Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
11369Q3
La présente invention concerne un acier de construc-
tion présentant une haute résistance à la fatigue et, jusqu'à
une teneur en carbone bien définie, une bonne soudabilité, et
qui est résistant à la corrosion par l'air, cet acier étant
notamment destiné à la réalisation de constructions et ossatu-
res, d'ouvrages terrestres ou hydrauliques, de véhlcules, de
machines et éléments de machines, d'infrastructures et super-
structures pour les chemins de fer, etc, qui sont exposés à de
grandes sollicitations cycliques et aux intemp~ries.
~a conjoncture économique actuelle, qui rend notam-
ment nécessaire de parvenir ~ une réduction générale de la con-
sommation d'énergie et de matériaux, place l'ensemble de l'in-
dustrie, en particulier dans les domaines du batiment, de la
recherche et de la production des hydrocarbures et des trans-
ports, devant des exigences techniques et économiques auxquel-
les les propriétés des aciers classiques ne peuvent plus ré-
pondre, ce qui, dans un certain sens, freine l'évolution de
ce~ secteurs.
Un développement rentable des méthodes de construc-
tion et de production et des technologies classiques, ainsi
que l'application de nouvelles solutions techniques et techno-
logiques, et même également l'exploitation des produits du
sous-sol qui n'ont pas été mis en valeur jusqu'à présent pour
des raisons techniques et économiques, sont impensables si
l'on ne dispose pas d'une nouvelle nuance d'acier présentant
une suffisante résistance à la fatigue et des propriétés com-
plexes favorables pour une transformation industrielle, cette
nuance d'acier devant pouvoir être produite en grande quantité
et ~ un prix de revient suffisamment bas pour pouvoir etre uti-
lisée de façon très large.
Il devenait donc indispensable d'élaborer une nouvel-
, . ...
6903
le nuance d'acier qui, conformément à ces principes d'économie
d~ l'énergie et de~ materiaux, pui85e supporter les sollicita-
tions actuelles, la section transversale de la construction, et
donc son poids propre, étant nettement moindres, ou en offrant
une plus grande sécurité, et qui soit même capable de satisfai-
re ~ des paramètres plus exigeants, et de reprendre les charges
ainsi engendrées, le coût de l'élaboration industrielle et de
la transformation de cet acier ne devant en outre pas excéder
les frais spécifiques encourus pour la réalisation des produits
fabriqués avec les aciers classiques.
On conna;t déjà des aciers de construction présentant
de bonnes propriétés mécaniques et une bonne soudabilité lors-
que le~ conditions sont appropriées.
Dans le domaine des aciers soudables, on peut énumé-
rer, ~ titre d'exemples, les nuances d'acier suivantes: T 1,
RQC-100 A, HY et NAXTRA, en provenance des Etats-Unis, ou HT,
HW, KLN et RIVER-ACE, en provenance du Japon. ~a composition
chimique de ces aciers est caractérisée par les teneurs sui-
vantes~ 0,10 ~ o,23% (en poids) de C, 0,50 à 1,50% ten poids)
de Mn, 0,60 à 1,50% (en poids) de Cr, et 1,0 à 9,5~0 (en poids)
de Ni, et quelques nuances contiennent de plU8 0,50 ~ 1,00%
(en poids) de Mo, 0,08 ~ 0,15% (en poids) de V, 0,003 a 0~04%
(~n poids) de B et 0,5 ~ 0,7% (en poids) de Cu.
Il est caractéristique des propriétés mécaniques de
ces Elciers que leur limite apparente d'élasticité - rapportée
un allongement de 0,2% - soit comprise entre 500 et 700 N/mm2,
et que leur plasticité se prête à une transformation indus-
trielle. Leur limite de résistance à la ~atigue, dans le cas
d'une rupture æurvenant après 105 sollicitations, est comprise,
pour une sollicitation R = - 1, entre 200 et 400 N/mm2 et,
pour une sollicitation R = O, entre 250 et 500 N/mm2 (sur des
-2-
. .
113691~3
~prouvette~ non soudées).
Quelques nuances d'acier présentent une certaine ré-
sistance ~ la corrosion par l'air.
L'inconvénient de ces aciers est cependant que l'on
ne peut leur donner leurs bonnes caractéristiques de résistance
que par un traitement de trempe et de revenu appliqué dans des
installations spéciales. Leurs propriétés méca~iques sont donc
le résultat de la trempe et du revenu, ce qui limite le nombre
de pro~ils pouvant être réalisés dans cette qualité, donne
lieu en outre à une grande instabilité de ces propriétés mé-
caniques par suite du manque d'homogénéité de la trempe, et se
solde de plus, en raison de la capacité de passage limitée de
l'installation, de la complexité de celle-ci et des frais éle-
v~s qui sont encourus, par un coût de fabrication qui atteint
plusieurs foi~ le prix de revient de l'élaboration normale de
l'acier.
L'~tat du matériau qui a subi un traitement de trem-
pe et de revenu constitue une di~ficulté supplémentaire pour
la transformation industrielle, notamment pendant le découpa-
ge ou tronçonnage ~ chaud, la réalisation de jonctions soudéeset le pliage ou cintrage à chaud.
L'utilisation des aciers ayant subi un traitement de
trempe et de revenu est ainsi fortement limitée, en dépit de
leurs propriétés mécaniques favorables, et ceci par suite de
l'absence des pro~ils indispensables, du manque d'homogéneité
des propriétés mécaniques, des difficultés liées à leur trans-
~ormation et de leur prix élevé. Dans le domaine des matériaux
non soudables, on conna;t également des aciers qui ont d'excel-
lentes propriétés mécaniques, tels que, par exemple, les nuan-
ce~ En et AISI-V, mi~es au point aux Etats-Unis, ou la nuance
GhGNW, en pro~enance de l'Union Soviétique, les nuances Rex,
-3-
,
' ~ .
11369Q3
Melt-A et }~ST, en provenance de Grande-Bre-tagne, ou CSV~ et
MOG en provenance de la République Fédérale d'A`Ilemagne. Leur
composition chi~ique est caractérisée par les teneurs suivan-
tes: 0,2 ~ 0,6% (en poids) de C, 0,2 à 1,6~ (en poids) de
Si, 0,3 ~ 1,6% (en poids) de Mn, 0,3 à 5,~0 (en poids) de
Mo et 0,1 à 1,0% (en poids) de V, mais quelques nuances con-
tiennent aussi 1,5 ~ 3,0% (en poids) de W et 0,1 ~ 0,3% (en
pOids) de Ti.
Il est caractéristique des propriétés mécaniques de
ces aciers que leur limite apparente d'élasticité, pour un al-
longement de 0,2%, soit comprise entre 1300 et 1600 N/mm2
lorsqu'ils ont subi un traitement de trempe et de revenu, et
que leur résistance à la traction soit comprise entre 1700 et
2000 N/mm2, ce à quoi correspondent un allongement de ? à 10%
et une résilience comprise entre 0,7 et 2 daJ/cm2, sur une é-
prouvette Izod non entaillée. Pour une sollicitation R = O,
rapportée à un nombre de cycles de 104 jusqu'à rupture, leur
limite de résistance ~ la fatigue est comprise entre ~00 et
800 N/mm2.
L'inconvénient de ces aciers est que leurs propriétés,
précédemment mentionnées, ne se manifestent qu'après un traite-
ment de trempe et de revenu, ce qui limite fortement leur uti-
lisation en raison des difficultés de transformation (battitu-
res, calamine, réticulation ou gauchissement, de~ré d'usinabi-
lité~, et ce qui rend en outre ces aciers assez fragiles et
sensibles à l'effet d'entaille, le coût de leur élaboration
ex¢luant de plus pratiquement une application industrielle à
grande échelle, à cause de leur forte teneur en éléments alliés.
Les aciers de construction actuellement connus pré-
sentent donc d'assez bonnes propriétés mécaniques, à la fois
dans le domaine soudable et dans le domaine non soudable, et
.~ ~c.
1~36903
ceci en raison des additions d'alliage et des traitements
thermiques, c'est-~-dire de la trempe suivie de revenu. Mai~
cette méthode d'augmentation de la résistance limite l'assor-
timent des profilés que l'on peut ainsi fabriquer, les élé-
ments de construction ayant subi un traitement de trempe peu-
vent en outre difficilement être usinés à l'aide des machines
habituelles, et enfin, dans le cas des éléments de construc-
tion ayant aubi une transformation avant la trempe, la haute
temperature de trempe provoque une décarburation, une réticu-
lation ou un gauchissement, et éventuellement des fissurations.L'élaboration de ces aciers nécessite des équipe~ents spéciaux,
qui augmentent encore les dépenses et ne permettent pas une
àpplication industrielle de grande envergure. La combinaison
de ces inconvénients en arrive à réduire sensiblement la valeur
utile de ces aciers, en dépit de leurs propriétés mécaniques
apparemment favorables.
La pré~ente invention a pour objet de mettre au point
des aciers de construction résistants à l'usure et à la corro-
sion par l'air, et présentant une bonne soudabilité jusqu'à
certaines limites de teneur en carbone (0.30~0), aciers dont
la limite de résistance à la fatigue et la limite apparente
d'élasticité soient supérieures à celles des aciers classiques
et qui puissent, grace à leurs différents mécanismes de renfor-
cement sans trempe~ servir de matériau de base pour la réalisa-
tion de constructions et ossatures, d'ouvrages terrestres ou
hydrauliques, de véhicules, de machines et éléments de machi-
nes, qui sont exposés à de grandes sollicitations cycliques et
aux intempéries.
La présente invention permet d'atteindre l'objectif
fixé par le fait que l'acier ainsi élaboré contient, outre le
fer et les éléments résiduels habituels tels que P, As, Se,
1136903
etc. au maximum 1,6% (en poids) de C, 0,3 à 3,0% (en poids)
de Mn et/ou de Ni, au maximum 1,8% (en poids) de Si, o,6 à
4,0% (en poids) de Cu, au maximum 3,0% (en poids~ de Mo et/ou
de Co, 0,02 à 0,4% (en poids~ de Nb et/ou de V, au maximum
0,oo6% (en poids) de B, au maximum 0,4% (en poids) de Zr et/ou
de Be, 0,02 à 0,2% (en poids) de Al, 0,005 à 0,2% (en poids)
de N, au minimum 0,0001% (en poids) de Ca, et au maximum
0,25% (en poids) de Ce et/ou de Pb, le soufre peut être présent
dans certains cas jusqu'à 0,1%.
Des compositions plus particulièrement préférées
selon l'invention comprennent:
C : 0,04 - 0.5% Nb : 0,01 _ 0,15%
Mn 1,50 - 2 % V 0,01 - 0,15%
Si 0,5 - 1 % Zr 0,01 - 0,15%
S 0,01 - 0,05% Al 0,02 - 0,2 %
Cu 1,20 - 2 % N 0,01 - 0,04%
Ni 1 - 1,50% B 0,0001 - 0,005%
Mo 0,05 - 0,5% Ca 0,0001 - 0,005%
Pb 0,01 - 0,25%
20 pour des aciers soudables.
La composition préférée pour des aciers non souda-
. bles est la suivante:
C 0,24 - 0,5% Nb 0,01 _ 0,15%
Mn 1,50 - 2 % V 0.05 - 0,15%
Si 0,05 - 1 % Zr 0,01 - 0,15%
S 0,01 - 0,05% Be 0,01 - .5%
Cu 1,5 - 2 % B 0,0001 - 0,006%
Ni 1 - 1,50% Al 0,01 - 0,2 %
Mo 0,05 - 1 % Ca 0,0001 - 0,005%
3 0,01 - 0,25%
.
--6--
9~3
Quelques-uns des éléments alliés forment, lorsqu'ils
sont dans le rapport selon la présente invention, des composés
métalliques complexes qui, en partie, produisent déjà, dès le
stade de la coulée, des germes actifs de dimension critique,
et qui sont aussi, en partie, mis en solution dans les inter-
stices en créant ainsi une précontrainte dans le réseau du fer
et en augmentant ainsi le nombre de défauts du réseau. D'autres
éléments alliés provoquent des précipitations métalliques ayant
une grande résistance au cisaillement, lesquelles augmentent et
~tabilisent en même temps, de façon cohérente, la tension in-
terne du réseau de matiare de base.
L'augmentation du nombre de germes de dimension criti-
que entra~ne une forte augmentation de l'aptitude à la cristal-
lisation que présente la coulée, une diminution du temps de so-
lidification et de la grosseur de grain primaire, une augmen-
tation brusque des surfaces des limites des grain~ et une limi-
tation de la formation possible d'enrichissements intermétal-
liques.
Les propriétés et le rapport avantageux des compo-
sants créent, dans le système d'alliage selon la présente in-
vention, des conditions thermodynamiques, cinétiques et de
germination telles, pendant la mise en solution, la ~olidifica-
tion, la recristallisation et la déformation à chaud, que la
disposition des composants à la mise en solution intersti-
tielle, la quantité de ces composants ainsi que le nombre et le
degré de contrainte des réseaux ainsi mis sous précontrainte
se trouvent nettement augmentés.
Grâce ~ 1'augmentation du nombre des réseaux présen-
tant une précontrainte interstitielle et de leur degré de
contrainte, le nombre des dislocations produites par voie
métallurgiques et qui favorisent et déterminent la formation,
-7-
~1;~3
ainsi que la dispersion des précipitations métalliques se
trouve fortement augmenté, ce qui augmente sensiblement
l'efficacité de la fonction d'ancrage ou de fixation des pré-
cipitations lors du mouvement de front de dislocations que dé-
clenchent les précipitations.
Les composants selon la présente invention et leur
rapport avantageux assurent ainsi automatiquement l'excellente
qualité métallurgique de 1'acier pendant son élaboration et
l'effet positif des différents mécanismes de renforcement ac-
tuels, dont l'action combinée et cumulée augmente la résistan-
ce mécanique utile et la limite de résistance ~ la fatigue de
l'acier.
La composition chimique de l'acier selon la présente
inv~ntion comprend aus~i des éléments alliés qui ne se mettent
pa~ en 801u-tion dans le fer et ne se combinent pas avec celui-
ci, mais qui 8 ' enrichissent à la surface de l'acier. I1 en
résulte ~u'il se forme à la longue sur la surface, par l'effet
de l'atmosphère, une couche de protection dense qui se dissout
di~ficilement et qui protège l'acier contre l'action corrosi-
ve de l'environnement et de fluides bien déterminés, en élimi-
nant la possibilité de corrosion par piqûres et en améliorant
la solicité de la couleur de l'acier.
L'acier selon la présente invention présente une bonne
soudabilité pour une teneur en carbone donnée et avec un ap-
port de chaleur approprié, et le~ propriétés de la zone ther-
miquement af~ectée sont identiques à celles du matériau de
ba~e.
L'élaboration de l'acier selon la présente invention
ne nécessitant pas d'atmosphere réductrice, elle peut se de-
~0 rouler ~ l'aide des installations classiques, et l'on peut,par des procédés de façonnage à chaud, conférer à l'acier
~` ~8-
6903
des dlmens~ons et prorils quelconques, par laminage ou estam-
page, la production pouvant se faire en grande série sans ins-
tallations particuliares.
~ 'acier selon la présente invention présente, sans
trempe, d'excellentes propriétés mécaniques, et permet en même
temps l'application des technologies de transformation et
d'assemblage classiques.
Dans le domaine de l'acier non soudable, on peut ré-
gler par revenu l'aptitude à la transformation ou ~ l'usinage,
ainsi que la dureté après usinage, par un traitement thermi-
que à basse température. $e prix de l'acier selon la présente
invention n'est ainsi pas grevé, en tant que mat~riau de base,
par le cout du traitement compliqué de trempe et de revenu
ex~cuté dans un liquide spécial, ainsi que par celui des ins-
tallations nécessaires à cet effet, et en outre les frais de
~abrication des produits réalisés avec l'acier selon la pré-
sente invention n'exc~dent pas le coût des prodults classiques.
C'est pourquoi le bénéfice que l'on peut obtenir
sur le plan économique, de par les avantages techniques offerts
par l'acier selon la présente invention (réduction de la con-
sommation d'énergie et du poids, etc), grâce aux limites éle-
vées de la r~sistance à la fatigue et de l'élasticité, n'est
pratiquement pas affecté du fait des frais d'élaboration et
d'utilisation du nouveau matériau de base.
La presente invention sera mieux comprise à l'aide
de la description détaillée de plusieurs modes de réalisation
pris comme exemples non limitatifs de l'élaboration de l'acier
et de ses propriétés mécaniques.
EXEMPLE 1
Trois charges de l'acier selon la présente invention
sont présentées, à titre d'exemple, dans le domaine des aciers
_9_
-~ 11369yQ3
soudables. Les charges ont été élaborées dans des fours ~
arc de 60 t et ensuite arfinés dans des équipements métallur-
gique~ comportant des poches. La coulee a été effectuée dans
une installation de coulée continue à quatre filières ayant
un profil de Z40 x 240 mm, et l'on a ensuite produit par lami-
nage, ~ partir des billettes, et dans des conditions normales,
des ronds en acier d'un diamètre de 20 mm, que l'on a ensuite
refroidis ~ l'air sur des refroidisseurs.
Les résultats des examens des charges selon la pré-
10 sente invention figurent ci-après~
1.1. ComPosition chimique des cha~3es en pourcenta~;es (Poids).
TABLEAU 1
Charge C Dlln Si P S Cu Ni Mo Nb
0,08 1,69 0,88 0,018 0,012 1,63 1,10 0,10 0,030
2 0,155 1,63 0,905 0,015 0,022 1,70 1,09 0,08 0,050
3 0,21 1,66 0,76 0,014 0,014 1,39 1,12 0,12 0,051
V Zr Al N B Ca Pb
. .
0,04 0,04 0,15 0,0213 0,0024 0,0020 0,07
2 0,07 0,029 0,0590,0248 0,0025 0,001~ 0,09
3 0,0~ 0,027 0,0270,0244 0,0022 0,0011 o.o6
. . .
Dans les exemples qui suivent les abréviations qui
suivent ont les significations suivantes:
Rp la limite élastique
Rm la charge de rupture
A5 Allongement
Z Striction
KCU Resilience
1 0--
691q3
1.2. ProPrietés m~;caniques
TABLEAU_ 2
Désignation ~aminé 1/ 'jO0C 2/
Unité de mesure 1. 2. 3- 1. 2. 3
_
p~ O,002 N/mm2 800 790 800 855 860 920
Rm N/mm 970 1010 900 10501066 1090
A5 % 18,5 19 18,5 18,2 18 17
Z % 49 5 50 49 46 41
KCU~
10 da J/cm2 ~ 20C 20 22 21,418,7 19,4 20
da J/cm2 - 40C 8 8,7 8 9 9,7 10,2
.. . ...
Dési~nation 1250C 3/
Unité de mesure 1. 2. 3.
~. . . ~_
RpO~002 N/mm2 810 800 890
Rm N/mm2 1040 1030 1085
A~ 16,416 15
2 % 43 42 39
KCU~
da J/cm2 t 20C 17,1 18 19,4
da J/cm2 - 40C 8 7 7,3
. ...
1/ état laminé sans traitement thermique
2/ maintenue ~ chaud, ~ 500C, pendant 90 minutes, puis ~-
refroidie à 1'air
3,~ maintenue à chaud, à 1250C, pendant 45 minutes, puis
refroidie ~ l'air
~. . . .
.i`` -11--
i .i .
, .
.
1136903
1.3. Soudab li _
On a examiné les éprouvettes, soudées en atmosphère
inerte, d'une plaque de 12 mm d'épaisseur fabriquée avec la
charg~ 2. La plaque n'a été soumise à aucun traitement ther-
mique, ni avant ni apras le soudage.
Epaisseur de la plaque - V = 12 mm
Type de soudure = contre-soudure (à un angle de 60)
Apport de chaleur = 3000 joule/cm
Nombre de soudures = 3 ~ 1
Atmosphère inerte = C02
Fîl ~ ~ouder ~ le matériau lui-même, avec un diamètre de 1,6 mm
1.31. Essai de traction
R 0,002 - 784,7 N/mm
Rm = 902,6 N/mm
A~ ~ 16~
Z - 52%
Rupture se produisant en dehors de la soudure.
1.32. Plasticité de la zone thermiauement affectée
TABLEAU
20 E~taille de l'éprou~ette pour essai au Effet de c~oc
choc, mesurée ~ partir de l'arete recti- à KCU - 402 C
:ligne de la soudure non chanfreinée mm da J/cm
O . 7
1 8,4
2 10
3 9
4 8,7
7 10
9,7
` 15 10,5
_ _ _
~ ~ -12-
1~36g~3
1.4. Resistance ~ la corrosion par l'air
~mesurée dans le volume d'air d'un local industriel)
TAB~EAU 4
Période,d'ess_ Profondeur moyenne de l~E~énétration
~E~i de la corroslon ~mm)
_ _ _ .. . .. _ . . _
Charge 2 Aciers servant de base
de comparaison
Acier Acier contenant
au carbone o,6% de ouivre
~ _ _ ... . _ ... . . . .
0,5 o,oo~ ~,oO 0,o30
1 0,010 0,12 0,045
2,5 0,012 0,16 0,070
. _ ~. _ _ _ . .. _ . ... _ . .
1.5. Résistance_à la fati~ue
L'essai de fatigue ou d'endurance a été effectué sur
une machine pour essais de fatigue du type Schenk-Erlinger,
fonctionnant d'apr~s le principe de résonance. Dans ce cas,
ce sont à la fois la composante de la précontrainte statigue
et la charge oscillante (+ ~a) qui sont appliqué~s par des res-
sorts s'appuyant sur une tête de charge commune. La charge
statique est établie et réglée par un axe fileté et le ressort
o cillant est excité par un moteur électrique. L'oscillation
ou vibration excitée par la rotation de la masse excentrique
actionne le pulsateur au point de résonance, et ledit pulsateur
produit une charge statique comprise entre 0 et 20 mégapond et
une charge cyclique de + 10 Mp.
Un rond en acier, d'un diamètre de 20 mm, réalisé
par laminage ~ partir de la charge 2, a été soumi~ ~ l'essai de
fatigue. Les résultats de l'essai de traction de contrôle, ef-
fectué sur une éprouvette laminée n'ayant pas subi de traite-
ment thermique, figurent sur le tableau 5.
~`&~
~1369Q3
TABLEAU ~
Dési~nationProprietés mécaniques
Unité de mesureCharge 2 sans traitement Acier de traite-
thermique . ment 42CD4
RpO~0o2 N/mm2 892,7 1079,1
Rm N/mm2 983,9 1147,7
A5 % 16,4 14,6
Z % 57 50,7
KCU + 20C da J/cm2 19,8 11,8
.. . .. .. . . .
A titre de comparaison, l'essai a aussi été effectué
sur la nuance d'acier 42CD4, selon la même méthode et sur une
~prouvette similaire. La composition chimique de l'acier ayant
servi de base de comparaison figure sur le tableau 6, tandis
que ses propriété mécaniques sont indiquées sur le tableau 5.
TABLEAU 6_ _
:
Nuance d'acier Composition chimique en pourcentages (poids)
. ~
42CD4 C Si Mn Cr Mo Ni Ti
0,42 0,29 0,6~ 1,10 0,20 0,20 0,05
1.51. De~res de char~e de l'essai de fati~ue
TABLEAU 7
Dési~nation De~rés de char~e (N)
I. II. III.
,_ _ ___42CD4 _ _ h_2 42CD4 Ch 2 42CD4 Ch 2
F max 68000 96000 68000 78000 68000 68000
F min 9000 9000 29000 9000 39000 9000
Fa 29000 44000 19000 34000 18000 29000
.... . . .
` -14-
~36903
1.52. Contrainte corresPondant aux de~rés ou échelons de charge
et ~ laquelle les e~rouvettes ont éte soumises.
TABLEAU 8
. .
~ési~nation Contraintes correspondant aux char~es N/cm2
I. II. III.
42CD4 Ch 2 42CD4 Ch2 42CD4 Ch 2
. .
F max 27664 39534 27664 31588 27664 27664
F min 3953 3953 11870 3953 15794 13832
Fa11870 17805 7906 14782 5935 11870
.
1.53. Résultat de l'essai de fati~ue
TABLEAU 9
Dans le cas de l'acier 42CD4
E 1~ Ni durée de vie de 50% probable
n
I. 10,9985 59783
II. 12,1960 198000
III. lZ,8229 370594
oarré de dispersiondurée de vie
emPiriQue
1~% 8~o
Probabilité de rupture
I. 0,04606 47258 75628
II. 0,17445 126692309442
III. o,o6455 281653487621
- . _ .
~ 5--
. . - .
1~3~91~3
Dan~ le cas de l'aci~r d~ la char~e 2
De~ré de char~e E 1~ Ni durée de vie de ~0% probable
n
I . 11,4256 91638
II . 12,331~ 22671~
III . 13,4427 688732
c~_ré de dispersion durée de vie
emplrigue
- 15~o 8~o
Probabilité_de ruPture
I. 0,2795 5248~ 160000
II. 0,22673131822 389917
III . 0,73595278821 1701277
... .. . _ . _ _ _ . ... _
1.~4. Interprétation des résultats de l'essai de fati~ue
En comparant les résultats d'essais obtenus avec une
sollicitation identique de l'ac~er 42CD4 et de l'acier de la
charge 2 élaboré selon la présente invention, on constate, pour
la probabilité de rupture de 50~0, qu'~ cette valeur correspon-
dent 60 000 sollicitations dans le cas de l'acier servant de
base de comparaison, contre 700 000 sollicitations dans le cas
de l'acier selon la présente invention. La comparaison des ré-
sultats obtenus par des méthode~ d'essai identiques fait ressor-
tir qu'avec une charge identique la durée de vie de l'acier se-
lon la présente in~ention est à peu pr~s égale ~ dix fois celle
de l'acier classique servant de base de comparaison.
En comparant les valeurs de résistance ou les charges
de la durée correspondant à la probabilite de rupture de ~0%,
c'est-~-dire le~s droites qui représentent, dans une même fi-
gure, la résistance à la fatigue des deux matériaux, on cons-
tate que l'acier selon la présente invention supporte des char-
ges qui sont presque le double de celles que supporte l'acier
42CD4.
-16-
~L~36~3
TABLEAU 10
. _ . .
Nombre de_sollicitations Char~e Fa correspondan-t a une
~robabilite de ruPtUre de 5~O
Ni (N)
42CD4 Charge 2
9.10 26000 ~ OOO
2,1o6 19000 3~000
3 1o6 16000 3~000
~,lo6 14000 32000
6.106 11000 29000
~ 106 9000 26000
.
EXEMPLE 2
Deux charges constituées par de l'acier selon la pré-
sente invention son-t présentées, a titre d'exemples, dans le ds-
maine des aciers non soudables. I,es charges ont éte produites
dans ~n ~our à arc de 65 t, puis affinées dans des é~uipements
métallurgiques comportant des poches, et coulées dans une ins-
tallation à coulée con-tinue ayant un profil de 2~0 x 240 mm.
Des ronds en acier ont ensuite été produits, par la~linage, dans
des conditions normales, à par-tir des billettes, et refroidis
sur des refroidisseurs. Le diamêtre de ces ronds ~n acier
était de 20 mm. Les résultats des essais sont représen-tés ci-
apr~s.
2.1. Compos.~tion chimique des charges
TABLEAU 11
Char~e Composition chimique en pourcentages ~poids)
C Mn Si P S Cu ~i Mo
4 0,36 1,62 0,84 0,~12 09010 1,59 1,20 0,07
0,4~ 1,80 0,74 0,011 0,015 1,69 1,22 0,09
17-
1~36`9~03
Nb ~ Zr Be B Al Ca Pb
. .
4 0,07 0,070,03 0,0219 0,0050 0,030,0017 0,04
,o36 0,070,03 0,0201 0,0035 0,04 0,002 o,o6
.
2.2 Propriétés mécaniques
TABLEAU 12
Dési~nation1~50 C~ 8~0 C3/
Unité de mesure 4 5 4 5 4 5
. _ .
RpO~002 N/mm21412 1569 931 1140 1716 1600
Rm N/mm2 1765 2060 1030 1210 1863 2100
A~ ~ 10 8 17 16 10 10
Z ~ 20 20 45 48 15 18
KCU -40 C 2,~ 2,2 3 4 2,9 2,7
(da J/cm )
~ .
2.3. Résistance à la fati~ue
L'essai de fatigue avait pour objet l'examiner les
propriétes de l'acier selon la présente invention lorsqu'il est
soumis à un effort d'oscillation ou de vibration variant avec le
temps. La méthode d'essai utilisée était, outre les essais de
fatigue par efforts de torsion cycliques avec les éprouvettes
de fatigue par torsion qui sont usuels, la méthode Locati, des-
tinée ~ déterminer la résistance aux efforts combinés de flexion
et de torsion, et l'on a finalement calculé la résistance aux
oscillations ou vibrations en traitant les résultats sur ordi-
nateur. Pour l'essai de fatigue de la charge 4, on a utilisé
des éprouvettes fabriquées avec des ronds en acier larninés et
soumis à un traitement de détensionnement, d'un diamètre de
40 mm. Les résultats de l'essai mécanique statique des ronds
en acier produits par laminage à partir de la charge 4 figurent
sur le tableau 13.
- -18-
-` 11369~3
TABLEAU 13
... . _ . . . .. . . . . . .
nValeurs correspondant à la char~e 4
Unité de mesure
.
R 0,002 N/mm2 1150
Rm N/mm2 1200
5 % 14
Z % 43
. _ . . .
2.31. Essai de_fati~ue par efforts de torsion cycliques
Cet essai avait pour objet de déterminer le diagramme
de W~hler pour l'effort combiné de flexion et d'oscillation
symétrigue.
2.32. De~rés ou éch010ns de char~ de 1'essai de fati~ue par
efforts de torsion c.ycliques
TABLEAU 14
. .. .......... _ . . . .. . . . . . ............ .
De~ré de char~e Effort de flexion (N/mm2)
I. 588
II.
III. 515
IV. 490
.. . . .. . . . .
A,~ ~19-
` 1136~3
2.33. Paramètres de l'essai de fati~ue par efforts de torslon
~g~
TQBLEAU 15
.. . ..
Rl = charge initiale
Nl = cycle de sollicitation (nombre de sollicitations)
Rl = valeur du degré ou de l'échelon de charge
a N - nombre de cycles
~1 __ 1 ~ Rl ~ N
. .. ..
294 7,5.10~ 24,5 10~
441 3,0,106 24,5 105
490 4,6.106 24,5 105
441 105 24,5 105
441 6,1.106 . 24.5 105
..
2.~4. Résultat de l'essai
TAB~EAU 16
.. . . _ .
De~r~ ou ~chelQn Effort de flexion Durée de vie
~ ~de char~e - 2 -~~--~
N/mm
. I. 588 1,1.105 - 1,26.105
II. 539 1,65.105 - 2,48.105
III. 515 2,00,10$ - 7,00.105
IV. 490 2,7.105 - 3,64.106
.
~36~,q3
2.35. Donnees relati~es à la repartition des résultats de
l'essa de fati~ue par efforts de torslon cy~iques,
apres traitement de ces resultats Par l'ordinateur
TABLEAU 17
De~ré ou Durée de vie Carré de Durée de vie
~de de ~Z dispersion de 16%
char~e probable
I. 1,15.105 1,066 1,23.105 1,02.105
II. 1,93.105 1,175 2,27.105 1,64.105
III. 3,26.105 1,508 4,92.105 2,17.105
IV, 1,06.106 3,658 3,89.106 2,86.105
. . ~ . _ _
2.36. Essai de fati~ue par effort de torsion
Cet essai avait pour objet de déterminer le diagram-
me de W~hler pour l'effort combiné de torsion et d'oscillation
symétrique.
2.37 De~rés ou échelons de char~e de l'essai de fati~ue par
efforts de torsion
TABLEAU 18
. = . .. .. .. . . _
Degré ouCouple de rotation (~ioule) Contrainte (N/mm2)
20 echelon
de char~ede l'essai de fatigue par efforts de torsion
I. 27,47 l~08
II. 24,52 365
III. 22,56 335
~V. 20,60 306
2.38. Paramètres de 1'essai de fati~ue Par ef_orts de torsion
TABLEAU 19
Couple initial M csa-l = 19,62 joule
Contrainte initiale T a-l = 291 N/mm2
Valeur du degré ou de l'échelon de contrainte ou de charge/Ta =
14,7 N/mm
Nombre de sollicitations Nl = 10
Nombre de cycles ~N = 105
_
~ ~ .
~; ~21-
-. . .: :
- ~ ~
1~36903
2.39. Résultat de 1'essai de fatir~ue par effor-ts de torsion
TABLEAIJ 20
.. _ . .. _ . .
De~z:ré ou Cou~le de Contrainte Durée de vie
échelon rotation
de char~e 2
__ _ _ (Joule) (N/mm )
I. 27~47 408 0,4.105 - 2~16.105
II. 24,52 36~ 0~3.105 - 7,90.105
III. 22,56 335 1,55.105 - 9,54.105
IV. 20,60 306 2,86.105 - 1,48.106
_ . _. _ :
2.4. Valeurs de resistance dvnamique ou aux oscillations ou
vibrat ons determinees sur la base de 1'essal de fati~2ue
~ar efforts de torsion c.vcliaues
TABLEAU 21
. ~ .. .. . _ .. _ _ _
Prob,abilite de rupture Resistance aux oscillations ou
vibrations Rvh
... .. N/mm2
16% 373
5C% 409
8~o 4L~l
, . . . . .
2~ ~;. Valeurs de résistance aux oscillations ou vibrations dé-
terminées sur la base de ï 'ëssai de fati,~ue par efforts
cle tors~on
TABLEAU 22
M . . . ___~ . . . _ _ . _ .__ _ . _ _ _ I . _ _ __ . _. ____ _ _____ .
Probabilité de ruptureRésistance aux oscillations ou
vibrations Tv
N/mm
16% 2~4
50~o 254
3 84~o 255
.
.~
~ ~22-
- . . . . . . . . .
~13~i~03
2.6. Interprétation des résultats
Les valeurs de resistance aux oscillations ou vibra-
tions qui ont été obtenues, soit Rvh - 373 à 441 N/mm2 et Tv =
254 à 25~ N/mm2, avec un ron en acier produit à partir de
l'acier selon la présente invention, n'ayant pas subi de trai-
tement de trempe su.ivi de revenu et d'un diamètre de 40 mm,
concordent avec les valeurs de résistance aux oscillations ou
vibrations des aciers de ressorts connus ayant subi une trempe
ou un traitement de trempe suivi de revenu. Il y a lieu de
noter qu'au cours des essais de fatigue par efforts de torsion
cycliques, on a pu obtenir une amélioration sensible des va-
leurs de résistance aux oscillations ou vibrations par une
charge préalable appropriée, de l'ordre de plusieurs millions,
qui a été produite par une contrainte d'environ 440 N/mm2. Les
valeurs de résistance aux oscillations ou vibrations de l'acier
~elon la présente invention s'améliorent donc sensiblement
lorsqu'i.l a été mis en place dans une construction, par suite
du travail des ossatures, ce qui constitue une propriété très
utile de l'acier selon la présente invention.
'.~
~ -23-
