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PROCEDE DE TREMPE SUPERFICIELLE DE CYLINDRES PAR INDUCTION.
Cette invention a pour objet un procédé permettant de tremper superficiellement par induction des rouleaux ou cylindres du type servant au traitement des matières les plus diverses (métalliques ou non métalliques). C'est ainsi que ce procédé est applicable à des rouleaux, cylindres ou tambours en acier forgé ou bien en acier coulé ou en fonte grise de moulage.
Un cas particulier d'utilisation des rouleaux ou cylindres dont il est question ici est celui des cylindres pour le "travail à froid", c'est-à0dire servant à laminer à froid des tôles d'acier. de cuivre, de laiton ou d'aluminium. Les parties superficielles de ces cylindres doivent être trempées et, comme il s'agit de pièces ayant des dimensions relativement grandes, il se manifeste au cours de la trempe des diffi- cultés et des dangers extraordinaires.
On a déjà proposé, en vue d'éviter ou tout au moins de diminuer les difficultés qui se présentent lors de la chauffe usuelle effectuée dans des fours fonctionnant au gaz et du refroidissement brusque (dans l'eau, dans l'huile ou dans d'autres bains de trempe) qui y fait suite, de procéder à la chauffe par induction. Mais on n'a traité par ce moyen que des cylindres de laminage à froid qui permettraient,,, avec un conducteur chauffant formant une boucle placée obliquement, un échauffement surfacial intégral. 0' est le cas des cylindres de laminage dont le diamètre ne dépasse pas 250 millimètres environ.
Pour les cylindres de plus grandes dimensions, on a également proposé de les chauffer par induction.. mais sans que cette technique ait pu s'imposer dans la pratique industrielle. On n'a pu tirer non plus d'
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enseignement des expériences faites pour le chauffage par induction de cylindres pour le laminage à froid ayant des dimensions relativement petites.
En effet le processus de chauffage de l'intégralité de la surface du cylindre qu'on a employé pour cela n'est pas applicable tout au moins dans des conditions économiquement satisfaisantes, pour le traitement de cylin- dres de grandes dimensions.
Il a donc fallu, résoudre le problème technique qui se pose en recourant au procédé de traitement par progression continue, au moins pour la trempe même. Mais, comme on le sait,tous les procédés de trempe des cylindres pour le laminage ou le travail des métaux à froid sont sujets au risque de formation de fissures et d'éclatement des pièces., ce qui se traduit non seulement par la destruction du produit en question mais un grand danger pour les ouvriers chargés du travail.
Lorsqu'on utilise la trempe par progression continue qui est exécutée, comme on le sait, en déplaçant continuellement l'inducteur par un mouvement progressif le long de la surface de la pièce à tremper, afin que la température de trempe désirée règne toujours bien audessous de l'inducteur et que la pièce soit refroidie immédiatement ensuite par l'action d'un jet de liquide, il y a lieu de tenir très exactement compte de la formation de tensions internes qui, pendant la trempe ou à la suite de celle-ci. sont la cause des fragmentations par explosion ou éclatement des cylindres de laminage à froid en question.
Ces tensions internes augmentent, comme cela se conçoit, du fait que l'échauffement de la cou- che surfaciale du métal à tremper se produit relativement vite pendant le procédé par avancement et est limité localement.
Il fait ajouter ce fait qu'une des extrémités du cylindre se trouve immédiatement trempée dès le début, tandis que les parties suivantes de la pièce ne sont trempées qu'ensuite par un processus continu., de sorte qu'en définitive il s'écoule un laps de temps qui n'est pas négligeable entre la fin de la trempe dans la partie terminale de la pièce et la trempe initiale à l' autre extrémité. Pendant tout ce temps, les parties de la pièce qui sont tout d'abord trempées sont régulièrement refroidies.. de sorte qu'il se produit dans les régions de la pièce soumises les premières à la trempe un notable refroidissement, qui n'est pas aussi prononcé dans les régions terminales.
Malgré les difficultés qui viennent d'être rappelées et qu'il faut attribuer aux fortes tensions internes, qui sont encore accrues par le caractère même du chauffage par induction., l'invention donne la possibilité de tremper superficiellement par électro-induction dans des conditions satisfaisantes des rouleaux ou cylindres du genre précité et en particulier des cylindres destinés au travail Indiqué. en l'espèce au laminage à froid des métaux. Il est cependant nécessaire d'obtenir tout d'abord une température voisine de la température de trempe sur la totalité de la longueur de la pièce.
Dans l'hypothèse de cylindres forgés, cette température doit être de l'ordre de 750 C; elle doit être atteinte lentement par montée uniforme. Ce réchauffement graduel est suivi du chauffage de la couche externe de la pièce jusqu'à la température de trempe,, puis du refroidissement brusque à partir d'une extrémité par le procédé dit par progression continue.
Le réchauffement préalable de la pièce, qui a été reconnu comme étant absolument nécessaire, peut être réalisée d'après l'invention, à l' aide d'un inducteur enveloppant la pièce et animé d'un mouvement de va-etvient continu parallèlement à son axeo Compte tenu de l'énergie fournie., il faut que la vitesse qui anime l'inducteur soit telle que la différence de température entre les régions de la pièce qui se trouvent en avant et en arrière de l'inducteur (en considérant sa direction de mouvement) soit aussi petite que possible.
La fréquence des inversions du sens du mouvement alternatif de l'inducteur pour qua la température s'élève jusqu'à 600 à 750 C. est déterminée suivant les conditions opératoires,
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Suivant le présent procédé et en partant de l'avantage connu résultant du chauffage de la pièce par induction, il convient donc d'exécuter ce chauf- rage aussi rapidement que possible.
La différence de température en avant et en arrière de l'inducteur ne doit pas dépasser un maximum de 150 C. Elle doit de façon générale, surtout s' il s'agit d'un matériau sensible à la trempe, être inférieure à cette valeur,
Il n'est pas absolument nécessaire d'effectuer le réchauffement à l'aide d'un inducteur enveloppant la pièce, bien que cette façon de pro- céder soit celle qui est la plus simple puisqu'on peut la faire suivre de la trempe par progression continue à l'aide du même inducteur. Mais il est pos- sible d'utiliser un conducteur chauffant conformé en boucle ayant une longueur correspondant à celle de la pièce et de faire tourner le cylindre.
On obtient également de cette manière une montée régulière de la température jusqu'à une valeur voisine de la température de trempe, à condition que la différence de température entre les régions de la pièce situées en avant et en arrière de l'inducteur (dans le sens périphérique) ne soit pas trop grande. Il convient ici de procéder ainsi qu'il a été exposé à propos'de l'emploi d'un inducteur enveloppant la pièce.
Le mode de mise en oeuvre comprenant un réchauffement par induc- tion et une trempe par progression continue y faisant suite donne la certitude que même dans l'hypothèse de cylindres usagés qui doivent être retrempés., il ne se produit pendant la trempe ni rupture des couches de métal traitées ni fragmentation par éclatement de l'ensemble du cylindre.
Ceci est d'autant plus remarquable que, même dans le cas de cylindres usagés et polis à nouveau plusieurs fois,, il existe des tensions internes particulières qui devraient se manifester par suite de l'échauffement par induction qui., dans une certaine mesure, est irrégulier..Alors que, suivant cette modalité de mise en oeuvre du procédé, l'inducteur fait un certain nombre de mouvements de va-et-vient.. l'observation révélant des différences de température très faibles entre les parties situées en avant et en arrière de sa zone d'action, il devient possible.
même avec des cylindres neufs c'est-à-dire n'ayant pas encore servi, de faire fonctionner l'appareil avec une montée échelonnée de température, aussi bien avec des inducteurs enveloppant la pièce qu'avec des conducteurs chauffants en forme de boucles.
On procède en pareil cas en soumettant la pièce au cours d'une première phase de travail à un réchauffement de sa couche superficielle jusqu'à une température approximative de 300 C. puis en faisant monter l'inducteur qui enveloppe la pièce pendant que le cylindre est vertical et tourne sur luiméme, le cas échéant...Au cours d'une seconde phase de travail, on fait monter davantage la température de la pièce,de façon que sa couche superficielle atteigne environ 5500C. Enfin, au cours d'une troisième phase de travail, pendant laquelle on fait de même monter l'inducteur,, on chauffe la couche superficielle ou cuticule du métal jusqu'à 750 c environ.
C'est ensuite que viennent le chauffage et le refroidissement, brusque qui sont né- cessairesà la trempe ainsi qu'il a été décrit. Le mode de travail avec un conducteur chauffant conformé en boucle s'étendant axialement sur la longueur de la pièce est évidemment effectué de manière analogue.
Ce mode de mise en oeuvre du procédé a l'avantage de se prêter en pratique à plus de rapidité. Mais il est toujours indiqué de revenir au procédé mentionné en premier lieu suivant lequel on obtient un échauf- fement lent et continu accompagné de nombreux va-et-vient de l'inducteur ou de rotations répétées du cylindre par rapport au conducteur chauffant conformé en boucle si l'on redoute la formation de fortes tensions internes. Tel est le cas surtout quand il s'agit de retremper des cylindres usagés.
Il est particulièrement rationnel, quel que soit le mode de mise en oeuvre du procédé qu'on adopte, que les bords de la pièce n'atteignent la température désirée qu'avec un certain retard. Ce résultat peut être atteint de manière simple, si l'on utilise un inducteur enveloppant, en ré-
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glant convenablement l'inversion de mouvement aux extrémités de la pièce.
Le point d'inversion doit être déplacé d'une certaine valeur vers l'intérieur. Si l'on utilise par contre un conducteur chauffant-conformé en boucle, il convient de limiter de telle sorte la longueur de l'inducteur qu'il n'arrive pas aux deux extrémités jusqu'aux arêtes de la pièce.
Il est également rationnel, ainsi que la pratique permet de le vérifier, pour la trempe de cylindres exposés à de fortes tensions internes, ce qui est le cas en particulier des cylindres usagés, d'appliquer le traitement précédant la trempe proprement dite au moins en deux stades séparés par des pauses ou phases de refroidissement, afin d'éliminer avec certitude le reste d'austénité qui pourrait être le siège de tensions.
Si l'on procède en combinant un traitement par chauffage jusqu'à l'incandescence et un traitement de réchauffement préalable, on a la certitude que les tensions résiduelles dues à l'usage antérieur des cylindres et au travail de polissage ou de meulage ultérieur sont tout d'abord supprimées. de sorte qu'elles ne peuvent donner lieu à une explosion ou à un éclatement ou une fissuration des cylindreso près la trempe, les cylindres doivent, comme cela est de pratique courante par ailleurs.,, être détendus et (ou) soumis au recuit. Dans l' hypothèse de cylindres pour le laminage à froid, ce résultat est obtenu en principe en les plongeant dans un bain d'huile ou en les introduisant dans un four à air rotatif à des températures comprises entre 1400 et 2000C.
La pratique permet cependant de constater que l'application de ce moyen connu en soi aux cylindres trempés superficiellement par induction n'est pas possible sans une appropriation spéciale. Il y a, en effet. un risque considérable qu'au cours du transport du cylindre trempé superficiellement dans le four il ne se produise un éclatement ou une fissuration, voire une explosion. L'explication de ce phénomène doit être recherchée dans le fait que, comme il a déjà été dit, la trempe par progression continue assurée par déplacement de bas en haut augmente les tensions internes au sein du cylindre.
On obvie à ces difficultés suivant l'invention en assurant la détente ou le recuit également par induction. On procède alors en promenant en va-et-vient un inducteur enveloppant à partir de l'extrémité de la pièce qui a été tout d'abord trempée, mais selon des mouvements de plus en plus prononcés, jusqu'à ce que la longueur de ces mouvements corresponde à celle de la pièce. Autrement dit., l'inducteur parcourt tout d'abord un mouvement égal à 20 à 25 cm..puis revient à son point de départ. Lors de son mouvement d'avance suivant, la longueur du déplacement en question représente 35 à 40 cm... et ainsi de suite jusqu'à ce que cette longueur soit égale à celle de la pièce. Dans la plupart des cas, il y a lieu de faire encore aller et venir l'inducteur plusieurs fois sur toute la longueur du cylindre.
Suivant les indications fournies par la technique connue, la température au cours de ce traitement ne doit pas dépasser 200 C dans les couches externes de la pièce. La durée du traitement est variable dans chaque cas.
Il se peut que des durées de traitement allant d'une à quinze heures soient nécessaires. Le cylindre soumis à ce traitement peut être convenablement refroidie mais à condition que son refroidissement soit lent et uniforme.
- Le choix de la fréquence dépend en premier lieu des dimensions
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des cylindres à' traiter 0 -S ":ÚI'SAag!t--de cylindres ayant des diamètres supéns rieurs à 250 mm. ou mesurant une très grande longueur et des diamètres inférieurs à 250 mm. et qui pour des raisons d'ordre économique, doivent être -traités par-,le,,,procédé par progression continue, il y a lieu de conduire le
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travail sousdsneofréquence aussi faible que possible.. afin d'assurer uneogaàade proòndeuà'àesrÔehau4ttemento Des fréquences comprises entre 500 et 2000seycles sont rationné21ea"k cet effets ainsi que la pratique permet de le vér1fie.n;
Si l'on traierdes cylindres de grand diamètre., l'emploi de fréquences encore plus'faibles (par exemple des fréquences du réseau de distribution d'électricité) est possible.
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En dehors des exigences électro-techniques indiquées par les di- mensions du cylindre en ce qui concerne le choix de la fréquence, il im- porte également que, dans la mesure du possible, les mêmes fréquences soient employées pour tous les traitements tels que chauffage jusqu'à l'incandes- cence, réchauffement trempe, recuit ou détente. On simplifie et diminue en effet d'autant le coût de l'installation requise.
On a indiqué dans ce qui précède que c'est l'inducteur qui se déplace par rapport à la pièce, ce qui est plus rationnel pour les dimen- sions envisagées.Mais ce peut être, au contraire,, la pièce qui se meuve par rapport à l'inducteur immobile puisqu'il suffit au demeurant qu'un mouvement relatif ait lieu entre la pièce et l'inducteur. C'est pourquoi partout où il est question dans le présent texte d'un mouvement de l'in- ducteur, ceci englobe également le cas où c'est la pièce qui se déplace par rapport à l'inducteur.
Les détails de réalisation peuvent être modifiés, sans s'écar- ter de l'invention., dans le domaine des équivalences techniques.
REVENDICATIONS.
1. Procédé de trempe superficielle par induction de rouleaux ou cylindres forgés ou coulés, notamment de ceux utilisés pour le travail de corps métalliques comme les cylindres servant au laminage à froid. qu' ils soient neufs ou usagés, consistant à titre caractéristique à porter la température,par montée uniforme sur toute la longueur de la pièce, à une température voisine de la température de trempe, puis à chauffer la couche externe de la pièce à la température de trempe et à provoquer le refroidissement brusque par progression continue à partir d'une de ses extrémités.