Brevet FR2437489A1 — publié le 19800425

L'invention concerne un poussoir de soupape perfectionné pour moteurs à combustion interne, que l'on obtient en améliorant la résistance A la fusion d'une pièce terminale, ainsi qu'un procédé pour sa fabrication. Le procédé classique de fabrication d'un poussoir de ce genre consiste seulement i souder électriquement par résistance une pièce terminale, dont la surface terminale présente une forme arquée concave ou convexe et dont la surface de paroi périphérique porte une couche durcie par carburation, au bord périphérique d'un orifice formé à une extrémité ou 'a chaque extrémité d'un tube d'acier. Les techniques décrites ci-dessus sont proposées par exemple dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique n" 2 975 775 et 2 960 080. Toutefois dans les poussoirs de soupape fabriqués par ces procédés antérieurs, la pièce terminale se détache parfois accidentellement pendant le fonctionnement du moteur. L'invention a pour but de supprimer cet inconvénient. Elle sera décrite ci-après en regard des dessins annexés. La figure I est une vue en élévation montrant un mode d'exécution du poussoir selon l'invention la figure 2 est une vue en coupe à plus grande échelle d'une partie de ce poussoir la figure;3 est une vue en coupe à plus grande échel- le correspondant à laEfigure 2 et montrant une partie d1un produit classique dont ltélévation présente la même apparence que la figure 1 et n'est onc pas representée la figure 4 est une vue en coupe verticale de la pièce terminale et de la partie terminale d'un tube/dstinées à être soudées électriquement par résistance. Sur les dessins, les mimes références indiquent des parties semblables ou correspondantes. Sur les figures 1 et 2, la référence 1 désigne un tube d'acier et la référence 2 des pièces terminales dont la surface terminale 2' est une surface arquée concave 2a ou une surface arquée convexe 2b, la surface latérale de fixation 2n étant aplatie en 2c. Chacune des pièces 2 est soudée électriquement par résistance au bord périphérique la' de l'orifice d'une extrémité du tube d'acier 1. Dans le cas représenté par la figure 1, à une extrémité est prévue une pièce terminale dont la surface terminale 2' présente une forme arquée concave 2a et à l'autre extrémité une pièce terminale à surface arquée convexe 2b. La figure 2 montre un aspect important de l'invention. On a désigné par 4 une couche durcie par carburation, constituant une structure de martensite s formée par le durcissement par carburation de la paroi périphérique de la pièce terminale 2. La référence 5 désigne une surface limite de fusion. Cette surface limite 5 présente une forme annulaire à la périphérie de l'orifice de l'extrémité du tube, fixée sur la surface latérale 2" de la pièce terminale par le soudage électrique par résistance déjà mentionné. La référence 6 désigne une zone limite de cotransition formée par la transition de la structure de couche durcie susdite qui, lors du soudage, s'étend selon une section en forme de segment pour donner la couche durcie 4 provenant de la surface limite e fusion 5 et rendue annulaire le long de celle-ci.Cette zone limite de cotransition à section en segment consiste en couches Jtructurales formées dans l'ordre 6a, 6b et 6c en direction de la couche durcie en par- tant du côté de la surface limite d fusion Se La référence 6a désigne une couche très dure et cassante de martensite d4 de dureté Hv 750 à 800 à section en forme de segment sur la partie intermédiaire de la surface limite de fusion C et annuli- re le long de cette surface limite de fusion La référence 6b désigne une couche tenace de dureté Hv 450 à 550, formée d'une structure mixte de martensite ;; et de truestite primaire, ar quée sur la partie terminale extérieure 5b en partant de la partie terminale interieure Sa de la surface limite de fusion susdite 5 et rendue annulaire le long de la surface limite de fusion comme la couche Sa susdite. La référence 6c désigne une couche mince formée d'une structure tenace de truestite secondaire de dureté Hv 480 présente entre la couche mixte 6b et la couche durcie susdite 4. La référence 6' désigne une partie évidée en forme d'encoche formée dans la partie terminale intérieure ou dans la partie terminale extérieure de la zone limite de cotransition 6, par compression au moment du soudage par résistance. Si l'on compare la structure de section de la partie de fusion représentée sur la figure 2, qui montre la forme selon l'invention, avec la structure de section illustrée par la figure 3, qui est celle du produit classique, on voit que selon l'invention la pièce terminale 2 et la partie terminale du tube sont assemblées par fusion par la couche mixte tenace 6b, tandis que dans la partie de fusion 3 du produit classique, il n'y a pas de couche mixte tenace 6b de ce genre, mais la couche cassante de martensite i 6a qui a une très grande dureté forme la couche de fusion, par conséquent le poussoir selon l'invention est plus résistant que le produit classique dans la partie de fusion de la piece terminale. Dans le produit selon l'invention comme dans le produit classique, on fabrique le poussoir de soupape en amenant le bord périphérique la' de l'orifice d'extrémité du tube d'acier, en contact avec la surface latérale de fixation 2" de la pièce terminale comme le montre la figure 4, et on les soude par résistance en faisant passer un courant de soudage instantané intense k travers ces pièces, mais le procédé de refroidissement après coupure du courant est différent.On obtient le produit classique en refroidissant naturellement par air, mais la partie de fusion 3 de la pièce terminale telle qu'on l'obtient par refroidissement par air est formée d'une couche de martensite A comme le montre la figure 3 ; elle est dure et cassante et on ne peut pas empêcher la présence de fissures fines 6". Lorsqu'on fait passer un courant instantané intense à la température ambiante au moment du soudage, la température de la partie de soudage 4 atteint instantanément environ 1 400" C mais s'abaisse instantanément en dessous de 1 0000 C et continue de baisser si rapidement que la formation de fissures est inévitable lors de ce refroidissement rapide. Les fissures sont engendrées entre 900 et 1000 C lors du refroidissement rapide et ont des chances d'être engendrées particulièrement par refroidissement rapide au voisinage de 700 et de 2500 C. Dans l'étape de soudage du poussoir de soupape, la vitesse de refroidissement est réduite au voisinage de 2500 C par la chaleur résiduelle du mandrin, qui sert aussi d'électrode, et du poussoir mais on ne connait aucun moyen de diminuer la vitesse de refroidissement en partant de la haute température engendrée dans la partie de fusion par le passage instantané-d'un courant intense. La Demanderesse a découvert que si lwon réduit la vitesse de refroidissement en partant de la température élevée dans cette partie de fusion 3, en fournissant de la chaleur à cette partie de fusion en même temps que l'on coupe le courant de soudage, non seulement la formation des fissures est empêchée mais encore la structure formée dans la région limite de cotransition 6 mentionnée plus haut est la structure mixte tenace 6b qu'on ne trouve pas dans le produit classique.Parmi les moyens d'amenée de chaleur selon l'invention, on peut mentionner le procédé dans lequel on met en contact le bord périphérique la' de l'orifice d'extrémité du tube avec la surface latérale fixe de la pièce terminale, on fait passer un cou rant instantané de fusion tout en chauffant au moyen de gaz la partie de contact à une température appropriée, puis on arrête graduellement le chauffage au gaz, un procédé dans lequel on chauffe par haute fréquence la partie de contact en même temps que l'on coupe le courant de soudage, et un procédé dans lequel on fait passer de façon synchrone un courant instantané d'intensité appropriée, en même temps que l'on coupe le cou- rant de soudage.Ici, on engendre de la chaleur en faisant passer un courant de façon synchrone parce que le refroidisse- ment apurés coupure du courant de soudage est rapide, comme on l'a dit plus haut. On produit la partie évide en forme d'encoche 6' indiquée sur les figures 2 et 3 en appliquant une pression au moyen de l'électrode lors du soudage. La référence 6n indique une fissure qui risque de se former sur la périphérie de la partie en forme d'encoche. On peut bien empêcher la formation de ces fissures 6" en réduisant la vitesse de refroidissement grace aux moyens d'amenée de chaleur décrits plus haut. Si on limite l'extension W de la zone limite de co transition 6 vers l'intérieur comme vers l'extérieur de la paroi la du tube, de façon qu'elle se situe au sein de la surface limite de fusien 5 comme le montre la figure 2, l'action de refroidissement graduel est plus favorable.Cela s'effectue de façon différente selon le choix des moyens de réduction de la vitesse de refroidissement, l'étant du bord périphérique la' de l'orifice i l'extrémité du tube et le réglage de la force de compression. On détermine donc expérimentalement les conditions favorables de l'opération. La figure 3 montre que l'extension W de la zone lini- te de co,transition 6 formée d'une structure dure, cassante et très indésirable de martensite st dépasse à l'extérieur des parties terminales,aussi bien intérieure qu'extérieure, 5a et 5b de la surface limite de fusion 5 de manière à donner la fissure 6" au bout de chaque partie évidée en forme d'encoche. EXEMPLE L'exemple suivant d'application de l'invention permettra de bien comprendre la façon de réduire la vitesse de refroidissement par un moyen d' amenée de chaleur et les effets obtenus. Manière de procéder : un tube d'acier 1 de qualité ASTMÂ5l2-66 MT1010 ayant un diamètre de 8,0 mm, une épaisseur de 1,2 mm et une longueur de 186,0 mm est pourvu d'un mandrin dans sa partie terminale ; on monte sur le bord périphérique la' de l'orifice de l'extrémité du tube 1 une pièce terminale 2 de qualité ASTM A-575-73 G 10120 ayant une profondeur de durcissement par carburation de 0,6 mm (cémentation complète), une dureté de surface Hv de 700, un diamètre extérieur R de 10,5 mm, une épaisseur t de 10 mm et une épaisseur de fond t' de 5 mm, dont la surface terminale 2' est une surface arquée concave 2a et dont la surface latérale de fixa- tion 2" est plane, puis on fait passer à travers l'assemblage un courant de soudage de 8 volts, 50 Hz et 16 000 A/em2 sous une force de compression de llOO kg pendant 2/100 de seconde, puis on fait passer de façon synchrone un courant de même tension et de même fréquence et de 4500 A/cm2, en tant que moyen de refroidissement graduel sous la sEme pression pendant 6/100 de seconde, en même temps que l'on coupe le courant pour réduire la vitesse de refroidissement, puis on refroidit naturellement k l'air pour obtenir le produit voulu. Préparation d'éprouvettes: on répète le processus ci-dessus de manière à-obtenir 50 produits. On prélève sans discrimination 13 éprouvettes. On soumet ;3 de ces éprouvettes à l'essai de section de la partie de fusion et les 10 autres à l'essai de résistance de la liaison par fusion. Résultats des essais :- dans la section de l'éprouvet- te obtenue, comme le montre la figure 2, l'extension W de la zone limite de cotransition 6 étant située dans la surface limite de fusion 5, on observe dans cette zone 6 une couche mixte tenace 6b présentant des parties évidées en forme d'encoches 6' situées par dessus la partie terminale extérieure 5b en partant de la partie terminale intérieure Sa de la surface limite de fusion 5. Les résultats de l'essai de résistance de la partie de fusion 3 sont indiqués au tableau 1. Dans le tableau, l'éprouvette de produit classique est obtenue exactement de la même façon si ce ntest qu'on n'applique pas de moyens d'amenée de chaleur pour diminuer le refroidissement de la façon susdite, comme dans le procédé de l'invention. Ce moyen d'amenée de chaleur est un moyen permettant de faire passer de façon synchrone un courant électrique de 4500 A/cm2 pendant 6/100 de seconde comme indiqué dans le procédé de fabrication ci-desus. TABLEAU 1 Produit selon l'invention Produit classique n0 Résistance n * Résistance 1 1 200 kg i 1 060 kg 2 1 210 2 1 120 3 1 220 3 860 4 1 160 4 1 030 S 1 180 080 6 1 230 6 820 7 1 200 7 1 030 8 1 140 P 970 9 1 250 9 1 01O 10 1 210 10 890 x t 200 x 987 R 110 R 300 Notes 1. N veut dire le numéro de l'éprouvette. 2. La résistance mentionnée par le tableau est représentée par la tension lorsqunon detache la partie de fusion, en tirant dans la direction axiale du tube, la pièce terminale et la partie terminale du tube étant tenues par des mandrins respectifs. Le tableau 1 montre que la résistance moyenne x est de l 200 kg pour le produit de l'invention mais de 987 kg pour le produit classique et que la fluctuation R est de 110 kg dans le produit de l'invention mais de 300 kg dans le produit classique. On trouve ainsi que le produit de l'invention est nettement supérieur au produit classique. REVENDICATIONS 1. Poussoir de soupape perfectionné pour moteurs à combustion interne, formé d'un tube d1acier, muni à une extrémité au moins, d'une pièce terminale dont la surface terminale est arquée, concave ou convexe, et dont la surface latérale de fixation est plane, et portant une couche durcie par carburation sur la surface de paroi périphérique, la pièce terminale étant soudée électriquement par résistance à une extrémité du tube d'acier et ayant une zone limite de cotransition qui présente une surface licite de fusion formée annulairement le long de la périphérie de l'orifice de l'extrémité du tube et s'élargissant dans la couche durcie avec une section en segment, en partant de la surface limite de fusion et présentant une forme annulaire le long de la surface limite de fusion formée sur la surface latérale fixe, poussoir caractérisé par le fait qu'une couche mixte comportant une structure de martensite & et une structure principalement de truestite, et arquée sur la partie terminale extérieure en partant de la partie terminale intérieure de la surface limite de fusion, est formée annulairement le long de la surface limite de fusion au sein de la zone limite de cotransition. 2. Poussoir de soupape selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'extension de la zone limite de cotransition en direction de l'intérieur comme de l'extérieur du tube est limitée à intérieur de la surface limite de fusion. 3. Procédé de fabrication de poussoirs de soupape perfectionnés pour moteurs à combustion interne, dans lequel on utilise une pièce terminale à surface terminale arquée concave ou convexe, dont la surface latérale de fixation est plane et qui porte une couche durcie par carburation sur la surface de paroi périphérique, on amène la surface latérale de fixation de la pièce terminale en contact avec le bord périphérique de l'orifice d'une extrémité du tube d'acier et on y fait passer un courant instantané de soudage pour les souder électriquement par résistance, procédé caractérisé par le fait que l'on réduit, gracie à un moyen d'amenée de chaleur, la vitesse de la baisse de température causée dans la partie de fusion, en même temps que lion coupe le courant.