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La prësente invention se rapporte â un procédé
de fabrication de pièces à hautes caractéristiques mêcani-
ques à partir d'acier non traité, comprenant une succession
d'opérations de traitement thermique et de formage.
Les procédés classiques de fabrication de
piéces en acier traité à partir d'acier non traité en
barres, en bandes ou en couronnes, par exemple de ressorts,
de barres stabilisatrices, d'attaches élastiques de rails
de chemin de fer, comprennent un grand nombre d'opérations.
A titre d' exemple, on va donner ci-après les
diffërentes opêrations successives d'un procédë classique
de fabrication de ressort s
- dévidage des couronnes, dressage, écroutage
et rectificâtion,
- chauffage d°austênitisation dans un four à
atmosphère,
- formage à chaud,
- trempe à l'huile,
- revenu dans un four,
- refroidissement,
- blocage,
refroidissement à la tempêrature ambiante,
- grenaillage. de précontrainte,
- revenu après grenaillage,
- protection Zpeinture ou plastification),
- cuisson ou réticulation,
- refroidissement à la tempërature ambiante,
- contrôle.
Ce procédé classique comprend en particulier
un grand nombre de phases de variation de tempërature dont
chacune implique des dépenses d'ênergie considërables et
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des installations coûteuses. Le formage â chaud et la
trempe à l'huile sont par ailleurs des opërations qui ont
lieu dans des conditions de travail et de sécuritë diffi-
ciles. Enfin la trempe à l'huile est une opération généra-
trice de pollution par le dégagement de fumées et de
vapeurs nocives et par le lavage auxquels les pièces
doivent ètre soumises à la suite de la trempe à l'huile.
Le procédé dëcrit dans le brevet français No.
2.391.789 remédie déjà partiellement aux inconvénients
ênumërés ci-dessus. Ce procêdé destinë notamment à la
fabrication d'attaches de rails comprend les êtapes
suivantes:
- formage ou prëformage à froid des pièces,
- chauffage d°austênitisation des pièces, de
prëférerce dans un bain â lit fluidisé ou
par induction,
- trempe des pièces dans un bain à lit
fluidisë,
revenu des pièces de prêférence dans un
bain â lit fluidisé,
- grenaillage,
- éventuellement formage final à froid des
piêces,
- protection.
Toutefois. ce procêdé connu présente encore un
certain nombre d'inconvénients. En particulier, il implique
deux opérations de montëe en température (chauffage
d'austénitisation avant trempe, revenu après trempe). Par
ailleurs, du fait que les pièces subissent un formage ou au
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moins un préformage à froid, avant tout chauffage, il est
impossible d'effectuer ce chauffage sur du matériau
continu, par exemple en bande.
La présente invention a pour objet un procêdé
de fabrication de pièces en acier traité permettant de
rëaliser à moindre coût des pièces de qualitë équivalente
voire supérieure à celle obtenue par les procëdês usuels.
Le procédé conforme à l'invention de fabrica
tion de piêces à partir d'acier non traitë comprend les
opêrations successives suivantes:
a) chauffage d'austénitisation de l'acier à
une tempërature supérieure au point de
transformation;
b) trempe isotherme dans un bain à lit
fluidisë, immédiatement à la suite du
chauffage d'austénitisation donnant à
l'acier une structure bainitique; et
c) formage des pièces à tiède.
Contrairement à un préjugé selon lequel seul
un formage après chauffage d'austénitisation et trempe
martensitique, permettait d'obtenir des pièces â hautes
caractêristiques, il s'est avéré de façon surprenante que
les pièces obtenues par formage à tiède après trempe
isotherme (structure bainitique) présentaient des caracté
ristiques mécaniques et géométriques (notamment tenue en
fatigue; corrosion sous tension, précision, tolérances plus
étroites) nettement améliorées.
Dans le cadre de l'invention, le chauffage
d'austênitisation peut se faire avantageusement en bain à
lit fluidisé ou par induction, sur des produits continus
(bandes, couronnes) ou sur des flans ou des lopins. I1 est
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ê
galement possible, dans le cadre de l'invention, de
procêder à un préformage à froid, avant chauffage d'austé-
nitisation, pour donner aux pièces une forme différente de
leur forme dêfinitive, auquel cas le formage à tiède
effectuë après chauffage d'austênitisation et trempe
isotherme est destiné surtout à conférer aux pièces une
gêométrie plus précise et des caractéristiques mécaniques
plus élevëes (traitement thermomécanique à tiède tel que
blocage dans le cas de ressorts).
Enfin, à la suite du formage à tiède, il est
possible de procéder, dans le cadre de l'invention, sans
nouvelle montëe en température des pièces, à un grenaillage
de précontrainte à tiède et â une protection à tiède
(peinture avec cuisson, plastification), en bênéficiant de
la chaleur résiduelle des pièces.
Les nombreux avantages du procëdé conforme à
l'invention peuvent être classés comme suit:
ECONOMIE D'ENERGIE
Le procédé classique de formage à chaud avant
trempe nëcessite un chauffage des pièces dans leur totalité
à une tempêrature nettement supérieure au point de trans
formation pour tenir compte du refroidissement que les
pièces subissent pendant l'opération de forrnage à chaud et
pendant les transferts.
bans le procédê conforme à l'invention, du
fait que l'opêration de trempe (qui donne à l'acier une
structure bainitique) fait immêdiatement suite â l'opéra-
tion de chauffe d'austênitisation, les pertes de chaleur
sont très faibles et la température de chauffage plus
basse, puisqu'elle sert uniquement à rëaliser la trempe.
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Suivant le procêdê conforme à l'invention, il
n'est d'ailleurs nëcessaire que de chauffer, donc de
traiter la partie travaillante du métal, ce qui constitue
un gain supplémentaire d'ênergie.
Il est à noter que dans ce cas, la partie non
traitêe du métal joue un rôle complémentaire pour la trempe
et la suite des opérations, par diffusion de chaleur.
Le choix du chauffage par induction ou en lit
fluidisê permet de rëaliser les échanges thermiques dans
des espaces réduits, ce qui diminue sensiblement les pertes
de l'installation en fonctionnement et les temps de
dëmarrage et d'arrêt de l'installation, donc les pertes qui
en dëcoulent. Le remplacement de la trempe à l'huile par
une trempe en lit fluidisé~ supprime la nëcessitê d'aspirer
des fumëes d'huile et celles de laver et de sécher les
pièces. En plus de l'ënergie que consomment ces opêrations,
on économise suivant l'invention le complëment de chauffage
nêcessaire pour compenser les pertes dues aux opêrations de
la trempe à l'huile et du lavage.
Le remplacement des deux opérations de trempe
et de revenu des procédës usuels par la trempe isotherme
permet d'autres importantes ëconomies d'ënergie. Ainsi,
l'énergie pour amener la pièce à la température de revenu
est supprimëe. Le temps de maintien â la température de
trempe isotherme reprêsente moins de la moitié du temps de
maintien à la température de revenu suivant les procédés
usuels. La plus grande partie de l'énergie induite lors de
l'austénitisation est restituée dans le bain fluidisé de
trempe isotherme, ce qui permet de rêutiliser cette énergie
par exemple pour le chauffage des bàtiments.
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Au sortir de la trempe isotherme, les pièces â
structure bainitique sont à une température supêrieure au
point de martensite, soit à une tempërature de l'ordre de
280-350°~ selon les nuances d°acier, et l'énergie résiduel-
le qu'elles contiennent peut être utilisêe au fur et à
mesure des opérations suivantes effectuës à tiêde (formage,
blocage, précontrainte, grenaillage, protection).
Le procédé conforme à l'invention permet ainsi
de récupérer la majeure partie de 1°énergie apportêe lors
de l'austénitisation.
AMELIORATION DE LA QUALITE DU PRODUIT
Le formage â tiède confère aux pièces une
meilleure prêcision et augmente les caractéristiques
mécaniques du produit fini en favorisant notablement le
blocage des dislobations induites au cours du formage, en
raison notamment de 1°augmentation de la mobilité des
atomes de carbone liée à la température. Le chauffage
rapide suivi de la trempe isotherme supprime tout risque de
dëcarburation.
Les opérations successives du procédé conforme
à l'invention sont effectuées dans un ordre prêcis permet-
tant de bénéficier au maximum de l'énergie emmagasinée dans
la matière. Le choix de la température pour chaque opéra-
tion vise à optimiser les effets bénêfiques notamment sur
un plan métallurgique pour le grenaillage de précontrainte
et la prêconformation (ou blocage), et sur le plan électro-
chimique pour la protection anticorrosion. En effet,
contrairement aux procêdês usuels, le procédé conforme à
l'invention ne nécessite pas la formation d'une couche dite
d'accrochage obtenue génêralement par combinaison chimique
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(phosphatation) avec le métal à protéger, la formation de .
cette couche d'accrochage entra3nant une diminution des
caractéristiques mécaniques superficielles des pièces.
ECONON1IE DE MATIERES
La suppression de l'opération de trempe à
l'huile et son remplacement par une trempe en bain à lit
fluidisé économisent la consommation de produits pêtroliers
comme l'huile de trempe et les produits et l'eau de lavage.
Dans la mesure où le procédé conforme à l'invention procure
des pièces de meilleure qualité, il permet de réduire la
quantité de matiêre nêcessaire à une même fonction. D°un
autre côté, il est possible d'utiliser, suivant l'inven-
fion, des aciers moins alliês pour obtenir des piêces ayant
des caractêristiques comparables.
La- pôssibilitê d'utiliser le métal brut de
laminage et en couronnes entraine une réduction importante
des pertes de matière et du prix de la matière premiêre.
ECONOMIE DE SURFACE ET D'INVESTISSEMENT
Le procédé conforme à l'invention réduit le
nombre des opérations notamment de montée en température et
les temps de maintien en tempërature. Les installations
nécessaires pour la mise en oeuvre du procédé sont donc de
dimensions rëduites.
A titre d'exemple, les investissements et la
surface nécessaire pour une installation utilisant le
procëdé conforme â l'invention, comparativement à une
installation classique pour produire des ressorts de
suspension de vëhicules automobiles, sont divisës par un
facteur d'environ cinq.
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AMELIORATION DE FLEXIBILITE DE L'INSTALLATION
Le procédë conforme à l'invention permet de
réduire considêrablement les encours de fabrication. Ainsi,
pour une production de 600 ressorts de suspension à
l'heure, l'encours n'est que de 40 ressorts pour le procêdé
conforme à l'invention, alors qu'il est de 1200 dans le
procêdê classique. Quelques minutes suffisent pour vider de
ses pièces l'installation pour la mise en oeuvre du procédê
conforme à l'invention.
AMELIORATION DES CONDITIONS DE TRAVAIL ET DE SECURITE
Grâce à la suppression de la trempe à 1 ° huile
et gràce au formage à tiède, le procédé conforme à l'inven-
tion supprime toutes les fumëes et vapeurs nocives et rend
le travail beaucoup moins pénible.
~â propreté des installations pour la mise en
oeuvre du procédé conforme à 1"invention et leurs dimen-
sions réduites procurent une qualité d'ambiance de travail
et une productivité de loin supérieure à celles du procédé
classique.
DIMINUTION DE LA POLLUTION
Le procédê confox'me à l'invention supprime
tous les rejets (fumées, vapeurs, produits de lavage, etc.)
du procédê usuel de formage à chaud et de trempe à l'huile.
On va décrire ci-après la succession des
opêrations, avec indication des températures et des temps
nëcessaires, pour un procédê classique de fabrication de
ressorts et, à titre de comparaison, un exemple du procédé
conforme à l'invention pour la fabrication de ressorts de
caractéristiques comparables destinés aux suspensions de
véhicules automobiles.
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PROCEDE CLASSIQUE
ACIER 60 S CS
Suite des opérations Température Temps
1 - dëvidage coils
2 - dressage coupe
3 - ëcroutage rectification
4 - chauffage dans four à atmosphère 950° 15'
- formage à chaud supérieur 800°
6 - trempe à l'huile (refroidissement) 50°
~ - revenu dans four 450° 60'
8 - refroidissement 250°
9 - blocage ou précontrainte ou
prêconformatiori 250°
10 - refroidissement à témpêrature
ambiarfté env. 20°
11 - grenaillage de précontrainte
12 - revenu après grenaillage environ 220°
13 - peinture protection
14 - cuisson peinture env. 200°
15 - refroidissement à température
ambiante env. 20°
16 - contrôle repérage
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PROCEDE CONFORME A L'INVENTION
ACIER 55 C3 ou 50 CV4
Suite des opérations Température Temps
1 - dêvidage couronnes
2 - chauffage (induction ou lit
fluidisé) env. 850° 15'
3 - trempe isotherme (refroi-
dissement) env. 320° 15'
4 - formage à tiède 300°
5 - blocage précontrainte à tiède
et contrôle 280°
6'- grenaillage de précontrainte 260°
7 - protection (peinture, plastifi-
cation)._ 220°
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