Brevet FR2161793A1 — publié le 19730713

Cette invention se rapporte aux rivets et concerne plus particulièrement un procédé de production de rivets comportant une tige à résistance ultra-élevée et une partie formant queue relativement tendre et ductile, de façon à pouvoir autre matée lors de l'installation du rivet sur le chantier sans subir de fissuration. Les caractéristiques de performance de plus en plus grande des engins de navigation aérienne modernes animés de vitesses élevées ainsi que des missiles et des véhicules spatiaux ont accentué la nécessité de disposer dans cette technique d'organes de fixation dotés d'une résistance élevéd et n'ayant qu'un faible poids, notam- ment quand il s'agit de rivets. Etant donné que les engins modernes en question qui se déplacent à de grandes vitesses exigent plus d'un million d'organes de fixation tels que rivets séparés, le problême de la production d'organes de fixation à résistance élevée capables de faire face aux exigences pratiques au point de vue rigidité et résistance et le problème associé au précédent du maintien d'un poids aussi faible que possible dans la constitution du bâti de l'engin en vue d'augmenter l'aptitude de transport de la charge de cet engin, se posent de façon de plus en plus aiguë. Au cogrs des dernières années, la nécessité d'obtention de matières de faible poids et ayant une grande résistance utilisables pour la constitution de ces organes de fixation s'est traduite par des progrès métallurgiques qui ont permis de produire un certain nombre alliages exotiques de faible poids et de grande résistance convenant particulièrement bien aux applications envisagées ici. À l'heure actuelle, le titane et les alliages de titane sont les principaux alliages utilisés dans les situations critiques quand une résistance élevée associée à un faible poids est nécessaire, par exemple dans la construction des engins de navigation aérienne se déplaçant à grande vitesse et des bâtis des missiles et dans la production des organes de fixation utilisés à cet effet0 A l'heure actuelle, les alliages de titane les plus complexes utilisés pour la constitution des organes de fixation tels que les rivets ou les boulons enserrables offrent une résistance au cisaillement représentant approximativement 6300 kg/cm2 pour ce qui est de la tige du rivet.Il est bien entendu désirable de produire des rivets qui possèdent une résistance au cisaillement beaucoup plus élevée dans leur partie formant tige, mais jusqu'à présent, la technologie métallurgique n'a pas donné naissance à des alliages de faible poids convenables qui puissent faire face aux caractéristiques de résistance au cisaillement les plus élevées et qui soient encore capables de subir un effort d'enserrage. Certains des alliages du type employé pour la production des rivets de faible poids et de résistance élevée peuvent etre travaillés à froid pour augmenter leur dureté et pour élever conjointement la résistance au cisaillement qui est la caractéristique de réponse de l'alliage. Toutefois, cette augmentation de la dureté diminue en meme temps la ductilité et accrort la fragilité ou risque de cassure de l'alliage de sorte que quand la queue du rivet est enserrée pour parachever la pose nécessaire à la fixation, le rivet se fissure, et par conséquent affaiblit l'intégriX structu- rale du joint mécanique ainsi réalisé. Ainsi, jusqu'à présent, ces rivets n'ont pas été travaillés à froid pour augmenter leurs caractéristiques de rendement au point de vue résistance au cisaillement. Dans ces conditions, un but de la présente invention est de fournir à la technique intéressée un procédé de production de rivets qui possèdent une résistance au cisaillement dans leurs parties formant tiges dépassant 6300 kg/cm2. Un autre but de l'invention est de créer un procédé de production de rivets dotés d'une résistance ultra-élevée par utilisation des alliages disponibles à l'heure actuelle. Un autre but encore de l'invention est de permettre la production de pareils rivets à résistance ultra-élevée par utilisation d'une technique de fabrication commercialement praticable. Un autre but encore de l'invention est de fournir à la technique intéressée un procédé de production dtun rivet à résistance élevée dans lequel une partie de la tige du rivet est dure, tandis que sa queue est relativement tendre de façon à demeurer ductile en vue de lui permettre d'etre enserrée dans les installations sans subir de fissuration. Conformément à un mode de réalisation préféré du procédé qui fait l'objet de la présente invention, une ébauche de rivet uniformément tendre constituée par un matériau mécaniquement travaillable est placée dans une matrice d'extrusion. Une partie de cette ébauche est dimensionnée de manière à prendre appui librement dans la matrice tandis que le reste de l'ébauche mesure un diamètre plus grand que le diamètre du perçage ou alésage de réception de la matrice, de telle sorte qu'elle est empêchée de se déplacer dans celle-ci. Une partie sélectée de cette ébauche est travaillée à froid en refoulant sa partie de plus grand diamètre dans la matrice en réduisant ainsi le diamètre de cette partie de l'ébauche à la valeur du diamètre de l'alésage de la matrice et par voie de conséquence le travail à froid de cette partie sélectée de l'ébauche pour durcir le matériau. L'ébauche est dégagée de la matrice, soumise à un durcissement par vieillissement grâce à un traitement thermique, puis usinée pour prendre sa forme de rivet définitive. Ainsi, la tête et la majeure partie de la tige du rivet sont sélectivement travaillées à froid afin d'augmenter la résistance du matériau, tandis qu'un segment de l'ébauche qui a été initialement adapté librement dans la matrice n'est pas travaillé à froid et demeure relativement tendre et ductile. Ainsi, cette partie ductile formant la queue du rivet peut être aisément matée au moment de la pose du rivet dans l'installation destinée à le recevoir, afin de constituer un joint rivé dans lequel la queue du rivet ne risque pas de se fissurer quand elle est serrée. Ces buts et d'autres encore ainsi que les avantages de l'invention découlent de la suite de cette description qui se lit en regard du dessin schématique annexé dans lequel : La fig. 1 est une vue en élévation de l'ébauche initiale du rivet. La fig. 2 est une vue "éclatée" partiellement en coupe montrant la matrice et l'ébauche initiale du rivet. La fig. 3 est une vue en élévation de l'ébauche du rivet après qu'elle a été dégagée de la matrice. La fig. 4 est une vue en élévation montrant la forme finale du rivet. La fig. 5 est une vue en coupe partielle d'un rivet tel qu'il est posé pour constituer un joint mécanique. Alors que la présente invention s'applique particulièrement bien aux matériaux de faible poids et de grande résistance utilisés dans la technique des engins de navigation aérienne ou aérospatiaux, il doit être entendu qu'elle est également applicable avec n'importe queimatériau qui puisse autre "travaillé mécaniquement". Tel qu'il en est question ici, un matériau mécaniquement travaillé est un matériau appartenant à la catégorie qui possède des propriétés de haute résistance soit par suite de la combinaison dtun travail mécanique et d'un traitement thermique, soit par un travail mécanique seul. Comme représenté dans le dessin et en particulier dans la fig.1, 11 ébauche de rivet 10 est représentée comme présentant une configuration initiale comprenant une partie cylindrique 12 formant tige et une partie cylindrique 14 faisant corps avec la précédente et formant tête mesurant un diamètre supérieur à celui de la tige 1-2. La matière constitutive de cette ébauche de rivet peut être n'importe quel métal ou alliage métallique se prêtant à un travail mécanique c'est-à-dire considérablement renforcé par un travail à froid. Ainsi par exemple, l'acier A 286, l'acier inoxydable 18-8, le K-Monel et le Monel, l'Inconel 718 et l'Inconel X, le Wastalloy, l'Udimet 500, le N-155, le Hastelloy, le Rene 41, le Discalloy, le N-252, le L-105, le AL-7075 et les alliages à base de nickel et de cobalt tels que ceux qui sont décrits dans le brevet des Etats Unis d'Amérique NO 3.356.542 et qui sont vendus par la Société Latrobe Steel Co. sous l'appellation commerciale nNultiphase" peuvent trouver leur emploi ici. L'ébauche 10 du rivet selon son état initial uniformément tendre, c'est-à-dire 90 quand on utilise l'alliage dit "MultiphaseU est placée dans une matrice d'extrusion 16 (Fig.2) comprenant un orifice 18 de réception de l'ébauche du rivet présentant un perçage 20 mesurant un diamètre permettant de loger la texte du rivet 10 et une partie tronconique 22 qui réduit le diamètre interne de l'ori- fice 18 à un alésage 24 de réception de la tige du rivet mesurant un diamètre légèrement supérieur à celui de la tige 12 de l'ébauche du rivet. De préférence, le segment tronconique présente un angle inclus de 1000 pour coïncider avec le trou standard fraisé en contredépouille utilisé dans une installation de fixation par rivets.Une fois que l'ébauche du rivet prend appui dans la matrice 16, un bélier 25 possédant une tête 27 venant en contact avec l'ébauche du rivet et ayant approximativement un diamètre égal au plus grand alésage 20 de la matrice 16 est actionné de manière à venir en contact avec la tête 14 dans la matrice et à refouler l'ébauche 10 dans la cavité de cette matrice. Tandis que l'ébauche du rivet 10 est refoulée dans la matrice par le bélier 25, une partie de la matière constitutive de la tête 14 de l'ébauche du rivet est extrudée et flue dans la partie tronconique 22 et 11 alésage 24 de la matrice. L'extrusion de la partie sélectée de l'ébauche se traduit par une réduction de diamètre d'une certaine partie de l'ébauche de rivet et augmente notablement la dureté de la partie de l'ébauche qui a été réduite. L'ébauche est ensuite dégagée de la matrice 16, par exemple en l'extrayant à l'aide d'un poinçon hors de l'extrémité de plus grand diamètre de la matrice et présente désormais la configuration visible en 10' dans la fig. 3 dans laquelle la partie originelle 12 de la tige conserve sa forme initiale puisque cette partie de l'ébau- che 10' n'a pas été soumise au travail à froid, mais a simplement été placée dans l'alésage 24 de la matrice 16 quand le bélier a été actionné. A noter ici qu'un léger degré de travail à froid de la tige 12 du rivet en est la conséquence par suite de l'impact soutenu quand l'ébauche est dégagée notamment par un poinçon de la matrice, mais que ce travail à froid est sans importance et ne détruit pas les propriétés de ductilité de la partie 12 formant la tige du rivet. Immédiatement au-dessus de la partie de tige tendre 12 du rivet se trouve un segment cylindrique 26 légèrement plus gros. Ce segment constitue la partie qui a été notablement durcie par le travail en raison du travail à froid faisant suite au processus d'extrusion. La partie 26 de la queue du rivet a un diamètre légèrement supérieur à la partie 12 car ce segment de l'ébauche a été façonné par suite de l'extrusion du segment 10 et a été réduit de diamètre à une dimension à peu près égale au diamètre de l'alésage 24 de la matrice. Au-dessus du segment 26 se trouve une partie tronconique 28 de forme correspondant à la partie tronconique 22 de la matrice 16. Le reste de la tête 142 tandis qu'elle est soumise à un degré limité de travail à froid par suite de l'impact de matage du bélier, conserve presque la mollesse originelle de l'ébauche initiale et se dilate légèrement par suite d'une expansion de la partie de tête 14 à l'intérieur de l'alésage de la matrice 16. Quand elle est constituée par certains matériaux tels que l'alliage dit "Multiphasenwl'ébauche 10' du rivet peut autre soumise à un cycle de durcissement par vieillissement afin d'augmenter la dureté des parties travaillées et de diminuer les concentrations d'effort interne sur l'ébauche. Un cycle de traitement thermique de 4 heures à une température de 650au se révèle comme étant efficace quand il s'agit de rivets constitués par l'alliage dit "Multiphase". Toutefois, la combinaison temps-température du cycle de traitement thermique peut varier suivant le degré de durcissement par le tra vais. L'ébauche est alors usinée pour prendre la forme définitive du rivet comme représenté par 10" dans la fig. 4 afin de réaliser une configuration correspondant aux dimensions désirées qu'on veut donner au rivet en définitive. Le rivet 10" possède une partie formant tige de diamètre uniforme et peut comporter une tête 32 en forme de dame, Cette tête supprime les risques de fissuration pendant la pose du rivet.La partie 30 formant tige comprend une partie 12" se prêtant au serrage possédant des propriétés physiques relativement tendres de façon à être plus ductile, une partie intermédiaire 26' qui, par suite de l'opération de travail à froid exécutée dans la matrice 16 et du traitement thermique de durcissement par vieillissement, s'il est exécuté, possède une dureté nettement plus grande, de sorte qu'elle est moins ductile et comporte une partie tronconique 28' formant tête apte à s'appuyer dans un trou de réception fraisé en dépouille de l'organe structural dans lequel le rivet est installé. La partie 28' formant taste est plus dure que la partie de queue 12" qui est tendre et moins dure que la partie 26' de la tige 30 du rivet. Quand le rivet est mis en place, par exemple pour la fixation ou la réunion de pièces de construction 40 et 42 (Fig, 5), la partie 26' formant tige qui est dure est placée dans un trou récepteur 44 d'une des pièces de construction se faisant face présentant une partie en dépouille 46 capable de recevoir la partie 28' formant tête. La partie durcie 26' de la tige du rivet est alors disposée dans le trou 44 de la pièce 40 et dans le trou aligné 48 de la pièce 42.Ainsi, la partie durcie à grande résistance au cisaillement de la tige du rivet est placée entre l'interface des deux pièces réunies, la queue plus ductile et se prêtant plus facilement au serrage s'étendant au delà de la pièce 424 Le rivet est alors enserré, suivant la pratique commune, et comme la partie 12" formant queue est relativement tendre, cette queue est travaillée à froid touen étant disposée de manière à former la queue de serrage 12"' du rivet. Comme la partie formant la queue du rivet est tendre et ductile, le matage par enserrage ne provoque pas de fissuration. De plus, le travail de serrage durcit la queue du rivet ainsi d'ailleurs que sa tête, de telle sorte quta- près que le rivet a été installé, ce rivet comprend une tête durcie et une partie formant queue. A titre illustratif, dans l'hypothèse d'un alliage du type wMultiphasen, l'ébauche initiale 10 du rivet possède une dureté uniforme représentant approximativement R3 90. Après le processus d'extrusion, la partie durcie 26 formant tige possède une dureté comprise dans la gamme de R c 40-60 et de préférence R c 49, Après le durcissement par vieillissement, la partie 26 formant tige possède une dureté comprise entre Rc 44 et Rc 64, et égale de préférence i R0 53.Le léger travail à froid imprimé à la partie 12 par suite de la force qui est nécessaire pour dégager l'ébauche de la matrice augmente la dureté de ce segment de l'ébauche jusqu'à une valeur approximativement égale à R0 20. Il y a également une étroite zone de transition entre les parties 12 et 26 à l'endroit où la dureté augmente de Rc 20 à R0 53. Des rivets mesurant dans leur partie formant tige un diamètre nominal égal à 6,25 a,. préparés conformément à l'invention par utilisation d'un alliage du type ZMultiphase" conviennent à une installation MP 35 N. Ces rivets sont posés dans d'épaisses tales mesurant 3,75 me du produit métallurgique recuit connu sous le nom de T.I. 6Â1-4V et ont été éprouvés en vue d'essayer leur résistance au cisaillement, ce qui a permis de constater que tous les rivets essayés possédaient des résistances au cisaillement dépassant 10.500 kg/cD2. On voit également que grâce à l'application du procédé tel que le prévoit l'invention, un rivet peut autre produit qui possède une partie dure formant tige et ayant une grande résistance et une partie formant queue plus tendre et ductile. La tige du rivet peut résister à des contraintes de cisaillement dépassant 10.500 kg/cm2, tandis que sa queue peut autre aisément enserrée dans des intallations sans subir de fissuration puisqu'elle est tendre et ductile. Les modalités de mise en oeuvre du procédé peuvent être modifiées, sans s'écarter de l'invention, dans le domaine des équivalences techniques. REVENDICATIONS 1.- Procédé de production de rivets à résistance ultra-élevée, caractérisé en ce que : a) on prépare une ébauche d'un seul tenant constituée par une matière uniformément tendre possédant la propriété de pouvoir autre travaillée mécaniquement, cette ébauche comportant une tige cylindrique et une tête de diamètre supérieur à celle de cette tige; b) on place cette ébauche dans la cavité d'une matrice d'extrusion, cette cavité étant dimensionnée de telle sorte que la partie formant la tige de ébauche puisse se déplacer à travers cette cavité sans être soumise à une déformation plastique et à un durcissement par le travail tandis que la partie formant tête est soustraite à un mouvement libre à l'intérieur de la matrice;; c) on applique une force à l'ébauche logée dans la matrice, afin de refouler davantage une partie de sa tête dans la cavité de cette matrice afin d'obliger cette partie de la matière constitutive de la texte à fluer dans la cavité de la matrice, puis on la travaille à froid sélectivement de manière à durcir cette partie de l'ébauche et à augmenter sa dureté et sa résistance tout en maintenant à la partie formant tige son état initial uniformément tendre. 2.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la matière utilisée est sélectée dans le groupe comprenant l'acier Â-286, l'acier inoxydable 18-8, inconel 718, l'Inconel I, le Waspalloy, l'Udimet 500, le N-155, le Rastelloy, le Rene 41, le Discalloy, le N-252, le L-605 et le 2'Multiphasel'. 3.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la matière employée est du "Multiphaserl. 4.- Procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce qu'on durcit par vieillissement l'ébauche après qu'elle a été dégagée de la matrice d'extrusion, afin d'augme::iter la dureté et la résistance mécanique de la partie durcie par le travail. 5.- Procédé suivant la revendication 4, caractérisé en ce que le durcissement par vieillissement est effectué par un traitement thermique de l'ébauche poursuivi pendant quatre heures à une température approximative de 6500 C. 6.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on usine l'ébauche pour qu'elle prenne la forme qu'on veut donner en définitive au rivet. 7.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la cavité de la matrice comprend une première partie, une seconde partie et une troisième partie cylindrique qui communiquent les unes avec les autres, la première partie étant dimensionnée pour loger la tête de l'ébauche du rivet, la troisième partie ayant un diamètre lui permettant de loger la tige de l'ébauche, la seconde partie faisant communiquer la première et la troisième parties afin d'assurer une réduction de cette cavité depuis la première Jusqu'à la troisième parties de la matrice.