Brevet FR2520507A1 — publié le 19830729

1- Procédé de fabrication de défauts étalons plaom noyés dans la masse d'une pièce métallique et pièces de référence pour examens non destructeurs réalisées suivant ce procédé. La présente invention concerne un procédé de fabri- cation de pièces comportant des défauts étalons pouvant servir de référence pour des examens non destructeurs de pièces de fabrication. On peut rencontrer une très grande variété de dé- fauts naturels dans les pièces mécaniques Ces défauts peuvent provenir du mode de fabrication (forge, laminage, soudage, etc) ou apparaître et se développer lors du fonctionnement normal (fissuroede fatigue). Les ultra sons permettent de mettre en évidence les défauts, mais il est nécessaire d'en déterminer la forme, l'orientation,et par suite,leur nocivité Pour déterminer la forme et l'orientation des défauts, il est nécessaire de disposer d'étalons de référence pour mesurer les dé- fauts. Les étalons étaient jusqu'ici réalisés par perçage à différentes profondeurs de trous à fond plat et faible diamètre dans des blocs massifs Cependant, ces étalons classiques ne sont guère représentatifs de la réalité et ne constituent pas des étalons fiables. L'invention a pour but la réalisation d'étalons reproduisant pratiquement à l'identique les défauts que l'on rencontre habituellement dans les pièces de fabrica- tion. L'invention a pour objet un procédé de fabrication de pièces en métal massif présentant au moins un défaut étalon plan noyé dans la masse, servant de référence pour des examens non destructeurs, notamment par ultrasons, caractérisé en ce qu'on prépare deux tronçons de cylindre droit identiques dudit métal, on usine dans une face de chaque tronçon au moins une empreinte symétrique à contour fermé et fond concave de géométrie prédéterminée, on rec- tifie et dégraisse les deux faces usinées, on superpose les -2- deux tronçons par leurs faces usinées pour former un bloc, on assemble les deux tronçons par la périphérie des deux faces usinées superposées, et on écrase le bloc perpendi- culairement au plan des faces assemblées, au moins jus- S qu'à ce que les fonds concaves des empreintes en vis-à-vis soient aplatis et viennent en contact l'un avec l'autre. Suivant un mode de mise en oeuvre particulièrement intéressant, on prélève les tronçons dans une barre filée en acier fin au carbone, on les assemble après usinage en un bloc par un cordon de soudure, et on chauffe le bloc à environ 11501 C avant écrasement. Plus particulièrement, on peut préparer des tron- çons d'environ 80 mm de diamètre et 50 mm de long, dans lesquels on usine des empreintes de 20 mm environ de dia- mètre et 1,2 à 4 mm environ de flèche chacune, et on écrase le bloc par forgeage jusqu'à un taux d'écrasement effectif de 0,78 environ. L'invention a également pour objet des pièces mé- talliques de référence de défauts plans noyés dans la masse, pour examens non destructeurs,fabriquées suivant un tel procédé,et plus particulièrement, des pièces pré- sentant des défauts de planéité, diamètre et orientation identiques. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre et à l'examen du dessin annexé qui représente, à titre non limitatif, un mode de réalisation de l'invention Sur ce dessin la figure 1 représente un bloc réalisé suivant l'invention, avant écrasement,et, la figure 2 représente une pièce métallique de référence suivant l'invention, obtenue par écrasement du bloc de la figure 1. A titre d'exemple, pour préparer des pièces métal- liques de référence de défauts plans noyés dans la masse suivant l'invention, on prélève dans des barres rondes filées de 80 mm de diamètre en acier fin au carbone des cylindres de 50 mm de hauteur chacun. -3- Sur uredes bases de chaque cylindre, on usine,en commande numérique, une empreinte de 20 mm de diamètre à fond sphérique et de 2 mm de flèche. On contrôle chaque empreinte par réplique au pro- jecteur de profil pour vérifier -le reproductibilité de l'usi- nage Les variations relatives de flèche ét de diamètre sont respectivement égales à 2,5 % et 1,5 %. Les faces présentant les empreintes sont ensuite rectifiées, soigneusement dégraissées, mises en regard, immobilisées et protégées d'une oxydation ultérieure par un cordon de soudure circulaire au droit du plan de joint. On porte ensuite les blocs ainsi réalisés à 11501 C 50 o C et on les forge sur une presse de 300 tonnes jusqu'à un taux d'écrasement effectif de 0,78. Le contrôle par ultrasons des pièces de référence ainsi réalisées montre, quel que soit le type de sonde ( 2,25 à 10 Hz avec ou sans focalisation) et la méthode utilisée (palpage direct ou immersion), que l'écho du plan de joint n'est pas visible et est noyé dans le bruit de structure. Un contrôle des blocs en immersion réalisé à l'aide d'une sonde focalisée analysé en mode C permet de visua- liser les défauts et d'en mesurer les contours Pour des bloc réalisés, comme ci-dessus avec une flèche de 2 mm, on mesure sur enregistrement cartographique un diamètre moyen de 10 mm avec un écarttype de 1 mm. Pour examiner le défaut ainsi réalisé dans les pièces massives,on pratique une coupe axiale dans des blocs afin de permettre des examens magnétoscopiques,macro- graphiques et micrographiques dont certains après recuit à 850 WC pendant deux heures. En examen magnétoscopique, les défauts apparaissent très discontinus, par suite d'une recristallisation par- tielle des faces des empreintes Tous les défauts sont ri- goureusement plans. L'attaque macrographique permet de visualiser net- tement la déformation générale du plan en forme de tonneau, mais surtout une forte déformée locale des fibres en extré- mité de défaut. -4- Pour mieux caractériser des défauts réalisés,on tourne Un certain: nombre de blocs axialement en commande numérique de manière à placer le défaut dans la partie cen- trale d'éprouvettes à corps cylindriques de 20 mm de dia- mètre, c'est-à-dire le diamètre originel de l'empreinte. Ces éprouvettes, soumises à des essais de traction sta- tique et de fatigue, montrent que la recristallisation du joint est telle que ses caractéristiques statiques sont pratiquement équivalentes (à 6 % près) aux caractéristiques du métal de base. L'examen microscopique des ruptures en traction statique montre que les éprouvettes présentent trois zones distinctes:-une zone centrale o les stries concentriques d'usinage sont bien visibles La structure observée est un mélange de ferrite et de perlite, les deux faces du défaut étant pratiquement en contact et présentant un liseré ferritique continu. -une zone intermédiaire o les stries d'usinage sont comme sous-jacentes et o la rupture est mate à grains fins, le liseré ferritique devenant discontinu. enfin, uné zone périphérique dans laquelle seules quelques plages de ferrite alignées permettent de situer la position de l'ancien joint Un recuit affinant le grain fait disparaître totalement ces traces. Les contrôles et mesures ainsi réalisés montrent que la réalisation de défauts noyés dans la masse ayant une planéité parfaite est réalisable de façon économique et reproductible. On peut réaliser, de la même façon, des défauts elliptiques ou autres, et non pas circulaires,comme décrit dans l'exemple ci-dessus. La réalisation de défauts de diverses dimensions permet la constitution d'abaque pour la définition de la dimension originelle de l'empreinte nécessaire pour obte- nir un défaut de dimension donnée. Le bloc représenté à titre d'illustration sur les figures 1 et 2 est constitué initialement de deux cylindres -5- identiques 1 et 2 assemblés par un cordon de soudure 5. Deux empreintes à fond sphérique 3 et 4 identiques et affrontées ménagent entre les deux blocs un vide lenticu- laire. Après écrasement par forgeage, le bloc prend la forme en tonneau représentée sur la figure 2 Le plan de joint 7 représenté par une ligne discontinue est pratiquement inexistant, tandis qu'il s'est formé un défaut plan 6 à l'emplacement des empreintes 3 et 4. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté, elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art, suivant les applications envisagées et sans s'écarter pour autant du cadre de l'invention. C'est ainsi que l'invention a été décrite par rap- port à des pièces rondes en métal-ferreux dans lesquelles on pratique des empreintes sphériques de 20 mm de diamè- tre Il est cependant bien évident qu'on peut réaliser des pièces analogues dans n'importe quel matériau compressi- ble, avec des empreintes de dimensions et de formes dif- férentes dans des pièces cylindriques de section droite non circulaire, par exemple ovoïde ou polygonale. G- REVENDICATIONS 1 Procédé de fabrication de pièces'en métal massif présentant au moins un défaut étalon plan noyé dans la masse, servant de référence pour des examens non destruc- teurs,notamment par ultrasons, caractérisé en ce qu'on prépare deux tronçons de cylindre droit ( 1,2) identiques dudit métal, on usine dans une face de chaque tronçon au moins une empreinte symétrique ( 3,4) à contour fermé et fond concave de géométrie prédéterminée, on rectifie et dégrais- se les deux faces usinées, on superpose les deux tronçons par leurs faces usinées pour former un bloc, on assemble les deux tronçons par la périphérie( 5) des deux faces usinées superposées, et on écrase le bloc perpendiculaire- ment au plan des faces assemblées au moins jusqu'à ce que les fonds concaves des empreintes en vis à vis soient aplatis et viennent en contact l'un avec l'autre. 2 Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'on prélève les tronçons dans une barre filée en acier fin au carbone, on les assemble après usinage en un bloc par un cordon de soudure, et on chauffe le bloc à environ 11501 C avant écrasement. 3 Procédé selon la revendication 1 ou 2, caracté- risé en ce qu'on prépare des tronçons d'environ 80 mm de diamètre et 50 mm de long, on usine des empreintes de mm environ de diamètre et de 1,2 à 4 mm environ de flè- che chacune, et on écrase le bloc par forgeage jusqu'à un taux d'écrasement effectif de 0,78 environ. 4 Piècesmétallique de référence de défauts plans noyés dans la masse pour examens non destructeurs caracté- riséesen ce qu'elles sont réalisées suivant le procédé de l'une des revendications 1 à 3. Pièces suivant la revendication 4 caractérisées en ce qu'elles présentent des défauts de planéité, diamè- tre et orientation identiques.