Brevet FR2036858A1 — publié le 19701231

La présente invention a essentiellement pour objet un enduit lubrifiant utilisable lors de la déformation des aciers, à haute température, sous contrainte mécanique, en vue d'assurer leur protection et également la protection de l'outillage. L'invention concerne en outre le procédé de protection desdits aciers, de préférence, mais non exclusivement, au cours de leur déformation à haute température, sous contrainte mécanique, à l'aide de enduit lubrifiant précité. L'invention vise en outre un procédé particulier de fabrication dudit enduit lubrifiant ainsi que les produits en acier obtenus par mise en application du procédé de protection précité. On sait que les aciers se recouvrent d'oxydes lorsqu'ils sont chauffés, entre 600 et 1.3000 O,en vue d'effectuer différentes opérations de mise en forme. On rencontre alors successivement en allant de la surface métallique vers l'extérieur, une mince couche de PeO, puis une couche de Fe304 et, selon les conditions de chauffage et la composition de l'acier, de l'oxyde Fie203 en couche de faible épaisseur. Lorsque les ébauches oxydées sont déformées entre outillages sous contraintes, pouvant atteindre jusqu'à 100 hbar, la présence de ces oxydes crée de multiples difficultés entre les parois desdits outillages et celles de l'acier encours d'écoulement à chaud. En raison de leur plus grande dureté, surtout Fe304, que l'acier, et de leur faible aptitude à la déformation, ces oxydes se fissurent, les pressions nécessaires pour la déformation doivent dtre augmentées et des grippages se produisent. Les irrégularités d'épaisseur du film d'oxyde, le détachement partiel desdits oxydes, ainsi que leur dureté provoquent de nombreux défauts, tant sur les ébauches elles-m#mes que sur ltoutillage; ces défauts consistent notamment en incrustations sur l'outillage et sur les ébauches ainsi qu'en arrachements, rayures et/ou piqtres sur ces dernières. De plus produit une décarburation de l'acier, sous du FeO qui agit sur le carbone de la cémentite ou sur le carbone dissous dans le fer et dans le fer g , cette décarburation se poursuivant par une oxydation localisée (dite "souscutanée" ou interne), ce qui oblige souvent à prévoir un usinage supplémentaire. Ces différents défauts entraient une usure plus rapide de l'outillage et oblige à prévoir des tolérances dimensionnelles plus importantes pour les pièces à mettre en forme. En outre, au cours du décapage, la présence d'incrustations aggrave les défauts de surface par le fait qu'elles entratnent un accroissement de la durée de l'attaque, phénomène. qui augmente également la fragilisation de l'acier en raison de la plus grande quantité d'hydrogène absorbé au cours du décapage. La demanderesse a déjà proposé de protéger les aciers contre l'oxydation par la mise en oeuvre d'un revêtement superficiel dtalliage Fe-Al ou de silicates complexes de sodium et de métaux de transition. Cependant cette technique de protection n'élimine pas tous les inconvénients précités. De plus la protection par l'alliage Fe#li n'est pas tellement économique et on est conduit à se dispenser de cette technique lorsque la déformation s'opère à une température inférieure à 8000C, étant donné que les couches d'oxyde ne sont pas aussi importantes entre 600 et 8000 C qutau delà de 800 C. Bien que les films d'oxyde soient minces en dessous de 8000C ,ils constituent quand même une source d'ennuis,telrque l'usure prématurée de l'outillage, la présence de défauts de surface et la nécessité d'usiner les pièces obtenues et de prévoir des tolérances plus larges. La présente invention permet de remédier à ces inconvénient. et rend en outre facile un décapage final, ce qui n'est pas le cas lorsque l'on emploie unverre lubrifiant dans les techniques de filage. L'enduit lubrifiant selon l'invention, pour la protection des aciers lors de leur déformation, à haute température, sous contrainte mécanique, est caractérisé en ce qu'il est à base de ferrites. eti ou de spinelles. Selon un mode de réalisation préféré de la présente invention les spinelles précités sont des spinelles de métaux choisis parmi le chrome, le nickel et le manganèse. Conformément à une caractéristique de la présente invention l'enduit lubrifiant précité contient des silicates complexes. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, l'en- duit lubrifiant contient du graphite et/ou du noir de fumée; la présence de graphite, de préférence à une teneur de tordre d'environ 5 5' en poids de l'enduit, a pour effet d'améliorer les propriétés lubrifiantes dudit enduit en facilitant le glissement entre l'ébauche et l'outillage. Bien que l'enduit lubrifiant précité puisse être utilisé jusqu'à 1.2000 C, les résultats obtenus sont plus particulièrement intéressants lorsque la température ne dépasse pas 8000 C, la protection contre l'oxydation étant plus faible au delà de SOOOC; cependant, pour des durées de chauffage n'excédant pas 20 minutes, la perte de métal inhérente à la mise en forme est réduite d'environ 50y, en utilisant l'enduit lubrifiant selon la présente invention, par rapport aux aciers non protégés. La mise en oeuvre de l'enduit lubrifiant selon l'invention permet donc, d'une manière générale: - la diminution de pression réalisant la déformation, x~ar exemple les pressions d'emboutissage - l'obtention d'ébauches de surfaces lisses - la protection de l'outillage contre les rayures et les incrustations - la limitation de la dé carburation superficielle des ébauches - la décapage facile, par voie mécanique ou chimique, des ébauches mises en forme. L'enduit lubrifiant précité peut être fabriqué, conformément à la présente lnvention, en préparant d'abord une composition à base d'oxydes alcalins et/ou d'oxydes de métaux choisis parmi ceux entrant dans la composition des spinelles et en traitant ensuite thermiquement cette composition à une température comprise entre environ 600 et 120000 en présence d'oxydes de fer; cette composition peut aussi contenir avantageusement de la silice,se présentant notamment à l'état de silice libre ou à l'état de combinaison avec les oxydes alcalins précités, sous forme de silicates alcalins. Les oxydes de fer se trouvent ainsi transformés en partie ou en totalité, en présence des oxydes alcalins et des oxydes des métaux constituant les spinelles, tels que le chrome, le nickel et le manganèse, en ferrites et/ou en spinelles, et,dans les cas où de la silice est présente, en silicates complexes, dont les caractéristiques sont telles, aux températures envisagées pour la déformation des ébauches en acier, qu'elles ne puissent provoquer aucun défaut de surface sur les ébauches ou sur l'outillage. Selon un mode de réalisation préféré, les oxydes de fer précités sont ceux présents ou susceptibles de se former sur la surface des ébauches à protéger et le traitement thermique de la composition précitée s'effectue lors du chauffage en vue de la déformation de l'ébauche sous contrainte mécanique. Conformément à un mode de réalisation préféré, la composition précitée es constituée par une suspension des oxydes de métaux précités (métaux alcalins et/ou métaux caractéristiques des spinelles); les oxydes alcalins sont par exemple les oxydes de sodium, de potassium et de lithium. melon une autre caractéristique du procédé précité, on disperse dans la suspension précitée da graphite afin d'améliorer les propriétés de lubrification de l'enduit ainsi qu'il a été mentionné plus haut. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparat- tront au cours de la description qui va suivre: Dans les dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple: - la figure 1 représente la face externe d'un godet en acier 35 CD4 embouti à partir d'un flan de 76 mm de diamètre et de 6 mm d'épaisseur; aucun enduit n'a été utilis; - la figure 2 représente la face extérieure, après décapage, d'un godet obtenu de la même façon que celui de la figure 1, à partir du même acier, en utilisant toutefois un enduit lubrifiant conforme à l'invention; - la figure 3 représente la face extérieure, après décapage, du godet de la figure 2; - les figures 4 et 5 représentent des micrographies de décarburation d'un acier Or-Al sensible à la décarburation,respec- tivement dans le cas d'une protection par un enduit conforme à l'invention et dans le cas d'une absence de protection. Des échantillons sont annexés au présent dépôt sous forme d'un jeu de cinq photographies correspondant respectivement aux présentes figures 1 à 5. La face extérieure du godet des figures 2 et 3 est brute tandis que la face intérieure a été usinée; la face extérieurs du godet de la figure 1 a été usinée; on remarque qu'elle est fortement rayée, contrairement à l'une ou l'autre des faces du godet des figures 2 et 3, qui sont lisses, ce qui montre l'intér8t de la mise en oeuvre d'un enduit lubrifiant conforme à l'invention. De plus, le tableau ci-dessous montre que les pressions nécessaires pour obtenir le godet ci-dessus sont diminuées d'environ 20 ~o lorsque l'on utilise un enduit lubrifiant conforme à l'invention; par exemple à 7000cl la pression requise est de 145 hbar en l'absence d'enduit, alors qu'une pression de 115 hbar est suffisante lorsqu'un enduit selon l'invention est employé. ACI-R 35 CD4 Température : pression : Charge totale en hbar en tonnes 6000C 130 16,3 avec enduit : 7000C : 115 : 14,5 8000C 80 10 : 600 C . 170 . 21 sans enduit 700 C ~ 145 18 : 8000C : 100 : 12 L'acier des micrographies des figures 4 et 5 est montré avec un grossissement égal à 100; le réactif d'attaque est le Nital; les micrographies ont été établies après chauffage pendant une heure à 10000C dans l'air L'exament des micrographies montre qu'en l'absence d'enduit, l'acier est décarburé sur une profondeur d'environ 300 microns tandis que, protégé par un enduit selon la présente invention, la décarburation se produit sur seulement 40 microns de profondeur. L'enduit lubrifiant peut être notamment obtenu de la façon suivante: on applique sur la surface de l'acier à protéger une suspension contenant des silicates alcalins, des oxydes de métaux susceptibles de donner des spinellesyet etdu graphite et/ou du noir de fumée, dans un véhicule liquide approprié, de préférence de l'eau, la proportion de produits en suspension étant de l'ordre de 5 à 1 5%G en poids.L'application peut se faire pr immersion et égouttement ou p--r pulvérisation. tes ébauches sont de préférence préchauffées entre 50 et 1000C jusqu'à dessi@cation,à la suite de quoi on chauffe progressivement jusqu'à au moins 6000C en une durée de l'ordre de 5 à 15 minutes; de préférence on chauffe pendant environ 10 minutes pour atteindre la température de 7000C. On obtient alors un enduit lubrifiant ayant les caractéristiques requises. tes oxydes employés sont par exemple Cr203, NiO et Mono, tandis que les silicates alcalins précités sont par exemple ceux de sodium, de potassilgm et de lithium. On inclut de la silice dans la composition précitée, sous forme de silicates alcalins et/ou éventuellement sous forme de silice libre, ce qui permet d'obtenir des silicates complexes de manganèse, de sodium, de fer, de nickel et de chrome, a condition de porter la température a erviron 1000-1200 C. Bien entendu l'invention n'est nullement limitée aux modes d'exécution décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits, ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont exécutées selon l'esprit de 1' invention0 R B V B N D I C A T I O N S 1- Enduit lubrifiant pour la protection des aciers, notamment lors de leur déformation, à haute température, sous contrainte mécanique, caractérisé en ce qu'il est à base de ferrites et/ou de spinelles. 2- Enduit lubrifiant suivant la revendication 1 caractérisé en ce que les spinelles précités sont des spinelles de métaux choisis parmi le chrome, le nickel et le manganèse. 3- Enduit lubrifiant suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il contient des silicates complexes. 4- Enduit lubrifiant suivant l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il contient du graphite, de préférence environ 5 Qlo en poids, et/ou du noir de fumée. 5- Procédé de protection des aciers en vue de, ou lors de, leur déformation à haute température, sous contrainte mécanique, caractérisé en ce qu'il consiste à former sur la surface du métal une couche protectrice d'enduit lubrifiant selon l'une quelconque des revendications 1 à 4. 6- Procédé de protection suivant la revendication 5 caractérisé en ce que ladite couche protectrice est obtenue par application, sur la surface de l'acier à protéger, d'une composition à base d'oxydes alcalins et/ou d'oxydes de métaux choisis parmi ceux entrant dans la composition des spinelles, la surface munie de cette composition étant ensuite traitée thermiquement à une température comprise entre environ 600 et 12000C, afin de permettre les combinaisons des oxydes de fer superficiels de l'acier avec les constituants de ladite composition. 7- Procédé de protection suivant l'une des revendications 5 et 6 caractérisé en ce que le traitement thermique précité s'effectue lors du chauffage en vue de la déformation sous contrainte mécanique précitée. 8- Procédé de protection suivant l'une des revendications 5 à 7 caractérisé en ce que ladite composition est constituée par une suspension des oxydes précités. 9- Procédé de protection suivant la revendication 8 caractérisé en ce que la surface munie de la composition précitée est soumise à un préchauffage entre 50 et 1000C jusqu'à dessication, à la suite de quoi la température est portée à au moins 6000C, et de préférence à environ 7000C, en une durée de l'ordre de 5 à 15 minutes, de préférence voisine de 10 minutes. 10 - Procédé de protection suivant l'une des revendications 5 à 9 caractérisé en ce que ladite suspension contient en outre du graphite et/ou du noir de fumée. 11 - Procédé de protection suivant l'une des revendications 5 à 10 caractérisé en ce que ladite suspension contient en outre de la silice et/ou des silicates alcalins. 12 - Procédé de fabrication de l'enduit lubrifiant suivant l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce qu'il consiste à préparer une composition à base d'oxydes alcalins et/ou d'oxydes de métaux choisis parmi ceux entrant dans la composition des spinelles et à traiter ensuite thermiquement celle-ci à une température comprise entre environ 600 et 120000 en présence d'oxydes de fer. 13 - Procédé de fabrication suivant la revendication 12 caractérisé en ce que ladite composition est constituée par une suspension des oxydes précités. 14 - Procédé de fabrication suivant l'une des revendications 11 et 12 caractérisé en ce que ladite suspension contient en outre du graphite et/ou du noir de fumée. 15 - Procédé de fabrication suivant l'une des revendications 11 à 13 caractérisé en ce que ladite suspension contient en outr de la silice et/ou des silicates alcalins. 16 - Produits en acier obtenus selon le procédé des rovendica- tions 5 à 10.