FR2816323A1 - METHOD AND DEVICE FOR TREATMENT WITH SENSITIVE TEMPER - Google Patents
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Abstract
On trempe la pièce de métal, notamment d'acier, au moyen d'un fluide de refroidissement et on grenaille la pièce au moyen de billes de grenaillage lors de la fin de la trempe en chargeant le fluide de refroidissement de billes (5) de grenaille, dans un appareil comprenant un premier dispositif (2, 4) de trempe rapide de pièce et un second dispositif (6) de refroidissement et de grenaillage de pièce; le premier dispositif comprend des moyens pour faire tourner la pièce sur un axe vertical (XX'), un inducteur annulaire (2) et une douche annulaire (4) coaxiale alimentée en liquide de trempe; le second dispositif comprend des gicleurs disposés (6) annulairement et alimentés en fluide de refroidissement sous pression chargé de billes (5) de grenaillage.The piece of metal, in particular steel, is quenched by means of a cooling fluid and the piece is shot blasted with shot blasting balls at the end of the quenching by charging the cooling fluid with balls (5) of shot, in an apparatus comprising a first device (2, 4) for rapid quenching of a workpiece and a second device (6) for cooling and blasting of a workpiece; the first device comprises means for rotating the part on a vertical axis (XX '), an annular inductor (2) and an annular coaxial shower (4) supplied with quenching liquid; the second device comprises nozzles arranged (6) annularly and supplied with pressurized cooling fluid charged with shot blasting balls (5).
Description
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Procédé et dispositif de traitement par trempe grenaillante
La présente invention concerne le grenaillage d'une pièce mécanique de métal, notamment d'acier, après traitement thermique de durcissement. Method and device for treatment by shot peening
The present invention relates to shot peening of a mechanical piece of metal, in particular steel, after hardening heat treatment.
Il est connu, après le traitement thermique de durcissement des pièces mécaniques, de les grenailler pour enlever les bavures d'usinage et imposer une précontrainte de compression en surface destinée à améliorer la tenue en service des pièces fortement sollicitées (par exemple les engrenages). It is known, after the hardening heat treatment of the mechanical parts, to blast them to remove the machining burrs and impose a compression preload on the surface intended to improve the service life of the highly stressed parts (for example the gears).
Jusqu'ici, à la connaissance du Demandeur, l'opération de grenaillage est réalisée dans une machine spéciale dans laquelle les pièces à température ambiante sont impactées par une projection de billes d'acier de diamètre compris entre 0,3 et 0,8 mm. Cette projection est réalisée à partir de turbine centrifuge tournant à 3000 trs/min ou de buses venturi à air comprimé sous 5 bars donnant aux billes une vitesse d'impact typiquement de l'ordre de 80 m/s. Up to now, to the knowledge of the Applicant, the peening operation is carried out in a special machine in which the parts at ambient temperature are impacted by a projection of steel balls with a diameter between 0.3 and 0.8 mm . This projection is carried out using a centrifugal turbine rotating at 3000 rpm or venturi nozzles with compressed air at 5 bars giving the balls a speed of impact typically of the order of 80 m / s.
L'opération donne des résultats satisfaisants sur le produit, avec toutefois une limitation de profondeur de précontrainte sur pièces dures inférieure à 0,2 mm. En revanche, elle est assez difficile à maîtriser au niveau du process et de plus nécessite une importante infrastructure de mise en oeuvre par chargement et déchargement des pièces, usure et tri de grenaille, consommation et dépoussiérage de l'air. Le coût opératoire est proche de celui du traitement thermique, soit de l'ordre de 3 F/kg de pièce. The operation gives satisfactory results on the product, with however a limitation of the prestressing depth on hard parts less than 0.2 mm. On the other hand, it is quite difficult to control at the process level and moreover requires an important infrastructure of implementation by loading and unloading of the parts, wear and sorting of shot, consumption and dedusting of air. The operating cost is close to that of the heat treatment, ie of the order of 3 F / kg of part.
Le but de l'invention est de proposer un procédé de grenaillages qui ne présente pas ces limitations et inconvénients, et qui soit moins coûteux. The object of the invention is to propose a shot peening process which does not have these limitations and drawbacks, and which is less expensive.
L'invention atteint son but grâce à un procédé de trempe et de grenaillage d'une pièce d'acier du type selon lequel on trempe la pièce au moyen d'un fluide de refroidissement et on grenaille la pièce au moyen de billes de grenaillage, caractérisé en ce qu'on grenaille la pièce lors de la fin de la trempe en chargeant le fluide de refroidissement de billes de grenaille. The invention achieves its object by a process of quenching and shot blasting of a piece of steel of the type according to which the piece is quenched by means of a cooling fluid and the piece is shot blasted by means of shot blasting balls, characterized in that the part is shot-blasted at the end of the quenching by charging the coolant with pellets of shot.
On se sert alors de la pression du fluide de refroidissement sortant par des gicleurs calibrés pour impacter la pièce en cours de refroidissement. The pressure of the cooling fluid exiting is then used by calibrated nozzles to impact the part being cooled.
Les avantages de l'invention concernent à la fois le produit, le process et le dispositif opératoire. The advantages of the invention relate to both the product, the process and the operating device.
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Pour le produit, le grenaillage est réalisable au cours du refroidissement à chaud sur un métal plus mou, et en particulier sur un acier au-dessus du point de début de transformation martensitique à l'état austénitique, plus écrouissable. Il en résulte une profondeur de précontrainte plus importante et par mise en compression de la surface, une diminution du risque de formation de tapures de trempe. De plus, cette trempe grenaillante réalisée en fin de refroidissement en dessous de 500oC sur acier et à une vitesse de refroidissement modérée permet de refroidir la pièce en condition isotherme en tout point et d'en réduire les déformations thermiques. For the product, shot peening is possible during hot cooling on a softer metal, and in particular on a steel above the starting point of martensitic transformation in the austenitic state, which is more hardenable. This results in a greater depth of prestressing and by compression of the surface, a reduction in the risk of formation of quenching tapures. In addition, this shot peening carried out at the end of cooling below 500oC on steel and at a moderate cooling speed makes it possible to cool the part in isothermal condition at all points and to reduce thermal deformations.
Pour le process, l'invention permet une meilleure maîtrise des paramètres de projection par l'entraînement des billes de grenaillage par un fluide contrôlable en débit, pression, densité des billes et un positionnement de type machine-outil du dispositif de trempe-grenaillage par rapport à la pièce. Ceci assure une reproductibilité de l'opération qui garantit la constance de qualité des pièces. For the process, the invention allows better control of the projection parameters by driving the shot blasting balls with a fluid that can be controlled in flow, pressure, density of the balls and a machine-tool type positioning of the quenching-shot blasting device. report to the room. This ensures reproducibility of the operation which guarantees consistency in the quality of the parts.
Enfin, au niveau opératoire, le grenaillage peut se faire en simultané avec le chauffage par induction et la trempe. La machine spéciale de grenaillage est remplacée par un outillage de trempe-grenaillage sur la machine de trempe par induction. Le coût opératoire du grenaillage est réduit de plus des deux tiers par suppression d'une opération supplémentaire et son intégration au traitement thermique. Finally, at the operational level, shot peening can be done simultaneously with induction heating and quenching. The special shot blasting machine is replaced by a blasting quenching tool on the induction quenching machine. The operating cost of shot blasting is reduced by more than two thirds by eliminating an additional operation and integrating it into heat treatment.
Avantageusement, le procédé de l'invention comprend une première phase de trempe rapide suivie d'une seconde phase de trempe moins rapide au cours de laquelle on grenaille la pièce. La vitesse de refroidissement de la première phase est de préférence supérieure à 100 C/s et celle de la seconde phase de préférence inférieure à 50 C/s. Advantageously, the method of the invention comprises a first rapid quenching phase followed by a second slower quenching phase during which the part is shot blasted. The cooling rate of the first phase is preferably greater than 100 C / s and that of the second phase preferably less than 50 C / s.
L'invention vise aussi un dispositif de mise en oeuvre du procédé cidessus, caractérisé en ce qu'il comprend un premier dispositif de trempe
rapide de pièce et un second dispositif de refroidissement et de grenaillage de pièce. The invention also relates to a device for implementing the above process, characterized in that it comprises a first quenching device
rapid part and a second device for cooling and shot peening.
Avantageusement, les deux dispositifs sont disposés verticalement l'un au-dessus de l'autre. Le premier dispositif comprend des moyens pour faire tourner la pièce sur un axe vertical, un inducteur annulaire et une douche annulaire coaxiale alimentée en liquide de trempe, tandis que le Advantageously, the two devices are arranged vertically one above the other. The first device comprises means for rotating the part on a vertical axis, an annular inductor and a coaxial annular shower supplied with quenching liquid, while the
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second dispositif comprend des gicleurs disposés annulairement et alimentés en fluide de refroidissement sous pression chargé de billes de grenaillage. Des moyens de transfert rapide sont prévus entre le premier et le second dispositifs. second device comprises jets arranged annularly and supplied with pressurized cooling fluid charged with shot blasting balls. Fast transfer means are provided between the first and the second devices.
Il est prévu des moyens de récupération du liquide de trempe et des billes de grenaillage, et des moyens de séparation desdites billes et du liquide de trempe en vue de leur recyclage. Means are provided for recovering the quenching liquid and the shot-blasting balls, and means for separating the said balls and the quenching liquid for recycling.
L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages et caractéristiques seront mis en évidence à la lecture de la description suivante, se référant aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est un graphique représentant l'évolution de la température de la surface de la pièce en fonction du temps, lors du traitement conforme à l'invention ; - la figure 2 est une vue schématique en coupe verticale d'une installation de mise en oeuvre du procédé de traitement de l'invention. The invention will be better understood and other advantages and characteristics will be highlighted on reading the following description, referring to the attached drawings in which: - Figure 1 is a graph showing the evolution of the surface temperature of the part as a function of time, during the treatment in accordance with the invention; - Figure 2 is a schematic view in vertical section of an installation for implementing the treatment method of the invention.
La figure 1 montre l'évolution de la température de la surface de la pièce à partir de l'austénitisation de la surface à une température proche de
1000oC. On distingue deux phases de refroidissement : - une première phase, au cours de laquelle la pièce est trempée énergiquement à une vitesse de refroidissement supérieure à 100 C/s sous eau additivée pendant quelques secondes (2 à 10s) pour atteindre une température comprise entre 550 oC et 350 oC pour les aciers mi-durs de manière à éviter la transformation ferrito-perlitique. Figure 1 shows the evolution of the temperature of the surface of the part from the austenitization of the surface at a temperature close to
1000oC. There are two cooling phases: - a first phase, during which the part is energetically quenched at a cooling rate greater than 100 C / s in additive water for a few seconds (2 to 10 s) to reach a temperature between 550 oC and 350 oC for semi-hard steels so as to avoid ferrito-pearlitic transformation.
- après un très court transfert (inférieur à 0, 5s) vers un second outillage, la pièce est trempée grenaillée sous fluide chargé de billes pour achever son refroidissement à une température inférieure à 100 oC à une vitesse de refroidissement modérée inférieure à 50 C/s, de manière à assurer la transformation martensitique (seuil Ms du graphique) en isotherme et sous précontrainte. - after a very short transfer (less than 0.5 s) to a second tool, the part is quenched shot blasted under fluid loaded with balls to complete its cooling at a temperature below 100 oC at a moderate cooling rate below 50 C / s, so as to ensure the martensitic transformation (threshold Ms of the graph) into isothermal and prestressed.
La figure 2 illustre le dispositif de mise en oeuvre du traitement et comprend deux outillages destinés respectivement aux première et seconde phases susdites et intégrés dans la machine de trempe par induction. La pièce 1 est montée de manière à pouvoir tourner autour de l'axe vertical XX' et est chauffée dans un inducteur 2. La deuxième phase commence par la FIG. 2 illustrates the device for implementing the treatment and comprises two tools intended respectively for the first and second phases mentioned above and integrated in the induction hardening machine. The part 1 is mounted so as to be able to rotate around the vertical axis XX 'and is heated in an inductor 2. The second phase begins with the
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trempe énergique sous eau additivée 3 distribuée à travers des ouvertures de l'inducteur 2 par une douche annulaire coaxiale 4 disposée autour de l'inducteur. energetic quenching with additive water 3 distributed through openings of the inductor 2 by a coaxial annular shower 4 arranged around the inductor.
Après transfert vertical, la pièce 1 passe dans le second dispositif où elle est refroidie et précontrainte par impact du fluide chargé de billes de grenailles 5 projetés à partir de gicleurs calibrés 6 alimentés sous forte pression (de 5 à 15 bars) pendant le temps nécessaire (supérieur à 10 secondes) pour atteindre une température inférieure à 100 cl. After vertical transfer, the part 1 passes into the second device where it is cooled and prestressed by impact of the fluid loaded with pellets of shot 5 projected from calibrated nozzles 6 supplied under high pressure (from 5 to 15 bars) for the necessary time (more than 10 seconds) to reach a temperature below 100 cl.
Le liquide de trempe et le fluide de refroidissement chargé de billes sont récupérés, mélangés, en dessous des dispositifs. Les billes sont séparées du mélange par filtration sur tamis et réintroduites dans le chargement en fluide de refroidissement par aspiration. Le liquide de trempe ainsi filtré est pompé et recyclé classiquement. The quenching liquid and the coolant charged with beads are recovered, mixed, below the devices. The beads are separated from the mixture by filtration through a sieve and reintroduced into the charge of suction cooling fluid. The quenching liquid thus filtered is pumped and conventionally recycled.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| TQ | Partial transmission of property | ||
| ST | Notification of lapse |
Effective date: 20130731 |