Brevet FR2522690A1 — publié le 19830909

Technologiquement, l'invention concerne les éléments de construction de véhicules pour efforts de flexions alternées élevés, en particulier des éléments de construction de châssis La notion d'efforts de flexions alternées élevés se rapporte alors au nombre des cycles d'effort, à la fréquence et à l'amplitude En ce sens, de nombreux éléments de construction de véhicules sont exposés à des efforts de flexions alternées importants, mais cela est particulièrement valable pour les éléments de construction de châssis. Les éléments de construction de véhicules du genre précité rencontrés dans la pratique sont généralement réalisés en acier avec une teneur en carbone de 0,2 à 0,45 %, parfois avec addition de faibles quantités de Cr, Mn, à savoir seuls ou en combinaison (aciers de construction typiques Ck 45, Ck 35, parfois 16 Mn Cr 5, 41 Cr 4, pour des pièces assez grandes parfois 42 Cr Mo 4) Dans le cadre des règles de l'art de l'ingénieur, les éléments de cons- truction sont dimensionnés en fonction des efforts prévus. Pour pouvoir absorber les efforts, les éléments de cons- truction doivent être relativement lourds Certes, l'uti- lisation de constructions en tôle apporte souvent des possibilités d'économie de poids, mais souvent elle entraîne également des problèmes d'encombrement pour le châssis Pour optimiser la tenue de route, il convient de réduire autant que possible les masses non suspendues Ceci et l'exigence d'une économie de carburant amènent la construction de nécessité d'une minimisation du poids de ces éléments de/ véhicules Par ailleurs, on observe pour les éléments de construction de véhicules connus des défaillances sous l'effet d'une brusque surcharge après une importante sollicitation de fatigue préalable Le coût des vérifica- tions pour le triage des éléments susceptibles de ne pas résister dans ces conditions peut atteindre et parfois dépasser 5 % des coûts totaux des éléments de construction. C'est donc également dans l'intérêt d'une rentabilité accrue qu'il faut veiller à ce qu'une bonne tenue en cas de surcharge permette d'éviter des contre-vérifications répétées pour réduire les risques pour les occupants du véhicule et de pouvoir adopter autant que possible pour le contrôle des méthodes d'échantillonnage conformes au niveau actuel de la technique Par ailleurs, le risque de fuyards isolés avec une défaillance subite et sérieuse à la suite d'une rupture de fragilité réclame ces coûteux contrôles à 100 % (les dangers sont notamment localisés dans les plis dans la région superficielle, mais aussi dans les zones de compressions différentes, créées, par exemple, lors de la compression superficielle due au roulement, et dans les défauts caractéristiques tels qu'ils peuvent apparaître lors du formage des éléments de constructions. La présente invention a donc pour objet de créer pour les usages précités des éléments de constructions capables d'absorber des efforts de flexions alternées élevés qui se distinguent par une grande résistance d'endu- rance aux sollicitations alternées et qui présentent, en outre, un comportement à la rupture sans gravité en cas de défaillances sous l'effet d'une surcharge subite, en particulier en cas de défaillances sous l'effet d'une surcharge après une importante sollicitation de fatigue préalable. Pour résoudre ce problème, l'invention prévoit la mise en oeuvre d'un matériau dont l'analyse standard donne la composition suivante: C 0,35 à 0,45, Si reste étant constitué par le fer et les impuretés habituel- les L'invention concerne donc d'une manière générale la mise en oeuvre d'un matériau qui ne présente pas, pour le cas de charge considéré, le comportement de déformation que l'on remarque par ailleurs, c'est-à-dire pour lequel un écrouissage ne se produit pratiquement pas en charge en avant et dans la zone de déformation Tout cela est également valable pour des états de contraintes multiaxiaux. Un mode de réalisation préférentiel de l'invention est caractérisé par le fait que le matériau retenu pour des éléments de construction de véhicules soumis à de fortes'sollicitations de flexions alternées est mis en oeuvre non seulement dans la plage de température habituelle, mais aussi dans la plage de températures jusqu'à 50 'C Le matériau convient notamment pour des éléments de construc- tion de véhicules constituant des pièces de châssis Mais il convient également pour des éléments de construction de véhicules utilisés pour l'amortissement des vibrations de carrosserie Il est parfaitement possible de conférer aux diverses sections des éléments de construction des résistances différentes, ce qui permet souvent d'améliorer considérablement pour les éléments de construction de véhicules l'endurance dite caractéristique d'une construc- tion profilée. Les avantages obtenus résident dans le fait que les éléments de construction caractérisés par l'utilisa- tion selon l'invention présentent une très grande résis- tance d'endurance aux sollicitations alternées et un comportement à la rupture sans gravité en cas de défail- lances sous l'effet d'une surcharge subite, en particulier après d'importantes sollicitations de fatigue préalables. Le matériau utilisé selon l'invention possède une bonne ténacité qui exclut dans une large mesure des ruptures de fragilité Il est surprenant de constater que le maté- riau peut subir la trempe superficielle sans perdre sa structure de base extraordinairement tenace La trempe superficielle peut être effectuée, par exemple, de manière inductive avec une faible épaisseur de couche Après l'u- sinage, le traitement peut d'ailleurs se faire jusqu'à une résistance du matériau qui permet d'obtenir des résistances et des limites apparentes d'élasticité élevées, à savoir avec des valeurs pour l'allongement et la stric- tion qui sont supérieures aux valeurs habituellement retenues pour des éléments de construction de véhicules Il est également surprenant que ces conditions favorables ne s'aggravent pas notablement même dans la plage des basses températures mentionnées Les éléments de construction de véhicules caractérisés par l'utilisation selon l'invention offrent la possibilité supplémentaire de prévoir sur l'élé- ment des résistances très variables et d'optimiser ainsi ledit élément de construction en ce qui concerne des régions ou composant S rigides et élastiques Fn na:-ticulier, il est possible d'obtenir un déplacement de pointes de charge dans les régions qui ont été aménagées, par traite- ment thermique et/ou trempe superficielle, pour absortber ces pointes de charge. La description qui va suivre, en regard des dessins annexés à titre d'exemples non limitatifs, permet- tra de bien comprendre comment l'invention peut être mise en pratique. La figure I représente un palier pivotant pur un véhicule à traction avant. La figure 2 représente un levier de commande de roue dans un autobus. L'élément de construction représenté à la figure 2 est réalisé dans un matériau dont l'anlyse standard donne la composition suivante: C 0,35 à 0, 45, Si 40,5, Mn 0,6 à 0,9, Cr 0,7 à 1,1, Mo 0,25 à 0,45, Ni 1,6 à 2,1, le reste étant constitué par le fer et les impuretés habituelles. L'élément de construction a été formé par matriçage et usiné ensuite par enlèvement de copeaux dans les zones 1. Il a été soumis à un traitement thermique dans les zones 2 pour augmenter la résistance et il a subi une trempe super- ficielle dans les zones 3. Dans la figure 2, le cordon de bavure habituelle- ment entièrement enlevé a été mis à profit pour augmenter le couple de résistance dans la zone 2 La nervure ainsi créée a été optimisée de telle façon que, en cas d'amorce de crique éventuelle, la fissure commence à l'extérieur pour s'étendre ensuite le long de la nervure et ménager ainsi la section principale Il y a ainsi des possibilités d'inspection avant la défaillance définitive de l'élément de construction. REVENDICATIONS 1. Matériau ferreux pour éléments de construction fortement sollicités en flexion alternée, caractérisé par la combinaison de caractéristiques ciaprès a) sa composition standard est C 0,35 à 0,45, Si traitement thermique et/ou une trempe. 2 Eléments de construction, notamment pour véhiculesautomobiles, caractérisés par un matériau consti- tué selon la revendication 1. 3. Utilisation d'un matériau avec une analyse standard du type: C 0,35 à 0,45, Si 00,5, Mn 0,6 à 0,9, Cr 0,7 à 1,1 Mo 0,25 à 0,45, Ni 1,6 à 2,1, le reste étant constitué par du fer et des impuretés habi- tuelles, pour des éléments de construction de véhicules exposés à des efforts de flexions alternées élevés, ces éléments étant formés ou façonnés par forgeage et étant ensuite usinés, au moins par zones, par enlèvement de co- peaux et soumis, au moins par zones, à un traitement thermique et/ou une trempe superficielle. 4. Utilisation selon la revendication 3, caractérisée par le fait que le matériau pour des éléments de constructions de véhicules pour efforts de flexions alternées élevés est mis en oeuvre dans la plage de tempé- ratures jusqu'à 500 C. 5 Utilisation selon l'une quelconque des revendications 3 ou 4, caractérisée par le fait que les éléments de construction de véhicules constituent des éléments de châssis. 6. Utilisation selon l'une quelconque des reven- dications 3 ou 4, caractérisée par le fait que les éléments de construction de véhicules sont utilisés pour l'amortis- sement des vibrations de carrosserie. 7. Utilisation selon l'une quelconque des reven- dications 3 à 6, caractérisée par le fait que les éléments de construction de véhicules présentent, suivant les zones, des résistances différentes. 8. Utilisation selon l'une quelconque des revendications 3 à 7, caractérisée par le fait que la bavure d'estampage forme une nervure de renforcement pour augmenter le couple de résistance et qu'elle sert en même temps à assurer, en cas de surcharge de l'élément de construction, une extension sans gravité de la détérioration.