Brevet FR2018372A1 — publié le 19700529

la \ Lâ présente inventIon se rapporte à un procédé de i- tement pour améliorer la résistance à la fatigue à la limite de la zone durcie dXun organe en acier, tel que par exemple un arbre droit ou incurvé pour un essieu de wagon de chemin de fer, un arbre d'induit, un cylindre de laminoir ou un vilebrequin. Généralement, on cémente un organe en acier pour amé liorer sa résistance à la fatigue et à l'usure. Toutefois, on sait que, .A.ans le cas où la surface de organe en acier est locale nient téiientée, la résistance à la fatigue est réduite au voisinage des limites de la zone rlurcie, de sorte que l'organe en acier se casse à cet endroit. La présente invention a pour objet un procédé pour empocher la diminution de la résistance à la fatigue en transfor mant une contrainte résiduelle de tension engendrée près et à l'extérieur de la limite de la zone durcie d'un organe en acier en une contrainte résiduelle de compression d'une valeur telle qu'elle ne nuise pas à l'utilisation de l'organe en acier. Une caractéristique de la présente invention consiste à traiter à froid sous pression la limite de la zone d'un organe en acier, cémentée localement par un durcissement par induction ou un durcissement à la flamme de façon à engendrer une contrainte de compression sur la surface d'une telle partie. Dans le dessin ci-joint - - la figure 1 est un graphique illustrant la relation entre la position d'une bobine inductrice et la répartition des contraintes résiduelles à la surface d'un organe en acier dans le cas où cet organe est durci à l'aide d'un procédé de durcissement local par induction classique; - la figure 2 est un graphique comparatif de répartition des contraintes résiduelles sur la surface d'un arbre par le pro cédé usuel et par le procédé suivant la présente invention. Avant de décrire la présente invention, un procédé clas sique sera rappelé en se référant à la figure 1. La distribution des contraintes résiduelles dans la direction axiale, à la surfa ce d'un organe durci classiquement est représentée par la courbe Y. L'organe est un arbre cylindriaue droit. Sur la figure 1, X est la position d'une bobine inductrice et Z est une zone durcie à la surface de l'organe en acier. X, Y, Z sur la figure 1 sont tous montrés en correspondance axiale.Comme on le comprend d'après la figure 1, en dedans des litiites de la zone durcie c, comte epré- santé par la courbe Y, une importante cclltra nte de co'orassion résiduelle existe, mais i l'exte'rieur etau voisinage de cette zone durcie, la contrainte résiduelle devient une contrainte de tension résiduelle qui diminue après passage par un maximum. Ainsi, dans le cas où l'on durcit localement par induction un organe en acier, une contrainte de compression résiduelle est engendrée à l'intérieur de la zone durcie, tandis qu'à l'extérieur et au voisinage de cette zone, une contrainte de tension résiduelle est engendrée, cette contrainte de tension résiduelle abaissant la résistance à la fatigue et étant la source de la rupture par fatigue de l'organe en acier. On va maintenant erpliouer un mode de réalisation du procédé suivant la présente invention dans laquelle un arbre a été durci de façon usuelle par induction, puis a été traité à froid sous pression par projection de grenaille ou par rodage par un cylindre. On a durci un arbre de 190 mm de diamètre et de 2800 mm de long en acier au carbone (AISI 1038) contenant 0,38 C à une température superficielle de 83000 pendant une durée de 120 secondes au moyen d'une bobine d'induction. On a ensuite mesuré au moyen de rayons X les contraintes résiduelles dans la direction axiale sur la surface de l'arbre. les résultats sont représentés sur la figure 2 par la courbe A.On a, en outre, projeté de la grenaille sur cet arbre durci sur la totalité de sa surface avec une hauteur d'arc de 0,24 mm (mesurée avec une bande d'essai du modèle A dans S.A.E.J 442) et une couverture supérieure à 95% (mesurée par S.A.E.J 443) avec une bille d'acier d'un diamètre de 0,6 mm, puis on a mesuré au moyen de rayons X les contraintes résiduelles sur la surface dans la direction axiale. les résultats sont représentés par la courbe B sur la figure 2.On a, en outre, rodé par un cylindre sur la totalité de sa surface, sous une pression su perfi ci elle de 80 kg/mm2, au moyen d'un cylindre d'un diamètre extérieur de 128 mm, un autre arbre durci présentant la répartition des contraintes résiduelles représentées en A sur la figure 2, puis on a mesuré au moyen de rayons X les contraintes résiduelles sur la surface dans la direction axiale. Les résultats sont représen- tés par la courbe C sur la figure 2. La coraparaison de A avec B ou C sur la figure 2 montre que la contrainte résiduelle de tension existant au voisinage et à l'extérieur de la limite de la zone durcie, telle qu'elle appa- ravît en A sur la figure 2, a évidemment été transformee en une contrainte résiduelle de compression, telle que représentée en R- ou C sur la figure 2, par le procédé de traitement suivant la pre- sente invention, et que, par suite, celle-ci est très efficace pour améliorer la résistance à la fatigue. REVENDICATIQG, 1. Procédé de traitement faisant suite au durcissement pour améliorer la résistance à la fatigue de la limite d'une zone durcie, consistant à traiter à froid sous pression la surface de la limite de la zone durcie d'un organe en acier après cémenta- tion locale. 2. Procédé suivant la revendication 1, dans lequel l'organe en acier est cémenté localement par un durcissement par induction ou par un durcissement à la flamme. 3. Procédé suivant la revendication 1, dans lequel l'organe en acier est traité à froid sous pression par projection de grenaille ou par rodage au moyen d9un cylindre. 4. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1, 2 et 3, dans lequel l'organe en acier est un arbre droit ou incurvé pour un essieu de wagon de chemin de fer, un arbre d'induit, un cylindre de laminage ou un vilebrequin.