LES FICHES TECHNIQUES Installation de cémentation ionique avec trempe huile EDF Industrie

THERMI-LYON 195, rue de Gerland bp 7126 69353 LYON CEDEX 07 Tél.: 04 78 61 66 22 Fax.: 04 78 61 66 25

- Qualité métallurgique des pièces traitées
- Reproductibilité des résultats
- Facilité d'épargne de cémentation
- Absence de pollution

Louis VILLARD, fondateur de l'entreprise, passionné par la métallurgie autant que par le service rendu au client, est unanimement reconnu comme un pionnier du traitement thermique à façon français. C'est ainsi que THERMI-LYON a largement participé au développement et à l'industrialisation de nouveaux procédés de traitement.

Chargement de pièces dans le four de cémentation ionique

Avec six unités de production sur Rhône-Alpes et deux en région parisienne récemment acquises, regroupant 200 personnes pour un chiffre d'affaire de 115 MF, THERMI-LYON est le deuxième groupe français de la spécialité.

Principe :

La cémentation est un traitement de diffusion permettant d'enrichir en carbone la couche superficielle de l'acier afin d'obtenir, après trempe, une haute dureté de surface, combinée avec de bonnes caractéristiques de ténécité à cœur.

La cémentation ionique : Plusieurs procédés de cémentation sont mis en œuvre chez THERMI-LYON ; bain de sels, gazeux, basse pression et, plus récemment, ionique. La cémentation en bain de sels est bien adaptée aux petites séries et offre de très bonnes qualités métallurgiques, mais ses coûts d'exploitation et de traitement des rejets sont élevés.

Four de cémentation ionique vue arrière

Le traitement gazeux est utilisé largement pour les grandes séries du fait de son coût très compétitif et du contrôle permanent du processus.

Le dernier procédé en cours de développement est la cémentation ionique. L'originalité de ce traitement est sa mise en œuvre technologique, à partir d'un four sous vide, avec chambre de cémentation " basse pression avec assistance plasma ", et bac de trempe à huile incorporé.

La technologie de base est identique à celle de la basse pression à laquelle s’ajoute un générateur de plasma.

Les pièces sont introduites dans une chambre sous vide, et chauffées jusqu'à la température de cémentation choisie (830 à 950 °C).

Le mélange gazeux actif est alors injecté, à débit massique contrôlé, sous pression partielle définie.

Un potentiel cathodique est appliqué à la charge pour créer un plasma augmentant la réactivité chimique des espèces présentes. Le plasma accélère ainsi la réaction de cémentation et contribue à l'uniformité du traitement sur toute la surface des pièces.

Toutes les caractéristiques du plasma sont réglables, pour un ajustement très précis, selon la configuration des pièces. Il est particulièrement possible de cémenter des alésages de petit diamètre.

 La cémentation ionique est en cours d'industrialisation depuis novembre 1994 chez THERMI-LYON en raison des nombreux avantages qu'elle procure :

- le procédé peut être utilisé pour toutes pièces mécaniques, sollicitées en fatigue et frottement. Il est particulièrement recommandé pour les pièces " hautes performances " nécessitant les meilleures caractéristiques métallurgiques.

- les performances de la trempe à huile autorisent l'application du procédé à tous les aciers couramment utilisés en cémentation gazeuse. Le système de trempe, très élaboré, avec de très nombreuses possibilités de réglages informatisés, peut être exactement ajusté selon le matériau, la géométrie pièce, et la configuration de charge, pour obtenir le résultat visé.

- l'assistance plasma, apporte une parfaite uniformité de cémentation, de pièce à pièce, et sur le profil pièce, même si celui-ci est très complexe, et également lorsque la densité de chargement est très élevé.

- à performances mécaniques égales, il est possible de limiter au minimum la profondeur de cémentation, habituellement utilisée.

- les zones à épargner sont facilement masquées par caches métalliques.

Pour le chauffage de la chambre, le choix s'est porté sur l'électricité pour sa souplesse, sa précision de température et l'absence totale de rejet polluant.

Le procédé de " cémentation ionique et trempe à huile " est donc très bien adapté au traitement des pièces de série réalisées en acier de cémentation classique, lorsque les meilleures qualités de couches sont exigées. Il est aussi très compétitif pour les pièces comportant des zones à épargner.

Il s'agit de la première unité de cémentation ionique de nouvelle génération en France pour le traitement à façon.

A la différence du procédé en phase gazeuse, la cémentation ionique est réalisée sous pression partielle par un flux contrôlé du mélange gazeux actif. Ce four gère et contrôle individuellement tous les paramètres grâce à un système informatique programmable. Les pièces sont portées à la température de cémentation, avec paliers d'uniformisation, par radiation sous vide, à partir de résistances électriques. L'injection du mélange gazeux cémentant s'effectue sous pression partielle et flux massique contrôlés.

Imprimante, clavier et écran de controle du four de cémentation ionique

La succession de séquences de diffusion et de cémentation est variable selon la profondeur et le profil de filiation souhaité, et permet un contrôle précis de l'épaisseur de la couche cémentée.

Les conditions de trempe (température, sens et vitesse de circulation de l'huile) sont réglables.

Caractéristiques

Générales

dimensions laboratoire l : 600 mm, L : 900 mm, H : 600 mm
poids charge : 500 kg
gamme de température : 480 à 1200 °C
poids du four : 25000 kg

Générateur de plasma

courant pulsé
puissance et fréquence réglables

Gaz de traitement : H2, CH4, Ar, N2, C3H8

Système de trempe à huile

volume : 6000 l
chauffage huile : 40 kW
agitation : 2 x 1,5 à 2,6 kW

Chauffage par rayonnement

puissance : 150 kW

Groupe pompage

mécanique piston : 510 m3/h
dépresseur roots : 2580 m3 /h

Performances

temps de chauffe à 1200 °C : 30 min
uniformité de température : ±5 °C
niveau de vide : 10 Pa en opération
50 à 100 Pa avec plasma
temps de mise sous vide : 15 min
taux de fuite : 0,3 Pa/l/s

Fonctionnement

Avant traitement, les pièces sont lessivées, rincées et séchées dans une machine à laver très performante, dont les rejets sont non-polluants, conformément aux normes environnementales européennes.

Après introduction de la charge dans le sas de trempe, le cycle de traitement est le suivant :

Avec cette nouvelle installation, nous maîtrisons maintenant l'ensemble des techniques industrielles de cémentation : bains de sels, gazeuse, basse pression, et ionique.

Comparativement, ce nouvel équipement nous apporte :

Machine à laver

- une très haute qualité de couche - une reproductibilité et une uniformité de traitement grâce à l'assistance plasma - une trempe huile performante et ajustable - une réduction des déformations obtenue par la combinaison des trois facteurs : uniformité de traitement, profondeur de couche réduite, adaptabilité de trempe - une facilité d'épargne par caches métalliques.

En résumé, le procédé de cémentation ionique ne remet pas en cause les techniques de cémentation existantes dans leurs utilisations spécifiques traditionnelles. Nous le considérons plutôt comme un complément, élargissant l'éventail d'application de la cémentation, sur les plans technique, ou économique.

Maîtriser les différentes techniques de cémentation, reste pour nous, façonnier, un impératif stratégique. En effet, comment préconiser objectivement à notre client, selon le problème posé, la

solution technico-économique optimale, si nous ne disposons pas du large choix de solutions possibles ?

Constructeur

IPSEN INDUSTRIES
39, rue du Bois Chaland
ZI Evry Lisses
91029 EVRY Cedex
Téléphone : 01 60 87 26 00
Fax : 01 60 86 16 09

EDF GDF SERVICES LYON METROPOLE
9, rue des Cuirassiers
B.P 3104
69211 LYON Cedex 03
Téléphone : 04 78 71 48 63

EDF INDUSTRIE
Commercial Electricité
Cedex 8
92080 PARIS LA DEFENSE
Téléphone : 01 49 02 78 29