Brevet FR2298605A1 — publié le 19760820

la présente invention concerne un procédé pour le travail à la presse des métaux en utilisant le phénomène de transformation swperplastique. Jusqu'ici, dans le travail à la presse des pièces métalli- ques, par exemple en acier inoxydable, un procédé a été utilisé dune façon générale pour augmenter la vitesse tu travail en effectuant an travail à froid avec un papier de verre placé entre la surface de la matrice et la surface de la pièce à travailler. Cependant, ce travail à froid à la presse d'après la technique antérieure présente souvent des inconvénients.Par exemple, d'après la dimension des grains de sable as papier de verre placé entre la surface de la matrice et la surface de la pièce, il peut apparaître une fissure dans une partie de la pièce, en particulier 9ne partie ayant une courbure plus jipor- tante, ou bien une partie plus épaisse locale peat apparaître et, de plus, il peut se former tes ondulations, une mauvaise fixation te la forme ou d'autres défauts an rapport avec les caractéristiques de résistance à la rupture et de limité Elas- tique. Be plus, avec les procédés classiques de forgeage, une énergie très iMportante est nécessaire et, d'autre part, tes vibrations très importantes produisant du bruit apparaissent pendant le forgeage. Conformément à l'invention, des rechercher expérimentales ont été effectuées relativement au comportement superplastique des matières métalliques et, au cours de ces recherches, il a été découvert qu'en rapport avec l'existence d'un point de transformation dans un diagramme des états d'équilibre des métaux, une matière métallique peut être allongée avec des con traiites faibles, comme des pièces en gluten de blé, sous des conditions particulières. La présente invention est basée sur cette découverte. L'invention a , par suite, pour objet un nouveau procédé pour le travail à la presse d'articles métalliques, permettant d'effectuer le travail à la presse sur une ratière métallique avec des moyens nottement différents de ceux utilisés par les procédés classiques de travail à la presse, et permettant d'effectuer le travail à la presse avec une pression assez faible par rapport à la pression nécessaire avec les procédés habituels de travail à la presse et d'effectuer un forgeage sans bruit avec très peu d'énergie de pression statique quand l'invention est utilisée pour le forgeage0 Selon une caractéristique, l'invention concerne ainsi un procédé pour le travail à la presse d'une matière sétallique, caractérisé en ce que la ratière métallique est soumise à un cycle de teipératures passant par un point de transforiation et est simultanément soumise à une charge mécanique légère, le formage à la presse ayant ainsi lieu quand la natière est à l'état superplastique. Suivant une autre caractéristique l'invention concerne un procédé tel que décrit ci-dessus pour le travail à la presse des matières nétalliques, suivant lequel le cycle des tenpéra- tures présente une allure triangulaire et passe par le point de transformation. Les caractéristiques de l'invention ressortiront plus particulièrement de la description suivante, donnée à titre d'exexple, et faite en référence au dessin annexé, dont la figure unique est une coupe d'un exemple de machine à forger adaptée pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. L'invention est décrite ci-après plus en détail en considérant les exemples suivants de nise en oeuvre pratique du procédé. EXEMPLE 1 Une tôle d'acier inoxydable dune épaisseur d'environ 1,5 mm est utilisée comme matière métallique et cette tôle en acier inoxydable est placée entre un poinçon supérieur et un poinçon inférieur en utilisant le banc d'un tour existant ou le bâti dune presse existante pour exercer une légère charge mécanique sur la tôle d'acier inoxydable au moyen du poinçon supérieur tout en connectant les extrémités opposées de la tôle d'acier inoxydable à des nandrins chauffants. Â ce noient, la charge mécanique exercée sur la tôle acier inoxydable peut être une force par exemple d'environ 1/10 à 1/20 de la limite élastique ou bien la contrainte durable maximale supportée par la tôle d'acier inoxydable, avec des résultats satisfaisants. Du fait que le point de transformation de la tôle d'acier ino oxydable est d'environ 11000C, la limite supérieure de la tem- pérature de chauffage est choisie à 115000 et la limite inférieure de la température de refroidissement est choisie à 1050 C, et un cycle de températures de forte triangulaire est établi en utilisant, en combinaison, un chauffage par induction haute fréquence ou un chauffage direct par passage d'un courant, et un refroidissement en soufflant de l'air sous pression ou un refroidissement équivalent.Plis particulièrement, la tôle d'acier inoxydable est chauffée et refroidie alternativement de façon répétée en utilisant de façon continue trois à cinq cycles (un cycle durant environ 20 secondes) sous la forme de cycles triangulaires des températures avec réglage de la limite supérieure et de la liMite inférieure de chaque cycle à 1150C et à 1050 C, le point de transformation (environ 11000C) de la tôle d'acier inoxydable se trouvant entre ces deux limites. De cette façon, la tôle d'acier inoxydable subit la transformation à l'état superplastique et elle passe à un état semblable à celui du gluten te blé. Si le travail à la presse est effectué quand la tôle est tas cet état, il est possible de travailler ou de ferler une tôle d'acier inoxydable avec une charge méca- nique très faible.Dans le cas d'un acier eutectique, comme son point de transformation (point de transformation Ac1) est d'environ 720 C, le travail est effectué dune façon similaire à celle utilisée pour l'acier inoxydable considéré ci-dessus, mais en choisissant la limite supérieure du chauffage à 850 C et la limite inférieure de refroidissement à 600 C. Un autre exemple d'utilisation du procédé selon l'inven- tion est le forgeage décrit ci-après en considérant la figure unique. 2 La figure unique représente le corps principal 3 d'un marteau-pilon monté par l'intermédiaire d'un ressort 4 sur une fondation 5. A l'intérieur du corps principal 3 est formée une chambre haute pression 1. Une tige axiale Il d'une masse 2 peut coulisser dans une ouverture d'une cloison 12 et la partie d'extrémité 13 de la tige Il est située dans la chambre hante pression 1. Un moule 15 est placé sur le fond 14 du corps principal 3 et un poinçon supérieur 7 est fixé au côté inférieur de la nasse 2. Un poinçon inférieur 8 est placé dans le ioule 15 en face du poinçon supérieur 7, et un piston éjecteur 10 traversant le fond 14 du corps principal 3 traverse le poinçon inférieur 8 pour être actionné par un système de retour au repos 9 comportant des tiges traversant le fond du corps. Le poinçon supérieur 7 et le poinçon inférieur 8 sont connectés respectivement aux bornes d'un dispositif d'alimentation en courant électrique (non représenté), et un dispositif de refroidissement (non représenté) est situé dans le moule 15 au-dessus du niveau de la surface supérieure du poinçon inférieur 8. La pièce 6 utilisée suivant cet exemple est en acier 5541. La pièce 6 est placée sur le poinçon inférieur 8 et la masse 2 est abaissée par l'intermédiaire de la tige de piston Il par du gaz sous pression envoyé dans la chambre haute pression 1 pour établir une charge mécanique sur la piNce 6.Dans ce cas, la charge mécanique appliquée sur la pièce 6 peut etre une contrainte dtenviron 1/10 à 1/20 de la limite élastique de la matière S641 de la pièce pour obtenir des résultats satisfaisants, comme dans le cas de la fig. 1, cette charge pouvant être environ 2 kg/=m2. De plus, un ceurant électrique passe entre le poinçon inférieur 7 et le poinçon supérieur 8 pour chauffer la pièce 6 jusqu'à 8500 C, après quoi le dispositif de refroidissement est mis en marche pour refroidir la pièce 6 à environ 6000C, parce que le point de transformation Ici de l'acier 5541 est 723 C.Par contre, si le point de transformation Âc3 est aussi utilisé, la pièce 6 est chauffée à 950 C. En répétant ce cycle de chauffage et de refroidissement à une fréquence de quatre à cinq cycles par minute, le forgeage à la presse peut avoir lieu. Ensuite, la pièce 6 est éjectée par le piston éjecteur 10 et la masse 2 est ramenée à sa position initiale par le mécanisme de remise au repos 9. Suivant le iode de mise en oeuvre de l'invention décrit ci-dessus, la plage de variation de la température pour un cycle s'étend sur environ 500C à 10000 de part et d'autre du point de transformation et la fréquence des cycles de variation de la température est de trois à cinq cycles par minute. Ces valeurs ont été choisies en tenantcompte de la variation du point de transformation résultant des variations des vitesses de chauffage et de refroisissement ainsi que du temps nécessaire entre le début et la fin de la transformation0 Pour l'utilisation de la présente invention, les conditions pour que le cycle de variation de la température passe par le point de transformation dans le sens croissant et le sens décroissant pour provoquer l'état superplastique, par exemple la plage des températures et la fréquence des cycles, peuvent être choisies à des valeurs appropriées d'après les propriétés et la forme de la matière à travailler. La charge exercée sur la pièce peut être choisie à environ 1/10 à 1/20 de la limite élastique (contrainte durable maximale) de la matière métallique. Le procédé selon l'invention peut ainsi être atilisé pour une matière métallique de n'importe quel type da moment que cette matière a un point de transformation dans le diagrua- me des états d'équilibre du métal, et il peut facilement être mis en oeuvre en prététerainat la température limite supéri- eure te chauffage et la température limite inférieure de refroidissement à 50 C de part et d'autre du point de transformation du métal qui est pris comme température de réf éreice (température centrale) et en plaçant la pièce de ce métal entre un poinçon supérieur et un poinçon inférieur.Avec ce procédé, le formage à la presse peut être effectué sous une charge très faible par comparaison au cas du travail habituel à froid à la presse, et dans certains cas ce formage à la presse peut etre effectué de façon satisfaisante en utilisant seulement le poids de la matière elle-même, sans qu'il soit nécessaire de appliquer une charge mécanique. De plus, ce qui est une distinction très nette par rapport au travail à froid classique, le présent procédé permet d'une façon particulière- ment avantageuse l'absence totale de retour élastique et aussi la réduction considérable du temps nécessaire pour le travail à une valeur comprise entre cinq et huit minutes. Dans le cas du forgeage par le procédé selon l'invention, il est possible d'obtenir un forgeage à la presse sans production de vibrations sonores en utilisant une pression inférieure à celle nécessaire par les procédés antérieurs. Bien entendu, la description qui précède n'est pas limitative, et l'invention peut être mise en oeuvre suivant d'autres variantes, sans que l'on sorte de son cadre. REVENDICATIONS 1.- Procédé pour le travail à la presse des matières métalliques, caractérisé par la soumission de la matière métal- lique â un cycle de température passant par un point de transformation en exerçant simultanément une légère charge mécanique sur la pièce de façon que le formage à la presse ait lieu pendant l'établissement d'un état superplastique. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pièce à former est soumise & une charge de l'ordre de 1/10 à 1/20 de la limite élastique du métal. 3.- Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le cycle de variation de la température s'étend sur 50 C à 200 C du part et d'autre du point de trans formation