Brevet FR2441444A1 — publié le 19800613

La présente invention a essentiellement pour obJet un procédé de traitement à chaud de masse métallique comportant une mise en forme de celle-ci avec un appareil de forage, permettant notamment d'améliorer la durée de vie de-ce dernier. Plus particulièrement, l'invention concerne un procédé de traitement à chaud de masse métallique telle que lopin ou lingot comportant une mise en forme de celle-ci avec un appareil de formage approprié pourvu d'une surface ou paroi active de mise en forme, ledit traitement étant notamment un traitement d'estampage, de filage, d'étampage ou de laminage; de préférence un traitement d'estampage. On sait que, dans la profession de ltestampage de l'acier où on met en forme un lopin chaud par écrasement de ce dernier entre deux matrices de formesadaptéesconstituant la surface ou paroi active de mise en forme de l'appareil de formage, le prix de l'outillage est important en regard du prix de la pièce fabriquée, Aussi les moyens de rendre ces outils plus durables concourent-ils de façon notable à rendre les fabrications plus économiques. Les moyens les plus connus utilisés Jusqu'à présent consistent à choisir comme matériaux.de base constituant la surface active de mise en forme de l'appareil de formage (ou matrice dans le cas d'estampage) des nuances très résistantes aux chocs mécaniques et thermiques, aux abrasions aux contraintes transversales, complétées par des traitement thermiques et de surfaces très élabores , Selon d'autres moyens connus utilisés, on réalise un graissage anti-usure abondant interposé, dans le cas de l'estampage, entre la surface active de mise en forme de la matrice, ou gravure de matrice, et le lopin déformé, qui peut etn éventuellement associé à un métal sous-Jacent de bonne qualité. Cependant, d'une façon générale, les moyens précités employés Jusqu'à présent présentent l'inconvénient majeur d'exiger des matériaux chers, des élaborations obligeant l'installation de fours de traitement très complexes dont la trempe en bain fluidisé est un exemple, et stils atteignent des résultats honorables, c'est au prix de dépenses importantes. En outre, avec l'emploi des moyens connus précités, la surface active de mise en forme de l'appareil de formage, telle que la gravure de la matrice dans le cas de l'estampage, est quand même suJette à une usure relativement rapide aboutissant à une durée de vie relativement courte,résultant à son tour en un prix de revient des pièces mises en forme relativement élevé. Egalement, étant donné la durée de vie relativement courte de l'appareil de formage, le taux de rebut des pièces mises en forme, qui comportent des défauts, est relativement important, ce qui augmente encore le prix de revient des pièces mises en forme. La présente invention a pour but d'éliminer les inconvénients précités en fournissant une solution qui permette d'aug menter de manière importante la durée de vie de 1 appareil de formage, en particulier la surface active de mise en forme de celui-ci, qui soit de conception simple, nécessitant des maté riaux et installations bon marché, tout en permettant de diminuer le taux de rebut des pièces mises en forme, résultant en une réduction notable du prix de revient des pièces mises en forme. La solution consiste selon la présente invention en un procédé de traitement à chaud du type précité, caractérisé en ce qu'il comprend la sulfuration superficielle préalable, à température élevée, de la surface active de mise en forme de l'appareil de formage dont la msrtlère est coEtituXedtn métalou sciage capable de supporter une température au moins égale à la température de traitement de sulfuration sans altération de ces caractéristiques de base, et en ce que pendant le traitement cet mise-en forme proprement dit de la masse métallique, on lubrifie ladite surface active de mise en forme à l'aide d'un produit lubrifiant anti-usure comprenant un bisulfure métal lique lubrifiant àsec. Avantageusement, le bisulfure lubrifiant à sec précité est choisi parmi le bisulfure de molybdène, le bisulfure de tungstène, et leursmélanges De préférence, le bisulfure métallique précité est le bisulfure de tungstène, en particulier pour un traitement d'estampage. Selon une caractéristique particulière de ce procédé, le produit lubrifiant comprend environ de 0,01 à environ 5 46 en poids de bisulfure métallique. Selon une variante, le produit lubrifiant comprend en outre un composé chimique plus réactif que le bisulfure métallique vis-à-vis de l'oxygène de l'air aux températures de traitement de mise en forme, constitué de préférence par le graphite. Avantageusement, le composé chimique précité n'excède pas 50 % de la quantité de bisulfure métallique utilisée. Selon une autre caractéristique particulière de ce procédé, le traitement de sulfuration superficielle précité consiste à tremper ou immerger au moins la surface active de l'appareil de formage dans un bain de sels approprié porté à une température de l'ordre de 5700C pendant une heure et demie, ce traitement étant défini techniquement par le mot "sulfinuz". Selon encore une autre caractéristique particulière de ce procédé, le traitement de sulfuration superficielle précite est un traitement de sulfo-nitruration consistant à tremper ou immerger au moins la surface active de l'appareil de formage dans un bain de sels approprié porté à une température de l'ordre de 5700C pendant une heure et demie, ce traitement étant défini techniquement par le mot Wsursulf". Ainsi, on peut constater que le procédé de la procédé de la présente invention est de conception particulièrement simple, facile à mettre en oeuvre. En effet, le traitement préalable de sulfuration superficielle, sulfinuz ou sursulf, est facile à réaliser. En outre, l'apport du bisulfure métallique lubrifiant à sec est particulièrement aisé. En ce qui concerne le métal constituant l'appareil de formage, en particulier la surface active de mise en forme de celui-ci, ledit métal doit simplement être capable de supporter des températures au moins égales à la température de traitement de sulfuration sans altération de ses caractéristiques de base, c'est-à-dire une température au moins égale à 570 C. Or, de nombreux létaux ou aciers résistent à une telle température. La coibinaison de ces caractéristiques donne un effet tout à fait inattendu qui consiste en l'obtention de qualités frottantes bien supérieures à tous les autres moyens connus Jusqu'à présent, particulièrement sous les plus hautes pressions. Gracie à cela, on obtient de manière générale une augmentation de 20 à 30% de la durée de vie de l'appreil de formage, c'està-dire de sa surface active de mise en forme, par rapport à la durée de vie d'un appareil de formage dont la surface active de lise en forme a été simplement traitée par sulfuration superficielle soit par sulfinuz soit par sursulf ou avec les iSie gains par rapport aux outils plus classiques qui comprennent une nitruration superficielle associée à un graissage avec un produit graphité. également, on doit noter que gracie au procédé de la présente invention, tout en réduisant l'usure de la surface active de mise en forme de l'appareil de formage, l'écoulement fluide du métal lis en forme est plus aisé et réclame en conséquence une énergie moindre ou réduite, ce qui constitue un avantage secondaire particulièrement inattendu de la présente invention. Le procédé de l'invention est ainsi particulièrenent adapté aux travaux d'estaapage où le métal déformé imprime aux gravures qui le contiennent des pressions ponctuelles considérables pendant son écoulement. Enfin, après une première application d'une couche ou film de produit lubrifiant contenant le bisulfure métallique, on peut renouveler si nécessaire ledit film par apport réduit et mame intertittent du produit contenant le bisulfure métallique, ce qui explique l'économie du procédé de la présente invention. D'autres buts, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaitront plus clairement à la lumière de la description explicative qui va suivre comprenant deux exemples donnés simplement à titre d'illustration et qui ne sauraient donc en aucune façon limiter la portée de la présente invention. Ainsi, ces exemples sont relatifs à un traitement d'estampage mais il est bien entendu, comme mentionné précédemment, que le procédé de l'invention peut s'appliquer notamment aux traitements de filage, d'étampage ou de laminage. Exemple 1. Pour le traitement à chaud de masse métallique telle que lopin ou lingot par estampage, on utilise un appareil de formage formé par une matrice dont la surface active de mise en forme comporte des gravures spécifiques. Le métal constituant la matrice doit être capable de supporter une température au moins égale à la température de traitement de sulfuration mentionnée plus loin sans altération de ses caractéristiques de base. Il s'agit en général d'aciers comportant un certain pourcentage de chrome dont les carbures, par précipitation à chaud accroissent la dureté par ltéchauffement. On peut également utiliser des alliages contenant du tungstène ou même des alliages ne comprenant guère que des composés d'alliages nobles mais cependant qui présentent 1' inconvénient d'avoir un prix prohibitif. Dans cet exemple, la matrice est réalisée en acier ayant la constitution suivante 0,38 % de C; 5 % de Cr; 1,2 % de Mo; 0,5 % de Va; Fe : le reste. On réalise ensuite la sulfuration superficielle, à tempé- rature élevée, au moins de la surface active de mise en forme de la matrice formé par le traitement défini techniquement par le mot "sulfinuz" et qui consiste à tremper ou immerger au moins la surface active de la matrice dans un bain de sels appropriés bien connu dans la technique qui est porté à une température de l'ordre de 5700C, le traitement étant réalisé pendant une heure et demie. Pour le traitement de mise en forme proprement dit de la masse métallique, on lubrifie la surface active de mise en forme de la matrice à l'aide d'un produit lubrifiant antiusure comprenant un bisulfure métallique lubrifiant à sec constitué dans cet exemple par le bisulfure de tungstène. Le produit lubrifiant comprend en général de 0,01 à environ 5 % en poids de bisulfure métallique. Dans cet exemple, on a utilisé un produit lubrifiant contenant 1% de bisulfure de tungstène. Cette lubrification est réalisée en appliquant sur la surface active de la matrice une couche ou un film de produit lubrifiant constitué d'un vernis contenant le bisulfure de tungstène On réalise la mise en forme proprement dite d'un lopin d'acier d'un poids de l'ordre de 4 kg et porté à une température de l'ordre de 11000C, en renouvelant si nécessaire, ledit film par apport intermittent ou réduit d'une solution contenant le bisulfure de tungstène dans la proportion précitée. Cette solution peut Autre notamment à base d'eau, de gasoil ou d'huile. On réalise en outre la mise en forme d'autres lopins d'acier afin de déterminer la durée de vie de la matrice, en particulier de sa surface active de mise en forme. On a pu déterminer que, avec le procédé de la présente invention, la durée de vie de la matrice d'estampage est de tordre de 10.000 pièces. A titre comparatif, on a pu déterminer que si l'on effectue simplement le traitement sulfinuz, c' est-à-dire de sulfuration superficielle de la surface active de la matrice, sans utiliser le produit lubrifiant contenant le bisulfure métallique selon la présente invention, on obtient une durée de vie de la same patrice de l'ordre de 7.400 pièces. En conséquence, on peut constater que la présente invention permet d'obtenir une augmentation de 25X de la durée de vie de la matrice. Habituellement, cette augmentation est de l'ordre de 20 à 30%, ce qui constitue une perfomance particu lièrenent reiarquable d'autant que les moyens habituels consistant d'une nitruration superficielle plus d'un graissage ne donnent pas de performance supérieure à celles de la sulfuration superficielle associée à un graissage avec un produit graphité. On doit noter que dansl'estampage de l'acier, la peau de la matrice atteint des températures de l'ordre de 6000C. Ainsi, le bisulfure métallique lubrifiant à sec ne doit pas étire altéré de son côté par la température élevée qui règne, sur la peau de la matrice, pendant la déformation du lopin. A ce titre, le bisulfure de molybdène et le bisulfure de tungstène sont particulièrement avantageux. On doit signaler que, de préférence selon la présente invention, on utilise le bisulfure de tungstène dont les qualités lubrifiantes sont égales au bisulfure de molybdène mais sa résistance à la chaleur est trbs supérieure à celui-ci. On doit noter encore que, avec le bisulfure métallique utilisé dans le produit lubrifiant, selon la présente invention, on obtient des coefficients de frottement de tordre de 0,05 sous des pressions pouvant atteindre 400 kg/mm2, ce qui explique effet anti-usure remarquable obtenu avec le procédé de la présente invention. On doit noter également que, corollairement à l'amé- lioration précitée de la durée dé vie de la matrice, on obtient un taux de rebut plus faible étant donné que le début et la fin de vie de la matrice sont reportés sur un plus grand nombre de pièces. En conséquence, on obtient un gain de rendevent de la matrice, donc de l'appareil de forage en général, ce qui aboutit à une baisse du cotit de production d'autant plus sensible que le temps de montage de la matrice ou de l'appareil de formage est appliqué à un plus grand nombre de pièces. Exemple 2. On utilise au départ la nase matrice que celle de 1 'exemple i, sauf que l'on réalise un traitement de sulfonitruration superficielle dénommée techniquement par le iot 1sursulf" au lieu du traitement sulfinuz. Ensuite, pour le traitement de lise en forme proprement dit du lopin métallique, (acier) on utilise un produit lubrifiant contenant environ 2% en poids de bisulfure de tungstène ainsi que 1,' en poids de graphite. On obtient une durée de vie de la matrice de l'ordre de 10.500 pièces. Dans le cas de l'utilisation de bisulfure de molybdène, ledit bisulfure de molybdène est approprié dans le traitement à chaud de métaux à bas point de fusion. On doit noter que la présente invention s'applique aux traitements à chaud de masse métallique de différentes natures constituées par exemple par de l'acier, de l'aluminium, ou d'autres éléments Métalliques, ainsi que leurs alliages à la condition qu'ils présentent une ductilité suffisante à chaud pour permettre une mise en forme correcte à chaud. Selon une variante du procédé de la présente invention, on refroidit la surface active de la matrice par échange thermique direct ou indirect, par exemple par Jet d'air, circulation d'eau, pulvérisation d'un brouillard d'eau, etc..., ce qui permet de renforcer la stabilité chimique du film de bisulfure métallique et d'améliorer encore l'efficacité de la lubrification résultant en l'obtention d'un plus grand nombre de pièces correctement mises en forme. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux iodes de réalisation décrits qui n'ont été donnés qutà titre d'exemple. En particulier, l'invention comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont effectuées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1.- Procédé de traitement à chaud de masse métallique telle que lopin ou lingot comportant une mise en forme de celle-ci avec un appareil de formage approprié pourvu d'une surface ou paroi active de mise en forme, ledit traitement étant notamment un traitement d'estampage, de filage, d'étampage ou de laminage, caractérisé en ce qu'il comprend la sulfuration superSicielle préalable, à température élevée, de ladite surface active de mise en forme dont la matière est constituée d'un métalou iDi capa- ble de supporter une température au moins égale à la température de traitement de sulfuration sans altération de ses caractéristiques de base, et enoe que pendant le traitement de mise en forme proprement dit de ladite masse métallique, on lubrifie ladite surface active de mise en forme à l'aide d'un produit lubrifiant anti-usure comprenant un bisulfure métallique lubrifiant à sec. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le bisulfure lubrifiant à sec précité est choisi parmi le bisulfure de molybdène, le bisulfure de tungstène et leurs mélanges. 3.- Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le bisulfure métallique précité est le bisulfure de tungstène, en particulier pour un traitement d'estampage. 4.- Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le produit lubrifiant comprend environ de 0,01 à environ 5 % en poids de bisulfure métallique. 5.- Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le produit lubrifiant comprend en outre un composé chimique plus réactif vis-à-vis de l'oxygène de l'air que le bisulfure métallique,aux températures de traitement de mise en forme, constitué de préférence par le graphite. 6.- Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le composé chimique précité n'excède pas 50 *-de la quantité de bisulfure métallique utilisée. 7.- Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le traitement de sulfuration superficielle précitée consiste à tremper ou immerger au moins la surface active de l'appareil de formage dans un bain de sels appropriés porté à une température de l'ordre de 5700C pendant une heure et demie, ce traitement étant défini techniquement par le mot "sulfinuz", 8.- Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le traitement de sulfuration superficielle précité est un traitement de sulfo-nitruration consistant à tremper ou immerger au moins la surface active de l'appareil de formage dans un bain de- selsappropriés porté à une température de l'ordre de 5700C pendant une heure et demie, ce traitement étant défini techniquement par le mot "sursulf11. 9.- Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la lubrification précitée est réalisée en appliquant sur la surface active précitée une couche ou un film du produit lubrifiant constitué d'un vernis contenant le bisulfure métallique puis, si nécessaire, on renouvelle ledit film par apport intermittent d'une solution contenant ledit bisulfure métallique. 10.- Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'on refroidit la surface active par échange thermique direct ou indirect par exemple par Jet d'air, circulation d'eau, pulvérisation d'un brouillard d'eau.