Brevet FR2482136A1 — publié le 19811113

La présente invention, concernant surtout le recuit d'articles en fer ou acier, est plus spécifique- ment relative à des matériaux ferreux et en particulier à des tubes ou à des barres de fer ou d'acier qui ont été soumis, après une déformation plastique, à un recuit à basse température afin d'éliminer les contraintes résiduelles engendrées au cours de la phase de déforma- tion plastique. Les tubes ou barres classiques en fer et en acier, tels que spécifiés par la norme SAE J 529b (Tuyaux d'injection de carburant), qui sont recuits après déformation plastique résultant par exemple d'étirages, prennent une constitution normale incluant une strzact=er interne recristallisée et acquièrent une dureté voisine de colle du matériau brut avant déformation plastique. Ceci résulte de l'habitude d'effectuer un recuit total ou complet. Il s'ensuit que des matériaux classiques de ce genre risquent de souffrir d'une dégradation de la résistance à la fatigue comme indiqué au tableau 1 et par la courbe (B) du diagramme de la figure 1 o l'on compare les propriétés de fatigue. Egalement les produits fabriqués à partir de ces matériaux tendent à manifester assez t8t la production de fissures et de ruptures dans les parties attachées, les extrémités raccordées, etc.., à cause des attaques subies telles que résultant de flexions et vibrations. L'invention a notamment pour objet de diminuer tout au moins les inconvénients ci-dessus. Conformément à l'invention, on propose un procédé pour traiter des matériaux ferreux, qui comprend de faire subir au matériau une déformation plastique de façon à produire une structure à grain aplati, puis à faire recuire le matériau de manière à conserver la structure à grain aplati. L'invention inclut égale- ment le matériau ferreux qui est traité par le procédé de l'invention. D'autres caractéristiques de l'inven- tion ressortiront par la suite. On décrira maintenant, à titre d'exemples non limitatifs, des modes de réalisations de la présente invention avec référence au dessin ci-annexé. Sur ce dessin: - la figure 1 est un diagramme permettantÈi comparer les propriétés de fatigue des produits fabri- qués à partir de matériaux fer ou acier selon la pré- sente invention et ceux des produits fabriqués à partir des matériaux fer ou acier classiques. - la figure 2 est une photomicrographie montrant la structure de grain obtenue par l'invention (grossis- sement x 100) et - la figure 3, une photomicrographie montrant la structure de grain d'un matériau classique (grossis- sement x 100). Les matériaux fer et acier selon la présente invention, qui ont de préférence une teneur de carbone comprise dans la gamme 0,05% à 0,45% (en poids) conservent une structure à grain aplati pratiquement exempte de recristallisation et acquièrent une dureté quit est supérieure de 55% à 125% à celle acquise par les matériaux fer et acier qui sont traités par un recuit complet, et une résistance à la fatigue nota- blement accrue comme indiqué par la courbe (A) du diagramme de la figure 1. Ceci est obtenu en fixant la réduction de surface (c'est-à-dire le rapport de réduction) au cours de la déformation plastique à basse température, dans la gamme 20% à 60%, de sorte que le matériau conserve une structure uniforme à grain aplati et gr9ce à un traitement de recuit subséquent à basse température et pendant un intervalle de temps proportionné au rapport de traitement indiqué ci-dessus, à savoir avec la température la plus élevée et la durée la plus longue au-delà desquelles se produit la recristallisation. La raison de spécifier une dureté dans la gamme mentionnée ci-dessus est naturellement en relation avec le résultat de la déformation plastique. Lorsque l'augmentation de dureté ne réussit pas à atteindre la limite inférieure de 55% au-dessus du niveau acquis par le recuit complet, les matériaux en traitement ne conservent pas une structure à grain aplati uniforme et uniforméiment traité et par suite ne manifestent pas d'accroissement notable de la résistance à la fatigue. Lorsque l'augmentation de dureté dépasse 125% (c'est-à-dire qu'elle n'a pas augmenté en proportion du rapport au cours de la déformation plastique) le glissement de la limite de grain dans la structure à grain aplati augmente d'intensité Jusqu'à un point tel que la limite de grain est dégradée enr abaissant finale- ment la limite de fatigue. A titre d'exemple, on considérera un tube d'acier au carbone, de qualité machine (ETKLK'e-13A, acier calmé)ayant un diamètre extérieur mesurant 12, 7 mm et une épaisseur de paroi de 2,5 mm, qu'on a utilisé - comme acier à titre de matériau brut. L soumettant ce matériau brut en acier à la déformation plastique par étirage avec un rapport de réduction fixé & 48%, on a obtenu un tube, ayant un diamètre extérieur de 81,0mm et une épaisseur de paroi de 2,3 mm, ainsi qu'une dureté IHv 20'. Ultérieurement, on l'a soumis à un traitement de recuit à basse température dans un four de chauffage poussunt en atmosphère non oxydante à 41C0C pendent 35 minutes. Le produit final avait une résistance à la traction de 663 XPa un allonge- ment de 12 et une dureté lIv 1zC. Ce produit conser- 0O vait une structure à grain aplati, exempte de recris- tallisation, conne on voit sur la photoaicrogrsphie de la figëure 2 et présentait des propriétés de fatigue indiquées au tableau 1 et sur la courbe (A) de la figure 1. 3,5 Le produit classique indiqué au tableau 1 et par la courbe (B) du diagramme de la figure I était un tube ayant une résistance de la traction de 385 MPa un allongement de 4Z,% et une dureté ev 117 qui a été obtenue en soumettant le tube ayant un diamètre exté- rieur de 8,0 mm, une épaisseur de paroi de 2,3 mm et une dureté Hv ú02 et obtenu par la m8me déformation plastique par étirage comme mentionné cidessus, à un traitement de recuit complet dans un four de chauf- fage poussant en atmosphère non oxydante A 7300C pendant 10 minutes. Ce produit possédait une structure recristallisSe comme on voit sur la photomicrographie de la figure 5. Cinq pièces d'épreuve prélevées sur chacun des produits (A) et (B) ont été soumises A un test de flexion répété pour déterminer la résistance à la fatigue. Les résultats ont été ceux indiqués ci-après. YVoici maintenant quelques indications concernant a) la méthode de mesure s Une pièce d'épreuve a été soutenue horizontalement par une extrémité atta- chée a un support stationnaire et on a fait vibrer l'extrémité libre restante de la pièce d'épreuve dans le sens vertical: 2C.12 () 3Ed avec C, contrainte énoncée 1 écartenent du point d'attache au point d'ac- tion de la force d = diamètre de la pièce d'épreuve et E. module d'Young du matériau (23,54 104MPa). M0 La pièce d'épreuve a subi une flexion répétée avec l'amplitude calculée par la formule (1) citée ci- dessus, en tenant compte des flexions apportées & la pièce Jusqu'A ce qu'une rupture de cette pièce se soit produite. b) les résultats des essais 5 * salioaTg npuT osoTZu;[dde sol janoi soT.n 4uama:Uxa:U[o4 4q GUIOED sq9l&a %UOaJ as uoîzuaAUT.TI V ujo 6enU4qO U4VoYLnp oSad: sol 4 jïnru d *-3 *o.a 64uamopaoaoua p a)Tmo.xo eoug.:4,rd. 'oal suep $oan4dn a3p.o oJ8asT$ op 9%ITQqïsJod el O;TA uo 'soeja:q Sap $a saqq4 Gop enb gsle senbxqej 9UnpoOad op taaoj VI suos x9,?U Ox. Seo uTo O pu2,wo *uLtoqleJq. 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Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le recuit suivant la déformation plastique est-effectué à une température particulière et pendant un intervalle de temps au-delà desquels se produit la recristallisation structurale. 3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les matériaux possè- dent une teneur en carbone comprise dans la gamme de 0,05% à 0,45% (en poids). 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la déformation plastique est effectuée par un étirage avec un rapport de réduction compris dans la gamme de 20%o à 60%o. 1 5. Matériau ferreux ayant été traité par le procédé selon l'une des revendications précédentes. 6. Matériau selon la revendication 5, caracté- risé en ce que la structure de grain aplati est prati- quement exempte de recristallisation. 7. Matériau selon revendication 5 ou 6, ayant la forme d'un tube ou d'une barre.