Brevet FR2352160A1 — publié le 19771216

La présente invention due à la collaboration de Monsieur Jean DELIRY se rapporte aux pièces mécaniques de tenue à l'usure et de frottement, pour moteur à combustion interne et en particulier aux poussoirs de culbuteur, aux poussoirs de soupape et aux poussoirs-culbuteurs pour moteurs d'automobile. Les poussoirs de moteurs d'automobile sont soumis, dans une zone dénommée "plateau" ou "patin" suivant la pièce, au frottement d'une came sous une forte pression. La réalisation de ces poussoirs nécessite l'emploi de matériaux leur donnant une tenue à l'usure et à la fatigue superficielle très élevée sur le plateau ou le patin. Lesdits poussoirs qui sont réalisés en alliages ferreux à structure métallurgique composite martensite-carbures répondent très bien à cet impératif et sont particulièrement adaptés pour être montés sur moteur à performancesélevéese Les poussoirs possèdant ce type de structure dans la partie frottante (plateau) ont été jusqu'à maintenant fabriqués en utili sant de la fonte trempée e à la coulée sur refroidisseur pour obtenir des carbures de fer et d'éléments d'alliages et ensuite réausténi- tisse et trempée pour obtenir une matrice martensitique,ou del'acier hypereutectoïde à carbures tel que 11 acier Z 200 C 12 trempé martel sittque. Les poussoirs réalisés avec ces matériaux ont 1'inconvénient dsetre peu résilients et relativement onéreux à mettre en forme. Pour cette raison un autre procédé de réalisation de poussoirs est assez souvent utilisé ; il consiste à faire un traitement de cémentation sur des poussoirs en acier doux peu ou moyennement allié. Mais ce traitement correspond à de la cémentation classique visant à ltobtention d'une couche essentiellement martensitique dont la teneur en carbone dans le premier dixième ne dépasse jamais 1,4 %. Ceci donne une bonne tenue à la résilience,mais a des carac téristiques de frottement et d'usure insuffisantes. La présente invention permet la réalisation de poussoirs à structure superficielle composite martensite-carbures sans difficultés particulières de mise en forme. Deux conditions doivent être réunies pour la mise en oeuvre du procédé relatif à l'invention le L'acier utilisé doit contenir un ou plusieurs éléments d'alliages carburigènes parmi ceux-ci : chrome, molybdène, vanadium tungstène, niobium ; la somme de la teneur en poids de ces éléments doit entre supérieure à 1,25 %. 2'- Après mise en forme la pièce subit un traitement de cé- mentation surcarburante. Généralement il est recherche pour les pièces cémentés une couche superficielle à structure uniquement martensitique car la présence de carbures dans cette couche est considérée comme un défaut pour les pièces travaillant au choc et à la fatigue comme les engrenages. Par contre pour les pièces travaillant surtout au frottement comme les poussoirs, l'expdrience a montré que la présence de carbures dans la couche martensitique valorisait la qualité de ces pièces en améliorant la tenue au grippage et à l'usure. POur obtenir une couche composite martensite-carbures sur les poussoirs, on réalise après mise en forme et ébauche d'usinage, une cémentation surcarburante en phase austénitique dans un milieu solide, liquide ou gazeux à potentiel carbone élevé. Ce traitement est conduit de telle manière qu'en ronction de la température de cémentation choisie la limite de solubilité du carbone dans Itaus- ténitè soit dépassée et que compte tenu du choix d'un acier à é34- ment s carburigènes il en résulte la formation de nombreux carbures dans la couche cémentée. La teneur en carbone de la couche cémentée dans le premier dixième de millimètre doit dépasser 1,4 % pour que les carbures soient en quantité suffisante afin d'assurer de bonnes caractéristiques de frottement et de tenue à l'usure. Lorsque la cémentation est réalisée en milieu solide, la trempe directe n'est pas facilement réalisable. il est plus commode de laisser les pièces refroidir en caisse et de les réausténitiser en milieu liquide ou gazeux carburant ou carbonitrurant pour effectuer ensuite la trempe martensitique. Les poussoirs réalisés par le procédé raisant l'objet de cette invention présentent par rapport à des poussoirs en acier de mOme forme à structure martensite-carbures dans toute la masse, par exemple des poussoirs en acier Z 200 C 12 trempé, les avantages suivants 1.- L'obtention de pièces à tenacité élevée du fait que leur structure à coeur est à plus faible teneur en carbone. 2 La couche cimentée trempée crée des contraintes de compression bénéfiques pour la tenue à la fatigue superficielle. 3f- Si l'utilisateur choisit pour réaliser ces poussoirs un acier à éléments carburigènes défini ci-dessus, à teneur en carbone limitée à 0,40 % et à l'état recuit globularisé , il peut bénéfi cier éventuellement d'un avantage supplémentaire en utilisant un moyen de mise en forme économique X le forgeage à froid. D'autres caractéristiques ressortiront de la description qui va suivre et qui n'ést donnée qu'à titre d'exemple. A cet effet on se reportera aux dessins joints dans lesquels 2 - La figure 1 représente un exemple de poussoir de culbuteur. - La figure 2 a représente au grossissement 75 la couche de cémentation à l'étant non trempé. - La figure 2b représente au grossissement 250 pour la mSme couche de cémentation que la figure 2a la zane des carbures. - La figure 3c représente au grossissement 75 la couche de cémentation après réchauffage et trempe0 - La figure 3d représente au grossissement 250 pour la même couche de cémentation que la figure 3 c la zCne des carbures. - La figure 4 représente la filiation de la dureté à partir neier de la surface du plateau, sur poussoir eno32 CDV 13 à couche cémentée surcarburée (martensite plus carbures). s titre d'exemple un mode de réalisation possible de poussoirs en acier 32 ODV 13 à structure superficielle martensite-carbure est donné par le procédé de fabrication suivant t - Matière t acier 32 CDV 13 à diamètre défini à l'état recuit globùlarisé pour une dureté Brinell HB C 185, - Tronçonnage sous forme de lopins. - Phosphatation superficielle au zinc des lopins. - Réalisation de l'ébauche par filage à froid. - Usinage demi-finition des ébauches. - Cémentation solide en caisse pendant 12 heures à une tewpé- rature de 920 e C dans un cément dont le potentiel carbone est do 1,1 % à cette température, suivi d'un refroidissement en caisse. - Réchauffage vers gOOC enmilieu non décarburant et trempe à l'huile à 80 C. - Revenu 1 heure à 160 c. - Rectification de la surface latérale et finition du plateau par rodage. Après réalisation de ce procédé la dureté superficielle de la couche cémentée du plateau des poussoirs est de 65 HRC en dureté ROCKWELL. La mesure de la dureté en fonction de l'épaisseur de la couche cémentée a été obtenue par une filiation de dureté sur une coupe perpendiculaire à la surface du plateau : voir figure 4. Après le traitement de cémentation décrit ci-dessus non avons vérifié sur ces pièces en acier 32 CDV 13 que la teneur en carbone dans les différentes épaisseurs de la couche de cémentation était la suivante Profondeur det % de carbone N Profondeur de . % de carbone prélèvement prélèvement 0 à 0,1mm 2,36 0,7 à 0,9 0,89 0,1 à 0,2 1,71 0,9 à 1,1 0,69 0,2 à 0,3 1,54 1,1 à 1,3 0,61 0,3 à 0,4 1,27 1,3 à 1,5 0,52 0,4 à 0,5 1,15 1,5 à 1,7 0,45 0,5 à 0,7 0,98 1,7 à 1,9 0,41 On a pu ainsi constater que la teneur en carbone dans les deux premiers dixièmes de millimètres atteignait 2 %. Les micrographies planches ci-jointes, montrent la structure superficielle de l'acier 32 CDV 13 après cémentation dans les conditions indiquées ci-dessus. Les micrographies des figures 2a et 2b représentent la structure après cémentation surcarburante et refroidissement en caisse. Les carbures apparaissent sur une matrice non trempée qui est perlitique. Les micrographies 3c et 3d représentent la structure après cémentation surcarburante, réchauffage vers 900 C dans le domaine austénitique en milieu non décarburant et trempe à l'huile. Les carbures apparaissent sur une matrice martensitique. On peut constater que les carbures sont fins, abondants et répartis régulièrement dans la zone superficielle de la couche cémentée sur une profondeur de 0,2 millimètre à l'intérieur des grains et non en liséré intergranulaire ce qui rendrait la structure fragile. - REVENDICATIONS 1 Poussoir de culbuteur ou de soupapes ou poussoir culbu- teur comportant une face extrêmement dure frottant sur came, carac térisé en ce que lesdits poussoirs sont réalisés en un acier à éléments carburigènes ayant subit un traitement de cémentation surcarburante. 2t- Produit selon la revendication 1, caractérisé en ce que la structure superficielle est constituée de martensite et de carbures. 3C Produit selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'acier utilisé contient un ou plusieurs éléments d'alliages carburigènes suivants : chrome, molybdène, vonadium, tungstène et nobium, la somme des teneurs de ces éléments étant au moins égale à 1, 25 *. 4'- Produit selon la revendication 1 caractérisé en ce que la cémentation est faite sur ledit produit quand celui-ci est à l'état de demi-finition. 5'- Produit selon les revendications 1 et 4 caractérisé en ce que la cémentation utilisée est une cémentation surcarburante en milieu solide, gazeux ou liquide de manière qu'en fonction de la température de cémentation choisie la limite de solubilité du carbone dans l'austenite soit dépassée et qu'après trempe la couche superficielle de cémentation soit à structure martensite-carbures et que sa teneur totale en carbone dans le premier dixième de millimètre- dépasse 1,4 % en poids. 6e Produit selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit produit peut être obtenu quelque soit le procédé de mise en forme utilisé.