Brevet FR2298611A1 — publié le 19760820

La présente intention concerne un procédé pour le traite nuent de durcissement d'une matière métallique en utilisant le phénomène de transformation à l'état super-plastiqueO Jusqu'ici, les traitements thermiques de pièces métalliques ont été effectués de différentes façons pour améliorer la résistance mécanique et la ténacité des métaux, parmi lesquels les aciers. Cependant, la plupart de ces procédés comportent le traitement thermique à une température élevée maintenue pendant une longue durée pour disperser et séparer les substances inter stitielles non métalliques telles que les carbures. La présente invention a pour objet un nouveau procédé pour le traitement de durcissement des matières métalliques, ce procédé-étant basé sur un principe nettement différent de ceux utilisés par les techniques antérieures par lequel la durée du traitement est considérablement réduite et par lequel il est possible de réduire largenent le prix de revient du traitement. La Deianderesse a procédé à des recherches expérimentales poussées sur une transformation à l'étant super-plastique de l'acier doux, et pendant ces recherches il a été constaté un sicro-affinage extr8ae des grains descristaux dans la matière ayant été soumise à ce phénomène de transforma- tion super-plastique, cette transformation à l'état superplastique améliorant considérablement les caractéristiques mé- caniques de l'acier doux avant le traitement0 La présente in vention est basée sur cette découverte. la présente invention concerne ainsi un procédé pour le traitement de durcissement d'une matière métallique, caractérisé par la soumission de la matière métallique à un traitement de transformation à l'état super-plastique en soumettant cette matière à une charge mécanique et à un cycle de température d'allure triangulaire passant par un point de transformation0 Les caractéristiques de l'invention ressortiront plus particulièrement de la description suivante, donnée à titre d'exemple. La caractéristique essentielle de ltinvention consiste en l'utilisation du phénomène de transformation à l'état superplastique des matières métalliques. Par suite, pour l'utilisa- tion du procédé selon l'invention ,des moyens de chauffage et des moyens de refroidissement sont nécessaires pour provoquer le cycle triangulaire de/empérature considéré ci-dessus ainsi que l'application d'une charge mécanique sur la matière métal-lique.Le chauffage peut être effectué, par exemple, par chauffage par induction haute fréquence ou par chauffage direct par passage d'un courant à travers l'article, le refroidissement peut être obtenu, par exemple, par soufflage d'air sous pres eon, et l'application de la charge mécanique peut être obtenue par n'importe quel moyen permettant de fixer fermement une extrémité d'une pièce métallique et d'appliquer une contrainte de cisaillement à l'autre extrémité de la pièce. Par exemple, le banc d'un tour classique ou n'importe quel dispositif équivalent peut être utilisé d'une façon satisfaisante dans ce but. La contrainte de cisaillement peut être choisie approximativement dans la plage de 1/10 à 1/20 de la limite élastique (la contrain- te durable maximale) d'après la matière métallique traitée. De cette façon, la pièce métallique est soumise à une contrainte de cisaillement en étant en même temps soumise à un cycle de variation triangulaire de température passant par le point de transformation du métal pour provoquer une transformation à l'état super-plastique. Il en résulte un micro-affinage extrême des grains cristallins et, simultanément, une égalisation de la structure métallurgique. De ce fait, il est possible d'obtenir une amélioration substantielle des caractéristiques de la matière, par exemple d'environ 50% pour la résis t ance mécanique et d'environ 20% pour la ténacité.L'effet du traitement ntest pas limité à ces caractéristiques, et ce traitement améliore les caractéristiques de résistance à la corrosion résultant du micro-affinage des grains des cristaux0 En ce qui concerne la durée du traitement, cette durée est considérablement réduite selon l'invention, de sorte qutune durée de traitement de seulement 30 secondes environ suffit et, par suite, le prix de revient peut être largement réduits Bien entendu, le procédé selon l'invention peut être utilisé-non seulement pour les aciers, mais aussi pour d'autres métaux et alliages, et il permet une amélioration de la résistance et de la ténacité des différents organes dcune machine L'invention est décrite plus particulièrement ci-après en considérant un mode de mise en oeuvre préféré suivant lequel les essais ont été effectués dans le cas d'un acier doux. Une éprouvette en acier doux (su41) a été montée sur un banc de teur de façon qu'une extrémité soit fixée fermement et que l'autre extrémité soit soumise à une contrainte de cisaillement. Cette éprouvette a été ensuite soumise à une contrainte de cisaillement tout en étant soumise à un cycle triangulaire de température de la façon indiquée en (a) ou (b) ci-après. (a) dans les cas d'utilisation d'un point de transformation Ac1 (7230C) la limite supérieure réglée à 8500C et la limite inférieure à 600 C. (b) dans le cas d'utilisation du point de transformation ainsi que du point de transformation Ac3 (850 C) la limite supérieure est réglée à 950 C et la limite inférieure à 600 C. En choisissant une durée de cycle d'environ 20 secondes, le chauffage et le refroidissement ont été répétés pendant trois cycles et la contrainte au cisaillement a été choisie égale ou inférieure à 3 Le tableau I ci-après donne la comparaison des résistances et des ténacités avant le traitement et après le traitement. TABLEAU I Avant traitement Après traitement Limite élastique supérieure 25,63 58,16 Résistance maximale à la traction 43,08 70,71 (kg/mm) Allongement (%) 24,18 25,12 contraction (%) 56,20 69,40 Charge à la rupture intrinsèque (Kg/mm) 102,50 135,70 Les résultats ci-dessus concernent un acier doux. Les résultats d'essai sont donnés par la tableau II ciaprès pour de l'acier inoxydable 18-8 en utilisant un point de transformation (110000) et trois cycles de variation de la température (durée d'un cycle 20 secondes), avec une limite supérieure de 11500C et une limite inférieure de 105000 pour une pièce soumise à différentes contraintes de cissaillement de 1, 2 et 3 kg/mm. TABLEAU II Avant traitement Après traitement Contrainte appliquée (kg/mm) - 1,0 - 2,0- 3,0 Résistence à la traction 61,28 65,21- 66,93-70,14 (kg/mm) charge à la rupture 173,41 184,34-183,31 intrinsèque (kg/mm) 193,83 Allongement (%) 64,5 65,5 - 65,0- 64,5 Contraction (%) 73,83 77,40- 75,45 75,60 Pour les essais décrits ci-dessus la limite supérieure et la limite inférieure de la plage des températures du cycle de variations de la température ont été choisies à 1200C de part et d'autre du point de transformation dans le cas de l'acier doux et à 500C de part et d'autre du point de transformation dans le cas de l'acier inoxydable 18-8, et la fréquence des cycles de variations de la température a été de trois cycles par minute. Ces valeurs particulières ont été choisies en considérant la variation-- du point de transformation résultant du changement des vitesses de chauffage et de refroidissement ainsi que du temps nécessaire entre le début et la fin de la transfor nation Pour utiliser la présente invention, les conditions pour le cycle de variation de la température passant par le point de transformation dans le sens croissant et le sent décroissant pour provoquer l'état super-plastique, par exemple la plage des températures et la fréquence des cycles, peuvent être choisies à des valeurs appropriées d'après les caractéristiques et la forme des pièces à traiter La contrainte exercée sur la matière métallique doit être choisie d'environ 1/10 à 1/20 de la limite élastique (contrainte durable maximale) du métal et l'écart de température peut être de 50 à 200 C de part et d'au tre du point de transformation. En ce qui concerne d'autres métaux et alliages, de nom- breux autres iodes de mise en oeuvre de l'invention peuvent être utilisés. Par exemple, dans le cas d'utilisation du procédé selon l'invention pour du Duralumin ayant une résistance à la traction d'environ 30 kg/mm2, la résistance à la traction peut être améliorée comme dans les cas considérés ci-dessus, jusqu'à celle d'un super-Duralumin ayant une résistance à la traction d'environ 40 kg/mm ou même jusqu'à celle d'un super-Duralumin ayant une résistance à la traction d'environ 50 kg/mm2. De plus, ni le procédé selon l'invention est utilisé pour ces deux dermières matières les qualité du super-Duralumin peut être élevée à celle du super-Duralumin supérieur et la qualité du super-Duralumin supérieur peut être élevée à celle d'une matière ayant une résistance à la traction encore supérieure. De plia, si le procédé selon l'invention est utilisé pour un acier à résistance élevée de 50 kg/mm, la qualité de cet acier sera augmentée jusqu'à celle d'un acier supérieur de grande résistance de la classe des aciers à 80 hk/mm et même de la classe à 100 kg/mm. ainsi qu'il ressort de la description ci-dessus, la base de l'invention est l'utilisation du phénomène d'état super- plastiques des matières métalliques et, conformément à l'invention, 'a résistance et la ténacité de la matière métallique peuvent être améliorées das un temps de traitement extrêmement court pour lequel aucun traitement classique ne peut être complet. L'invention apporte ainsi des avantages remarquables pour l'in dustrie métallurgique. Bien entendu, la description qui précède n'est pas limi stative et l'invention peut être mise en oeuvre suivant d'autres variantes, sans que l'on sorte de son cadre. REVENDICATIONS 1.- Procédé de traitement de durcissement d'une matière métallique, caractérisé par la soumission de la matière métallique d Un traitement de transformation à l'état super-plast:'que en appliquant sur cette matière une charge mécanique et en la soumettant à un cycle de température d'allure triangulaire 7 passant par un point de transformation. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la charge mécanique est de 1/10 à 1/20 de la limite élastique de la matière. 3.- Procédé selon l'une des revendications i et 2, caractérisé par le fait que le cycle de température s'étend de 500C à 2000C de part et d'autre du point de transformation0