2, 3 et 4 juin 2015 Zénith de Saint-Etienne · 2018-11-16 · Innovation: Prévention de l’oxydation des bords de pièces par application du gaz d'atmosphère sans d'oxygène 2,

Innovation: Prévention de l’oxydation des bords de pièces par application du gaz d'atmosphère sans d'oxygène

2, 3 et 4 juin 2015 Zénith de Saint-Etienne

The A2A Technology

Maximus Akuh

Applications Technology, Metals Processing Europe

Stand 32

cémentation sans l'oxydation des bords sous atmosphère protectrice

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High Quality

Parts

Low Budget

Parts

Oxydation des bords de pièces par gaz d'atmosphère oxygène lors de la cémentation

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Source: B. Edenhofer : Process and plant technology of gas carburisation, HTM 90 / 2

Oxidation potential of alloying elements and iron in steel treated in endothermic gas with an average composition of40% H, 20% CO, 1.5% CH4, 0.5% C02, and 0.28% H20 (Dew point, 10°C), and 37.72% N2. Source: Carburizing: Microstructure and Properties, Parish, Geoffrey, ASM International, 1999

Des atmosphères de cémentation protectrices activées par plasma

Les objectifs:-

1. Développer une solution de rechange d’atmosphère réactive des fours classiques

pour la cémentation avec des investissements bien inférieurs, des consommations

faibles et des coûts d'exploitation raisonnables.

2. Empêcher des problèmes de qualité causés par les gaz oxygénés, par exemple

oxydation des bords.

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3. Produire une atmosphère favorable à l'environnement et plus sûre (donc pas de

toxicité, pas de combustible et pas d’émission de CO2).

4. Facile à installer sur les fours atmosphériques nouveaux et anciens.

5. Solution de substitution à des générateurs exo- et endothermiques ; chaque four est

indépendant

6. Génération d’atmosphère alternative de haute qualité comparable aux atmosphères

d’endothermiques ou de N2 / méthanol qui offrent une surface traitée de haute qualité.

Concept de cémentation par atmosphère plasma-activé

Four de cémentation classique de gaz, Décharge de l'arc-plasma froid dans le

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Four de cémentation classique de gaz, équipé d'un injecteur de plasma à l'entrée de gaz protecteur

Décharge de l'arc-plasma froid dans le flux de gaz de l'injecteur

Injecteur de plasma pour l'équipement dans un four à chambre

Injecteur plasma en fonctionnement avec de l'azote pur

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[1] Le Contrôle du process de cémentation en utilisant la sonde de flux de carbone et un contrôleur de Simulation (de l'UPC / PE)

Sonde de flux de carbone (fils) dans le four Sonde de flux de carbone

Sonde de carbone ressemble aux sondes de zircone classiques

Le principe: dissolution du carbone dans le fil de détection augmente la résistance électrique, et les changements temporels dans cette résistance correspondent au flux de carbone de l'atmosphère du four donc à la surface de la pièce. Remarque : le flux de carbone à partir de la surface métallique vers intérieur de la pièce n’est pas mesuré mais simulé en temps réel en utilisant le modèle de diffusion intégré dans le contrôleur de PE.

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Profil de carbone simulé en cours de cémentation

L’analyse intégrée des gaz pour le diagnostic

Condition du processus encore instantané

Système de cémentation par voie plasma sur un four à chambre

Control Unit

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Chaque four est équipé du

système et peut être

individuellement exploité.

Le système d’A2A comme

option pour équiper un four

á chambre

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Les réactions entre les composants de gaz passant dans le champ plasma génèrent des liaisons instables

L'efficacité du processus de plasma dépend des conditions suivantes:

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Conditions d'exploitation typiques d'un four à chambre, Simulation numérique des variables d'état de flux

Gas velocity inside furnace. Not

graded are fan areas (v>10 m/s)

and tray areas (v<3 m/s).

Electric fanMetal load in trays

Electric fan

Metal load in traysRadiant tube

heaters; T=935oC

gas in

gas out

Integral Quench Furnace ConfigurationInput:

2.5 m3 furnace volume

7.9 Nm3/hr gas flow-rate

~930oC temperature

1500 rpm fan speed (0.5 m dia)

350 kg metal load (net) in trays

0.86 x 0.55 x 0.48 m tray stack

50 vol.% metal packing density

11Paths of 2 gas particles

within the first 5.3 secondsPaths of 2 gas particles

within the first 55.4 seconds

gas ingas in

Output Averages:

gas particle velocity:

• 4.3 m/s

gas particle residence time:

• 256 s (4 min, 16 s)

gas particle travel distance:

• 1111 m

furnace volume changes/hr:

• 3.2 – standard vol.

• 14 – actual vol. at temp.

Vecteurs de vitesse dans un four classique chargé à 930oC

Les pièces en acier sont uniformément réparties sur la surface de 4 plateaux

-la 1er étage reçoit plus de carbone que les

étages suivants

-La direction du gaz à l'intérieur des

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Set Point 120°C

Set Point 100°C

-La direction du gaz à l'intérieur des

plateaux est principalement verticale et est

faible par rapport aux vitesses à l'extérieur

des plateaux.

Tray 1

Tray 2

Tray 3

Tray 4

Optimisation du chargement et du flux:

- Provision de canaux libres pour le flux- Prévention des points de contact- Couverture du chargement superieur pour atteindre un flux latéral

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Exemple de relevé de dopage: cycle de diffusion dans un four a chambre, contrôlé automatiquement par la sonde de flux et programme de simulation de PE

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Les microstructures et profils de micro-dureté des pièces en acier au chrome carburé par voie A2A

Oil-quenched, 500x

N2-C3H8 gas blend , 930oC (1706oF)

350 kg charge (770 lbs), empty central channel configuration

2.5 hrs of boosting and diffusing at temperature, combined

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25 um

Tempered, 500x

25 um

(1,000 µm = 0.040 inches)

The Panel with Nozzles & operator pendantOxydation intergranulaire d'une pièce en acier AISI 8620 (1,6523 21NiCrMo2-2), cémentée dans un four à chambre sous atmosphère endo et atmosphère activée par plasma de N2 et CH4.

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Remark:Intergranular edge oxidation develops in all endo-atmospheres, which contain CO/CO2

Objective: Oxygen-free protective gas atmosphere

Endothermcarburised andquenched

carburised and quenched

only polished As-polished

Profils de micro-dureté pour [1] atmosphère endo, [2] atmosphère DC-plasma activé et [3] atmosphère AC-plasma activé de N2/CH4 des pièces (S-arbre en acier 8620) cémentées

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Vickers microhardness profile for endo-atmosphere

and plasma (DC and AC) carburized, oil quenched, and

tempered R-rings

Vickers microhardness profile for endo-atmosphere and

plasma (DC and AC) carburized, oil quenched, and

tempered S-shafts

• Pas d’avantage du courant continu (DC) sur le courant alternatif (AC), mais les deux offrent de meilleurs résultats que endo.

Conclusion

• En utilisant l’injecteur plasma une atmosphère presque sans oxygène est créée.• Les pièces peuvent ensuite être traitées/cémentées dans les fours à gaz de protection sans oxydation de surface.• Le cycle de cémentation peut être

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• Le cycle de cémentation peut être réduit d'environ 15%, donc d'environ 0,5 mm à la profondeur de cémentation.• En utilisant la technologie de contrôle avec la sonde de carbone, le volume d'alimentation de carbone peut être mesuré et contrôlé selon les besoins.

Merci pour votre attention !!!

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