WO2006024780A1 - Machine de traitement thermochimique basse pression - Google Patents

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WO2006024780A1
WO2006024780A1 PCT/FR2005/002018 FR2005002018W WO2006024780A1 WO 2006024780 A1 WO2006024780 A1 WO 2006024780A1 FR 2005002018 W FR2005002018 W FR 2005002018W WO 2006024780 A1 WO2006024780 A1 WO 2006024780A1
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WO
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cell
cells
machine according
treatment
carbon
Prior art date
Application number
PCT/FR2005/002018
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English (en)
Inventor
Francis Pelissier
Jean Berlier
Jean Massot
Gérard TISSOT
Original Assignee
Etudes Et Constructions Mecaniques
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING 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
    • C23C—COATING 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
    • C23C8/00—Solid 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
    • C23C8/06—Solid 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
    • C23C8/08—Solid 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
    • C23C8/20—Carburising
    • C23C8/22—Carburising of ferrous surfaces
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/0062—Heat-treating apparatus with a cooling or quenching zone
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING 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
    • C23C—COATING 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
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    • C23C8/08—Solid 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
    • C23C8/20—Carburising

Definitions

  • the invention relates to a machine for the thermochemical treatment of metal parts comprising at least one heating cell, a carbon enrichment cell for the surfaces of the parts to be treated, a carbon diffusion cell, the surface towards the core of the parts, and at least one quenching cell successively arranged one after the other and of length adapted to the duration of the treatment performed in each cell, the machine also comprising mechanical means of transfer and advancement of parts of a cell to the next and isolation means for isolating the cells together during the different successive processing phases.
  • thermochemical treatment systems for carburizing and carbonitriding of metal parts, such as box-like systems with a solid cementitious material, uncontrolled atmosphere systems, controlled atmosphere systems with a constant carbon potential, or low pressure systems, of the order of 5mbar to 20mbar, sometimes even up to 100mbar.
  • Carburizing and carbonitriding generally require a partial pressure of cementing gas, consisting of a hydrocarbon, for example methane (CH 4 ), acetylene (C 2 H 2 ) or propane (C 3 H 8 ), and optionally a nitriding gas, for example ammonia (NH 3 ).
  • a hydrocarbon for example methane (CH 4 ), acetylene (C 2 H 2 ) or propane (C 3 H 8 )
  • a nitriding gas for example ammonia (NH 3 ).
  • the carburizing operations namely a carburizing treatment treatment, a surface enrichment treatment and a carbon diffusion treatment, are preferably carried out under nitrogen partial pressure. To avoid oxidation during carburizing treatment and during transport to the quenching cell, the parts are not exposed to air at any time.
  • the quenching operation which follows the carburizing treatment, consists of rapidly cooling the parts. It is carried out either in a bath of oils or molten salts, or under high pressure gas and stirred, such as nitrogen, helium or various mixtures of neutral gases, such as carbon dioxide or hydrogen.
  • Patent EP-A-0922778 in particular, describes a heat treatment plant comprising a plurality of cells for the heat treatment of a set of metal parts.
  • the cells are all connected to a central chamber in equipression with the treatment cells.
  • the parts are transferred from one cell to another via transport and handling rails. After carburizing in the corresponding cell, the cemented parts are transferred into the quenching cell through the central chamber, so there is no contact with the ambient air.
  • Other installations consist of independent cells connected together by a mobile cell, whose function is either the loading and transfer operations to the quenching cell, or the loading, transfer and quenching operations simultaneously. under pressurized gas.
  • the phases of the carburization treatment namely at least one carburizing heating phase, a phase of carbon enrichment of the surface of the parts and a diffusion phase carbon, from the surface to the heart of the parts, are successively carried out in the same cell or in the same partitioned cell, comprising mechanical means of advancement and transfer of parts.
  • the mechanical means are then located in a hot zone.
  • the machine is a conventional gaseous carburizing machine at atmospheric pressure and comprises a cell for each phase of the carburizing treatment, namely a carburizing treatment unit. , a carbon enrichment cell of the surfaces of the parts to be treated and a carbon diffusion cell, from the surface to the heart of the parts.
  • the cells are successively arranged one after the other and the pieces pass from one cell to another to receive the cementation treatment, the length of a cell being defined beforehand according to the desired treatment time in the cells.
  • this type of machine can only work under certain conditions, especially at high pressures.
  • the mechanical means for transferring and advancing the parts are located in the hot zone, where the corresponding treatment takes place, and are not thermally insulated.
  • this type of machine is difficult to integrate into existing production lines and the length of each cell is not easily scalable depending on the desired treatment time.
  • the object of the invention is to overcome the abovementioned drawbacks and is aimed at the design of a low pressure carburizing or carbonitriding thermochemical processing machine, which is efficient, flexible and can easily be adapted and integrated into lines of mass production of parts.
  • the cells for heating, carbon enrichment and carbon diffusion are of standard form and each comprise a treatment zone. in low pressure located between an input module and an output module, the input and output modules each constituting a cold zone, thermally isolated from the treatment zone of the corresponding cell, the mechanical transfer means and the advancement being located in the input and output modules of the cells and the output module of a cell being connected to the input module of the adjacent cell.
  • FIG. 1 schematically represents a view from above of a first embodiment of a thermochemical treatment machine according to the invention.
  • FIG. 2 diagrammatically represents a view from above of an alternative embodiment of a thermochemical treatment machine according to FIG. 1.
  • FIG. 3 represents a cell of the thermochemical treatment machine according to FIGS. 1 and 2.
  • FIGS. 4 to 6 schematically show top views of alternative embodiments of a thermochemical treatment machine according to the invention.
  • thermochemical treatment machine is a low-carburizing vacuum processing machine 1 for metal parts.
  • the machine 1 comprises a plurality of processing cells 2 to 5, arranged successively one after the other.
  • Each cell corresponds to a particular phase of the low-pressure carburizing treatment and has a standard shape and an adaptable length L as a function of the desired treatment time in the cell.
  • the cell manufacturing technique is that of vacuum furnaces with walls cold, allowing an operating pressure between 10 '1 mbar and 30mbar.
  • the machine 1 also comprises means for advancing and transferring parts from one cell to the next and closure means for isolating a cell from adjacent cells during the different phases of the cementation treatment.
  • the transfer of the pieces between the cells is carried out at a predetermined pressure, namely the cementation pressure, of the order of
  • the machine 1 comprises in particular a carburizing temperature of cell 2.
  • the treatment carried out in the cell 2 is intended to raise the temperature of the parts to the required carburizing temperature, of the order of 88O 0 C to 1050 ° C.
  • This phase is carried out at the cementation pressure, of the order of 5mbar to 20mbar, preferably with nitrogen. In special cases, the pressure can reach up to 100mbar.
  • the machine 1 Downstream of the carburizing temperature setting cell 2, the machine 1 comprises a cell 3 for enriching carbon.
  • the treatment carried out in cell 3 consists in enriching the surface of carbon parts, or in carbon and nitrogen, in order to reinforce, after quenching, the hardness of the parts.
  • This enrichment phase is preferably carried out by an injection of nitrogen or of any other neutral gas.
  • a temperature of the order of 88O 0 C to 1050 0 C supplemented at regular intervals by an injection of a cementing gas.
  • the pressure in the cell 3 is, for example, of the order of 5mbar to 20mbar depending on the cementing gas used.
  • the treatment carried out in cell 4 consists in diffusing the carbon in the thickness of the pieces, from the surface to the core of the pieces, according to the desired depth of the cemented surface and the percentage of desired carbon on the surface of the pieces.
  • This phase of the treatment is carried out at the same pressure as that of carburizing 2 and carbon enrichment cells 3.
  • the temperature is adjusted, preferably between 88O 0 C and 1050 0 C, to allow good speed to penetrate the carbon into the parts and to obtain the optimal temperature of the parts before carrying out the quenching operation.
  • the required treatment temperature inside the carbon diffusion cell 4 is preferably different from the required treatment temperature inside the carburization 2 and carbon enrichment 3 cells.
  • the machine 1 Downstream of the cells 2 to 4, the machine 1 also comprises a quenching cell 5 equipped with pressure-tight doors.
  • the cell 5 is a gas quenching, oil quenching, salt bath quenching cell or any other system for cooling the parts to the required speed to obtain the desired hardness.
  • the machine 1 may comprise, downstream of the quenching cell 5, a revenue cell.
  • the tempering phase is carried out at a temperature, for example, of the order of 200 ° C. to 300 ° C.
  • the machine 1 Upstream of the carburizing temperature setting cell 2, the machine 1 also comprises an inlet lock 6 intended to store the parts waiting for their introduction into the cell 2 (FIG. 1). In this case, take ensure a vacuum purge in the airlock 6, so that the pressure in the airlock 6 is the same as that in the carburizing temperature cell 2, before the introduction of the parts, and that the air is almost completely purged.
  • the machine 1 comprises a gas pumping system 7, connected by appropriate means to the carbon enrichment cell 3 and intended to evacuate the gases present in the cells 2, 3 and 4.
  • Only the carbon enrichment cell 3 contains cementing gases capable of contaminating the cells 2 and 4.
  • the pumping system 7 therefore advantageously generates a circulation of the gases according to the arrows F1, the cells 2 for heating up the cells. carburizing and 4 of carbon diffusion, to the cell 3 for enriching carbon, possibly contaminated.
  • the machine 1 may also comprise a first independent pump 8 system for the entry lock chamber 6 and a second independent system 9 for pumping the quenching cell 5.
  • the three cells 2, 3, 4, corresponding to the three essential phases of a low pressure carburizing treatment are cold-walled, so as to be cold, non-polluting and non-hazardous.
  • the parts intended to be case hardened pass necessarily and successively, in order, by all the cells 2, 3, 4 of the low pressure carburizing treatment arranged one after the other.
  • the cells 2, 3, 4 of the machine 1 are all conformed according to the same general model, of standard form, adapted to each function (heating, enrichment and diffusion), and of length L modulable, this which makes it possible to precisely adjust the processing time of each cell for a given rate.
  • the change of pace makes it possible, in particular, to reach different carburizing depths.
  • the length L of a cell is therefore proportional to the duration of the treatment carried out in this cell.
  • temperatures can be adapted to allow a precise adjustment of the characteristics to be obtained on the parts to be treated.
  • the cell 2 comprises an input module 10a, through which the parts to be treated enter, and an output module. 10b, through which the parts come out after treatment.
  • the input 10a and output 10b modules are standard in shape and can each contain a load 11 of metal parts.
  • the cell 2 has a longitudinal axis 12, oriented from the input module 10a to the output module 10b.
  • the longitudinal axis 12 corresponds to the direction of movement, according to the arrows F2, of the charges 11 inside the cell 2.
  • the cell 2 comprises two identical standard intermediate modules 13 of the same length.
  • the establishment of several intermediate modules 13 between the input modules 10a and output 10b makes it possible to vary the length L1 of the cell 2.
  • the standard modules 13 of the cell 2 constitute a treatment zone 14 at low pressure, inside which the treatment specific to the cell 2 is carried out.
  • the treatment zone 14, constituted preferably by standard modules 13 with walls cold, is confined and isolated from the input modules 10a and 10b, which then constitute cold zones of the cell 2.
  • the cold zones are thermally isolated from the treatment zone 14, for example by means of thermally insulated and cooled doors 15 disposed between the input 10a and output 10b modules and the confined treatment zone 14.
  • the cooling of a door 15 is effected by means of a heat exchanger, generating a circulation of water at the level of the door 15.
  • the input and output modules 10a and 10b are of standard shape, with a substantially U-shaped section, and each have an opening in connection with the adjacent module 13 and three walls closing the end of the cell 2.
  • the input module 10a comprises an input orifice 16, situated on a wall of the input module 10a parallel to the longitudinal axis 12 of the cell 2
  • the output module 10b has an outlet port 17, located on a wall of the output module 10b parallel to the longitudinal axis 12 and located on the same side of the cell 2 relative to the longitudinal axis 12.
  • the loads 11 coins enter and exit on the same side of cell 2.
  • the input 10a and output 10b modules each comprise, for example, an ejection system 18, designed to push and evacuate the load 11 of the corresponding module 10a, 10b and an abutment system 19, intended to block the load 11. before evacuation.
  • the evacuation system 18 and the stop system 19 constitute mechanical means for advancing and transferring the parts between the cells and are advantageously located in the cold zones of the cells 2, 3, 4.
  • the movement of the charges 11 inside the cells is carried out by the charges 11 themselves, which push each other when introducing a new charge 11.
  • the treatment zone 14 thus comprises no means mechanical transfer or advancement, which are only arranged in the cold zones formed by the input modules 10a and 10b output cells.
  • the carbon enrichment cell 3 comprises alternating neutral gas injection phases with cementing gas injection phases
  • the transfer of the parts between the cells is advantageously carried out simultaneously with the injection phases of the neutral gases. It is therefore necessary to provide a neutral gas injection slot sufficiently long and to actuate accordingly the various means of transfer and advancement, in order to be able to transfer all the charges 11 along the machine 1.
  • the cementing gases are thus confined only in the carbon enrichment cell 3 and are not likely to contaminate the other cells 2 and 4.
  • the carburizing temperature setting cell 2 comprises two modules 13, the inlet orifice 16 and the outlet orifice 17 of the cell 2 are parallel and located on the same side of the cell 2 with respect to the longitudinal axis 12.
  • the following cell 3 of carbon enrichment which comprises a single standard module 13, is arranged such that its longitudinal axis 12 is parallel and oriented in the same direction as the longitudinal axis 12 of the previous cell.
  • the inlet orifice 16 of the input module 10a is thus arranged facing the outlet orifice 17 of the output module 10b of the previous cell 2 and the outlet orifice 17 of the output module 10b of the cell 3 is disposed on the same side of the cell 3 as the inlet port 16 of the input module 10a, with respect to the longitudinal axis 12.
  • the carbon diffusion cell 4 which also comprises two standard modules 13, is arranged parallel to the other two, with its longitudinal axis 12 oriented in the same direction, and aligned with the carburizing temperature setting cell 2.
  • the inlet and outlet orifices 16 and respectively of the input and exit modules 10a and 10b are therefore arranged on the same side of the cell 4 with respect to the longitudinal axis 12.
  • the quenching cell 5 is connected to the outlet orifice 17 of the cell 4 and the airlock 6 is connected to the inlet port 16 of the cell 2.
  • the input 10a and output 10b modules of the cells 2, 3, 4 are advantageously arranged such that they form compartments 20 for connection between two adjacent cells.
  • the compartments 20 of the machine 1 may then comprise systems 21 for isolating gases and pressure from one cell to another during the treatment phases. They may also include check valve systems to control the flow of gases between cells.
  • the machine 1 comprises a pressure-tight door 21 placed between the inlet module 10a of the carburizing temperature-setting cell 2 and the entry airlock 6.
  • the low-carburizing treatment machine 1 comprises the three cells 2, 3 and 4 arranged parallel to each other.
  • the longitudinal axis 12 of the cell 3 is parallel and oriented in opposition with respect to the longitudinal axis 12 of the cells 2 and 4.
  • the inlet orifice 16 of the input module 10a of the cell 3 is arranged opposite of the output module 10b of the cell 2, while the outlet orifice 17 of the output module 10b of the cell 3 is disposed on the other side of the cell 3, with respect to the longitudinal axis 12, opposite of the input module 10a of the cell 4.
  • This particular orientation in opposition of the inlet and outlet orifices 16 of the modules 10a and 10b of the cell 3 makes it possible, in particular, to implant the machine 1 in a generally S-shaped form. , with the cells 2, 3, 4 facing each other. This results in a significant space saving, the overall length of the machine being relatively low.
  • the machine 1 may comprise a load storage area 22 at the beginning of the treatment cycle, waiting to be introduced into the entry lock 6, and a load storage area 11 at the end of the operating cycle. treatment, downstream of the quenching cell 5 and waiting for evacuation, for example at another site.
  • the longitudinal axes 12 of the cells 2 and 3 are oriented in the same direction and the longitudinal axis 12 of the cell 4 is oriented in opposition to the other two.
  • the cells 3 and 4 are then offset relative to the cell 2.
  • the machine 1 therefore has a larger overall length.
  • This particular implantation, substantially U-shaped, allows in particular to integrate in the machine 1 the pumping systems 7, 8 and 9 associated, respectively, to the cells 3, 6 and 5.
  • the machine 1 may comprise supervisory, verification and / or control systems 24 adjacent to the cells, in order to verify and / or control the smooth running of the carburizing treatment cycle.
  • the variant embodiment of the machine 1, shown in FIG. 6, differs from the embodiment shown in FIG. 5 by the number of standard intermediate modules 13 of the cells 2, 3 and 4. Indeed, these comprise respectively three, two and three standard modules 13, arranged between the input modules 10a and 10b output. This results in an increase in the passage time of the parts in the corresponding cell.
  • the machine 1 therefore has a completely reconfigurable architecture according to the applications, the size of the location, the desired processing time, particularly thanks to the shape of the standard input modules 10a, output 10b and standard intermediate modules 13 of each cell 2, 3, 4 of the machine 1. This results in particular gains in time, space and productivity.
  • the machine 1 may comprise, downstream of the cell 4, two quenching cells, for example an oil quenching cell and a quenching cell under gas or two quenching cells under gas .
  • the output module 10b of the carbon diffusion cell 4 is different from the output modules 10b of the other cells and comprises two outlet orifices 17, arranged on each wall parallel to the corresponding longitudinal axis 12 of the cell. 4.
  • the two quenching cells are then connected to the same output module 10b, the parts being introduced either into the first quenching cell, or into the second, before being removed after treatment.
  • the machine 1 may comprise a coin cleaning cell, between the airlock 6 and the 02018
  • the cleaning cell is a washing or degreasing machine operating at atmospheric pressure or, possibly, partial pressure in the vapor phase.
  • the machine 1 may comprise, upstream of the carburizing temperature setting cell 2, a convective preheating cell parts.
  • the preheating cell is a convective preheating furnace for heating the parts to a temperature, for example, of the order of 300 0 C to 500 0 C, before their introduction into the cell 2 of carburizing temperature.
  • Convective preheating makes the heating homogeneous and in particular leads to oxidation of the parts and good activation of their surfaces.
  • This phase is carried out in air at atmospheric pressure, preferably with a little additional nitrogen.
  • the preheating cell thus saves time, the parts can spend less time in the cell 2 of carburizing temperature after their preheating.
  • the preheating cell is purged with vacuum before transferring the parts into the next cell.
  • the processing machine 1 therefore has the following advantages.
  • the machine 1 is cold outside and non-polluting, thanks to the cold walls of the treatment zones 14 of the cells 2, 3, and 4.
  • the cells 2, 3, 4 being of standard form R2005 / 002018
  • the intermediate modules 13 and the standard input and output modules 10a and 10b can be installed in any existing machine shop and in any large part production facility. series. Productivity is therefore greatly improved.
  • the flexibility of the installation also allows, depending on the commands or heat treatments to be performed, to insert or not optional cells, including cleaning cells, preheating and income.
  • the parts to be treated may consist of sets of parts arranged on a support.
  • the cells can have any suitable shape.
  • the transfer and closure means may be constituted by any appropriate means for ensuring sealing properties and predetermined pressure between two adjacent cells.
  • the cementing gas may be propane or any other hydrocarbon capable of associating with the temperatures of the enrichment cell 3 to treat the surface of the parts.
  • the transfer and advancement means located in the cold zone of the cells may be formed by a completely different evacuation system and a completely different stop system.
  • the transfer between two adjacent cells being performed at a predetermined pressure, the machine 1 may comprise additional means (not shown) to adjust and control the pressure in progress. 18
  • the machine may comprise additional transfer means (not shown), intended to transfer the parts to another machine, for example, finishing treatment (shot blasting, grinding).
  • finishing treatment shot blasting, grinding
  • the cells 2 to 4 may include heating equipment, a gas injection circuit and pump outlets for vacuum pumps (not shown).
  • a carbonitriding treatment may optionally be applied in the cells 3 and 4.
  • the thermochemical treatment machine 1 is then a carbonitriding vacuum processing machine, with a diffusion cell 4 to the inside which is injected a nitriding gas.
  • the enrichment of nitrogen can then be carried out by introducing a gas such as ammonia (NH 3 ) into the cells 3 of surface enrichment and 4 of diffusion, at a rate to be determined according to the desired result.
  • the operation of the machine remains the same as before, with the workpieces passing successively in each processing cell.
  • the cells also have the same configuration, with an input module, an output module and standard intermediate modules arranged between the modules, so as to form a completely reconfigurable machine, depending on the workshop, applications and time desired treatment in the cells.

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Abstract

La machine (1 ) de traitement de cémentation basse pression de pièces métalliques comporte au moins une cellule (2) de mise à température de cémentation, une cellule (3) d'enrichissement en carbone et une cellule (4) de diffusion du carbone, disposées successivement les unes à la suite des autres. Les cellules (2, 3, 4) sont de forme standard et de longueur (L1 , L2, L3) adaptable et proportionnelle à la durée du traitement réalisé dans chaque cellule. Chaque cellule (2, 3, 4) comporte une zone de traitement (14) située entre un module d'entrée (10a) et un module de sortie (10b), constituant chacun une zone froide, isolée thermiquement de la zone de traitement (14) de la cellule (2, 3, 4) correspondante. La machine (1) comporte des moyens d'avancement et de transfert des pièces entre les cellules, situés dans les modules d'entrée (10a) et de sortie (10b) des cellules (2, 3, 4).

Description

Machine de traitement thermochimique basse pression
Domaine technique de l'invention
L'invention concerne une machine de traitement thermochimique de pièces métalliques comportant au moins une cellule de mise à température, une cellule d'enrichissement en carbone des surfaces des pièces à traiter, une cellule de diffusion du carbone, de la surface vers le cœur des pièces, et au moins une cellule de trempe disposées successivement les unes à la suite des autres et de longueur adaptée à la durée du traitement réalisé dans chaque cellule, la machine comportant également des moyens mécaniques de transfert et d'avancement des pièces d'une cellule à la suivante et des moyens d'isolation permettant d'isoler les cellules entre elles pendant les différentes phases de traitement successives.
État de la technique
II existe de nombreux systèmes de traitement thermochimique de cémentation et de carbonitruration de pièces métalliques, notamment des systèmes en forme de caisse avec un cément solide, des systèmes sous atmosphère non contrôlée, des systèmes sous atmosphère contrôlée avec un potentiel de carbone constant ou encore des systèmes à basse pression, de l'ordre de 5mbar à 20mbar, parfois même jusqu'à 100mbar. La cémentation et la carbonitruration nécessitent, généralement, une pression partielle de gaz cémentant, constitué par un hydrocarbure, par exemple du méthane (CH4), de l'acétylène (C2H2) ou du propane (C3H8), et éventuellement un gaz nitrurant, par exemple de l'ammoniac (NH3). Les opérations de cémentation, à savoir un traitement de mise à température de cémentation, un traitement d'enrichissement de surface et un traitement de diffusion du carbone, sont exécutées, de préférence, sous pression partielle d'azote. Pour éviter toute oxydation pendant le traitement de cémentation et pendant le transport jusqu'à la cellule de trempe, les pièces ne sont exposées à l'air à aucun moment.
L'opération de trempe, qui fait suite au traitement de cémentation, consiste à refroidir rapidement les pièces. Elle est réalisée soit dans un bain d'huiles ou de sels fondus, soit sous gaz à pression élevée et brassé, tel que l'azote, l'hélium ou divers mélanges de gaz neutres, tel que le gaz carbonique ou l'hydrogène.
Ces différentes opérations, à savoir les différentes phases du traitement de cémentation sont généralement effectuées dans une même enceinte, la trempe étant effectuée dans une cellule séparée.
Le brevet EP-A-0922778, notamment, décrit une installation de traitement thermique comportant une pluralité de cellules destinées au traitement thermique d'un ensemble de pièces métalliques. Les cellules sont toutes reliées à une enceinte centrale en équipression avec les cellules de traitement. Les pièces sont transférées d'une cellule à une autre par l'intermédiaire de rails de transport et de manutention. Après cémentation dans la cellule correspondante, les pièces cémentées sont transférées dans la cellule de trempe en passant par l'enceinte centrale, il n'y a donc pas de contact avec l'air ambiant. D'autres installations sont constituées de cellules indépendantes, reliées entre elles par une cellule mobile, qui a pour fonction soit les opérations de chargement et de transfert jusqu'à la cellule de trempe, soit les opérations de chargement, de transfert et simultanément de trempe sous gaz pressurisé.
D'autres installations sont constituées d'une cellule unique du type « plateaux poussés », cloisonnée et comportant un sas d'entrée et une cellule de trempe sous gaz.
Dans tous les cas de cémentation basse pression de 5 à 20mbar, les phases du traitement de cémentation, à savoir au moins une phase de mise à température de cémentation, une phase d'enrichissement en carbone de la surface des pièces et une phase de diffusion du carbone, de la surface vers le cœur des pièces, sont effectuées successivement dans une même cellule ou dans une même cellule cloisonnée, comportant des moyens mécaniques d'avancement et de transfert des pièces. Les moyens mécaniques sont alors situés dans une zone chaude.
Un autre type de machine est décrit dans le brevet US 3 662 996. La machine est une machine classique de cémentation gazeuse à la pression atmosphérique et comporte une cellule pour chaque phase du traitement de cémentation, à savoir une cellule de mise à température de cémentation, une cellule d'enrichissement en carbone des surfaces des pièces à traiter et une cellule de diffusion du carbone, de la surface vers le cœur des pièces. Les cellules sont disposées successivement les unes à la suite des autres et les pièces passent d'une cellule à une autre pour recevoir le traitement de cémentation, la longueur d'une cellule étant définie préalablement en fonction du temps de traitement souhaité dans les cellules. Cependant, même si chaque phase du traitement s'effectue dans des cellules distinctes, ce type de machine ne peut fonctionner que sous certaines conditions, notamment sous hautes pressions. Par ailleurs, les moyens mécaniques de transfert et d'avancement des pièces sont situés en zone chaude, là où le traitement correspondant s'effectue, et ne sont pas isolés thermiquement. De plus, ce type de machine s'intègre difficilement dans des lignes de production déjà existantes et la longueur de chaque cellule n'est pas facilement modulable en fonction de la durée du traitement souhaitée.
Objet de l'invention
L'invention a pour but de remédier aux inconvénients précités et a pour objet la conception d'une machine de traitement thermochimique de cémentation basse pression, ou de carbonitruration, efficace, flexible et pouvant s'adapter et s'intégrer facilement dans des lignes de production de pièces en grande série.
Selon l'invention, ce but est atteint par les revendications annexées et, plus particulièrement, par le fait que les cellules de mise à température, d'enrichissement en carbone et de diffusion du carbone sont de forme standard et comportent chacune une zone de traitement en basse pression située entre un module d'entrée et un module de sortie, les modules d'entrée et de sortie constituant chacun une zone froide, isolée thermiquement de la zone de traitement de la cellule correspondante, les moyens mécaniques de transfert et d'avancement étant situés dans les modules d'entrée et de sortie des cellules et le module de sortie d'une cellule étant connecté au module d'entrée de la cellule adjacente. Description sommaire des dessins
D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés aux dessins annexés, dans lesquels :
La figure 1 représente schématiquement une vue de dessus d'un premier mode de réalisation d'une machine de traitement thermochimique selon l'invention. La figure 2 représente schématiquement une vue de dessus d'une variante de réalisation d'une machine de traitement thermochimique selon la figure 1.
La figure 3 représente une cellule de la machine de traitement thermochimique selon les figures 1 et 2.
Les figures 4 à 6 représentent schématiquement des vues de dessus de variantes de réalisation d'une machine de traitement thermochimique selon l'invention.
Description de modes particuliers de réalisation
En référence aux figures 1 à 6, la machine de traitement thermochimique est une machine 1 de traitement sous vide de cémentation basse pression de pièces métalliques. La machine 1 comporte une pluralité de cellules de traitement 2 à 5, disposées successivement les unes à la suite des autres. Chaque cellule correspond à une phase particulière du traitement de cémentation basse pression et présente une forme standard et une longueur L adaptable en fonction de la durée de traitement souhaitée dans la cellule. La technique de fabrication des cellules est celle des fours sous vide à parois froides, permettant une pression de fonctionnement comprise entre 10'1mbar et 30mbar.
La machine 1 comporte également des moyens d'avancement et de transfert des pièces d'une cellule à la suivante et des moyens de fermeture, destinés à isoler une cellule des cellules adjacentes pendant les différentes phases du traitement de cémentation. Le transfert des pièces entre les cellules est réalisé à une pression prédéterminée, à savoir la pression de cémentation, de l'ordre de
5mbar à 20mbar. Des systèmes de pompage maintiennent les trois cellules en équipression, y compris pendant les périodes de transfert.
Sur la figure 1 , la machine 1 comporte notamment une cellule 2 de mise à température de cémentation. Le traitement réalisé dans la cellule 2 a pour but de faire monter la température des pièces à la température de cémentation requise, de l'ordre de 88O0C à 1050°C. Cette phase est réalisée à la pression de cémentation, de l'ordre de 5mbar à 20mbar, de préférence avec de l'azote. Dans des cas particuliers, la pression peut atteindre jusqu'à 100mbar.
En aval de la cellule 2 de mise à température de cémentation, la machine 1 comporte une cellule 3 d'enrichissement en carbone. Le traitement réalisé dans la cellule 3 consiste à enrichir la surface des pièces en carbone, ou en carbone et en azote, afin de renforcer, après trempe, Ia dureté des pièces. Cette phase d'enrichissement est réalisée, de préférence, par une injection d'azote ou de tout autre gaz neutre, à. une température de l'ordre de 88O0C à 10500C, complétée, à intervalles réguliers, par une injection d'un gaz cémentant. La pression dans la cellule 3 est, par exemple, de l'ordre de 5mbar à 20mbar suivant le gaz cémentant utilisé. Après la cellule 3 d'enrichissement en carbone, les pièces sont transférées dans une cellule 4 de diffusion finale du carbone. Le traitement réalisé dans la cellule 4 consiste à diffuser le carbone dans l'épaisseur des pièces, de la surface vers le cœur des pièces, selon la profondeur désirée de la surface cémentée et le pourcentage de carbone souhaité à la surface des pièces. Cette phase du traitement est réalisée à la même pression que celle des cellules de mise à température de cémentation 2 et d'enrichissement en carbone 3. La température est ajustée, de préférence entre 88O0C et 10500C, pour permettre une bonne vitesse de pénétration du carbone dans les pièces et pour obtenir la température optimale des pièces avant de réaliser l'opération de trempe.
La température de traitement requise à l'intérieur de la cellule 4 de diffusion du carbone est, de préférence, différente de la température de traitement requise à l'intérieur des cellules de mise à température de cémentation 2 et d'enrichissement en carbone 3.
En aval des cellules 2 à 4, la machine 1 comporte également une cellule 5 de trempe, équipée de portes étanches à la pression. À titre d'exemple, la cellule 5 est une cellule de trempe sous gaz, de trempe à l'huile, de trempe en bain de sel ou tout autre système permettant de refroidir les pièces à la vitesse requise, pour obtenir la dureté souhaitée.
Dans une variante de réalisation non représentée, la machine 1 peut comporter, en aval de la cellule de trempe 5, une cellule de revenu. La phase de revenu est réalisée à une température, par exemple, de l'ordre de 2000C à 3000C.
En amont de la cellule 2 de mise à température de cémentation, la machine 1 comporte également un sas d'entrée 6, destiné à stocker les pièces en attente de leur introduction dans la cellule 2 (figure 1 ). Dans ce cas, il faut prendre garde à bien effectuer une purge par le vide dans le sas d'entrée 6, afin que la pression dans le sas 6 soit la même que celle dans la cellule 2 de mise à température de cémentation, avant l'introduction des pièces, et que l'air soit presque totalement purgé.
Dans la variante de réalisation représentée sur la figure 2, la machine 1 comporte un système 7 de pompage des gaz, connecté par des moyens appropriés à la cellule 3 d'enrichissement en carbone et destiné à évacuer les gaz présents dans les cellules 2, 3 et 4. Seule la cellule 3 d'enrichissement en carbone contient des gaz cémentants susceptibles de contaminer les cellules 2 et 4. Le système de pompage 7 engendre donc avantageusement une circulation des gaz selon les flèches F1 , des cellules 2 de mise à température de cémentation et 4 de diffusion du carbone, vers la cellule 3 d'enrichissement en carbone, éventuellement contaminée.
La machine 1 peut comporter également un premier système indépendant 8 de pompage du sas d'entrée 6 et un second système indépendant 9 de pompage de la cellule de trempe 5.
De manière générale, les trois cellules 2, 3, 4, correspondant aux trois phases indispensables d'un traitement de cémentation basse pression, sont à parois froides, de manière à être froides, non polluantes et non dangereuses. Les pièces destinées à être cémentées passent obligatoirement et successivement, dans l'ordre, par toutes les cellules 2, 3, 4 du traitement de cémentation basse pression disposées les unes après les autres.
Selon l'invention, les cellules 2, 3, 4 de la machine 1 sont toutes conformées suivant un même modèle général, de forme standard, adaptée à chaque fonction (chauffage, enrichissement et diffusion), et de longueur L modulable, ce qui permet de régler précisément le temps de traitement de chaque cellule pour une cadence donnée. Le changement de cadence permet, notamment, d'atteindre des profondeurs de cémentation différentes. La longueur L d'une cellule est donc proportionnelle à la durée du traitement réalisé dans cette cellule.
De plus, les températures peuvent être adaptées pour permettre un réglage précis des caractéristiques à obtenir sur les pièces à traiter.
Sur la figure 3, illustrant uniquement la cellule 2 de mise à température de cémentation de la machine 1 des figures 1 et 2, la cellule 2 comporte un module d'entrée 10a, par lequel entrent les pièces à traiter, et un module de sortie 10b, par lequel sortent les pièces après traitement. Les modules d'entrée 10a et de sortie 10b sont de forme standard et peuvent contenir chacun une charge 11 de pièces métalliques.
La cellule 2 présente un axe longitudinal 12, orienté du module d'entrée 10a vers le module de sortie 10b. L'axe longitudinal 12 correspond au sens de défilement, selon les flèches F2, des charges 11 à l'intérieur de la cellule 2.
Entre les modules d'entrée 10a et de sortie 10b, la cellule 2 comporte deux modules intermédiaires 13 standards identiques et de même longueur. La mise en place de plusieurs modules intermédiaires 13 entre les modules d'entrée 10a et de sortie 10b permet de faire varier la longueur L1 de la cellule 2. À titre d'exemple, pour la cellule 4 de diffusion du carbone, plus le nombre de modules 13 est important, plus la profondeur de cémentation est importante, à une même cadence de défilement des charges 11 dans la cellule 4. Les modules standards 13 de la cellule 2 constituent une zone de traitement 14 en basse pression, à l'intérieur de laquelle est effectué le traitement propre à la cellule 2. La zone de traitement 14, constituée de préférence par des modules standards 13 à parois froides, est confinée et isolée des modules d'entrée 10a et de sortie 10b, qui constituent alors des zones froides de la cellule 2. Les zones froides sont isolées thermiquement de la zone de traitement 14, par l'intermédiaire, par exemple, de portes 15 isolées thermiquement et refroidies, disposées entre les modules d'entrée 10a et de sortie 10b et la zone de traitement confinée 14.
À titre d'exemple, le refroidissement d'une porte 15 s'effectue par l'intermédiaire d'un échangeur thermique, engendrant une circulation d'eau au niveau de la porte 15.
Sur la figure 3, les modules d'entrée 10a et de sortie 10b sont de forme standard, avec une section sensiblement en forme de U, et comportent chacun une ouverture en liaison avec le module 13 adjacent et trois parois fermant l'extrémité de la cellule 2. Dans le mode particulier de réalisation représenté sur Ia figure 3, le module d'entrée 10a comporte un orifice d'entrée 16, situé sur une paroi du module d'entrée 10a parallèle à l'axe longitudinal 12 de la cellule 2, et le module de sortie 10b comporte un orifice de sortie 17, situé sur une paroi du module de sortie 10b parallèle à l'axe longitudinal 12 et situé du même côté de la cellule 2 par rapport à l'axe longitudinal 12. Les charges 11 des pièces entrent et sortent par le même côté de la cellule 2.
Les modules d'entrée 10a et de sortie 10b comporte chacun, par exemple, un système d'éjection 18, destiné à pousser et évacuer la charge 11 du module 10a, 10b correspondant et un système de butée 19, destiné à caler la charge 11 avant l'évacuation. Le système d'évacuation 18 et le système de butée 19 constituent des moyens mécaniques permettant l'avancement et le transfert des pièces entre les cellules et sont situés avantageusement dans les zones froides des cellules 2, 3, 4.
Le défilement des charges 11 à l'intérieur des cellules est réalisé par les charges 11 elles-mêmes, qui se poussent les unes les autres lors de l'introduction d'une nouvelle charge 11. La zone de traitement 14 ne comporte ainsi aucun moyen mécanique de transfert ou d'avancement, lesquels sont uniquement disposés dans les zones froides constituées par les modules d'entrée 10a et de sortie 10b des cellules.
Le fait de placer les moyens de transfert dans les modules d'entrée 10a et de sortie 10b, à savoir au niveau des zones froides de chaque cellule, engendre notamment une meilleure efficacité du traitement de cémentation et une meilleure conservation des caractéristiques des pièces entre les cellules.
Par ailleurs, la cellule 3 d'enrichissement en carbone comportant des phases d'injection de gaz neutres en alternance avec des phases d'injection de gaz cémentants, le transfert des pièces entre les cellules est avantageusement réalisé simultanément avec les phases d'injection de gaz neutres. Il est donc nécessaire de prévoir un créneau d'injection de gaz neutres suffisamment long et d'actionner en conséquence les différents moyens de transfert et d'avancement, afin de pouvoir transférer toutes les charges 11 le long de la machine 1. Les gaz cémentants sont ainsi confinés uniquement dans la cellule 3 d'enrichissement en carbone et ne risquent pas de contaminer les autres cellules 2 et 4.
Dans le mode particulier de réalisation, représenté sur les figures 1 et 2, la cellule 2 de mise à température de cémentation comporte deux modules standards 13, l'orifice d'entrée 16 et l'orifice de sortie 17 de la cellule 2 sont parallèles et situés du même côté de la cellule 2 par rapport à l'axe longitudinal 12.
La cellule suivante 3 d'enrichissement en carbone, qui comporte un seul module standard 13, est disposée de telle sorte que son axe longitudinal 12 est parallèle et orienté dans le même sens que l'axe longitudinal 12 de la cellule précédente. L'orifice d'entrée 16 du module d'entrée 10a est donc disposé en regard de l'orifice de sortie 17 du module de sortie 10b de la cellule précédente 2 et l'orifice de sortie 17 du module de sortie 10b de la cellule 3 est disposé du même côté de la cellule 3 que l'orifice d'entrée 16 du module d'entrée 10a, par rapport à l'axe longitudinal 12.
Ainsi, la cellule 4 de diffusion du carbone, qui comporte aussi deux modules standards 13, est disposée parallèlement aux deux autres, avec son axe longitudinal 12 orienté dans le même sens, et aligné avec la cellule 2 de mise à température de cémentation. Les orifices d'entrée 16 et de sortie 17, respectivement des modules d'entrée 10a et de sortie 10b, sont donc disposés du même côté de la cellule 4 par rapport à l'axe longitudinal 12. La cellule de trempe 5 est connectée à l'orifice de sortie 17 de la cellule 4 et le sas d'entrée 6 est connecté à l'orifice d'entrée 16 de la cellule 2.
L'implantation de la machine 1 , selon les figures 1 et 2, a donc sensiblement la forme de deux L en regard l'un de l'autre, les pièces défilant dans les cellules selon les flèches F2 (figure 1).
Par ailleurs, les modules d'entrée 10a et de sortie 10b des cellules 2, 3, 4 sont avantageusement agencés de telle sorte qu'ils forment des compartiments 20 de liaison entre deux cellules adjacentes. Les compartiments 20 de la machine 1 peuvent alors comporter des systèmes 21 d'isolation aux gaz et à la pression d'une cellule à l'autre pendant les phases de traitement. Ils peuvent aussi comporter des systèmes de clapets anti-retour pour contrôler la circulation des gaz entre cellules.
À titre d'exemple, la machine 1 comporte une porte 21 étanche à la pression, disposée entre le module d'entrée 10a de la cellule 2 de mise à température de cémentation et le sas d'entrée 6.
Dans la variante de réalisation représentée sur la figure 4, la machine 1 de traitement de cémentation basse pression comporte les trois cellules 2, 3 et 4 disposées parallèlement les unes à côté des autres. L'axe longitudinal 12 de la cellule 3 est parallèle et orienté en opposition par rapport à l'axe longitudinal 12 des cellules 2 et 4. L'orifice d'entrée 16 du module d'entrée 10a de la cellule 3 est disposé en regard du module de sortie 10b de la cellule 2, tandis que l'orifice de sortie 17 du module de sortie 10b de la cellule 3 est disposé de l'autre côté de la cellule 3, par rapport à l'axe longitudinal 12, en regard du module d'entrée 10a de la cellule 4. Cette orientation particulière en opposition des orifices d'entrée 16 et de sortie 17 des modules 10a et 10b de la cellule 3 permet notamment d'implanter la machine 1 selon une forme générale sensiblement en S, avec les cellules 2, 3, 4 en regard les unes des autres. Il en résulte un gain de place important, la longueur générale de la machine étant relativement faible.
Par ailleurs, la machine 1 peut comporter une aire 22 de stockage des charges 11 en début du cycle de traitement, en attente d'introduction dans le sas d'entrée 6, et une aire 23 de stockage des charges 11 en fin de cycle de traitement, en aval de la cellule de trempe 5 et en attente d'évacuation, par exemple sur un autre site. Dans la variante de réalisation de la machine 1 représentée sur la figure 5, les axes longitudinaux 12 des cellules 2 et 3 sont orientés dans le même sens et l'axe longitudinal 12 de la cellule 4 est orienté en opposition par rapport aux deux autres. Les cellules 3 et 4 sont alors décalées par rapport à la cellule 2. La machine 1 présente donc une longueur générale plus grande. Cette implantation particulière, sensiblement en forme de U, permet notamment d'intégrer dans la machine 1 les systèmes de pompage 7, 8 et 9 associés, respectivement, aux cellules 3, 6 et 5.
Par ailleurs, la machine 1 peut comporter des systèmes 24 de supervision, de vérification et/ou de commande attenant aux cellules, afin de vérifier et/ou commander le bon déroulement du cycle de traitement de cémentation.
La variante de réalisation de la machine 1 , représentée sur la figure 6, se distingue de la variante de réalisation représentée sur la figure 5 par le nombre de modules intermédiaires standards 13 des cellules 2, 3 et 4. En effet, celles-ci comportent respectivement trois, deux et trois modules standards 13, disposés entre les modules d'entrée 10a et de sortie 10b. Il en résulte une augmentation du temps de passage des pièces dans la cellule correspondante.
En partant de l'implantation de la machine 1 selon la figure 5, il suffit de démonter le module de sortie 10b de la cellule 2, d'ajouter le module standard 13 supplémentaire et de repositionner le module de sortie 10b. L'ajout des modules standards 13 supplémentaires s'effectue de la même manière pour les cellules 3 et 4. Cette implantation particulière illustre la grande flexibilité et la facilité d'évolution de la machine 1 en fonction des applications et du temps de traitement souhaité. De manière générale, pour une même machine de cémentation basse pression 1 , les longueurs L1 , L2 et L3 (figure 1), respectivement des cellules 2, 3 et 4, peuvent donc être différentes selon le nombre de modules 13 standards qu'elles comportent. Une telle machine 1 peut s'adapter facilement selon le lieu de son implantation et peut prendre une pluralité de configurations différentes. La machine 1 présente donc une architecture complètement reconfigurable selon les applications, la taille de l'emplacement, le temps de traitement souhaité, particulièrement grâce à la forme des modules standards d'entrée 10a, de sortie 10b et des modules intermédiaires standards 13 de chaque cellule 2, 3, 4 de la machine 1. Il en résulte notamment des gains de temps, de place et de productivité.
Par ailleurs, les machines 1 représentées sur les figures 4, 5 et 6 permettent notamment de positionner les aires de stockage 22 et 23 proches l'une de l'autre. Il en résulte une manipulation plus simple et plus rapide des charges 11.
Dans une variante de réalisation non représentée, la machine 1 peut comporter, en aval de la cellule 4, deux cellules de trempe, par exemple une cellule de trempe à l'huile et une cellule de trempe sous gaz ou deux cellules de trempe sous gaz. Dans ce cas, le module de sortie 10b de la cellule 4 de diffusion du carbone est différent des modules de sortie 10b des autres cellules et comporte deux orifices de sortie 17, disposés sur chaque paroi parallèle à l'axe longitudinal 12 correspondant de la cellule 4. Les deux cellules de trempe sont alors connectées sur le même module de sortie 10b, les pièces étant introduites soit dans la première cellule de trempe, soit dans la seconde, avant d'être évacuées après traitement.
Dans une autre variante de réalisation non représentée, la machine 1 peut comporter une cellule de nettoyage des pièces, entre le sas d'entrée 6 et la 02018
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cellule 2 de mise à température de cémentation, pour préparer les pièces destinées à être cémentées. À titre d'exemple, la cellule de nettoyage est une machine à laver ou à dégraisser travaillant à la pression atmosphérique ou, éventuellement, en pression partielle en phase vapeur.
Dans une autre variante de réalisation non représentée, la machine 1 peut comporter, en amont de la cellule 2 de mise à température de cémentation, une cellule de préchauffage convectif des pièces. À titre d'exemple, la cellule de préchauffage est un four de préchauffage convectif, destiné à chauffer les pièces jusqu'à une température, par exemple, de l'ordre de 3000C à 5000C, avant leur introduction dans la cellule 2 de mise à température de cémentation. Le préchauffage convectif rend le chauffage homogène et entraîne notamment une oxydation des pièces et une bonne activation de leurs surfaces. Cette phase est réalisée dans l'air à la pression atmosphérique, de préférence, avec un peu d'azote supplémentaire. La cellule de préchauffage permet ainsi une économie de temps, les pièces pouvant passer moins de temps dans la cellule 2 de mise à température de cémentation après leur préchauffage. Une fois la phase de préchauffage terminée, la cellule de préchauffage est purgée au vide avant le transfert des pièces à l'intérieur de la cellule suivante.
Dans le cas de l'utilisation d'une cellule de préchauffage convectif, il est nécessaire de prévoir une porte 21 étanche à la pression, entre le module d'entrée 10a de la cellule 2 de mise à température de cémentation et la cellule de préchauffage.
Quel que soit le mode de réalisation de la machine 1 décrit ci-dessus, la machine de traitement 1 présente donc les avantages suivants. La machine 1 est froide à l'extérieur et non polluante, grâce aux parois froides des zones de traitement 14 des cellules 2, 3, et 4. Les cellules 2, 3, 4 étant de forme standard R2005/002018
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et de longueur adaptable grâce aux modules intermédiaires 13 et aux modules d'entrée 10a et de sortie 10b standards, elles peuvent s'implanter dans n'importe quel atelier d'usinage existant et dans n'importe quelle installation de fabrication de pièces en grande série. La productivité est donc fortement améliorée. La flexibilité de l'installation permet aussi, selon les commandes ou les traitements thermiques à effectuer, d'insérer ou non des cellules optionnelles, notamment des cellules de nettoyage, de préchauffage et de revenu.
Par ailleurs, les moyens mécaniques de transfert et d'avancement des pièces entre les cellules sont uniquement situés en zone froide des cellules, dans les modules d'entrée 10a et de sortie 10b. Il en résulte une meilleure efficacité du traitement de cémentation basse pression.
L'invention n'est pas limitée aux différents modes de réalisation décrits ci- dessus. En particulier, les pièces à traiter peuvent être constituées par des ensembles de pièces disposées sur un support. Les cellules peuvent avoir toute forme appropriée. Les moyens de transfert et de fermeture peuvent être constitués par tout moyen approprié permettant d'assurer des propriétés d'étanchéité et de pression prédéterminée entre deux cellules adjacentes. Le gaz cémentant peut être du propane ou tout autre hydrocarbure susceptible de s'associer aux températures de la cellule 3 d'enrichissement pour traiter la surface des pièces.
Les moyens de transfert et d'avancement situés en zone froide des cellules peuvent être formés par un tout autre système d'évacuation et un tout autre système de butée. Le transfert entre deux cellules adjacentes étant réalisé à pression prédéterminée, la machine 1 peut comporter des moyens supplémentaires (non représentés) pour ajuster et contrôler la pression en cours 18
de traitement, si nécessaire, pendant les phases de transfert, à l'intérieur des compartiments 20.
Après la cellule éventuelle de revenu, la machine peut comporter des moyens de transfert supplémentaires (non représentés), destinés à transférer les pièces vers une autre machine, par exemple, de traitement de finition (grenaillage, rectification).
Les cellules 2 à 4 peuvent comporter des équipements de chauffage, un circuit d'injection de gaz et des prises de pompage pour des pompes à vide (non représentés).
Dans une autre variante de réalisation non représentée, un traitement de carbonitruration peut éventuellement être appliqué dans les cellules 3 et 4. La machine de traitement thermochimique 1 est alors une machine de traitement sous vide de carbonitruration, avec une cellule de diffusion 4 à l'intérieur de laquelle est injecté un gaz nitrurant. À titre d'exemple, l'enrichissement en azote peut alors s'effectuer en introduisant un gaz tel que l'ammoniac (NH3) dans les cellules 3 d'enrichissement de surface et 4 de diffusion, à un rythme à déterminer en fonction du résultat souhaité.
Le fonctionnement de la machine reste le même que précédemment, avec les pièces à traiter passant successivement dans chaque cellule de traitement. Les cellules ont également la même configuration, avec un module d'entrée, un module de sortie et des modules intermédiaires standards disposés entre les modules, de manière à former une machine complètement reconfigurable, en fonction de l'atelier, des applications et du temps de traitement souhaité dans les cellules.

Claims

Revendications
1. Machine de traitement thermochimique (1 ) de pièces métalliques comportant au moins une cellule (2) de mise à température, une cellule (3) d'enrichissement en carbone des surfaces des pièces à traiter, une cellule (4) de diffusion du carbone, de la surface vers le cœur des pièces, et au moins une cellule de trempe (5) disposées successivement les unes à la suite des autres et de longueur (L) adaptée à la durée du traitement réalisé dans chaque cellule, la machine comportant également des moyens mécaniques de transfert et d'avancement des pièces d'une cellule à la suivante et des moyens d'isolation permettant d'isoler les cellules entre elles pendant les différentes phases de traitement successives, machine caractérisée en ce que les cellules de mise à température (2), d'enrichissement en carbone (3) et de diffusion du carbone (4) sont de forme standard et comportent chacune une zone de traitement (14) en basse pression située entre un module d'entrée (10a) et un module de sortie (10b), les modules d'entrée (10a) et de sortie (10b) constituant chacun une zone froide, isolée thermiquement de la zone de traitement (14) de la cellule (2, 3, 4) correspondante, les moyens mécaniques de transfert et d'avancement (18, 19) étant situés dans les modules d'entrée (10a) et de sortie (10b) des cellules (2, 3, 4) et le module de sortie (10b) d'une cellule étant connecté au module d'entrée (10a) de la cellule adjacente.
2. Machine selon la revendication 1 , caractérisée en ce qu'au moins les modules d'entrée (10a) et de sortie (10b) des cellules de mise à température (2) et d'enrichissement en carbone (3) et le module d'entrée (10a) de la cellule de diffusion du carbone (4) sont de forme standard. 3. Machine selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que, un axe longitudinal (12) de chaque cellule (2,
3, 4) étant orienté du module d'entrée (10a) vers le module de sortie (10b) correspondant, chaque module d'entrée (1 Oa) et de sortie (1 Ob) comporte au moins un orifice, respectivement d'entrée (16) et de sortie (17), situé sur une paroi dudit module (10a, 10b) parallèle audit axe (12).
4. Machine selon la revendication 3, caractérisée en ce que les axes longitudinaux (12) d'au moins deux cellules (2, 3, 4) successives sont parallèles, de même sens et/ou de sens opposé.
5. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la zone de traitement (14) de chaque cellule (2, 3, 4) est constituée par un nombre correspondant de modules standards (13), de même longueur, de sorte que la longueur (L) de la cellule (2, 3, 4) est adaptée à la durée du cycle de traitement à réaliser dans ladite cellule (2, 3, 4).
6. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens de pompage (7) des gaz, connectés à la cellule (3) d'enrichissement en carbone et organisés de manière à créer une circulation (F1) des gaz, des cellules de mise à température (2) et de diffusion du carbone (4) vers la cellule d'enrichissement en carbone (3).
7. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que, la cellule (3) d'enrichissement en carbone comportant des moyens d'injection de gaz cémentants en alternance avec des gaz neutres, lesdits moyens de transfert et d'avancement (18, 19) des pièces sont actionnés pour réaliser le transfert des pièces pendant l'injection de gaz neutres.
8. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que lesdits moyens d'isolation (15) de chaque cellule de traitement (2, 3, 4) sont disposés en zone froide, dans les modules d'entrée (10a) et de sortie (10b) correspondants, et isolent thermiquement la zone de traitement (14) desdits modules d'entrée (1 Oa) et de sortie (1 Ob).
9. Machine selon la revendication 8, caractérisée en ce que lesdits moyens d'isolation sont des portes (15) isolées thermiquement et refroidies.
10. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que la zone de traitement (14) des cellules de mise à température (2), d'enrichissement en carbone (3) et de diffusion du carbone (4) est constituée de modules standards (13) à parois froides.
11. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que la température dans la zone de traitement (14) de la cellule (4) de diffusion du carbone est différente de la température dans la zone de traitement (14) des cellules de mise à température (2) et d'enrichissement en carbone (3).
12. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 11 , caractérisée en ce que, le module d'entrée (10a) de la cellule (2) de mise à température étant connecté en amont à une cellule de traitement supplémentaire, ledit module d'entrée (10a) comporte une porte (21 ) étanche à la pression.
13. Machine selon la revendication 12, caractérisée en ce que ladite cellule de traitement supplémentaire, disposée en amont de la cellule (2) de mise à température, est une cellule de préchauffage convectif.
14. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisée en ce qu'elle comporte une cellule de revenu, en aval de la cellule de trempe (5).
15. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisée en ce qu'elle comporte, en amont de la cellule (2) de mise à température, des moyens de nettoyage des pièces.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103048248B (zh) * 2012-12-11 2015-08-26 哈尔滨医科大学 可调节有效扩散面积和接受池容积的扩散池装置
PL228603B1 (pl) * 2015-02-04 2018-04-30 Seco/Warwick Spolka Akcyjna Piec wielokomorowy do nawęglania próżniowego i hartowania kół zębatych, wałków, pierścieni i tym podobnych detali

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1993014229A1 (fr) * 1992-01-15 1993-07-22 Aichelin Gmbh Dispositif de traitement thermique de pieces metalliques
EP0811697A2 (fr) * 1996-06-06 1997-12-10 Dowa Mining Co., Ltd. Procédé et dispositif pour la carburation, la trempe et le revenu
EP1229137A1 (fr) * 2001-01-26 2002-08-07 Ipsen International GmbH Installation et procédé pour transporter des pièces métalliques ainsi qu'une installation pour le traitement thermique de ces pièces
EP1319724A1 (fr) * 2001-12-14 2003-06-18 JH Corporation Installation de traitement thermique sous vide

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3662996A (en) * 1970-03-23 1972-05-16 Holcroft & Co Multi-chamber carburizing apparatus
JPS6016492B2 (ja) * 1979-06-14 1985-04-25 株式会社クボタ 鋳鉄管の熱処理装置
FR2487492B1 (fr) * 1980-07-25 1987-07-17 Bmi Four pour traitement thermique ou thermochimique en continu de metaux
JPS5765961U (fr) * 1980-10-03 1982-04-20
JPS60141863A (ja) * 1983-12-28 1985-07-26 Santetsuku:Kk 連続熱処理方法および連続熱処理装置
DD243050A1 (de) * 1985-11-27 1987-02-18 Hochvakuum Dresden Veb Rezipient fuer vakuumanlagen
JP2958710B2 (ja) * 1990-11-28 1999-10-06 本田技研工業株式会社 クランクシャフトのガス軟窒化法
US5402994A (en) * 1992-01-15 1995-04-04 Aichelin Gmbh Device for heat-treating metal workpieces
JP3490791B2 (ja) * 1994-12-20 2004-01-26 光洋サーモシステム株式会社 多室熱処理炉
JP3448789B2 (ja) * 1995-01-20 2003-09-22 同和鉱業株式会社 ガス浸炭方法
FR2801059B1 (fr) * 1999-11-17 2002-01-25 Etudes Const Mecaniques Procede de trempe apres cementation a basse pression
DE10021583A1 (de) * 2000-05-04 2001-11-15 Ald Vacuum Techn Ag Verfahren und Vorrichtung zum Aufkohlen und Härten von Werkstückchargen
FR2821362B1 (fr) * 2001-02-23 2003-06-13 Etudes Const Mecaniques Procede de cementation basse pression
JP2003042664A (ja) * 2001-07-31 2003-02-13 Daido Steel Co Ltd 真空加熱炉
US6902635B2 (en) * 2001-12-26 2005-06-07 Nitrex Metal Inc. Multi-cell thermal processing unit
JP2004091900A (ja) * 2002-09-03 2004-03-25 Toyota Motor Corp ガス浸炭方法及びガス浸炭装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1993014229A1 (fr) * 1992-01-15 1993-07-22 Aichelin Gmbh Dispositif de traitement thermique de pieces metalliques
EP0811697A2 (fr) * 1996-06-06 1997-12-10 Dowa Mining Co., Ltd. Procédé et dispositif pour la carburation, la trempe et le revenu
EP1229137A1 (fr) * 2001-01-26 2002-08-07 Ipsen International GmbH Installation et procédé pour transporter des pièces métalliques ainsi qu'une installation pour le traitement thermique de ces pièces
EP1319724A1 (fr) * 2001-12-14 2003-06-18 JH Corporation Installation de traitement thermique sous vide

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