'enrichissement en carbone, à une phase de diffusion, durant laquelle on met en contact les pièces avec une atmosphère de diffusion comportant de l'hydrogène et du monoxyde de carbone, dont le potentiel carbone est inférieur à ladite valeur régulée du potentiel carbone de l'atmosphère d'enrichissement ;- we proceed, after the or each carbon enrichment phase, to a diffusion phase, during which the parts are brought into contact with a diffusion atmosphere comprising hydrogen and carbon monoxide, the carbon potential of which is lower than said regulated value of the carbon potential of the enrichment atmosphere;
- le potentiel carbone de l'atmosphère de diffusion est inférieur à 1 % ;- the carbon potential of the diffusion atmosphere is less than 1%;
- on obtient la dite valeur du potentiel carbone de l'atmosphère de diffusion inférieure à la valeur régulée du potentiel carbone de l'atmosphère d'enrichissement par ajout de dioxyde de carbone CO2 ;- the said value of the carbon potential of the diffusion atmosphere is obtained which is lower than the regulated value of the carbon potential of the enrichment atmosphere by adding carbon dioxide CO 2 ;
- on mesure la teneur résiduelle en CO2 de l'atmosphère de diffusion et l'on régule le potentiel carbone de l'atmosphère de diffusion en régulant la teneur résiduelle de l'atmosphère en CO2 à une valeur prédéfinie . D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description suivante de modes de réalisation donnés à titre illustratif mais nullement limitatif, faite en relation avec les dessins annexés sur lesquels :- The residual CO 2 content of the diffusion atmosphere is measured and the carbon potential of the diffusion atmosphere is regulated by regulating the residual CO 2 content of the atmosphere at a predefined value. Other characteristics and advantages of the present invention will emerge from the following description of embodiments given by way of illustration but in no way limiting, made in relation to the appended drawings in which:
- la figure 1 est une représentation de courbes donnant en ordonnée la teneur en carbone pour des clinquants d'acier XC10 cémentés, en fonction de la teneur en CO2 de l'atmosphère d'enrichissement, une courbe étant représentée pour chaque valeur du rapport CO/H2 de l'atmosphère d'enrichissement;- Figure 1 is a representation of curves giving on the ordinate the carbon content for foils of XC10 cemented steel, as a function of the CO 2 content of the enrichment atmosphere, a curve being represented for each value of the ratio CO / H 2 from the enrichment atmosphere;
- la figure 2 représente, pour des pastilles (échantillons massifs) d'acier XC10 cémentées, quatre courbes fournissant le profil carbone des pièces (teneur en carbone des pièces en ordonnée en fonction de la profondeur en micron dans la pièce), les quatre courbes ayant été respectivement obtenues pour un potentiel carbone de l'atmosphère de 0,5 %, 0,78 %, 1 ,25 % et 3,81 %;- Figure 2 shows, for pellets (bulk samples) of XC10 case-hardened steel, four curves providing the carbon profile of the parts (carbon content of the parts on the ordinate as a function of the depth in micron in the room), the four curves having been respectively obtained for a carbon potential of the atmosphere of 0.5%, 0.78%, 1, 25% and 3.81%;
- la figure 3 représente, pour le cas de l'atmosphère CO/H2 à 70 % de CO, la teneur en carbone mesurée dans le clinquant en fonction de la teneur résiduelle en CH4 mesurée dans l'atmosphère.- Figure 3 shows, for the case of CO / H 2 atmosphere at 70% CO, the carbon content measured in the foil as a function of the residual CH 4 content measured in the atmosphere.
La figure 1 représente donc les résultats obtenus en terme de cémentation sur des clinquants en acier bas carbone (0,1 % de carbone en poids, pièces parallélépipédiques de 80 mm x 35 mm x 0,05 mm) , traités dans tous les cas pendant une durée de 15 mn, ce temps de 15 mn ayant démontré être suffisant pour que le clinquant atteigne l'équilibre thermodynamique avec l'atmosphère de cémentation.FIG. 1 therefore represents the results obtained in terms of carburizing on low carbon steel foils (0.1% carbon by weight, rectangular pieces of 80 mm x 35 mm x 0.05 mm), treated in all cases during a duration of 15 min, this time of 15 min having demonstrated to be sufficient for the foil to reach thermodynamic equilibrium with the carburizing atmosphere.
Chaque clinquant après traitement a été analysé par combustion complète dans l'oxygène et analyse du CO2 de combustion, permettant d'obtenir la teneur totale du clinquant en carbone, et donc d'en déduire la valeur du potentiel carbone de l'atmosphère.Each foil after treatment was analyzed by complete combustion in oxygen and analysis of the combustion CO 2 , making it possible to obtain the total carbon content of the foil, and therefore to deduce therefrom the value of the carbon potential of the atmosphere.
Tous les essais ont été réalisés dans un four pot de marqueAll tests were carried out in a brand pot oven
AICHELIN, dont le volume est voisin de 0,15 m3, les clinquants étant introduits dans le four dès que la température de traitement de 925°C est atteinte et dès que la composition souhaitée de l'atmosphère dans le four est suffisamment stabilisée. Comme déjà signalé, le temps de maintien du clinquant dans le four est de 15 mn.AICHELIN, whose volume is close to 0.15 m 3 , the foils being introduced into the oven as soon as the treatment temperature of 925 ° C is reached and as soon as the desired composition of the atmosphere in the oven is sufficiently stabilized. As already mentioned, the holding time of the foil in the oven is 15 min.
Les travaux menés à bien par la Demanderesse tels que rapportés figure 1 montrent donc la teneur en carbone mesurée dans le clinquant en fonction de la teneur résiduelle en CO2 dans l'atmosphère, ceci pour différentes atmosphères d'enrichissement caractérisées par leur rapportThe work carried out by the Applicant as reported in Figure 1 therefore shows the carbon content measured in the foil as a function of the residual CO 2 content in the atmosphere, this for different enrichment atmospheres characterized by their ratio
CO/H2 (la courbe la plus à droite sur le graphe étant obtenue pour le rapportCO / H 2 (the rightmost curve on the graph being obtained for the ratio
90/10, puis suivent dans l'ordre les courbes obtenues pour les rapports90/10, then follow in order the curves obtained for the reports
70/30, 60/40, 50/50, 30/70, 20/80, la dernière courbe représentée le plus à gauche sur le graphe étant obtenue pour une atmosphère d'azote/méthanol dans un rapport 40/60).70/30, 60/40, 50/50, 30/70, 20/80, the last curve shown furthest to the left on the graph being obtained for a nitrogen / methanol atmosphere in a 40/60 ratio).
Un certain nombre de remarques s'imposent alors immédiatement à la lecture de ces courbes :A certain number of remarks are immediately imperative when reading these curves:
- tout d'abord la possibilité d'obtenir, pour certaines conditions d'atmosphère, des teneurs en carbone dans le clinquant (donc des potentiels carbone d'atmosphère) extrêmement élevées, en pratique largement 10- firstly the possibility of obtaining, for certain atmosphere conditions, carbon contents in the foil (therefore atmospheric carbon potentials) extremely high, in practice widely 10
supérieures à 1 , atteignant même 3 à 4 % , y compris pour des rapports CO/H2 différents de 1/2;greater than 1, even reaching 3 to 4%, including for CO / H 2 ratios other than 1/2;
- pour toutes ces courbes, l'observation d'un premier domaine (domaine obtenu en ajoutant dans l'atmosphère du CH4 permettant de consommer du CO2 pour former du CO et de l'hydrogène) pour lequel, en deçà d'une certaine valeur de la teneur résiduelle en CO2 (dépendant du rapport CO/H2 considéré), la teneur résiduelle en CO2 dans l'atmosphère varie extrêmement peu voire carrément plus du tout alors que le potentiel carbone croît très fortement; - on conçoit alors que dans ce premier domaine extrêmement intéressant, puisque mettant en œuvre des potentiels carbone très élevés, la valeur du potentiel carbone de l'atmosphère soit difficilement réglable en fonction de la teneur en CO2 de l'atmosphère (comme cela est fait classiquement dans la littérature) puisque cette teneur en CO2 varie très peu; - de même, compte tenu de la présence d'une teneur significative d'hydrocarbure dans l'atmosphère pour ce premier domaine, il sera également difficile de régler le potentiel carbone à l'aide de la méthode traditionnelle de la sonde à oxygène (problème de pollution de la sonde);- for all these curves, the observation of a first domain (domain obtained by adding CH 4 to the atmosphere allowing the consumption of CO 2 to form CO and hydrogen) for which, below a certain value of the residual CO 2 content (depending on the CO / H 2 ratio considered), the residual CO 2 content in the atmosphere varies extremely little or even more at all while the carbon potential increases very strongly; - it is therefore conceivable that in this first extremely interesting field, since using very high carbon potentials, the value of the carbon potential of the atmosphere is difficult to adjust as a function of the CO 2 content of the atmosphere (as is conventionally done in the literature) since this CO 2 content varies very little; - similarly, given the presence of a significant hydrocarbon content in the atmosphere for this first domain, it will also be difficult to adjust the carbon potential using the traditional method of the oxygen sensor (problem pollution of the probe);
- pour chaque courbe, une variation importante de pente se produit au voisinage d'un potentiel carbone situé entre 1 ,2 et 1 ,3 %, c'est-à-dire au voisinage du potentiel carbone de saturation de l'austénite de l'acier considéré (à la température de traitement pratiquée i.e 925°C), il peut être alors extrêmement avantageux selon l'invention, à partir de cette gamme, de réguler le potentiel carbone de l'atmosphère à une valeur donnée, par une mesure de la teneur en hydrocarbure de l'atmosphère et une régulation de cette teneur en hydrocarbure à un niveau prédéfini compte tenu du potentiel carbone visé ;- for each curve, a significant variation in slope occurs in the vicinity of a carbon potential located between 1, 2 and 1, 3%, that is to say in the vicinity of the carbon potential of saturation of the austenite of l 'steel considered (at the treatment temperature practiced ie 925 ° C), it can then be extremely advantageous according to the invention, from this range, to regulate the carbon potential of the atmosphere to a given value, by a measurement the hydrocarbon content of the atmosphere and a regulation of this hydrocarbon content at a predefined level taking into account the targeted carbon potential;
- dans une seconde partie du graphe, en revanche, c'est-à-dire pour des teneurs en CO2 élevées (en pratique au-delà de 1 ,5 à 2 % volumiques), seconde partie obtenue par ajout de CO2 dans l'atmosphère (entraînant la chute de la teneur résiduelle en hydrocarbure de l'atmosphère à des niveaux très faibles), donne lieu à une chute du potentiel carbone jusqu'à des valeurs inférieures à 0,5 %, puis inférieures à 0,25 % ;- in a second part of the graph, on the other hand, that is to say for high CO 2 contents (in practice beyond 1.5 to 2% by volume), second part obtained by adding CO 2 in the atmosphere (causing the residual hydrocarbon content of the atmosphere to fall to very low levels), gives rise to a fall in the carbon potential to values below 0.5%, then below 0.25 %;
- on conçoit alors tout l'intérêt selon l'invention de réguler un potentiel carbone élevé (supérieur ou égale à 1 ,2 ou 1 ,3, voire supérieur à 2 ou 3 %), durant une phase d'enrichissement en carbone, sur la teneur 11- it is therefore easy to understand the advantage according to the invention of regulating a high carbon potential (greater than or equal to 1, 2 or 1, 3, or even greater than 2 or 3%), during a carbon enrichment phase, on content 11
résiduelle en hydrocarbure de l'atmosphère d'enrichissement (la teneur résiduelle en CO2 correspondante étant dans cette gamme extrêmement peu sensible), alors que l'on utilisera avantageusement durant une phase de diffusion du carbone à l'intérieur de la pièce, par mise en contact de la pièce avec une atmosphère de potentiel carbone moindre (par exemple inférieur à 1 , typiquement situé entre 0,7 et 0,9 %), une régulation de la teneur en CO2 de l'atmosphère à un niveau souhaité compte tenu du potentiel carbone « de diffusion » inférieur à 1 visé, la teneur correspondante en CH de l'atmosphère variant alors extrêmement peu (très faible sensibilité); - on constate également à la lecture de cette figure 1 l'existence, de ce que l'on peut appeler un troisième domaine, intermédiaire entre les deux domaines précédemment cités, au moins pour certains rapports CO/H2 (typiquement supérieur ou égal à 30/70). Ce domaine intermédiaire se caractérise par une variation plus « douce » du potentiel carbone en fonction de la teneur en CO2 de l'atmosphère, dans un domaine de potentiel carbone situé ici entre environ 1 ,2 et environ 2,5 %. On conçoit alors pour les rapports CO/H2 considérés et les domaines intermédiaires considérés, l'intérêt de pouvoir mettre en place des potentiels carbone élevés (puisque bien supérieurs à la saturation de l'austénite) tout en conservant ici la possibilité de réguler ce ou ces potentiels carbone en régulant la teneur en CO2 de l'atmosphère de cémentation.residual hydrocarbon from the enrichment atmosphere (the corresponding residual CO 2 content being in this extremely insensitive range), whereas it will advantageously be used during a phase of diffusion of carbon inside the room, by bringing the part into contact with an atmosphere of lower carbon potential (for example less than 1, typically located between 0.7 and 0.9%), regulating the CO 2 content of the atmosphere to a desired level given the targeted “diffusion” carbon potential of less than 1, the corresponding CH content of the atmosphere then varies extremely little (very low sensitivity); - we also see on reading this figure 1 the existence of what can be called a third domain, intermediate between the two previously mentioned domains, at least for certain CO / H 2 ratios (typically greater than or equal to 30/70). This intermediate range is characterized by a “softer” variation of the carbon potential as a function of the CO 2 content of the atmosphere, in a range of carbon potential situated here between approximately 1.2 and approximately 2.5%. We then conceive for the CO / H 2 ratios considered and the intermediate domains considered, the advantage of being able to set up high carbon potentials (since they are much higher than the saturation of austenite) while retaining here the possibility of regulating or these carbon potentials by regulating the CO 2 content of the carburizing atmosphere.
On voit très clairement sur cette figure que les bornes de chaque domaine vont dépendre de la courbe considérée, c'est à dire du rapport CO/H2 mis en œuvre, mais on conçoit également que le faisceau représenté l'a été pour une température de traitement donné (925°C) et que chaque température de traitement donnera alors son propre faisceau et donc ses propres domaines pour chaque courbe.We can see very clearly in this figure that the limits of each domain will depend on the curve considered, that is to say the CO / H 2 ratio used, but we can also see that the beam represented was for a temperature given treatment temperature (925 ° C) and that each treatment temperature will then give its own beam and therefore its own domains for each curve.
La figure 3, comme déjà mentionné, illustre une des courbes représentant la teneur en carbone mesuré dans le clinquant en fonction cette fois non pas de la teneur en CO2 mesurée dans l'atmosphère, mais en fonction de la teneur en CH4 résiduelle dans l'atmosphère, l'exemple représenté ici concernant le cas de l'atmosphère CO/H2 à 70 % de CO déjà évoquée dans le cadre de la figure 1.FIG. 3, as already mentioned, illustrates one of the curves representing the carbon content measured in the foil as a function this time not of the CO 2 content measured in the atmosphere, but as a function of the residual CH 4 content in the atmosphere, the example shown here concerning the case of the CO / H 2 atmosphere at 70% CO already mentioned in the context of FIG. 1.
On retrouve alors sur cette figure les considérations déjà soulignées précédemment : 12We then find in this figure the considerations already highlighted above: 12
- dans une gamme de potentiel carbone inférieur ou égal à 1 ,2 à 1 ,3 %, on retrouve la gamme de très faible variation de la teneur résiduelle en CH4 dans l'atmosphère, correspondant, on l'a vu précédemment, à une gamme de variation significative de la teneur résiduelle en CO2 ; - à partir du niveau de potentiel carbone situé dans une gamme allant d'environ 1 ,2 à 1,3 %, on enregistre une forte variation de la teneur résiduelle en CH4 dans l'atmosphère (évoluant dans le cas présent typiquement entre 0,1 % et 3 %), entraînant une forte croissance du potentiel carbone jusqu'à atteindre une valeur supérieure à 3 %, correspondant, comme précédemment décrit dans le cadre de la figure 1 , à une gamme de faible valeur et très faible variation de la teneur résiduelle en CO2 dans l'atmosphère.- in a range of carbon potential less than or equal to 1.2 to 1.3%, we find the range of very small variation in the residual CH 4 content in the atmosphere, corresponding, as we have seen above, to a range of significant variation in the residual CO 2 content ; - from the level of carbon potential located in a range from approximately 1.2 to 1.3%, there is a large variation in the residual CH 4 content in the atmosphere (evolving in this case typically between 0 , 1% and 3%), resulting in a strong growth of the carbon potential until reaching a value greater than 3%, corresponding, as previously described in the context of FIG. 1, to a range of low value and very small variation in the residual CO 2 content in the atmosphere.
La figure 2 illustre alors pour sa part l'intérêt de travailler à fort potentiel carbone (3,81 %) sur la teneur en carbone introduite dans une pièce d'acier XC10 (échantillons massifs cylindriques de 30 mm de diamètre et 5 mm d'épaisseur), en fonction de la profondeur exprimée en micron, en fournissant les résultats comparatifs obtenus pour quatre potentiels carbone différents (respectivement 0,5 %, 0,78 %, 1 ,25 % et 3,81 %).FIG. 2 then illustrates for its part the advantage of working with high carbon potential (3.81%) on the carbon content introduced into a piece of XC10 steel (cylindrical solid samples of 30 mm in diameter and 5 mm in diameter). thickness), as a function of the depth expressed in microns, by providing the comparative results obtained for four different carbon potentials (respectively 0.5%, 0.78%, 1, 25% and 3.81%).
Les échantillons ont été obtenus dans les conditions expérimentales suivantes : une heure de traitement dans le même four AICHELIN à 925°C, l'atmosphère initiale introduite dans le four étant une atmosphère binaire CO/H2 à 50 % de C0 et 50 % d'hydrogène.The samples were obtained under the following experimental conditions: one hour of treatment in the same AICHELIN oven at 925 ° C, the initial atmosphere introduced into the oven being a binary CO / H 2 atmosphere at 50% C0 and 50% d 'hydrogen.
L'analyse des échantillons, une fois traités, a été effectuée par Spectrométrie à Décharge Luminescente (SDL). Le potentiel carbone de l'atmosphère (0,5, 0,78 etc..) a été déterminé dans chacun des 4 cas en introduisant dans le four, en plus de la pastille massive à cémenter, un clinquant, et en analysant ce clinquant après traitement (caractéristiques et procédure déjà décrite dans le cadre de la figure 1 )°. On conçoit qu'en 1 heure de cémentation, l'équilibre du clinquant est largement atteint puisqu'on l'a vu précédemment il était déjà atteint en 15 minutes.The analysis of the samples, once treated, was carried out by Glow Discharge Spectrometry (SDL). The carbon potential of the atmosphere (0.5, 0.78, etc.) was determined in each of the 4 cases by introducing into the oven, in addition to the solid pellet to be cemented, a foil, and by analyzing this foil. after treatment (characteristics and procedure already described in the context of Figure 1) °. It is understood that in 1 hour of carburizing, the balance of the foil is largely reached since we saw it previously it was already reached in 15 minutes.
Les atmosphères de cémentation dans chaque cas sont alors les suivantes : 13The carburizing atmospheres in each case are then the following: 13
a) cas du potentiel carbone égal à 0,5 %a) case of carbon potential equal to 0.5%
CO = 49,5 %, H2 = 48,6 %, CO2 = 1 ,82 %, CH4 = 0,12 % et H2O = 19, 6°C. b) cas du potentiel carbone égal à 0,78 % CO = 49,3 %, H2 = 49,7 %, CO2 = 1,04 %, CH4 = 0,18 % etCO = 49.5%, H 2 = 48.6%, CO 2 = 1.82%, CH 4 = 0.12% and H 2 O = 19.6 ° C. b) case of carbon potential equal to 0.78% CO = 49.3%, H 2 = 49.7%, CO 2 = 1.04%, CH 4 = 0.18% and
H2O = 11 , 6°C. c) cas du potentiel carbone égal à 1 ,25 %H 2 O = 11.6 ° C. c) case of carbon potential equal to 1.25%
CO = 50 %, H2 = 49,4 %, CO2 = 0,55 %, CH4 = 0,29 % et H2O = 2,9°C. d) cas du potentiel carbone égal à 3,81 %CO = 50%, H 2 = 49.4%, CO 2 = 0.55%, CH 4 = 0.29% and H 2 O = 2.9 ° C. d) case of carbon potential equal to 3.81%
CO = 48 %, H2 = 49,1 %, CO2 = 0,25 %, CH4 = 2,66 % et H2O = - 8,4°C.CO = 48%, H 2 = 49.1%, CO 2 = 0.25%, CH 4 = 2.66% and H 2 O = - 8.4 ° C.
Nous voyons alors clairement que le profil carbone obtenu pour un potentiel carbone de 3,81 % domine très largement les autres profils carbone obtenus pour des valeurs de potentiel carbone qui ne sont pas situées sur la partie substantiellement verticale de la courbe CO/H2 = 50/50 (figure 1 ) représentant l'évolution du potentiel carbone en fonction de la teneur en CO2.We then clearly see that the carbon profile obtained for a carbon potential of 3.81% largely dominates the other carbon profiles obtained for carbon potential values which are not located on the substantially vertical part of the CO / H 2 curve = 50/50 (Figure 1) representing the evolution of the carbon potential as a function of the CO 2 content.
La quantité de carbone introduite dans l'échantillon est en conséquence largement plus importante dans ce cas, pour un même temps de traitement d'une heure.The amount of carbon introduced into the sample is consequently much greater in this case, for the same treatment time of one hour.
Au vue des courbes représentées figure 2, on conçoit le grand intérêt pratique qu'il y a à pouvoir réguler le potentiel carbone d'une atmosphère d'enrichissement à des valeurs élevées (i.e supérieures à celle correspondant à la saturation de l'austénite). En effet, de telles conditions permettent d'accélérer la cinétique de cémentation (un profil de carbone donné peut ici en considérant la figure 2 être obtenu plus rapidement en travaillant initialement avec une atmosphère cémentante à potentiel carbone plus élevé que ceux traditionnellement employés dans la littérature). Il est en effet bien connu que à température donnée, la profondeur de cémentation s'exprime en fonction de la racine carrée du temps (voir l'ouvrage de G. KRAUSS cité plus haut).In view of the curves shown in Figure 2, we can see the great practical interest in being able to regulate the carbon potential of an enrichment atmosphere at high values (ie higher than that corresponding to the saturation of austenite) . Indeed, such conditions make it possible to accelerate the carburizing kinetics (a given carbon profile can here, considering FIG. 2, be obtained more quickly by working initially with a carburizing atmosphere with higher carbon potential than those traditionally used in the literature. ). It is indeed well known that at a given temperature, the cementation depth is expressed as a function of the square root of time (see the work by G. KRAUSS cited above).
Pour résumer les commentaires effectués ci-dessous concernant les figures 1 à 3, on conçoit l'intérêt d'un des aspects de l'invention, selon lequel on met en contact les pièces, durant au moins une phase d'enrichissement en carbone avec une atmosphère d'enrichissement, et on procède aux mesures suivantes : 14To summarize the comments made below concerning FIGS. 1 to 3, we can understand the advantage of one aspect of the invention, according to which the parts are brought into contact, during at least one phase of carbon enrichment with an enrichment atmosphere, and the following measurements are carried out: 14
a) on effectue un ajout contrôlé d'une espèce telle un hydrocarbure, afin d'atteindre voire de dépasser la saturation en carbone de l'austénite du métal ou alliage métallique considéré ; b) on évalue la sensibilité du potentiel carbone de l'atmosphère d'enrichissement au voisinage du potentiel carbone atteint lors de l'étape a), en fonction d'ajouts de CO2 ou encore d'hydrocarbure dans l'atmosphère (comme on l'a vu précédemment, selon le rapport CO/H2 considéré, on observera ou non un domaine intermédiaire de variation « douce » du potentiel carbone en fonction de la teneur en CO2 de l'atmosphère); c) selon le résultat de l'évaluation de l'étape b), on régule le potentiel carbone de l'atmosphère au dit niveau recherché en mesurant la teneur résiduelle de l'atmosphère en au moins une espèce parmi les hydrocarbures, CO2 , H2O , ou O2, et l'on régule le potentiel carbone de l'atmosphère au dit niveau recherché, en régulant la teneur résiduelle de l'atmosphère en ladite espèce. a) a controlled addition of a species such as a hydrocarbon is carried out, in order to reach or even exceed the carbon saturation of the austenite of the metal or metal alloy considered; b) the sensitivity of the carbon potential of the enrichment atmosphere to the vicinity of the carbon potential reached during step a) is evaluated, as a function of additions of CO 2 or else of hydrocarbon in the atmosphere (as in as previously seen, depending on the CO / H 2 ratio considered, an intermediate domain of “soft” variation in the carbon potential may or may not be observed as a function of the CO 2 content of the atmosphere); c) according to the result of the evaluation of step b), the carbon potential of the atmosphere is regulated at said desired level by measuring the residual content of the atmosphere in at least one species from among the hydrocarbons, CO 2 , H 2 O, or O 2 , and the carbon potential of the atmosphere is regulated at said desired level, by regulating the residual content of the atmosphere in said species.

Claims

15REVENDICATIONS 15 CLAIMS
1. Procédé de cémentation ou de carbonitruration de pièces à base de métal ou alliage métallique, selon lequel on met en contact les pièces, durant au moins une phase d'enrichissement en carbone, avec une atmosphère d'enrichissement comportant de l'hydrogène et du monoxyde de carbone, caractérisé en ce que le rapport CO/H2 de l'atmosphère est différent de 1/2.1. A method of carburizing or carbonitriding parts based on metal or metal alloy, according to which the parts are brought into contact, during at least one carbon enrichment phase, with an enrichment atmosphere comprising hydrogen and carbon monoxide, characterized in that the CO / H 2 ratio of the atmosphere is other than 1/2.
2. Procédé de cémentation ou de carbonitruration selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l'on régule le potentiel carbone de l'atmosphère à un niveau recherché en adoptant l'une ou l'autre des voies suivantes :2. A carburizing or carbonitriding method according to claim 1, characterized in that the carbon potential of the atmosphere is regulated to a desired level by adopting one or the other of the following routes:
- on mesure la teneur résiduelle de l'atmosphère en au moins un hydrocarbure et l'on régule le potentiel carbone de l'atmosphère au dit niveau recherché, en régulant la teneur résiduelle de l'atmosphère en ledit au moins un hydrocarbure à une valeur prédéfinie;- the residual content of the atmosphere in at least one hydrocarbon is measured and the carbon potential of the atmosphere is regulated at said desired level, by regulating the residual content of the atmosphere in said at least one hydrocarbon to a value predefined;
- on mesure la teneur résiduelle de l'atmosphère en vapeur d'eau et l'on régule le potentiel carbone de l'atmosphère au dit niveau recherché, en régulant la teneur résiduelle de l'atmosphère en vapeur d'eau à une valeur prédéfinie; - on mesure la teneur résiduelle de l'atmosphère en oxygène et l'on régule le potentiel carbone de l'atmosphère au dit niveau recherché, en régulant la teneur résiduelle de l'atmosphère en oxygène à une valeur prédéfinie;- the residual content of the atmosphere in water vapor is measured and the carbon potential of the atmosphere is regulated at said desired level, by regulating the residual content of the atmosphere in water vapor to a predefined value ; - The residual oxygen content of the atmosphere is measured and the carbon potential of the atmosphere is regulated at said desired level, by regulating the residual oxygen content of the atmosphere at a predefined value;
- on mesure la teneur résiduelle de l'atmosphère en CO2 et l'on régule le potentiel carbone de l'atmosphère au dit niveau recherché, en régulant la teneur résiduelle de l'atmosphère en CO2 à une valeur prédéfinie.- The residual CO 2 content of the atmosphere is measured and the carbon potential of the atmosphere is regulated at said desired level, by regulating the residual CO 2 content of the atmosphere at a predefined value.
3. Procédé de cémentation ou de carbonitruration de pièces à base de métal ou alliage métallique, selon lequel on met en contact les pièces, durant au moins une phase d'enrichissement en carbone, à une température d'enrichissement donnée, avec une atmosphère d'enrichissement comportant de l'hydrogène et du monoxyde de carbone, du genre où l'on peut faire varier le potentiel carbone de ladite atmosphère d'enrichissement par des ajouts contrôlés d'une espèce gazeuse telle un hydrocarbure ou un mélange d'hydrocarbures, ou encore un mélange gazeux comportant de l'oxygène, caractérisé par la mise en œuvre des mesures suivantes : 163. A method of carburizing or carbonitriding parts based on metal or metal alloy, according to which the parts are brought into contact, during at least one carbon enrichment phase, at a given enrichment temperature, with an atmosphere d enrichment comprising hydrogen and carbon monoxide, of the type in which the carbon potential of said enrichment atmosphere can be varied by controlled additions of a gaseous species such as a hydrocarbon or a mixture of hydrocarbons, or a gas mixture comprising oxygen, characterized by the implementation of the following measures: 16
a) on effectue ledit ajout contrôlé afin d'atteindre le niveau de potentiel carbone de l'atmosphère recherché permettant d'atteindre voire de dépasser la saturation en carbone de l'austénite dudit métal ou alliage métallique ; b) on évalue la sensibilité du potentiel carbone de l'atmosphère d'enrichissement au voisinage du potentiel carbone atteint lors de l'étape a), en fonction d'ajouts dans l'atmosphère d'hydrocarbure ou de mélange comportant de l'oxygène ou susceptible de libérer de l'oxygène; c) selon le résultat de l'évaluation de l'étape b), on régule le potentiel carbone de l'atmosphère au dit niveau recherché en adoptant l'une ou l'autre des voies suivantes :a) said controlled addition is carried out in order to reach the level of carbon potential of the desired atmosphere making it possible to reach or even exceed the carbon saturation of the austenite of said metal or metal alloy; b) the sensitivity of the carbon potential of the enrichment atmosphere to the vicinity of the carbon potential reached during step a) is evaluated, as a function of additions to the atmosphere of hydrocarbon or of mixture comprising oxygen or capable of releasing oxygen; c) according to the result of the evaluation of step b), the carbon potential of the atmosphere is regulated at said desired level by adopting one or the other of the following paths:
- on mesure la teneur résiduelle de l'atmosphère en au moins un hydrocarbure et l'on régule le potentiel carbone de l'atmosphère au dit niveau recherché, en régulant la teneur résiduelle de l'atmosphère en ledit au moins un hydrocarbure à une valeur prédéfinie;- the residual content of the atmosphere in at least one hydrocarbon is measured and the carbon potential of the atmosphere is regulated at said desired level, by regulating the residual content of the atmosphere in said at least one hydrocarbon to a value predefined;
- on mesure la teneur résiduelle de l'atmosphère en vapeur d'eau et l'on régule le potentiel carbone de l'atmosphère au dit niveau recherché, en régulant la teneur résiduelle de l'atmosphère en vapeur d'eau à une valeur prédéfinie; - on mesure la teneur résiduelle de l'atmosphère en oxygène et l'on régule le potentiel carbone de l'atmosphère au dit niveau recherché, en régulant la teneur résiduelle de l'atmosphère en oxygène à une valeur prédéfinie;- the residual content of the atmosphere in water vapor is measured and the carbon potential of the atmosphere is regulated at said desired level, by regulating the residual content of the atmosphere in water vapor to a predefined value ; - The residual oxygen content of the atmosphere is measured and the carbon potential of the atmosphere is regulated at said desired level, by regulating the residual oxygen content of the atmosphere at a predefined value;
- on mesure la teneur résiduelle de l'atmosphère en CO2 et l'on régule le potentiel carbone de l'atmosphère au dit niveau recherché, en régulant la teneur résiduelle de l'atmosphère en CO2 à une valeur prédéfinie.- The residual CO 2 content of the atmosphere is measured and the carbon potential of the atmosphere is regulated at said desired level, by regulating the residual CO 2 content of the atmosphere at a predefined value.
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la dite mise en contact avec l'atmosphère d'enrichissement s'effectue à une température comprise entre 780°C et 980°C. 4. Method according to claim 3, characterized in that said contacting with the enrichment atmosphere is carried out at a temperature between 780 ° C and 980 ° C.
5. Procédé selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que ledit hydrocarbure dont on régule la teneur résiduelle est le méthane.5. Method according to claim 3 or 4, characterized in that said hydrocarbon whose residual content is regulated is methane.
6. Procédé selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que ledit hydrocarbure dont on régule la teneur résiduelle est un des sous- produits de décomposition d'un hydrocarbure CxHy où x>1. 176. Method according to claim 3 or 4, characterized in that said hydrocarbon, the residual content of which is regulated, is one of the decomposition by-products of a hydrocarbon CxHy where x> 1. 17
7. Procédé selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que l'on régule le potentiel carbone de l'atmosphère à une valeur située dans l'intervalle allant de 0,7 % à 4 %.7. Method according to one of claims 3 to 6, characterized in that one regulates the carbon potential of the atmosphere to a value in the range from 0.7% to 4%.
8. Procédé selon l'une des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que l'on régule la teneur résiduelle en ledit au moins un hydrocarbure dans la gamme allant de 0,1 à 5 % volumiques.8. Method according to one of claims 3 to 7, characterized in that one regulates the residual content of said at least one hydrocarbon in the range from 0.1 to 5% by volume.
9. Procédé selon l'une des revendications 3 à 8, caractérisé en ce que la teneur résiduelle en CO2 de ladite atmosphère d'enrichissement est inférieure ou égale à 2 % volumiques. 9. Method according to one of claims 3 to 8, characterized in that the residual CO 2 content of said enrichment atmosphere is less than or equal to 2% by volume.
10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que la teneur résiduelle en CO2 de ladite atmosphère d'enrichissement est inférieure à 1 ,5 % volumiques.10. Method according to claim 9, characterized in that the residual CO 2 content of said enrichment atmosphere is less than 1.5% by volume.
11. Procédé selon l'une des revendications 3 à 10, caractérisé en ce que l'on procède, après la ou chaque phase d'enrichissement en carbone, à une phase de diffusion, durant laquelle on met en contact les pièces avec une atmosphère de diffusion comportant de l'hydrogène et du monoxyde de carbone, dont le potentiel carbone est inférieur à ladite valeur régulée du potentiel carbone de l'atmosphère d'enrichissement.11. Method according to one of claims 3 to 10, characterized in that one proceeds, after the or each carbon enrichment phase, to a diffusion phase, during which the parts are brought into contact with an atmosphere diffusion comprising hydrogen and carbon monoxide, whose carbon potential is lower than said regulated value of the carbon potential of the enrichment atmosphere.
12. Procédé selon la revendication 11 , caractérisé en ce que le potentiel carbone de l'atmosphère de diffusion est inférieur à 1 %.12. Method according to claim 11, characterized in that the carbon potential of the diffusion atmosphere is less than 1%.
13. Procédé selon la revendication 11 ou 12, caractérisé en ce que on obtient la dite valeur du potentiel carbone de l'atmosphère de diffusion inférieure à la valeur régulée du potentiel carbone de l'atmosphère d'enrichissement par ajout de dioxyde de carbone CO2. 13. Method according to claim 11 or 12, characterized in that one obtains the said value of the carbon potential of the diffusion atmosphere lower than the regulated value of the carbon potential of the enrichment atmosphere by addition of carbon dioxide CO 2 .
14. Procédé selon l'une des revendications 11 à 13, caractérisé en ce que l'on mesure la teneur résiduelle en CO2 de l'atmosphère de diffusion et l'on régule le potentiel carbone de l'atmosphère de diffusion en régulant la teneur résiduelle de l'atmosphère en CO2 à une valeur prédéfinie.14. Method according to one of claims 11 to 13, characterized in that the residual CO 2 content of the diffusion atmosphere is measured and the carbon potential of the diffusion atmosphere is regulated by regulating the residual CO 2 content of the atmosphere at a predefined value.
15. Procédé de cémentation ou de carbonitruration de pièces à base de métal ou alliage métallique, selon lequel on met en contact les pièces, durant au moins une phase d'enrichissement en carbone, avec une atmosphère d'enrichissement comportant de l'hydrogène et du monoxyde de carbone, du genre où l'on peut faire varier le potentiel carbone de ladite atmosphère d'enrichissement par des ajouts contrôlés d'une espèce gazeuse telle un hydrocarbure ou un mélange d'hydrocarbures, ou encore un mélange 1815. A method of carburizing or carbonitriding parts based on metal or metal alloy, according to which the parts are brought into contact, during at least one carbon enrichment phase, with an enrichment atmosphere comprising hydrogen and carbon monoxide, of the kind where the carbon potential of said enrichment atmosphere can be varied by controlled additions of a gaseous species such as a hydrocarbon or a mixture of hydrocarbons, or a mixture 18
gazeux comportant de l'oxygène ou susceptible de libérer de l'oxygène, caractérisé par la mise en œuvre des mesures suivantes : a) on effectue ledit ajout contrôlé afin d'atteindre le niveau de potentiel carbone de l'atmosphère recherché permettant d'atteindre voire de dépasser la saturation en carbone de l'austénite dudit métal ou alliage métallique ; b) on mesure la teneur résiduelle de l'atmosphère en au moins un hydrocarbure et l'on régule le potentiel carbone de l'atmosphère au dit niveau recherché, en régulant la teneur résiduelle de l'atmosphère en ledit au moins un hydrocarbure à une valeur prédéfinie.gaseous containing oxygen or capable of releasing oxygen, characterized by the implementation of the following measures: a) said controlled addition is carried out in order to reach the level of carbon potential of the desired atmosphere making it possible to reach or even to exceed the carbon saturation of the austenite of said metal or metal alloy; b) the residual content of the atmosphere in at least one hydrocarbon is measured and the carbon potential of the atmosphere is regulated at said desired level, by regulating the residual content of the atmosphere in said at least one hydrocarbon at a preset value.
16. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que la dite mise en contact avec l'atmosphère d'enrichissement s'effectue à une température comprise entre 780°C et 980°C.16. The method of claim 15, characterized in that said contacting with the enrichment atmosphere is carried out at a temperature between 780 ° C and 980 ° C.
17. Procédé selon la revendication 15 ou 16, caractérisé en ce que ledit hydrocarbure dont on régule la teneur résiduelle est le méthane.17. The method of claim 15 or 16, characterized in that said hydrocarbon whose residual content is regulated is methane.
18. Procédé selon la revendication 15 ou 16, caractérisé en ce que ledit hydrocarbure dont on régule la teneur résiduelle est un des sous- produits de décomposition d'un hydrocarbure CxHy où x>1.18. The method of claim 15 or 16, characterized in that said hydrocarbon, the residual content of which is regulated, is one of the decomposition by-products of a CxHy hydrocarbon where x> 1.
19. Procédé selon l'une des revendications 15 à 18, caractérisé en ce que l'on régule le potentiel carbone de l'atmosphère à une valeur située dans l'intervalle allant de 0,7 % à 4 %.19. Method according to one of claims 15 to 18, characterized in that the carbon potential of the atmosphere is regulated to a value lying in the range from 0.7% to 4%.
20. Procédé selon l'une des revendications 15 à 19, caractérisé en ce que l'on régule la teneur résiduelle en ledit au moins un hydrocarbure dans la gamme allant de 0,1 à 5 % volumiques. 20. Method according to one of claims 15 to 19, characterized in that one regulates the residual content of said at least one hydrocarbon in the range from 0.1 to 5% by volume.
21. Procédé selon l'une des revendications 15 à 20, caractérisé en ce que la teneur résiduelle en CO2 de ladite atmosphère d'enrichissement est inférieure ou égale à 2 % volumiques.21. Method according to one of claims 15 to 20, characterized in that the residual CO 2 content of said enrichment atmosphere is less than or equal to 2% by volume.
22. Procédé selon la revendication 21 , caractérisé en ce que la teneur résiduelle en CO2 de ladite atmosphère d'enrichissement est inférieure à 1 ,5 % volumique.22. The method of claim 21, characterized in that the residual CO 2 content of said enrichment atmosphere is less than 1.5% by volume.
23. Procédé selon l'une des revendications 15 à 22, caractérisé en ce que l'on procède, après la ou chaque phase d'enrichissement en carbone, à une phase de diffusion, durant laquelle on met en contact les pièces avec une atmosphère de diffusion comportant de l'hydrogène et du monoxyde de carbone, dont le potentiel carbone est inférieur à ladite valeur régulée du potentiel carbone de l'atmosphère d'enrichissement. 1923. Method according to one of claims 15 to 22, characterized in that one proceeds, after the or each carbon enrichment phase, to a diffusion phase, during which the parts are brought into contact with an atmosphere diffusion comprising hydrogen and carbon monoxide, whose carbon potential is lower than said regulated value of the carbon potential of the enrichment atmosphere. 19
24. Procédé selon la revendication 23, caractérisé en ce que le potentiel carbone de l'atmosphère de diffusion est inférieur à 1 %.24. The method of claim 23, characterized in that the carbon potential of the diffusion atmosphere is less than 1%.
25. Procédé selon la revendication 23 ou 24, caractérisé en ce que on obtient la dite valeur du potentiel carbone de l'atmosphère de diffusion inférieure à la valeur régulée du potentiel carbone de l'atmosphère d'enrichissement par ajout de dioxyde de carbone CO2.25. The method of claim 23 or 24, characterized in that one obtains the said value of the carbon potential of the diffusion atmosphere lower than the regulated value of the carbon potential of the enrichment atmosphere by adding carbon dioxide CO 2 .
26. Procédé selon l'une des revendications 23 à 25, caractérisé en ce que l'on mesure la teneur résiduelle en CO2 de l'atmosphère de diffusion et l'on régule le potentiel carbone de l'atmosphère de diffusion en régulant la teneur résiduelle de l'atmosphère en CO2 à une valeur prédéfinie. 26. Method according to one of claims 23 to 25, characterized in that the residual CO 2 content of the diffusion atmosphere is measured and the carbon potential of the diffusion atmosphere is regulated by regulating the residual CO 2 content of the atmosphere at a predefined value.
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