Brevet FR2145405A1 — publié le 19730223

La présente invention se rapporte à un procédé de traitement de parties en métaux ferreux. I1 est bien connu dans la technique de traiter des parties en métaux ferreux par grenaillage des parties carburées afin d augmenter leur durée d'utilisation dans des conditions de fatigue. I1 est, en outre, bien connu de phosphater les parties carburées grenaillées pour fournir une surface qui retiendra un lubrifiant et autrement qui les aidera à résister à l'usure.L'étape de phosphatation consiste à traiter en surface les parties métalliques avec une solution d'acide phosphorique, ou une solution de carbonate de manganèse-acide phosphorique, de préférence en immergeant ces parties dans la solution. I1 est également connu de traiter des parties métalliques en employant la carburation de la surface d'une partie métallique, le travail mécanique de sa surface et puis la phosphatation de cette surface, tel que décrit plus particulièrement, par exemple, dans le brevet américain nO 2.476.345 qui souligne les étapes de traitement dans l'ordre indiqué ci-dessus. On a trouvé qu'un procédé amélioré de traitement de parties carburées consiste à soumettre les parties au procédé de phosphatation après le procédé de carburation et puis, comme étape finale, de travailler à froid la surface de la partie par grenaillage. Par ce procédé, on a trouvé que la durée d'utilisation des parties était matériellement augmentée. La phosphatation après la carburation retire des parties de la surface et les oxydes proches de la surface produits par le procédé de carburation et retire également certaines zones soumises à des tensions indésirables restées à la surface de la partie. Le travail à froid de la partie, après le procédé de phosphatation, améliore dans une certaine mesure la durée d'utilisation dans les conditions de fatigue de la partie, par opposition au procédé connu de grenaillage avant la phosphatation. On a en outre trouvé qu en utilisant le présent procédé amélioré consistant à avoir le grenaillage qui suit l'étape de phosphatation, une partie du revêtement appliqué dans le procédé de phosphatation demeure après le grenaillage, si bien que les avantages normaux de la phosphatation sont encore réalisés. Dans la fabrication de parties en métaux ferreux adaptés pour porter une charge, comme par exemple des engrenages et des transmissions, il est bien connu de suivre les étapes de carburation pour fournir une surface cémentée adaptée à avoir une bonne résistance à l'usure, de réaliser le grenaillage de la surface pour travailler à froid cette surface et pour produire une tension souhaitable sur cette surface et de phosphater la surface pour fournir un revêtement convenant pour résister à l'usure de la partie. Selon la présente invention, un procédé de traitement d'une partie ferreuse pour augmenter sensiblement sa durée d'utilisation consiste à réaliser les opérations suivantes consécutivement (1) à cémenter la surface extérieure de la partie par carburation, (2) à phosphater la partie et (3) à soumettre la surface de la partie à des tensions par un travail à froid de sa surface extérieure. Les caractéristiques formées dans les parties fabriquées dans le procédé amélioré de la présente invention peuvent être vues par exemple, dans le tableau I qui indique l'expérimentation réalisée sur les engrenages à faible vitesse pour une transmission à trois vitesses fabriquée en acier dit SAE 4027. I1 y avait quatre échantillons dans chaque groupe testé et chacun des échantillons a été carburé dans un four à gaz de carburation en continu, pour former une profondeur de cémentation de 0,89 mm-l,l mm, tel que mesuré au diamètre primitif de la dent d'engrenage, et trempé à l'huile pour fournir une dureté en surface de 58 minimum, mesurée à l'échel- le Rockwell, après recuit entre 177"C et 1900C.Dans les quatre tests réalisés dans les groupes A et B, les parties ont été grenaillées sur une unité mécanique de grenaillage du type turbine, en utilisant une grenaille en acier trempé dit SAE 250, pendant la même longueur de temps. Après le grenaillage, les echantillons dans le groupe A ont reçu alors un traitement au phosphate pour former un fini en phosphate de fer-manganèse, produisant un revêtement cristallin fin, noir, d'une épaisseur de 0,0076 mm-O,O10 mm. Le traitement au phosphate utilisait une solution-contenant 35 ffi de phosphate diacide de manganèse renfermant de l'acide nitrique comme accélérateur en quantité s'élevant à 2 % et de l'acide phosphorique en quantité pour maintenir les composants en solution, le complément étant de l'eau. Les traitements de grenaillage et de phosphatation des échantillons dans le groupe B ont été réalisés, tel qu'indiqué ci-dessus, sauf que le grenaillage a été réalisé après le traitement de phosphatation, selon le procédé de la présente invention. Les engrenages ont été essayés avec des engrenages correspondants, sous une charge de 117,8 kg à 2500 tours/m. TABLEAU I Groupe Durée d'utilisation moyenne A 9,3 heures B 19,0 heures Selon ce qui précède, les parties ont été mises en fonctionnement jusqu'à ce qu'elles ne soient plus convenables à un point tel que le bruit soit critiquable au point de considérer les engrenages comme ne convenant pas à l'utilisation. En résumant les résultats indiqués ci-dessus, on peut voir que, dans les échantillons du groupe A dans lequel le procédé connu de grenaillage suivi du traitement au phosphate a été utilisé, la durée d'utilisation moyenne des parties était approximativement 9,5 h. Dans les échantillons du groupe B, la durée d'utilisation moyenne était 19 h. en suivant le procédé amélioré. Toutes les parties utilisées dans le test indiqué ci-dessus provenaient de la même chaude d'acier, elles ont été forgées, usinées, carburées et grenaillées en même temps. Les caractéristiques des parties fabriquées selon le procédé perfectionné de la présente invention sont mieux indiquées par des tests sur des échantillons de barreau en acier dit SAE 8620. Les barreaux avaient une dimension d'approximativement 10,2 cm x 11,3 mm x 11,5 mm. Les tests réalisés étaient des tests de résistance à la fatigue, dans lesquels le barreau a été supporté à chaque extrémité sur des centres séparés par 9,52 mm et une charge appliquée au centre du barreau qui provoquait une tension de flexion maxima de 13.720 kg7cm2à une fréquence de 10.000 cycles/mn. Dans les tests indiqués dans le tableau II ci-dessous, se composant des groupes A, B, C, il y avait 20 barreaux d'échantillons dans chaque groupe. TABLEAU II II I o o o a, O II 0 1 0 0 t H n n > td t H Il > rli O H Rc Rayons X tension O U -f O 0 0 0 c- cu co ua F9 rC\ \O A Carburé, 62,0 H H E F t n mo Carburé, cu ri o z S 4 4 n kM;;f 61,2 F CO grenaillé C g H (Q CO SD S 02 2 S o n H CC, Xss o z C, wo x, \ o F CCk 02 b0 4o E so X o , [ z t, o ~ g' C C N MO N 02 0 O Q A X p n t H O O (O &commat; ClJ H Ln Eq E t) $ co F co l l o ox s x, CO g O CM 04 h = n n n so p O S (M t O F z X W H H Q ~ ç \0 MO gl sO sÔv s0s0 SD H E so ri so r1 t d 40D z H z U z z S H H n PU n s h hO C ) & lt; VPs bD acInols m Tel que présenté sur le tableau II, des parties du groupe A ont reçu seulement un traitement de carburation et de grenaillage. Les parties du groupe B ont reçu (1) une carburation, (2), le grenaillage et ()) un traitement de phosphatation selon le procédé connu de traitement des parties en métaux ferreux. Les parties du groupe C ont été fabriquées par le procédé amélioré, c' est-à-di- re (1) carburation, (2) phosphatation et (3) grenaillage pour soumettre les surfaces des parties à la tension par un travail à froid de leurs surfaces extérieures.Le tableau indiqué ci-dessus montre bien que la durée d'utilisation dite 10 des parties, après le procédé amélioré tel que bien indiqué par le groupe C, était 16.800 cycles par rapport aux échantillons du groupe B fabriqués par le procédé connu de la technique antérieure, donnant 14.200 cyc]s. La durée d'utilisation dite Blo est un terme technique qui se réfère au nombre de cycles pour lesquels 10 % des parties se sont rompues. Le tableau indique, en outre, que la durée d'utilisation dite B50 des parties traitées par le procédé de la présente invention était 45.100 cycles par rapport à 34.400 cycles pour le procédé de la technique antérieure présenté dans le groupe B, la durée d'utilisation dite B50 étant le point pour lequel la moitié des parties dans le test se sont rompues. Comme cela apparaîtra, d'autres formes de travail à froid, comme par exemple le laminage, peuvent être utilisées plutôt que le grenaillage dans le procédé de la présente invention. D'après ce qui précède, il apparaîtra que la présente invention améliore de manière importante la durée d'utilisation dans les conditions de fatigue de parties en métaux ferreux, contrairement à ce qutespèrerait une personne ordinairement expérimentée dans la technique. L'appréciation de certaines des valeurs de mesures indiquées ci-dessus doit tenir compte du fait qu'elles proviennent de la conversion d'unités anglo-saxonnes en unités métriques. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparattront à l'homme de l'art. REVENDICATIONS 1 - Procédé de traitement d'une partie en métal ferreux pour augmenter sensiblement la durée d'utilisation utile, caractérisé en ce qu'il consiste (1) à cémenter la surface extérieure de la partie par carburation, (2) à phosphater la partie et (3) à soumettre la surface de la partie à des tensions par un travail à froid de sa surface extérieure. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape de travail à froid consiste à travailler mécaniquement la surface par grenaillage. 5 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape de phosphatation consiste à mettre en contact la partie en la plongeant dans un bain d'acide phosphorique. 4 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la solution de phosphatation comprend du phosphate diacide de manganèse, de l'acide nitrique et de l'acide phosphorique. 5 - A titre de produits industriels nouveaux, parties métaux ferreux traitées selon le procédé de l'une quelconque des revendications 1 à 4.