Cementation et trempe de petites pièces

Si j'ouvre un tel sujet sur les traitements thermiques de petites pièces en plein été par des températures frisant les 38 c'est que pour ceux qui sont économes ( voire un peu pingres dans mon cas  ) l'été est la meilleure saison pour faire de longues périodes de chauffe autour de 900°...sans avoir à consommer trop de gaz 

J'ai du refaire une pièce manquante sur ma carabine Whithney : L'éjecteur qui sur ce modèle-ci est une petite pièce mobile qui fait saillie de  quelques mm lorsque la culasse arrive en position arrière . L'étui est ainsi décroché de la griffe de l'extracteur et éjecté verticalement.

Pour faire cette pièce je me suis aidé d'un plan fourni par un ami car je n'avais pas trouvé grand chose sur le web, ce genre d'arme d'épaule étant  moins courant que les classiques Winchester 66

Whitney en a fabriqué bien moins que son concurrent  et pourtant leur carabine était en avance puisque plusieurs années avant Winchester ils tiraient la cartouche réglementaire US  45/70 grâce à un levier de sous garde en L qui servait de verrou : Un système plus rigide que les genouillères des 1866 
L’éjecteur est la pièce D sur le plan : Je l'ai entièrement fait avec la scie , deux limes :plate et demi ronde et deux limes aiguilles : une ronde pour l'encoche en demi lune qui laisse paser le percuteur et une petite tiers point pour ajuster la queue d'aronde qui guide l’éjecteur en translation sur la tête de culasse :

Pour faire cet éjecteur ,j'ai scié un petit morceau de 5mm d'un profilé en L de 40x40 . ce genre de profilé est laminé avac un acier qui contient très peu de carbone . C'est un avantage lorsqu'on fait tout à la lime , mais  j'ai eu tout de mêmE quelque crainte lorsque j'ai vu qu'il resalit environ 2,5mm dans le coude pour que la pièce se loge dans son encoche fraisée dans la tête de culasse  .

Les ajustages permettent de la faire glisser de 4 mm environ vers l'avant  et la saillie peut se faire de façon assez brusque si on manœuvre sèchement le levier de sous garde .
Le levier est trempé ( le fameux Color Case Hardening des anglo-saxons, qui n'est rien d'autre qu'une cémentation/trempe ) La culasse ne m'a pas semblé trempée , mais je suis quasiment certain que l’éjecteur manquant devait avoir reçu lui aussi un traitement de  CCH , pour garder une certaine souplesse de l'acier en cas de manœuvre sèche , tout en avant une bonne dureté pour bien glisser dans la minuscule queue d'aronde : Il n'y a pas de ressort de rappel, c'est la cartouche suivante  qui lorsqu'elle est chambrée repousse l’éjecteur dans son logement .

Une fois la pièce ajustée et son fonctionnement vérifié ( en douceur) c'est décidé :Je  vais lui faire une cémentation trempe . avant le traitement thermique j'ai percé /taraudé l'emplacement d'une vis qui servira de butée pour que l’éjecteur ne s'échappe pas vers l'avant si on actionne sèchement le levier pour fermer la culasse sans chambrer une cartouche.


Pour faire la cémentation ill faut d'abord trouver un creuset ad hoc; IL faut qu'il puisse contenir la pièce et que celle ci se trouve à au moins 2 cm de toutes les parois du creuset. UN contact de la pièce avec la paroi serait catastrophique car la pièce pourrait rester collée ( soudure autogène )   Il ne faut pas non plus choisir un creuset trop gros, car on va mettre trop de temps p le chauffer , et il faudra un four plus grand = consommation inutile de gaz 

Pour cet exemple j'ai fabriqué une creuset à partir des réductions en acier qu'utilisent les tuyauteurs , c'est une 2 " vers 1  1/2" soit environ la taille d'un petit verre Duralex.
Je commence par mettre 2cm de charbon pilé (j'ai utilisé du charbon pour aquarium) Je suis pour les économies et j’aurais pu piler du charbon de bois pour barbecue, mais justement en cette saison je le réserve pour ...les barbecues et j'avais la flemme de piler et tamiser en plaine chaleur 
Le pièce est ensuite posée sur ce lit de charbon:


Je verse ensuite autour de la pièce du "charbon animal" c'est du charbon que j'avais obtenu en chauffant dans une boîte des morceaux de corne de vache, de cuir, de bois de cerf et quelques, granulés de poudre d'os . J'ai lu que la fonction de ce charbon animal est d'accélérer la migration du carbone dans le coeur de la pièce .  A mon avis on doit pouvoir le remplacer par  de simples granulés de poudre d'os qui est vendu en jardinerie comme engrais.
Il faut en tous cas éviter de fabriquer le charbon animal en plein été lorsque les voisins girllent leur merguez car ça pue sévère . Ça c'est le genre de manip  à faire en hiver   si on veut conserver de bons rapports de voisinage .

Quand, fin XIXe / début XXe, on a eu les connaissances et la rigueur nécessaires, et qu'on a voulu quantifier l'effet des diverses recettes de cémentation, on n'a pas obtenu de résultats bien flagrants et on a conclu que le mieux était finalement le plus simple : poudre de charbon de bois pure.

Personnellement, je n'aurais pas essayé de réaliser cette pièce en vulgaire ferraille. Je l'aurais considérée au même titre qu'un extracteur et j'aurais pris un bout de ressort, aplati et plié à chaud, puis lentement recuit dans la cendre.
C'est bien plus dur à limer ... mais c'est aussi bien plus résistant.
Et à la fin, après ajustages et essais, une trempe "douce" (à l'huile) suivie d'un revenu plus fort que pour un ressort, bleu largement dépassé (ou huile flambée), voire même autour de 400°. Avec essais préalables sur des lamelles analogues mais non ouvragées : ça doit être résistant et dur, mais accepter de se plier notablement avant de casser.

Car la cémentation va surtout durcir la surface, ce qui améliore la résistance à l'usure mais pas la résistance aux efforts (et si une cémentation prolongée pénètre à coeur, la surface risque d'être boursoufflée).

Une autre technique, quand un sur-durcissement superficiel s'avère nécessaire, c'est la "trempe au prussiate" (ferrocyanure de potassium) ; la technique est décrite dans l'Instruction de 1905 (sans doute aussi celle de 1884), c'est particulièrement simple, rapide et très efficace. On durcissait ainsi certaines parties des culasses de Gras, Lebel et Berthier.

Pour le rapport entre la couleur des pièces et les traitements thermiques qu'elle a subi, c'est principalement une question de choix esthétiques à l'époque. Car il est bien facile de "blanchir" une culasse après trempe, ou de blanchir puis "jaunir au feu" un chien pourtant déjà revenu au bleu...

Sujet très intéressant...Mais avec Jean on est habitué.
Je suis en effet impatient de voir le résultat de l'effet du "jaspage à la boite" sur une petite pièce.
J'avais lu que le risque était une déformation de la pièce.
Vite la suite...

Bonjour, 

Pour ceux qui ne peuvent pas fabriquer eux-mêmes de la poudre à cémenter, on peut utiliser ce produit  Poudre à cémenter
Pour une petite pièce, je n'utilise pas de creuset, je la porte au rouge cerise et la plonge directement dans la boîte . Elle en ressort enrobée d'un fourreau que je chauffe jusqu'à ce qu'il ait disparu et puis je trempe à l'eau.

intéressant que tout cela...........

@Verchère : Merci Patrick pour ton apport. Tu as certainement raison un acier à ressort avec trempe douce aurait été mieux indiqué , mais je n'avais que des lames de suspension trop épaisses, il fallait chauffer pour plier , sortir la petite enclume de 30kg.  et l'épaisseur aurait impliqué beaucoup de limage. Je deviens fainéant avec l'âge
Cela fait plusieurs fois que tu parles de cette trempe au prussiate . J'ai très envie de tester sur une batterie de pistolet silex qui fait peu d'étincelles. Sur le site Mondroguiste.com ils proposent  du jaune et du rouge , lequel serait mieux indiqué d'après toi ?
https://www.mon-droguiste.com/catalogsearch/result/?q=Ferrocyanure+de+Potassium+Rouge

@Capitaine Conan : Merci   Moi aussi j'avais la crainte que ça déforme , mais la pièce est petite et je n'ai pas constaté de déformation après la trempe. Mais lors d'essais de jaspage j'avais en effet eu des déformations sur des pièces de carabine, dont une petite fissure . C'est un risque à prendre en compte 

@ Benco  ,on m'avait passé de la poudre à cémenter et j'avais tenté de durcir une batterie ...sans grand résultat . Je suis allé voir un ami forgeron et il a utilisé exactement ta méthode en chauffant deux fois , et en enfouissant la batterie au rouge dans une vieille boite de poudre à cémenter , et à la deuxième fois trempe dans l'eau  tiède  puis revenu au presque bleu .Et là ça avait  fonctionné, la batterie faisait des étincelles 

Il se trouve que sa boite était marquée en allemand mais je n'ai pas retenu la marque ,il y avait juste un mode d'emploi traduit en français. Sur celle que tu montres est-ce qu'ils donnent la composition ? 

@Wichita : Merci

Après la couche de charbon animal je finis de combler le creuset avce du charbon pilé 

Le creuset n'a pas besoin d'être étanche, il suffit d'un couvercle en tôle qui est tenu par un fil de fer  pour qu'il plaque bien et que le charbon ne brûle pas pendant la chauffe à 900°

J'ai fait un four sommaire avec 4 briques réfractaires  juste la taille nécessaire pour contenir le creuset

J'ai installé tout ça devant mon vieux four à pizza ,il y a donc une hotte au dessus  et je peux chauffer en sécurité:
  
J'utilise pour chauffer un brûleur de forge à gaz alimenté par une bouteille de butane avec détendeur réglable. Je peux également jouer sur la flamme en dosant l'air dans le venturi du brûleur .

Le creuset étant petit je n'avais pas beaucoup de place pour y mettre un thermocouple, je vais donc me fier à la couleur, aller au delà du rouge cerise , un rouge presque blanc qui devrait être autour des 900° . Je devrai régler le débit de gaz pour maintenir cette couleur pendant deux heures: La pénétration du carbone est très lente , environ 1/10e de mm par heure 

Au bout de 2 heures je coupe le gaz et je laisse doucement descendre la température jusqu'au rouge cerise . Je crains les déformations je dois donc éviter une température de trempe trop forte
Pour la trempe je coupe le fil de fer je prends le creuset avec des pinces de forge et je le jette dans un seau d'eau , le seau étant resté quelques heures au soleil, la température  de l'eau devait tourner autour de 50°  . Il n'empêche que cela fait un beau splash  Je portais évidemment des lunettes de chimiste et des crocs de sécurité 



A la sortie de l'eau vous remarquerez que l'intérieur du creuset qui s'et lui aussi cémenté, a pris les couleurs  caractéristiques du jaspage  . Ces couleurs auraient été plus vives si l'acier avait été poli. Le petit éjecteur n'avait pas assez de masse pour que sa chaleur interne colore la couche durcie superficiellement il est donc sorti uniformément gris .


La pièce n'a pas été déformée, et elle est dure puisque la lime glisse dessus sans mordre    Elle est allée dans la foulée dans son emplacement définitif 



Voilà, j'espère que le petit reportage vous aura plu  .Je pense que je serais parvenu a un résultat correct avec une trempe au purssiate , et je veux tester ça pour une porchaine pièce .  Là j'ai voulu rester au plus près des traditionnelles méthodes de "trempe à la boîte"  . La Whitney éjecte  maintenant correctement

Je suis "scothcé" (comme toujours) par le travail dont est capable Jean Santos !


Ta Whitney est en quel calibre ? Le 45-70 dont tu parles, ou un autre ?

La mienne est en .44-40, très classiquement

Pour la "trempe au prussiate", si les Instructions de 1884 et 1905 détaillent la procédure il me semble qu'elles ne définissent pas exactement le produit...
Un "Cours d'armement" de l'ENT (1896 ou 1897) est plus explicite :
<< ... dans la culasse du Mle 1886, le cran de l'armé et la rampe hélicoïdale. Le principe est le même que celui de la cémentation, on acière superficiellement en saupoudrant les surfaces chauffées au rouge d'une poudre blanche appelée Ferro-cyanure de potassium, qui carbure les surfaces et les transforme en acier : il suffit ensuite de les plonger dans l'eau froide. >>

Mais la culasse est un cas particulier, et d'autres chapitres montrent que dans le cas de cette pièce c'est bien plus compliqué : d'abord, il s'agit déjà d'acier bien carboné (mi-dur, 3e catégorie, le même que boîte de culasse et canon).
Ensuite, la chauffe est faite dans l'esprit de la "trempe en paquet" (càd cémentation) : dans la caisse en tôle qui sera longuement chauffée au four, les culasses sont rangées verticalement, ce qui est placé derrière l'embase du levier plongeant dans la suie, mais le reste de la boîte étant rempli de sable. Donc ça ne cémente que l'arrière (la zone de la rampe hélicoïdale d'armement).
Au sortir de la caisse chaque pièce étant prise séparément avec une pince, on saupoudre de prussiate la rampe, le cran d'armé et les côtés des renforts (ceux qui servent de rampe de fermeture et d'ouverture), on plonge rapidement dans l'eau les surfaces prussiatées puis on jette la pièce entière dans l'huile.
À noter que ce traitement supplémentaire ne se fait que dans certains ateliers (ou avec certains lots de matière ?) ; ailleurs les culasses sont directement jetées dans l'huile en sortant de la caisse.
Aucun revenu n'est effectué sur la culasse, car sa surface doit rester aussi dure que possible.

Même genre de procédure sur la tête mobile, trempée à l'huile (apparemment sans cémentation) et revenue 8 minutes à l'huile flambante (~ 280°), avec les tenons prussiatés et trempés à l'eau, puis revenus au jaune (~ 230°).
On comprend bien que ces trempes différenciées nécessitent des tours de main particuliers, qui ne sont malheureusement pas toujours détaillés (le traitement thermique différencié, mais sans prussiate, concerne aussi la boîte de culasse et le percuteur).

L'exemple de la culasse en acier déjà dur, sur-carbonnée superficiellement par cémentation, et éventuellement encore sur-carbonnée au prussiate, donnerait à penser que la "trempe au prussiate" durcit plus que la "trempe en paquet" (c'est la désignation d'époque pour la cémentation en caisse de pièces finies).

D'expérience personnelle, la trempe au prussiate est surtout infiniment plus facile et rapide.
J'avais découvert ça il y a bien longtemps dans un article de Cibles ou La Gazette, à l'époque où ces revues étaient instructives (sous la plume de ... peut-être Clergeau, mais il n'était pas le seul à parler technique). Et j'ai vite mis en pratique, le patron d'un labo pharmaceutique voisin ayant permis au chimiste de me donner un peu de ferrocyanure, vu que ce n'est pas toxique. Essai immédiatement concluant, avec un simple Soudogaz !

Je précise que c'est le FerrOcyanure de potassium, jaune clair (le cours ENT dit même "blanc"), et non pas le FerrIcyanure, rouge.
On m'a donné il y a peu un gros flacon de ferricyanure rouge, qui dans les labos paraît plus courant que le ferrocyanure, alors j'ai immédiatement fait le test comparatif sur de l'acier doux et le résultat est sans appel : le ferricyanure rouge n'a aucun effet, voire même un effet négatif (ce qui est évident : si le produit ne cémente pas, la trempe sera sans effet mais la chauffe aura recuit le métal, faisant disparaître son écrouissement de fabrication, et au final ce sera souvent plus mou qu'initialement).

La "miraculeuse poudre à cémenter" paraît d'usage assez analogue (car on peut aussi plonger la pièce dans le prussiate, si on ne cherche ni la précision ni l'économie). Au point que je soupçonnerais presque qu'elle en contienne (ou tout simplement qu'elle en soit).
Dans tous les cas, le fait que le ferrocyanure de potassium ait été utilisé par nos manufactures avant 1900, lui donne de sérieuses lettres de créance.


PS : pour les ébauches de pièces en acier à ressort, comme je suis assez feignant j'ai pris quelques dispositions. La forge est en permanence prête, dans un appenti vaguement abrité et sommairement éclairé, avec à 2 mètres un gros étau à pied, l'enclume, un énorme marteau qui ne sert qu'à ça, quelques seaux de charbon de bois concassé (production maison) ; il n'y a qu'à apporter un seau d'eau fraîche.
Avec le charbon de bois ça démarre très vite, et 5 minutes après avoir battu le briquet la pièce la pièce approche déjà du rouge (tandis qu'à la houille, le feu est beaucoup plus long à établir). En fait ça ne me prend guère plus de temps que de dérouler le tuyau du chalumeau, choisir la buse, régler les détendeurs ... et ça revient tellement moins cher, que le chalumeau ne me sert plus guère qu'à braser ou souder autogène !
De plus, quand j'ai besoin de dérouler un peu de ressort hélicoïdal (de suspension ou de machine agricole) j'en redresse un peu plus et pour meubler les temps morts j'en aplatis quelques segments au marteau, que je laisse ensuite lentement refroidir dans un seau de cendre. J'ai donc toujours un petit échantillonnage de diverses tailles d'acier à ressort recuit, et je fais en sorte que le stock augmente progressivement, en variété et en volume. Je huile et emballe dans du plastique les morceaux de ressort recuit, ce qui les distingue à coup sûr des morceaux bruts (qui ne se travaillent qu'à la meule, quoique généralement la scie et la lime mordent un peu sur les ressorts trempés, mais l'outillage souffre beaucoup).

A noter qu'on peut aisément aménager un barbecue en forge, sans que ça n'empêche de griller les saucisses, et que si une enclume était placée à côté elle pourrait alors servir de desserte. La bonne position pour passer de la forge à l'enclume, est tout aussi valable pour passer de la desserte au grill.

Merci Jean pour ce message très intéressant

@Jeppesen: je te remercie pour les eloges  
C'est bien un calibre 45-70 mais je pense que c'est une arme civile. La Whitney a été réglementaire et elle avait un tenon pour bayonette que ne possède pas celle-ci. 
Whitney a sorti plusieurs variantes, celle-ci est une Burgess. La tienne est une Burgess aussi ? Ou une Kenedy?
Ce sont des mécanismes robustes, Ian MC Colum en parle ici:

 Moi je suis plutôt "restaurateur" que collectionneur ou tireur, je viens de m'en séparer   car j'ai une autre arme américaine en vue. Je pense que son propriétaire va la faire tousser au stand. Je ne recharge pas non plus

@Verchere : Très intéressante ta description de durcissement des zones de culasse qui frottent ou travaillent. Bien qu'elles soient trempées cette trempe rapide au prussiate devait les renforcer encore et améliorer la souplesse de fonctionnement. 
Le Ferro-cyanure mérite vraiment d'être testé. C'est peut être un des composants de certaines poudres à cementer commerciales. Et malgré le nom il ne semble pas présenter un risque pour l'utilisateur.
Je vais donc commander un peu de "jaune" 
https://www.mon-droguiste.com/ferrocyanure-potassium-jaune.html
Il est plus cher que le rouge mais puisque t'es tests du rouge n'ont pas été concluants, pas d'hésitation 
 J'envie ta forge "permante" transformable en grill
Avec une forge, plusieurs tours à métaux, un étau limeur et un stock inépuisable d'acier à ressorts, tu as tout pour entretenir et refaire les pièces de nos vieilles pétoires. Bravo, ne change rien

@ErDef. Je te remercie.  Je fais ce genre de post aussi pour avoir d'autres avis, et connaître d'autres methodes

jean santos a écrit:... J'envie ta forge "permante" transformable en grill
Avec une forge, plusieurs tours à métaux, un étau limeur et un stock inépuisable d'acier à ressorts, tu as tout pour entretenir et refaire les pièces de nos vieilles pétoires. Bravo, ne change rien

La forge / barbecue, c'était une idée pour les collègues en manque d'espace.

J'ai bien sûr les deux, et je n'irais pas empuantir mon local de forge avec une odeur de merguez...

Les machines c'est bien, mais ça prend du temps, à entretenir et déjà à réparer, mais d'abord souvent à construire ou reconstruire.
Là ça fait près d'un mois que je passe tout mon temps libre sur la reconstruction d'une machine à fileter de type Landis (filière à déclanchement, à peignes tangenciels) en fusionnant les débris de 2 machines (l'une des années 20, l'autre des années 50) et en fabriquant les pièces intermédiaires nécessaires. C'est sur ce genre de machines que furent faits la majorité des boulons mondiaux, entre 1920 et 1960.

Un mois pendant lequel je n'ai pas touché une pétoire.
Mais demain on s'y remet, on fait des ronds dans l'eau, avec un maximum d'éclaboussures !

Verchère, Jean, quels métiers occupiez vous durant votre vie professionnelle?

Mon arme est une Whitneyville Armory, modèle Whitney Kennedy, selon brevet Burgess

calibre .44-40, donc "small frame"














Ces armes sont réputées de grande qualité de fabrication, effectivement; 

ederlezi a écrit:Verchère, Jean, quels métiers occupiez vous durant votre vie professionnelle?

Moi, paysan de montagne, réparant mes machines agricoles, parfois en hybridant deux modèles différents, ou même concevant des améliorations qui auraient été révolutionnaires ... 100 ans plus tôt !

@ Verchère  : Bravo pour ressusciter ces vieilles machines , il me tarde de voir les résultats de cette machine à fileter à peignes   


@ Jeppesen : Elle est magnifique ta Whitney Kennedy . Le levier de sous garde est très semblalble à celui des Winchester, mais le mécanisme de verrouillage est bien différent :

 

@ Ederlezi :  J'ai travaillé 25 ans sur un site nucléaire . J'ai eu une formation technique, en seconde au lycée on nous a fait faire des copeaux sur tour, fraiseuse et étau limeur, mais ensuite je me suis orienté vers l’électronique .  
 La passion des armes et de la gravure m'est venue bien plus tard, mais cela a été initié je pense par mes vacances chez mes grand-pères , l'un était forgeron et de temps à autre je pouvais ouvrir un tiroir sous l'établi ou traînaient des vieilles pétoires qui avaient un ressort ou autre pièce cassée. J'ai utilisé chez lui quelque vieille lime et me suis fait engueuler lorsque je frottais une lime sur une autre.  

 Le second grand-père était tailleur de pierre et très tôt il m'a mis un petit marteau et un burin dans les mains. avec ça je pouvais essayer de graver mon prénom sur la pierre tendre.

Je mesure aujourd'hui la chance qui a été la mienne : Les smartphones n'existaient pas  encore dans les années 60 Aujourd'hui on a une sacrée concurrence lorsqu'on veut intéresser nos petits enfants à nos passions ou à notre métier , il faut espérer une panne de batterie ou une perte du wifi 

Verchère a écrit:... labourer un champ en tirant 7 socs ou creuser un fossé avec la petite pelleteuse de 3 tonnes, soit plus motivant que donner quelques coups de faux pour les lapins...

 Et qui donc leur apprendra des choses essentielles comme ecrouir et affûter une faux, ou prendre une profondeur de passe sur un Rapidlime ?

Merci Jean et Verchère pour ces informations personnelles. Je lis vos posts avec un intérêt immense à chaque fois. A chaque fois nous apprenons, merci de partager votre passion et votre expertise.

jean santos a écrit:Et qui donc leur apprendra des choses essentielles comme ecrouir et affûter une faux, ou prendre une profondeur de passe sur un Rapidlime ?

C'est effectivement un peu décourageant, mais il faut se souvenir comment on a soi-même appris...
Battre une faux, j'ai été obligé d'apprendre tout seul parce-que les vieux auxquels je demandais préféraient le faire eux-mêmes plutôt que prendre le temps de m'expliquer ; c'est effectivement très long, d'expliquer !
La clef c'est surtout << au lycée on nous a fait faire des copeaux sur tour, fraiseuse et étau limeur, >> : ça peut suffire comme base de départ pour compléter ensuite par l'expérience.

Des paysans qui savent battre une faux, il ne doit d'ailleurs plus y en avoir beaucoup.