Brevet FR2342818A1 — publié le 19770930

Ta présente invention concerne un procédé de fabrication de pièces de fore torique ou annulaire. D'une façon plus précise, invention vise la fabrication de pièces toriques en acier liyuereutectoide qui, après la trempe, forne une martensite à faible teneur en arbore à substructure de dislocation. Une technique avancée utilisée actuellement est celle du procédé dit de coulée centrifuge, ctest à dire de la coulée du rénal dans des lingotières tournant rapidement sur une machine centrifuge à axe de rotation vertical ou horizontal. La vitesse de rotation est fonction du type de métal et de la vitesse de re froidissement, suivant qu'il s'agit d'un moule de transition en sable ou d'un moule durable en métal. Ge procédé est utilisé pour la fabrication de corps de révolution en acier spécial, ainsi que de tubes, manchons, anneaux, et pour la fabrication en gran aes séries de petites pièces de machine.Avec ce procédé, le métal est utilisé dans de bonnes conditions parce qu'il ne se forme pas de retassures et que les pièces coulées ne présentent qu'un petit nombre de ségrégations qui, sous l'action de la force centrifuge, sont amenées à l'extérieur et appliquées directement sur la surfa- ce du métal fondu. Ces avantages sont surtout importants au point de vue économique avec les aciers. Le procédé ci-dessus a été étudié et mis au point pour de nombreux domaines d'utilisation. On connait par exemple un procédé pour fabriquer des pièces circulaires creuses à partir de tubes coulés par coulée centrifuge, dont on sépare d'abord des tronçons dont la largeur correspond à la largeur du produit fini, et qui sont ensuite amenés à la forme voulue par forgeage ou par laminage.On connatt de plus un procédé pour la fabrication de bagues ou anneaux, par exemple des demi-produits d'anneaux de roulement, suivant lequel on usine des anneaux obtenus par coulée centrifuge qui sont sortis du moule à une température de 1GG à 90000. Enfin, on connaît un procédé pour la fabrication d'articles circulaires creux suivant lequel des moitiés de corps de révolution obtenus par coulée centrifuge, par exemple des lingots ou d'autres corps de révolution, sont transformés en tubes qui sont partagés en petits morceaux, par exemple en tron çons. Ces petits morceaux de tubes sont ensuite laminés, forgés ou pilonnés puis, après avoir subi un usinage avec enlèvement de copeaux, ils sont soumis à un traitement par la chaleur et, lorsqu'ils ont atteint la dureté voulue, ils sont transformés en pro duits finis. Tous les procédés décrits ci-dessus se sont avers être des procédés de fabrication très économiques, qui pereet*ent de realiser une économie en matériau relativement élevée grfice a la coulée centrifuge et grâce au fait qu'il n'y a pas de fabrication intermédiaire de demi-produits sidérurgiques. Mais ils ont tous le meme inconvénient, qui est que l'énergie thermique mise en oeuvre lors de la fabrication pcur la coulée, le moulage et le traitement thermique ultérieur n'est pas utilisée dans sa totalité. C'est pourquoi, pour des opérations de travail ultérieures qui sont exécutées à des températures supérieures a 'a normales il faut apporter aux produits préalablement usinés une nouvelle dose d'énergie thermique. C'est pourquoi, il a paru judicieux et avantageux de crier Ün procédé de fabrication de corps de révolution par coulée centrifuge qui ne présente pas les inconvénients des procedes analogues actuellement connus et surtout dans lequel la quantitÇ d'énergie fournie pour la fusion de l'acier soit utilisée au maximum. Ce résultat est obtenu par l'invention avec un procédé destiné à la fabrication de pièces de forme torique ou annulaire en acier hypereutectoide qui, après la trempe, forme une martensite à faible teneur en carbone, et à substructure de dslecationX par exemple destiné à la fabrication d'anneaux de roulement à partir de pièces toriques qui ont été obtenues à partir de lingots et dont la surface a été débarrassée des couches de scories et autres impuretés. l'invention consiste en un procédé dans lequel des bagues ou anneaux produits par coulée centrifuge ou formés par des parties de lingots creux obtenus par coulée centrifuge1 sont refroidis depuis la température de coulée jusqu'à une température située au maximum à 100 C en dessous de la-température de la transformation eutectoide de la structure de l'acier, puis sont réchauffés à une température supérieure au maximum de 100 C à la température de transformation eutectoide, apres quoi, apres obtention d'une structure de perlite sphérolitique, la température est à nouveau augmentée jusqu'à une valeur mania le de 1150 C, le demi-produit est usiné par exemple par lainage, et enfin soumis à un traitement de trempe et revenu (voir schéma de r la figure 1). Avant de refroidir les anneaux depuis la temperature de coulée jusqu'à une température inférieure d'au maximum 100 C à la température de transformation eutectolde de acier, on débarrase les couches superficielles des scories et autres impuretés, par exemple par usinage avec enlèvement de copeaux. Avant la mise en forme, et surtout avant le laminage, les ameaux sont réchauffés a une température axiale de 115000 puis, à une vitesse d'au moins 50C/seconde, ils sont refroidis à une température comprise entre la température de la transformation eutectoide et la température du début de la transformation martensitique (voir schéma de la figure 2). L'invention repose sur le fait que, comparativement aux procédés connus, l'énergie thermique consommée pour la coulée centrifuge peut également être totalement utilisée pour les opérations suivantes de mise en forme et de traitement par la chaleur du matériau, de sorte que, pour fabriquer un grand nombre de corps de révolution de grande dimension, comme par exemple des anneaux de roulement de grande dimension, la quantité de chaleur qui a été fournie au début est suffisante pour la totalité des opérations de fabrication. La fabrication d'anneaux de roulement de petit diamètre oblige tout au plus à réchauffer légèrement le matériau jusqu'a la valeur des températures de travail. Pour fabriquer des pièces selon la présente invention, on procède d'habitude en coulant par coulée centrifuge des lingots ayant la forme d'un corps de révolution, par exemple une forme cylindrique, à partir d'un acier qui a été au préalable purifié, par exemple par refusion sous vide ou sous laitier ou de toute autre façon connue. En les faisant refroidir en partie à une température comprise entre la température de coulée et la température de la transformation eutectoide de l'acier utilisé, ou au maximum inférieure de 100 G à cette température, les lingots sont partagés en anneaux dont on débarrase la surface des couches de scorie ou autres impuretés qui s'y sont fixées. Après que les anneaux ont été refroidis à la température de la transformation eutectoide ou à une température inférieure d'au maximum 10000 à cette température, on les réchauffe à nouveau à une température supérieure d'au maximum 100 C à la température de la transformation eutectoide de sorte que les anneaux subissent un recuit sphérolitisant et, après un nouveau réchauffement à une température maximale de 11500C, ils sont mis en forme par procédé approprié, par exemple par laminage. Selon un autre procédé, les anneaux réchauffés à une tempé rature maximale de 1150 C sont refroidis à une température comprise entre la température de la transformation eutectoide et la température du début de la transformation riartensîtique (boa), mis en forme, trempés et revenus. Le procédé selon l'invention, procédé de fabrication de corps de révolution de forme torique ou annulaire à partir de demi-produits coulés par coulée centrifuge peut être utilisé avantageusement pour fabriquer, non seulement des anneaux de rouir lement mais, également, des frettes de rotor pour turbines à vapeur, des boudins de roue pour véhicules sur rails, par exemple pour wagons de chemin de fer, ainsi que pour couronnes de roue dentée et autres applications analogues. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de l'exemple de réalisation ci-après, founi à tii tre d'exemple. Exemple de réalisation Dans un four à arc électrique on prépare, suivant un procédé dé connu de fabrication de l'acier, un acier ayant comme compost, tion chimique : de 0,7 à 0,8 % en poids de carbone, 2 % en poids de manganèse, 2 % en poids de silicium, 1 % en poids de chrome et au maximum 0,03 % en poids de phosphore et de soufre. Puis cet acier est coulé dans une lingotière tournant à la vitesse de 800 tours/minute autour d'un axe horizontal, et on le laisse cristalliser dans cette lingotière.Le lingot creux ainsi obtenu, pesant environ 3 tonnes,.ayant un diamètre extérieur d'environ 380 mm et une longueur de 4,40 m est retiré encore chaud de la lingotière et partagé en 24 couronnes à l'aide d'une scie rotative. Les couronnes sont mises à refroidir en dessous de la température de la transformation eutectoide puis elles sont réchauffes et ramenées à une température de 7600C, ce qui provoque une sphérolitisatipn de la cémentite perlitique. Les éléments sphérolitisés sont encore réchauffés à une température de 8200C, puis ils sont laminés sur un mandrin de façon à former entre le mandrin et le plateau de laminage des pièces laminées dont la forme générale correspond à des anneaux extérieur et intérieur de palier du type 23080.Immédiatement après le laminage qui prend fin à une température de 8000C environ, le matériau est trempé dans un bain d'huile. Après la trempe, le matériau est soumis au revenu pendant 3 heures à la température de 1700C puis la pièce subit un finissage par usinage avec enlèvement de copeaux, y compris le polissage. Avec e procédé indiqué à titre d'exemple, on réalise, par rapport ux procédés de travail connus, une réduction notable de la durée du travail car il n'y a plus à effectuer la suite des opérations coinprenant le laminage de dégrcssissage du lingot, Y compris son réchauffage à la température de formage, un nouveau laminage de dégrossissage du lingot et son fractionnement, son pilonnage, son perçage, le forgeage de l'anneau, l'ensemble de ces opérations représentant une durée de travail de 12 heures environ. La durée d'usinage pour le tournage est également raccourcie d'environ 205 minutes. Cn voit donc que, pour un anneau de roulement, l'économie totale de temps réalisée est d'environ 15 heures. En outre, on économise 50 , en poids de l'acier liquide. Par rapport à l'état de la technique, le rendement du lingot, ainsi obtenu est amélioré d'environ 15 C/c. iEVE1IDICaTIONS 1. Procédé pour la fabrication de pièces de forme torique ou annulaire en acier hypereutectoide qui forme après la trempe une martensite pauvre en carbone à substructure de dislocation, par exemple pour la fabrication d'anneaux de roulement à partir d' anneaux ou couronnes qui ont été obtenus à partir de lingots dont la surface a été débarrassée des couches de laitier et d'autres impuretés, caractérisé en ce que les anneaux ou couronnes fabriqués par coulée centrifuge ou obtenus par partage de lingots creux fabriqués par coulée centrifuge sont refroidis de la température de couléeàunetempérature inférieure d'au maximum 1000C - la température de la transforncitions eutectoide de la structure de l'acier, puis sont réchauffés à une température supérieure d'au maximum 1OCOC à la température de transfornation eutectoide et, en ce que, après obtention d'une structure de perlite sphérclitisée, la température est à nouveau augmentée jusqu'à une valeur maximale de 11500C, le demi-produit est mis en forme, par exemple par laminage, puis est soumis après la mise en forme, à un trai teint de trempe et revenu. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' avant de refroidir la pièce depuis la température de coulée jusqu' à une température inférieure d'au maximum 1000C à la température de transformation eutectoide de l'acier, on débarrasse les couches superficielles de l'anneau du laitier et des autres impuretés. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'avant d'être mise en forme, par exemple par laminage, les anneaux sont réchauffés à une température maximale de 11500C, puis sont refroidis, à une vitesse d'au moins 5000/sec, à une température comprise entre la température de transformation eutectonde et la température du début de la transformation martensitique.