Brevet FR2521889A1 — publié le 19830826

Outil de limage et son procédé de fabrication La présente invention concerne un outil de limage tels que les limes de précision, limes aux poinçons, limes aiguilles, limes machines, rifloirs etc constitué d'un acier trempé et comportant une manche et une partie entaillée de dents durcies. La trempe donne des outils à surface de travail dure mais fragiles et sujets à des casses. Ceci est notamment le cas de la partie travaillante des limes aiguilles et rifloirs dont l'extrême pointe présente une faible section. En outre, les outils de limage connus sont très rigides et doivent etre adaptés dans leur forme à celle de l'objet à travailler. En effet, ces outils de limage, par leurs caractéristiques, variété de profils, finesse de la pointe, formes très étudiées, importante gamme de grains de taille, sont utilisées - dana la finition d'outillage de découpe et d'emboutissage (matrices, poinçons), - dans la réalisation de moules (matières plastique), - dans l'horlogerie, - dans les industries de mécanique fine, - dans les industries de l'électronique, - dans l'orfèvrerie, le maquettisme. L'utilisateur est donc obligé de tenir en stock un grand nombre d'outils de limage ayant des formes les plus diverses appropriées à toutes les formes des objets à limer. ta présente invention supprime ces inconvénients et a pour but de proposer un outil de limage du type précité et ne présentant aucun risque de casse et se prêtant à une déformation à froid. Ce but est atteint, conformément à llin- vention du fait que l'outil de limage en acier trempé comprend au coeur une structure ferritique, une couche superficielle à structure martensitique. Grâce à cette structure, on obtient un outil de limage dont la surface entaillée est extrêment dure et dont les couches sous-jacentes sont moins dures mais très tenaces et permettent une déformation de l'outil sans casse. Ainsi, les limes selon l'invention - peuvent être déformées, sans risque de casse, manuellement ou à l'aide d'un outil approprié tel que pince, tenaille, étau, etc... en prenant la précaution en ce cas d'éviter les portées métal sur métal qui pourraient abîmer la taille de la lime - peuvent subir des déformations successives sans que leurs carac#téristiques mécaniques soient altérées - sont suffisamment rigides pour ne point se déformer lors des opérations de limage. En outre, la même lime peut être successivement adaptée à des travaux différents. On peut aussi lui donner des formes que l'on ne trouve pas dans la gamme actuelle commercialisée de ces outils. L'invention concerne aussi un procédé de fabrication d'un outil de limage, procédé selon lequel on forme d'abord l'outil à partir d'un acier spécial, de façon à lui donner un manche et une partie travaillante comportant des dents et on soumet au moins la partie travaillante de l'outil à une opération de trempe. Selon l'invention, on soumet un outil de limage constitué d'un acier de structure ferritique à une opération de carbonitruration d'une durée de 2 à 4 minutes de façon à obtenir une profondeur de pénétra- tion de l'azote et du carbone au moins égale à 0,02mm, dans un bain de sel. contenant du carbone et de l'azote et ayant une température comprise entre 7500 et 8500. de façon à oraliser à la surface de l'outil de limage une structure austénitique, et finalement, on soumet ledit outil à la sortie de ce bain de carbonitruration à une opération de trempe à l'huile ou à l'eau, jusqu'à température ambiante de façon à obtenir une couche superficielle en martensite tout en conservant au coeur un-e structure ferritique. Grâce au procédé de l'invention, on obtient un outil dont la dureté en surface est de l'ordre de 700 Hv 25 g (Dureté Vickers 25g) tandis qu'au coeur, la dureté est inférieure à 300 HV 25 g. Le coeur qui constique le support de la couche superficielle dure est malléable et permet toutes les déformations nécessaires à la modification de la forme de ltoutil sans altératipn des caractéristiques mécaniques tout en étant suffisamment rigide pour ne point se déformer lors des opérations de limage. Les nuances d'acier utilisé pour la fabrication des outils de limage doivent avoir une matrice ferritique avant l'opération de taille et de carbonitruration.Cette matrice à structure ferritique peut proyenir soit de l'état naturel de l'acier utilisé, dans le cas des aciers extra doux (teneur en C Comme précédemment indiqué, on utilise pour la fabrication des outils de limage selon 1 'inven- tion, des aciers qui après traitements appropriés présentent à coeur une structure ferritique permettant la déformation de l'outil sans casse, et en surface, une partie taillée durcie. EXEMPLE 1 Outil de limage réalisé en un acier qui initialement ne présente pas de matrice ferritique. On prend par exemple un acier du type Z 30 C 13 qui a les teneurs suivantes 0,34 x en C ; 0,36 Z en Mn, 12,00 Z en Cr, 0,30 Z en Ni, le reste étant en fer. On réalise l'outil de limage avec un tel acier. Ensuite, on soumet l'outil à un recuit de coalescence avant taille de la lime à une températlJre d'austenisation dc 8500C nvéc un palier de globulisation à 725 C, afin d'obtenir une structure ferritique+ carbures, le temps de recuit étant fonction de l'importance du lot à recuire.Après le recuit de coalescence, on obtient un outil présentant une matrice ferritique avec des carbures de chrome du type M23 C6). L'outil est alors soumis à une opération de carbonitruration pendant une courte durée, par exemple de l'ordre de 2 minutes, par exemple à l'aide d'un bain de sel approprié (com portant par exemple du NaCN t Na2 C03) à une tempéra ture de 8000C.On obtient ainsi une couche superficiel le d'une structure austénitique sur quelques centièmes de mm de profondeur et dont le pourcentage en austénite décroit de la surface vers le coeur où l'on conserve pratiquement la structure de départ (dans le cas présent : ma trice ferritique plus carbures de chrome du type M23 C6) à partir d'une distance supérieure à environ un dixième de mm comptée à partir de la surface de l'ou til de limage. Au cours du traitement de carbonitruration l'azote diffuse dans l'acier en même temps que le carbone et entraîne ut abaissement des points de transfor mationOC - > # .Grâce à ce phénomène le traitement de carbonitruration peut être réalisé à des températures comprises entre 7500 et 8500C. Avec une durée de trai tement de carbonitruration relativement faible, par exemple de 2 à 4 minutes, on obtient une couche superfi cielle riche en azote et en carbone d'une épaisseur de l'ordre de quelques centièmes de mm, par exemple 0,03 mm et au moins 0,02 mm dans laquelle la transformation en austénite se réalise de façon pratiquement totale du côté extérieur de cette couche tandis que l'on obtient une structure essentiellement ferritique vers le côté intérieur de cette couche. Le temps de maintien de l'outil de limage dans le bain de carbonitruration étant faible, la quantité de carbures dissous n'est pas suffisante pour autoriser le changement d'une grande quantité de ferrite en austénite de sorte que la structure ferritique reste inchangée au coeur de l'outil et meme déjà à une faible distance de la surface de outil (à partir de 0,1 mm). Après le traitement de carbonitruration, l'outil de limage est trempé à l'eau ou,de préférence, à l'huile de façon à transformer en martensite l'austénite de la couche superficielle. Sur la figure 1 est représentée une micrographie de la partie taillée de l'outil de limage réalisée à partir d'un acier Z 30 C 13, agrandissement 450, carbonitruration pendant 2 minutes à 80000, trempé à l'huile; la surface de l'échantillon ayant été attaquée à 1'EAU REGALE. On voit sur cette micrographie un bord plus foncé à cristaux dense constituées de martensite et une partie intérieure plus claire constituée de ferrite et de carbures de chrome. La figure 2 représente un diagramme montrant la dureté de l'outil en fonction de la distance du point de mesure de la surface de l'outil. En ordonnée est indiquée la dureté Hv 25 g (dureté Vickers 25g) et en abscisse est indiquée la distance des points de mesure à partir du bord de l'outil (en direction du coeur de celui-ci). La courbe 1 concerne un acier du type Z 30013 traité selon l'invention. On y voit que la dureté superficielle est de l'ordre de 700 Hv 25 g et que cette dureté décroit rapidement à partir d'une distance de 0,03 mm du bord de l'outil pour atteindre une dureté au coeur de l'ordre de 270 Hv 25 g à une distance d'environ 0,1 mm du bord de l'outil. Avec des aciers de nuances différentes, on obtient des duretés Vickers dont les courbes tracées en fonction de la distance des points de mesure du bord de l'outil présentent des allures et valeurs analogues à celles de la courbe i On a procédé à des essais de mordant sur des éprouvettes de lime traitées conformément à l'invention, la trempe ayant été faite soit à l'air, soit à l'eau, soit à l'huile. Par le terme technique "mordant", on entend dans la technique de l'image l'aptitude à faire des copeaux sans glisser. L'essai de mordant a été effectué sur une éprouvette traitée à une résistance de 180 kg/mm2 et on a constaté que l'outil trempé à- l'air glisse alors que les outils trempés à l'eau ou à l'huile ne glissent pas sur ladite éprouvette. Ce test de mordant démontre l'importance de l'existence d'une couche dure superficielle dont l'é paisseur devrait être au moins égale à 0,02 mm et d'un coeur relativement souple, le rapport des duretés Vickers 25 g à la surface et au coeur devant être au moins égal à 2 et de préférence à 3. On a constaté que la trempe à l'eau donne des limes plus rigides que la trempe à l'huile, suite à une dureté à coeur un peu plus élevée dans le cas de la trempe à l'eau. Etant donné que l'outil de limage doit égalenent présente une certaine souplesse pour permettre sa déformation, il convient pour l'obtention d'un com promis optimal entre la souplesse et le mordant de l'outil de limage de donner la préférence à une trempe à l'huile. EXEMPLE 2 : outil de limage réalisé avec un acier inoxydable ferritique du type Z 08 C 17. Ce type d'acier n'a pas besoin d'un recuit de coalescence comme c'est le cas des aciers martensitiques de l'exemple précédent. L'acier inoxydable ferritique,après la conformation et l'entaillage de l'outil de limage, peut etre directement soumis aux opérations de -carbonitrura- tion et de trempe dans les conditions précédemment indi quées EXEMPLE 3 : Outil de limage réalisé à partir d'un acier bas carbone (C L'acier de départ pour la réalisation de l'outil de limage avait la composition suivante 0,095 Z en poids de carbone, 0,14 % de Si, 0,62 Z de Mn, 0,021 % de S, 0,022 Z de P, 0,04 % de Cu, 0,001 x de Al, le reste étant du fer. Cet acier présentant d'origine une structure ferritique + traces perlitiques, il peut subir le traitement de carbonitruration et de trempe à l'huile sans traitement préalable. Plusieurs outils de limage ont été traités dans le bain de carbonitruration à 8000C pendant 2 ou 4 minutes, puis trempés à l'huile de façon à obtenir en surface une structure martensitique (refroidissement très rapide en dessous du point de transformation martensitique). Il a été constaté que les outils de limage carbonitru rés pendant 4 minutes ont, après trempe, un mordant plus élevé que les outils carbonitrurés seulement pendant 2 minutes. D'une façon générale, le traitement est fonction du point de transformation de 11 acier utilisé. Sur la fissure 3 est représentée une micrographie d'une dent de l'outil de limage réalisé à partir d'un acier bas carbone ayant la composition précitée. L'agrandissement de cette figure 3 est de 230. L'attaque de la coupe micrographique a été faite au NITAL. Après le maintien pendant deux minutes dans le bain de carbonitruration à 800 C, l'outil de limage a été trempé à l'eau. On voit sur cette figure 3 une première cruche superficielle de couleur claire, d'une épaisseur moyenne de 0,02 mm et constituée principale ment de martensite,et et une grande masse cristallisée constituant le coeur de la dent présentant une structure ferritique + traces martensitiques. Bien entendu, le reste du coeur de l'outil est éga-lement d'une structure ferritique. La figure 4 montre un diagramme de dureté d'un outil correspondant à l'exemple 3, l'ordonnée indiquant la dureté HV 25 g (dureté Vickers 25 g) et l'abscisse la distance des points de mesure en mm de cette dureté Hv 25 à partir du bord de l'outil. On voit sur la courbe 2 de la figure 4 qu'en surface et jusqu'à une distance de l'ordre de 0,02 mm, la dureté Hv 25 g est supérieure à ou de l'ordre de 700 tandis qu'au coeur les valeurs de dureté sont seulement peu supérieures à 200. REVENDICATIONS 1. Outil de limage constitué d'un acier trempé et comportant un manche et une partie entaillées de dents durcies, caractérisé en ce qu'il comprend une couche superficielle à structure martensitique et au coeur une structure ferritique. 2. Outil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche superficielle a une épaisseur au moins égale à 0,02 mm. 3. Outil selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la dureté Vickers Hv 25 g de la couche superficielle est au moins le double et, de préférence, le triple de la dureté Vickers au coeur. 4. Outil selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la dureté Vickers de la couche superficielle est au moins égale à 700 Hv 25 g. 5. Procédé de fabrication d'un outil de limage à partir d'un acier, selon lequel on conforme d'abord l'outil pour lui donner un manche et une partie travaillante comportant des dents, et l'on soumet au moins la partie travaillante entaillée de l'outil à une opération de trempe, caractérisé en ce que l'on utilise un acier présentant une structure ferritique ou l'on donne à l'acier de l'outil une structure ferritique et l'on soumet ensuite l'outil à une opération de carbonitruration à une température comprise entre 750 C et 8500C et d'une durée suffisante pour obtenir une profondeur de pénétration de l'azote et du carbone au moins égale à 0,02 mm et finalement une couche superficielle à structure austénitique et qu'après sa carbonitruration, on soumet ledit outil à une trempe rapide de façon à obtenir une couche superficielle à structure martensitique tout en conservant au coeur une structure ferritique. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'on utilise pour la carbonitruration un bain de sel contenant du NaCN et Na2CO3. 7. Procédé selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que la durée de traitement de carbonitruration est comprise entre deux et quatre minutes. 8. Procédé selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que la trempe est faite à l'huile. 9. Procédé selon l'une des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que l'on utilise comme acier un acier non ferritique que l'on soumet à un recuit de coalescence avant l'opération de carbonitruration.