FR2792339A1 - Method and device for the continuous carburization under of low alloy steel components with greater flexibility over wider range of carburization temperatures and treatment depths - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne un procédé perfectionné de carburation sousThe present invention relates to an improved process of carburetion under
vide, et un four perfectionné de carburation sous vide en continu pour des vacuum, and an improved continuous vacuum carburizing furnace for
parties d'acier faiblement allié.parts of low alloy steel.
Un four de carburation sous vide en continu, de type conventionnel, pour des parties d'acier faiblement allié, dans lequel des plateaux sont acheminés en ordre et en sortent un par un, est décrit par exemple à la page 84kk de l'ouvrage " METAUX ET PROCÉDÉS AVANCÉS " publié en juin 1998, par F. Preisser et autre, intitulé " MISE A JOUR A continuous vacuum carburetion furnace, of conventional type, for parts of low alloy steel, in which trays are conveyed in order and come out one by one, is described for example on page 84kk of the book " ADVANCED METALS AND PROCESSES "published in June 1998, by F. Preisser et al., Entitled" UPDATE
CONCERNANT LA CARBURATION BASÉE SUR LE VIDE " CONCERNING VACUUM-BASED CARBURETATION "
(particulièrement à la figure 5). La figure 5 de ce document est reproduite à la figure 3. Le four comprend, à la suite d'une chambre de chauffe, une chambre indépendante de carburation sous vide étanche et fermée par plusieurs portes à étanchéité sous vide pour effectuer un traitement de carburation sous vide, suivie d'une chambre de diffusion à plusieurs postes rendue étanche et fermée de façon similaire par plusieurs portes à étanchéité sous vide pour réaliser un traitement de diffusion. Dans les traitements de carburation sous vide et de diffusion, il est connu que le temps d'un traitement de carburation sous vide (Tc) et celui du traitement de diffusion (Td) doivent être strictement contrôlés. De plus, simultanément, chaque rapport de temps (Tc/Td) doit aussi être modifié en conformité avec le changement de la température du traitement de carburation sous vide (à laquelle on se référera dans ce qui suit comme: " température de traitement ").Par exemple, si la température de traitement change de 930 C à 1040 C, le rapport de temps doit changer de façon importante de 1,5 à 3,5. Habituellement, pour obtenir la même profondeur de revêtement carburé, plus la température de traitement est forte et plus le temps de traitement nécessaire est court, par conséquent on utilise une température de traitement plus élevée pour effectuer une profondeur de revêtement carburé plus importante, par contraste avec le cas d'une plus faible profondeur de revêtement carburé o l'on règle une température de traitement moins basse pour contrôler aisément son épaisseur. Selon le matériau à traiter, lorsqu'on doit éviter un épaississement, on ne choisit pas une température de traitement plus élevée. Par conséquent, dans le four de carburation sous vide en continu, pour donner une épaisseur de revêtement désirée ou pour s'adapter au matériau à traiter, il est nécessaire de faire varier la température (particularly in Figure 5). Figure 5 of this document is reproduced in Figure 3. The oven comprises, following a heating chamber, an independent chamber of sealed vacuum carburetion and closed by several vacuum sealed doors to perform a carburation treatment under vacuum, followed by a multi-position diffusion chamber made watertight and similarly closed by several vacuum-sealed doors to carry out diffusion treatment. In carburetor treatments under vacuum and diffusion, it is known that the time of a carburetion treatment under vacuum (Tc) and that of the diffusion treatment (Td) must be strictly controlled. In addition, simultaneously, each time ratio (Tc / Td) must also be modified in accordance with the change in the temperature of the carburetion treatment under vacuum (to which we will refer in the following as: "treatment temperature") For example, if the treatment temperature changes from 930 C to 1040 C, the time ratio must change significantly from 1.5 to 3.5. Usually, to obtain the same depth of fuel coating, the higher the processing temperature and the shorter the processing time required, therefore a higher processing temperature is used to effect a greater depth of fuel coating, in contrast with the case of a lower depth of fuel coating where a lower treatment temperature is set to easily control its thickness. Depending on the material to be treated, when thickening is to be avoided, a higher treatment temperature is not chosen. Therefore, in the continuous vacuum carburetion furnace, to give a desired coating thickness or to adapt to the material to be treated, it is necessary to vary the temperature
de traitement.treatment.
De plus, dans le cas o un ou plusieurs plateaux sont transportés en ordre dans deux chambres indépendantes, comprenant une chambre indépendante de carburation sous vide et une chambre indépendante de diffusion, et o en même temps le même nombre de plateaux en est retiré, ou bien o un ou plusieurs plateaux sortent en ordre des deux chambres indépendantes et o en même temps le même nombre de plateaux est acheminé à l'intérieur de celles-ci, et de plus, dans le cas o seulement un plateau est acheminé dans chaque chambre ou en sort, et o la température de traitement subit une variation d'une température basse à une température élevée, le temps de traitement du processus de carburation sous vide est ajusté de façon que, quand le rapport de temps (Tc/Td) est modifié de 1 à 1,5, le temps de traitement par diffusion se trouve allongé en conséquence, ou en variante, un nombre supplémentaire prédéterminé de stations est prévu dans la chambre de diffusion pour allonger le temps de traitement par diffusion. Toutefois, dans le cas o plusieurs plateaux sont acheminés dans chaque chambre de carburation sous vide et en sortent, bien que le premier plateau soit suffisamment traité par carburation, le second plateau peut être insuffisamment carburé sous vide. Les fours conventionnels de carburation sous vide en continu présentent donc l'inconvénient de rendre impossible un changement de la température de traitement et de n'avoir aucune souplesse pour accomplir un tel changement. Plus particulièrement, dans le four conventionnel de carburation sous vide en continu, après que des parties à traiter aient été élevées à une température de traitement de carburation, il est impossible d'effectuer les traitements de carburation sous vide et de diffusion dans le même état de carburation sous vide, et il est plutôt nécessaire d'effectuer le traitement de carburation sous vide sous une atmosphère à forte concentration de gaz contenant du carbone, et il est aussi nécessaire d'effectuer à la suite un traitement de diffusion pour diffuser le carbone absorbé ou ayant pénétré à l'intérieur des parties et d'ajuster à la fois la concentration de carbone et les profondeurs de revêtement carburé des surfaces des parties traitées. Pour cette raison, dans un four conventionnel de carburation sous vide en continu à l'intérieur duquel un ou plusieurs plateaux chargés de parties à traiter sont acheminés dans l'ordre et o le même nombre de plateaux chargés de pièces traitées en sort dans un cycle de transport bien calculé, il est habituel d'avoir une chambre indépendante de carburation sous vide rendue étanche et fermée par plusieurs portes étanches sous vide, et une chambre de diffusion qui est de façon similaire In addition, in the case where one or more trays are transported in order in two independent chambers, comprising an independent vacuum carburetion chamber and an independent diffusion chamber, and o at the same time the same number of trays is removed, or well o one or more trays exit in order from the two independent rooms and o at the same time the same number of trays is conveyed inside these, and moreover, in the case where only one tray is conveyed in each room or out of it, and where the treatment temperature undergoes a variation from a low temperature to a high temperature, the treatment time of the vacuum carburetion process is adjusted so that, when the time ratio (Tc / Td) is changed from 1 to 1.5, the diffusion treatment time is extended accordingly, or alternatively, a predetermined additional number of stations is provided in the diffusion chamber for all manage the processing time by diffusion. However, in the case where several trays are routed into and out of each vacuum carburetion chamber, although the first tray is sufficiently carburetted, the second tray may be insufficiently carburetted under vacuum. Conventional continuous vacuum carburetion furnaces therefore have the drawback of making it impossible to change the treatment temperature and of having no flexibility to accomplish such a change. More particularly, in the conventional continuous vacuum carburizing furnace, after parts to be treated have been raised to a carburizing treatment temperature, it is impossible to carry out the vacuum carburizing and diffusion treatments in the same state of vacuum carburization, and it is rather necessary to carry out the treatment of vacuum carburetion under an atmosphere with a high concentration of gases containing carbon, and it is also necessary to carry out a diffusion treatment in order to diffuse the carbon absorbed or having penetrated inside the parts and to adjust both the carbon concentration and the depths of fuel coating of the surfaces of the treated parts. For this reason, in a conventional continuous vacuum carburation oven inside which one or more trays loaded with parts to be treated are routed in order and o the same number of trays loaded with treated parts comes out in a cycle well calculated transport, it is usual to have an independent vacuum carburetion chamber sealed and closed by several sealed vacuum doors, and a diffusion chamber which is similarly
étanche et fermée.waterproof and closed.
De plus, il est connu que, dans le four, le traitement de carburation sous vide et le traitement de diffusion sont tous deux effectués habituellement à la même température, et que la profondeur de revêtement carburé des surfaces des parties traitées est donnée comme étant fonction de la température du traitement de carburation, (comprenant à la fois le traitement de carburation sous vide et le traitement de diffusion), et que la concentration de carbone et la profondeur de revêtement carburé des surfaces des parties traitées sont chacune aussi données respectivement comme étant fonction du rapport de temps (Tc/Td) o Tc est le temps du traitement de carburation sous vide et Td le temps du traitement de diffusion, chacune de ces deux valeurs étant de plus aussi donnée respectivement comme fonction d'une température de traitement. Dans de nombreux cas, afin d'obtenir une concentration de carbone désirée des surfaces des parties traitées, le rapport de temps (Tc/Td) n'a pas nécessairement pour résultat un nombre entier, mais plutôt des fractions et il faut alors des espaces supplémentaires (ou stations) de la chambre de traitement de diffusion pour les plateaux additionnels correspondant à ces fractions. De plus, lorsqu'on fait varier la température de traitement de carburation, comme le rapport de temps (Tc/Td) change de façon importante, il en résulte que quand on choisit des traitements de carburation sous une large plage de températures de traitement de carburation, il sera nécessaire d'avoir un très grand espace vide supplémentaire de la chambre de traitement de diffusion, ce qui dégrade la Furthermore, it is known that, in the furnace, the carburetion treatment under vacuum and the diffusion treatment are both usually carried out at the same temperature, and that the depth of carburetted coating of the surfaces of the treated parts is given as being a function of the temperature of the carburetion treatment, (including both the vacuum carburetion treatment and the diffusion treatment), and that the carbon concentration and the carburetted coating depth of the surfaces of the treated parts are also each given respectively as function of the time ratio (Tc / Td) o Tc is the time of the vacuum carburetion treatment and Td the time of the diffusion treatment, each of these two values also being given respectively as a function of a treatment temperature. In many cases, in order to obtain a desired carbon concentration of the surfaces of the treated parts, the time ratio (Tc / Td) does not necessarily result in an integer, but rather in fractions and spaces are therefore required. additional (or stations) of the diffusion processing chamber for the additional plates corresponding to these fractions. In addition, when the carburetor treatment temperature is varied, as the time ratio (Tc / Td) changes significantly, it follows that when carburetion treatments are chosen over a wide range of carburetor treatment temperatures. carburation, it will be necessary to have a very large additional empty space of the diffusion treatment chamber, which degrades the
souplesse de la productivité.flexibility of productivity.
La présente invention a pour objet de proposer un procédé perfectionné de carburation sous vide pour des parties d'acier faiblement allié et un four perfectionné de carburation sous vide en continu comportant au moins une chambre de chauffe, une chambre de carburation sous vide, une chambre de diffusion, une chambre dont la température est réduite à la température de durcissement et une chambre froide pour la trempe, dans lequel les traitements de carburation sont effectués avec souplesse, sur une large plage de températures pour les traitements de carburation, en permettant de se conformer à une large plage de changements de profondeur de revêtement carburé des The object of the present invention is to provide an improved vacuum carburetion process for parts of low-alloy steel and an improved continuous vacuum carburization furnace comprising at least one heating chamber, a vacuum carburetion chamber, a chamber diffusion, a chamber whose temperature is reduced to the hardening temperature and a cold chamber for quenching, in which the carburetion treatments are carried out with flexibility, over a wide range of temperatures for the carburetion treatments, allowing conform to a wide range of fuel coating depth changes
surfaces des parties à traiter.surfaces of the parts to be treated.
L'invention a pour autre objet de proposer un procédé perfectionné de carburation sous vide et un four perfectionné de carburation sous vide en continu dans lequel, dans les cas o un ou plusieurs plateaux sont Another object of the invention is to propose an improved vacuum carburetion process and an improved continuous vacuum carburization oven in which, in cases where one or more trays are
acheminés dans l'ordre dans la chambre de carburation-avec- routed in order to the carburetor chamber -with-
diffusion dans un intervalle de temps, et o avec le même minutage le même nombre de plateaux sortent de celle-ci, ou bien o un ou plusieurs plateaux sortent en ordre de la chambre de carburation sous vide avec diffusion et o avec le même minutage le même nombre de plateaux est acheminé à l'intérieur de cette chambre, dans lequel un traitement de carburation est adaptable de façon souple à la fois à la large plage de températures de traitement de carburation et à la large plage de changements à la fois dans la concentration de carbone et dans la profondeur de diffusion in a time interval, and o with the same timing the same number of trays leave it, or else one or more trays exit in order from the carburetion chamber under vacuum with diffusion and o with the same timing the same number of trays is conveyed within this chamber, in which a carburetion treatment is flexibly adaptable to both the wide range of carburization treatment temperatures and the wide range of changes in both carbon concentration and in the depth of
revêtement carburé de la surface de travail à traiter. carburetted coating of the work surface to be treated.
Les objets ci-dessus ainsi que d'autres sont atteints par un procédé de carburation sous vide, et par un four de carburation sous vide en continu présentant au moins une chambre chauffante, une chambre de carburation sous vide, une chambre de diffusion, une chambre dont la température est réduite à la température de durcissement et une chambre froide pour la trempe, caractérisé en ce que la chambre de carburation sous vide et la chambre de diffusion sont intégrées en une chambre de carburation sous vide avec diffusion servant à la fois de chambre de carburation sous vide et de chambre de diffusion, de sorte qu'un traitement de carburation sous vide et un traitement de diffusion sont tous les deux effectués dans la chambre de carburation sous The above objects as well as others are achieved by a vacuum carburetion process, and by a continuous vacuum carburization furnace having at least one heating chamber, a vacuum carburetion chamber, a diffusion chamber, a chamber whose temperature is reduced to the hardening temperature and a cold chamber for quenching, characterized in that the vacuum carburetion chamber and the diffusion chamber are integrated into a vacuum carburetion chamber with diffusion serving both vacuum carburetor and diffusion chamber, so both vacuum carburization treatment and diffusion treatment are performed in the carburetion chamber
vide avec diffusion.empty with diffusion.
Avec un tel arrangement, comme à la fois le traitement de carburation sous vide et le traitement de diffusion sont effectués dans la chambre de carburation sous vide avec diffusion, le procédé perfectionné de carburation sous vide et le four perfectionné de carburation sous vide en continu permettent des traitements de carburation qui sont adaptables de façon souple pour être mis en oeuvre sur de larges plages à la fois de températures de traitement de carburation et de changements des profondeurs de revêtement carburé des surfaces des With such an arrangement, as both the vacuum carburetor treatment and the diffusion treatment are carried out in the vacuum carburetion chamber with diffusion, the improved vacuum carburization process and the improved continuous vacuum carburizing furnace allow carburetion treatments which are flexibly adaptable to be implemented over wide ranges of both carburizing treatment temperatures and changes in the carburetted coating depths of the surfaces of
parties à traiter.parts to be treated.
De préférence, dans les cas comprenant un ou plusieurs plateaux qui sont acheminés en ordre dans la chambre de carburation sous vide avec diffusion alors qu'en même temps le même nombre de plateaux sort de celle-ci, ou bien o un ou plusieurs plateaux sortent en ordre de la chambre de carburation sous vide avec diffusion et o en même temps le même nombre de plateaux est acheminé à l'intérieur de celle- ci, une opération à la fois de traitement de carburation sous vide et de traitement de diffusion est mis en oeuvre premièrement de façon qu'un temps d'opération comprenant à la fois un temps du traitement de carburation sous vide et un temps du traitement de diffusion est divisé en un temps divisé (les fractions étant arrondies) obtenu en multipliant un nombre entier par une proportion obtenue en divisant le nombre maximum de plateaux pouvant être reçus dans la chambre de carburation sous vide par le nombre de plateaux qui y en même temps sont acheminés et en sortent, et secondement que des opérations répétées pendant le temps divisé à la fois pour le traitement de carburation sous vide et pour le traitement de diffusion sont mises en oeuvre pendant le même temps que le nombre du temps divisé, de façon que à la fois la concentration désirée de carbone et les profondeurs désirées de revêtement carburé des surfaces des parties traitées soient obtenues par les opérations répétées, et de plus, qu'une erreur de durée de chaque temps d'opération répété pour le traitement de carburation sous vide et/ou pour le traitement de diffusion soit contrôlée pour être inférieure à 5%, de façon à obtenir de façon souple de hautes productivités des traitements de carburation sous vide en conformité avec des changements des conditions de traitement comprenant les températures de traitement, la concentration de carbone et les profondeurs de revêtement Preferably, in cases comprising one or more trays which are conveyed in order in the carburetion chamber under vacuum with diffusion while at the same time the same number of trays leaves it, or else one or more trays leave in order of the vacuum carburetion chamber with diffusion and o at the same time the same number of plates is conveyed inside thereof, an operation of both carburetion treatment of vacuum and diffusion treatment is put implemented firstly so that an operating time comprising both a time of the vacuum carburetion treatment and a time of the diffusion treatment is divided into a divided time (the fractions being rounded) obtained by multiplying an integer by a proportion obtained by dividing the maximum number of trays that can be received in the vacuum carburetion chamber by the number of trays which are simultaneously conveyed there and out t, and secondly that operations repeated during the divided time for both the vacuum carburetion treatment and for the diffusion treatment are carried out during the same time as the number of the divided time, so that both the desired concentration of carbon and the desired depths of carburetted coating of the surfaces of the treated parts are obtained by the repeated operations, and moreover, that an error in duration of each repeated operating time for the carburetion treatment under vacuum and / or for diffusion treatment is controlled to be less than 5%, so as to obtain flexible high productivity vacuum carburetion treatments in accordance with changes in treatment conditions including treatment temperatures, carbon concentration and coating depths
carburé des surfaces des parties traitées. fuel from the surfaces of the treated parts.
On obtient de bons résultats lorsque l'erreur de durée de chaque temps d'opération répété pour le traitement de carburation sous vide et/ou le traitement de diffusion est inférieure à 5%, toutefois quand l'erreur de durée est Good results are obtained when the duration error of each repeated operating time for the vacuum carburetion treatment and / or the diffusion treatment is less than 5%, however when the duration error is
au-dessus de 5% on n'obtient pas de bons résultats. above 5% we do not get good results.
Des formes de réalisation préférées du procédé selon l'invention de carburation sous vide de parties d'acier faiblement allié et d'un four de carburation sous vide en continu selon l'invention seront décrites ciaprès, à titre d'exemples, en référence au dessin annexé dans lequel: la figure 1 est une vue par blocs, en élévation et en coupe, d'un four expérimental de carburation sous vide, comportant une chambre 2 servant de chambre de chauffe, une chambre de carburation sous vide, une chambre de diffusion et une chambre o la température est réduite à la température de durcissement; la figure 2 est une vue par blocs, en élévation et en coupe, d'un four 10 de carburation sous vide en continu dans lequel se trouve une chambre 12 de carburation sous vide avec diffusion selon l'invention, le four comportant de plus une chambre de chauffe, une chambre à température réduite à la température de durcissement, et une chambre froide pour la trempe, la figure 3 est une vue par blocs, en élévation et en coupe, d'un four de carburation sous vide en continu de l'art antérieur décrit à la page 84kk, figure 5 de METAUX Preferred embodiments of the method according to the invention of vacuum carburizing of low alloy steel parts and of a continuous vacuum carburizing furnace according to the invention will be described below, by way of examples, with reference to appended drawing in which: FIG. 1 is a block view, in elevation and in section, of an experimental vacuum carburetion furnace, comprising a chamber 2 serving as a heating chamber, a vacuum carburetion chamber, a diffusion and a chamber where the temperature is reduced to the hardening temperature; FIG. 2 is a block view, in elevation and in section, of a continuous vacuum carburetion furnace 10 in which there is a chamber 12 of vacuum carburization with diffusion according to the invention, the furnace further comprising a heating chamber, a chamber at a reduced temperature to the hardening temperature, and a cold chamber for quenching, FIG. 3 is a block view, in elevation and in section, of a continuous vacuum carburetion furnace of the art described on page 84kk, figure 5 of METALS
ET PROCEDES AVANCES publié en juin 1998. AND ADVANCED PROCESSES published in June 1998.
EXEMPLE 1EXAMPLE 1
Le four expérimental 1 de carburation sous vide représenté à la figure 1 comporte une chambre 2 servant de chambre de chauffe, de chambre de carburation sous vide, de chambre de diffusion et de chambre à température réduite à la température de durcissement. Le four de carburation sous vide 1 comprend une chambre de chargement 8, la chambre 2 et une chambre froide voisine 5 pour la trempe, qui sont rendues étanches et sont fermées par plusieurs portes à étanchéité sous vide, et une table de réception 7. Un système intérieur de transport (non représenté) assure le déplacement d'un plateau ou panier 3, chargé d'éléments 4 à traiter, de la gauche vers la droite de la figure 1. La chambre 2 du four 1 présente les dimensions intérieures The experimental vacuum carburetion furnace 1 shown in FIG. 1 comprises a chamber 2 serving as a heating chamber, a vacuum carburetion chamber, a diffusion chamber and a chamber at a reduced temperature at the hardening temperature. The vacuum carburetion furnace 1 comprises a loading chamber 8, the chamber 2 and an adjacent cold chamber 5 for quenching, which are sealed and are closed by several vacuum-sealed doors, and a receiving table 7. A internal transport system (not shown) ensures the displacement of a tray or basket 3, loaded with elements 4 to be treated, from the left to the right in FIG. 1. The chamber 2 of the oven 1 has the internal dimensions
suivantes: largeur 460 mm, longueur 620 mm, hauteur 55 mm. following: width 460 mm, length 620 mm, height 55 mm.
Le panier 3, d'un poids de 175 kg, est chargé de douze barres 4 à section circulaire, ayant chacune un diamètre de mm, une longueur de 50 mm et constituées d'acier SCM 415 (JIC G 4105). Après que la pression dans la chambre 2 soit descendue à moins de 0,05 kPa et que cette chambre soit chauffée sous vide jusqu'à 950 C, le panier 3 est acheminé dans la chambre 2 en passant par la chambre de chargement 8. La chambre 2 est à nouveau chauffée sous vide pour restaurer la température de 950 C, puis chauffée uniformément pendant vingt minutes à la même température, après quoi on effectue à la fois les opérations de traitement de carburation sous vide et de traitement de diffusion de façon que les opérations à la fois de traitement de carburation sous vide et de traitement de diffusion soient divisées en quatre opérations répétées. C'est-à-dire premièrement le maintien de la chambre 2 sous un vide de 3 kPa et dans un état de chauffage sous vide de 950 C, le traitement de carburation étant mené pendant 1,5 minute par introduction de gaz éthylène comme gaz de carburation dans la chambre 2, par un dispositif non représenté, avec un débit de 30 1/min, et étant suivi par un traitement de diffusion de 15 minutes en arrêtant The basket 3, weighing 175 kg, is loaded with twelve bars 4 of circular cross section, each having a diameter of mm, a length of 50 mm and made of SCM 415 steel (JIC G 4105). After the pressure in chamber 2 has dropped to less than 0.05 kPa and this chamber has been heated under vacuum to 950 C, the basket 3 is conveyed to chamber 2 via the loading chamber 8. The chamber 2 is again heated under vacuum to restore the temperature to 950 ° C., then uniformly heated for twenty minutes to the same temperature, after which the operations of treatment of carburetion under vacuum and of diffusion treatment are carried out so that the operations of both vacuum carburetion treatment and diffusion treatment are divided into four repeated operations. That is to say firstly maintaining the chamber 2 under a vacuum of 3 kPa and in a vacuum heating state of 950 C, the carburetion treatment being carried out for 1.5 minutes by introduction of ethylene gas as gas of carburetion in chamber 2, by a device not shown, with a flow rate of 30 1 / min, and being followed by a diffusion treatment of 15 minutes by stopping
l'alimentation en gaz de la chambre 2, sous un vide en- the gas supply to chamber 2, under a vacuum
dessous de 0,05 kPa. Après avoir répété quatre fois cette opération, on abaisse la température dans la chambre 2 jusqu'à 850 C et on maintient la température ainsi abaissée pendant 30 minutes, puis le panier 3 est transféré dans la chambre froide voisine 5 pour la trempe des douze barres rondes 4 contenues dans le panier 3, en les plongeant dans l'huile 6. Après la trempe, les barres 4 contenues dans le below 0.05 kPa. After repeating this operation four times, the temperature in chamber 2 is lowered to 850 C and the temperature thus lowered is kept for 30 minutes, then the basket 3 is transferred to the neighboring cold room 5 for quenching the twelve bars round 4 contained in the basket 3, by immersing them in the oil 6. After quenching, the bars 4 contained in the
panier 3 sont acheminées sur la table de réception 7. basket 3 are conveyed to the reception table 7.
Les barres 4 ont alors été retirées et on a analysé chimiquement la concentration de carbone sur les surfaces des barres 4. Cette analyse de la concentration de carbone à montré que la concentration de surface des barres 4 se situe dans une plage de 0,7 à 0,78 et la profondeur de revêtement carburé de la partie ayant la concentration de carbone de 0, 3% prévaut autour d'environ 0,7 mm à partir des surfaces de chacune des deux faces latérales ainsi que de chacune de ses parties médianes, et on a obtenu avec succès des profondeurs de revêtement carburé uniformes et suffisantes. Cela signifie que, lorsqu'on utilise une chambre de carburation avec diffusion servant à la fois de chambre de carburation sous vide et de chambre de diffusion, dans un four à carburation sous vide en continu et pour des éléments d'acier faiblement allié, en les acheminant à l'intérieur dans l'ordre et en les en retirant pendant un cycle de transport de 16,5 minutes, en effectuant quatre fois le traitement de carburation sous vide et de diffusion à 950 C, et en transférant les éléments d'acier dans la chambre froide voisine pour la trempe, on peut obtenir une même concentration de carbone et une même profondeur de revêtement carburé, uniformes et The bars 4 were then removed and the carbon concentration on the surfaces of the bars 4 was analyzed chemically. This analysis of the carbon concentration showed that the surface concentration of the bars 4 is within a range of 0.7 to 0.78 and the depth of the fuel coating of the part having the carbon concentration of 0.3% prevails around about 0.7 mm from the surfaces of each of the two lateral faces as well as of each of its median parts, and uniform and sufficient fuel coating depths have been successfully obtained. This means that, when using a diffusion carburetion chamber serving as both a vacuum carburetion chamber and a diffusion chamber, in a continuous vacuum carburetion furnace and for low alloy steel elements, routing them inside in order and removing them during a transport cycle of 16.5 minutes, performing four times the carburetion treatment under vacuum and diffusion at 950 C, and transferring the elements of steel in the neighboring cold room for quenching, we can obtain the same concentration of carbon and the same depth of fuel coating, uniform and
suffisantes.sufficient.
EXEMPLE 2EXAMPLE 2
Dans l'exemple 2, on a utilisé le même four expérimental 1 de carburation sous vide que celui représenté à la figure 1, comprenant la chambre 2. On a chargé le même panier 3 qu'à la figure 1 par neuf barres rondes 4 ayant chacune les mêmes dimensions que celles décrites dans l'exemple 1. Après que la chambre 2 et la chambre froide voisine 5 soient portées à une pression inférieure à 0,05 kPa et sous une température sous vide de 1050 C, le panier 3 chargé des neuf barres 4 est acheminé dans la chambre 2. Cette dernière est alors chauffée sous vide pour restaurer la température de 1050 C, puis elle est chauffée uniformément pendant 5 minutes à la même température. Après cela on effectue les opérations à la fois de traitement de carburation sous vide et de traitement de diffusion de façon que les opérations à la fois de traitement de carburation sous vide et de traitement de diffusion soient divisées en quatre phases se répétant. C'est-à-dire premièrement en maintenant dans la chambre 2 un vide de 6 kPa et une température sous vide de 1050 C, on met-en-oeuvre pendant une minute le traitement de carburation en introduisant du gaz éthylène comme gaz de carburation dans la chambre 2, par un dispositif non ll représenté, avec un débit de 25 litres/min, suivi d'un traitement de diffusion pendant 18,5min en arrêtant l'alimentation en gaz de la chambre 2, sous une pression inférieure à 0,05 kPa. Après avoir répété quatre fois ces opérations, on réduit la température dans la chambre 2 à 850 C et on maintient cette température réduite pendant 30 minutes, puis on transfère le panier 3 dans la chambre In Example 2, the same experimental vacuum furnace 1 was used as that represented in FIG. 1, including the chamber 2. The same basket 3 was loaded as in FIG. 1 by nine round bars 4 having each the same dimensions as those described in Example 1. After the chamber 2 and the neighboring cold room 5 are brought to a pressure of less than 0.05 kPa and under a vacuum temperature of 1050 C, the basket 3 loaded with nine bars 4 are sent to chamber 2. The latter is then heated under vacuum to restore the temperature to 1050 ° C., then it is heated uniformly for 5 minutes at the same temperature. After that, the operations of both vacuum carburetor treatment and diffusion treatment are carried out so that the operations of both vacuum carburetion treatment and diffusion treatment are divided into four repeating phases. That is to say firstly by maintaining in chamber 2 a vacuum of 6 kPa and a vacuum temperature of 1050 C, the carburetion treatment is carried out for one minute by introducing ethylene gas as carburetion gas in chamber 2, by a device not shown, with a flow rate of 25 liters / min, followed by a diffusion treatment for 18.5 min by stopping the gas supply to chamber 2, under a pressure less than 0 , 05 kPa. After repeating these operations four times, the temperature in chamber 2 is reduced to 850 C and this temperature is maintained for 30 minutes, then the basket 3 is transferred to the chamber
froide voisine 5 pour effectuer la trempe. cold neighbor 5 for quenching.
Ensuite on a retiré les barres 4 et on a analysé chimiquement la concentration en carbone des surfaces des barres 4. Cette analyse de la concentration en carbone a montré que la concentration donnée de la surface des barres 4 se trouve dans une plage de 0,7 à 0,75, et que la profondeur de revêtement carburé de la partie ayant la concentration de carbone de 0,3% prévaut aux environs de 1,1 mm depuis les surfaces de chacune des deux faces latérales ainsi que de chaque partie médiane des barres cylindriques traitées 4, et on obtient des profondeurs de revêtement carburé uniformes et suffisantes. Cela signifie aussi que l'on peut obtenir la même profondeur de revêtement carburé uniforme et suffisante lorsqu'on utilise une chambre de carburation sous vide avec diffusion servant à la fois de chambre de carburation sous vide et de chambre de diffusion dans un four de carburation sous vide en continu pour des éléments d'acier faiblement allié, en acheminant ceux- ci à l'intérieur de cette chambre, dans l'ordre, et en les en retirant dans un cycle de transport de 19,5 min, en procédant quatre fois au traitement répété de carburation sous vide et de diffusion à 1050 C, et en les transférant dans la chambre froide voisine pour la trempe. Then the bars 4 were removed and the carbon concentration of the surfaces of the bars 4 was analyzed chemically. This analysis of the carbon concentration showed that the given concentration of the surface of the bars 4 is within a range of 0.7 at 0.75, and that the carburetted coating depth of the part having the carbon concentration of 0.3% prevails around 1.1 mm from the surfaces of each of the two lateral faces as well as of each central part of the bars cylindrical treated 4, and uniform and sufficient fuel coating depths are obtained. This also means that the same uniform and sufficient depth of fuel coating can be obtained when using a vacuum carburization chamber with diffusion serving as both a vacuum carburization chamber and a diffusion chamber in a carburetion furnace in continuous vacuum for low alloy steel elements, by routing them inside this chamber, in order, and by removing them in a transport cycle of 19.5 min, proceeding four times to the repeated treatment of vacuum carburetion and diffusion at 1050 C, and transferring them to the neighboring cold room for quenching.
EXEMPLE 3EXAMPLE 3
La figure 2 est une vue par blocs, en élévation et en coupe, d'un four 10 de carburation sous vide en continu pour des éléments en acier faiblement allié, utilisant une chambre 12 de carburation sous vide avec diffusion. Le four comporte de plus une chambre de chargement 18, une chambre de chauffe 11, une chambre 19 de réduction de température à la température de durcissement, une chambre froide 15 pour la trempe, et une table de réception 7. La chambre de chauffe 11, la chambre 12 de carburation avec diffusion sous vide servant à la fois de chambre de carburation sous vide et de chambre de diffusion, la chambre 19 de réduction de température à la température de durcissement et la chambre froide 15 sont respectivement étanches et fermées par plusieurs portes à étanchéité sous vide. Un système de transport intérieur (non représenté) déplace un plateau 13, chargé d'éléments 14, de la gauche vers la droite de la figure 2. Pour les besoins de l'explication, le nombre maximum de plateaux 13 pouvant être reçus dans la chambre 12 de carburation avec diffusion sous vide est déterminé comme étant de deux, et pendant qu'un plateau 13 est acheminé dans la chambre de chargement 18 un autre est évacué de la chambre froide 15 vers la table de réception 7 dans un cycle de transport de 19,5 minutes. Pour cela, un plateau 13 est acheminé, dans la chambre 12 de carburation sous vide avec diffusion dans un cycle de transport de 19,5 minutes, des opérations à la fois de traitements de carburation sous vide et de diffusion pendant 19,5 minutes à une température de 1150 C sont répétées trois fois, puis il est transféré dans la chambre voisine 19 à température réduite à la température de durcissement, et enfin est soumis à la trempe dans la FIG. 2 is a block view, in elevation and in section, of a continuous vacuum carburetion furnace 10 for low alloy steel elements, using a chamber 12 of vacuum carburization with diffusion. The oven further comprises a loading chamber 18, a heating chamber 11, a chamber 19 for reducing the temperature to the hardening temperature, a cold chamber 15 for quenching, and a receiving table 7. The heating chamber 11 , the carburetion chamber 12 with vacuum diffusion serving as both the vacuum carburization chamber and the diffusion chamber, the chamber 19 for reducing the temperature to the hardening temperature and the cold chamber 15 are respectively sealed and closed by several vacuum sealed doors. An internal transport system (not shown) moves a tray 13, loaded with elements 14, from the left to the right of FIG. 2. For the purposes of the explanation, the maximum number of trays 13 that can be received in the carburetor chamber 12 with vacuum diffusion is determined to be two, and while one tray 13 is conveyed to the loading chamber 18 another is evacuated from the cold chamber 15 to the receiving table 7 in a transport cycle 19.5 minutes. For this, a plate 13 is conveyed, in the vacuum carburetion chamber 12 with diffusion in a transport cycle of 19.5 minutes, operations of both carburetion treatments of vacuum and diffusion for 19.5 minutes at a temperature of 1150 C are repeated three times, then it is transferred to the neighboring chamber 19 at a reduced temperature at the hardening temperature, and finally is subjected to quenching in the
chambre froide 15 dans un cycle de 19,5 minutes. cold room 15 in a 19.5 minute cycle.
En synchronisme avec le temps opératoire dans la chambre 12 de carburation avec diffusion sous vide, les nombres de plateaux 13 dans la chambre de chauffe 11, dans la chambre 19 à température réduite à la température de durcissement, et dans la chambre froide 15 sont respectivement trois, deux et un, de sorte que les éléments 14 chargés dans un plateau 13 sont montés en température jusqu'à 1150 C pendant 3 x 19,5 minutes dans la chambre de chauffe 11, voient leur température se réduire et être maintenue pendant 2 x 19,5 minutes dans la chambre 19 à température réduite à la température de durcissement, et subissent la trempe pendant 19,5 minutes dans la chambre froide 15. Donc le plateau 13 chargé d'éléments 14 est successivement acheminés dans l'ordre, pour entrer dans la chambre de chargement 18 et pour sortir de la chambre froide 15 vers la table de réception 7. Les éléments 14 ainsi carburés sous vide ont les mêmes qualités que ceux In synchronism with the operating time in the carburetion chamber 12 with diffusion under vacuum, the number of plates 13 in the heating chamber 11, in the chamber 19 at a reduced temperature at the hardening temperature, and in the cold chamber 15 are respectively three, two and one, so that the elements 14 loaded in a tray 13 are heated up to 1150 C for 3 x 19.5 minutes in the heating chamber 11, see their temperature decrease and be maintained for 2 x 19.5 minutes in the chamber 19 at a reduced temperature at the hardening temperature, and are subjected to quenching for 19.5 minutes in the cold chamber 15. Therefore the plate 13 loaded with elements 14 is successively conveyed in order, to enter the loading chamber 18 and to leave the cold chamber 15 towards the receiving table 7. The elements 14 thus carburetted under vacuum have the same qualities as those
traités dans l'exemple 2.treated in Example 2.
Dans l'exemple 3, les opérations à la fois pour les traitements de carburation et de diffusion sous vide des éléments sont effectuées en étant répétées trois fois, toutefois elles pourraient être répétées six ou neuf fois pendant 1/2 x 19,5 minutes ou 1/3 x 19,5 minutes pour In Example 3, the operations for both the carburetion treatments and the diffusion under vacuum of the elements are carried out by being repeated three times, however they could be repeated six or nine times for 1/2 x 19.5 minutes or 1/3 x 19.5 minutes for
obtenir la même qualité que ceux traités dans l'exemple 2. obtain the same quality as those treated in Example 2.
La figure 3 est une vue par blocs, en élévation et en coupe, d'un four de carburation sous vide en continu selon l'art antérieur, décrit à la page 84kk, figure 5 de MATERIAUX ET PROCEDES AVANCES publié en juin 1998. Le four comporte une chambre de chargement 28, et une chambre de chauffe 21 à plusieurs stations, une chambre 22 de carburation sous vide, une chambre de diffusion 23 à plusieurs stations, une chambre 24 à température réduite à la température de durcissement, et une chambre 25 de trempe par gaz, respectivement, qui sont indépendantes les unes des autres et qui rendues étanches et fermées par plusieurs portes à étanchéité sous vide. Un système de transport intérieur, non représenté, déplace un plateau 29 chargé d'éléments à traiter (non représentés) de station en station de la gauche vers la droite en regardant la figure 3 dans l'ordre selon un cycle de transport minuté, de façon à effectuer à la fois les traitements de carburation sous Figure 3 is a block view, in elevation and in section, of a continuous vacuum carburetion furnace according to the prior art, described on page 84kk, Figure 5 of MATERIALS AND ADVANCED PROCESSES published in June 1998. The oven has a loading chamber 28, and a heating chamber 21 with several stations, a vacuum carburetion chamber 22, a diffusion chamber 23 with several stations, a chamber 24 at a reduced temperature at the hardening temperature, and a chamber 25 of gas quenching, respectively, which are independent of each other and which are sealed and closed by several vacuum-sealed doors. An internal transport system, not shown, moves a tray 29 loaded with elements to be treated (not shown) from station to station from left to right, looking at FIG. 3 in order according to a timed transport cycle, from so as to carry out both the carburetion treatments under
vide et de trempe.vacuum and quenching.
Comme indiqué ci-avant, dans les traitements de carburation sous vide et de diffusion utilisant le four 20 de carburation sous vide en continu représenté à la figure 3, le temps opératoire pour le traitement de carburation sous vide (Tc) et celui pour le traitement de diffusion (Td) doivent être strictement contrôlés. De plus, simultanément, chaque rapport de temps (Tc/Td) doit aussi être modifié pour tenir compte de la modification de la température du traitement de carburation sous vide (désignée ci-après "température de traitement"). Par exemple, si la température de traitement change de 930 C à 1040 C, le rapport de temps (Tc/Td) doit être largement modifié de 1,5 à 3,5. Dans le four 20 de la figure 3, le nombre des plateaux 29 représentés comme pouvant être reçus sont de trois dans la chambre de chauffe 21, et de un dans les autres chambres respectivement. Par conséquent, dans le cas o le rapport de temps (Tc/Td) est 1, 5, les traitements des autres chambres sont arrêtés pendant un temps correspondant à (Tc/Td) = 0,5 et le temps de traitement total sera allongé de 1,5 et, dans le cas o le rapport de temps (Tc/Td) est de 3,5, il sera allongé de 3,5. Dans le cas o neuf plateaux 29 peuvent être reçus dans la chambre de chauffe 21, et trois dans les autres chambres respectivement, les plateaux 29 sont acheminés successivement dans l'ordre, un par un, dans le four 20 de carburation sous vide en continu et dans le cas o le rapport de temps (Tc/Td) est de 1, 5, chaque temps opératoire pour les autres chambres sera insuffisant pour un temps correspondant à (Tc/Td) = 0,5. Bien qu'un nombre prédéterminé de stations puisse compléter cette insuffisance, de grands espaces perdus seront nécessaires lorsque le rapport de temps (Tc/Td) sera fortement modifié As indicated above, in the vacuum carburetion and diffusion treatments using the continuous vacuum carburetion furnace 20 represented in FIG. 3, the operating time for the treatment of vacuum carburetion (Tc) and that for the treatment diffusion (Td) must be strictly controlled. In addition, simultaneously, each time ratio (Tc / Td) must also be modified to take account of the modification of the temperature of the carburetion treatment under vacuum (hereinafter referred to as "treatment temperature"). For example, if the processing temperature changes from 930 C to 1040 C, the time ratio (Tc / Td) must be changed widely from 1.5 to 3.5. In the oven 20 of Figure 3, the number of trays 29 shown as being receivable are three in the heating chamber 21, and one in the other chambers respectively. Consequently, in the case where the time ratio (Tc / Td) is 1.5, the treatments of the other chambers are stopped for a time corresponding to (Tc / Td) = 0.5 and the total treatment time will be lengthened 1.5 and, if the time ratio (Tc / Td) is 3.5, it will be extended by 3.5. In the case where nine trays 29 can be received in the heating chamber 21, and three in the other chambers respectively, the trays 29 are conveyed successively in order, one by one, into the furnace 20 for continuous vacuum carburetion and in the case where the time ratio (Tc / Td) is 1.5, each operating time for the other chambers will be insufficient for a time corresponding to (Tc / Td) = 0.5. Although a predetermined number of stations can make up for this shortfall, large wasted spaces will be necessary when the time ratio (Tc / Td) is significantly changed
tel que par exemple de 1,5 à 3,5.such as for example from 1.5 to 3.5.
Contrairement à cela, dans les traitements de carburation sous vide et de diffusion utilisant le four 10 de carburation sous vide en continu représenté à la figure 2, les plateaux 13 chargés des éléments à travailler sont acheminés successivement dans l'ordre, un par un, dans la chambre de chargement 18 et sont évacués de la chambre froide 15 vers la table de réception 7 dans un cycle de transport de 19,5 minutes, et les éléments à travailler ainsi carburés sous vide présentent les mêmes qualités que ceux traités dans l'exemple 2. De plus, en conformité avec le temps opératoire dans la chambre 12 de carburation avec diffusion sous vide, le nombre des plateaux pouvant être reçus respectivement dans la chambre de chauffe 11, dans la chambre 19 à température réduite à la température de durcissement et dans la chambre froide 15 peut être choisi avec souplesse. Par conséquent, on propose un procédé perfectionné de carburation sous vide et un four perfectionné de carburation sous vide en continu pour des éléments d'acier faiblement allié qui sont adaptables à la fois à une large plage de températures de traitement de carburation et à une large plage de modifications de la profondeur de revêtement carburé de la surface des pièces à traiter. In contrast to this, in the vacuum carburetion and diffusion treatments using the continuous vacuum carburetion furnace 10 shown in FIG. 2, the plates 13 loaded with the elements to be worked are successively conveyed in order, one by one, in the loading chamber 18 and are evacuated from the cold chamber 15 to the receiving table 7 in a transport cycle of 19.5 minutes, and the work elements thus carburized under vacuum have the same qualities as those treated in the example 2. In addition, in accordance with the operating time in the carburetion chamber 12 with diffusion under vacuum, the number of plates that can be received respectively in the heating chamber 11, in the chamber 19 at a reduced temperature at the hardening temperature and in the cold room 15 can be chosen with flexibility. Therefore, an improved vacuum carburization method and an improved continuous vacuum carburizing furnace are provided for low alloy steel elements which are adaptable both to a wide range of carburizing treatment temperatures and to a wide range of changes in the fuel coating depth of the workpiece surface.
Claims (4)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10475399 | 1999-04-13 |
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| US9212416B2 (en) | 2009-08-07 | 2015-12-15 | Swagelok Company | Low temperature carburization under soft vacuum |
| US9617632B2 (en) | 2012-01-20 | 2017-04-11 | Swagelok Company | Concurrent flow of activating gas in low temperature carburization |
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2000
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- 2000-04-04 DE DE10016748A patent/DE10016748A1/en not_active Ceased
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9212416B2 (en) | 2009-08-07 | 2015-12-15 | Swagelok Company | Low temperature carburization under soft vacuum |
| US10156006B2 (en) | 2009-08-07 | 2018-12-18 | Swagelok Company | Low temperature carburization under soft vacuum |
| US10934611B2 (en) | 2009-08-07 | 2021-03-02 | Swagelok Company | Low temperature carburization under soft vacuum |
| US9617632B2 (en) | 2012-01-20 | 2017-04-11 | Swagelok Company | Concurrent flow of activating gas in low temperature carburization |
| US10246766B2 (en) | 2012-01-20 | 2019-04-02 | Swagelok Company | Concurrent flow of activating gas in low temperature carburization |
| US11035032B2 (en) | 2012-01-20 | 2021-06-15 | Swagelok Company | Concurrent flow of activating gas in low temperature carburization |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE10016748A1 (en) | 2001-02-08 |
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| ST | Notification of lapse |