Brevet FR2512834A1 — publié le 19830318

La présente invention concerne un procédé de pro- duction de pièces finies en matériaux ferritiques fortement alliés par usinage sans débris, en particulier pour la pro- duction de soupapes pour moteur à combustion. On sait fabriquer des pièces finies, par exemple des soupapes pour moteurs à combustion, en matériaux faible- ment alliés, à l'état froidpar refoulage et fluage à froid, en plusieurs étapes sur des machines spéciales de mise en forme à froid Les conditions préalables pour le refoulage et le fluage à froid sont les faibles valeurs de résistanceet fortes -\leurs d'aflrg Emeat des matériaux faiblement alliés, qui permettent une déformation importante et sans fissures. Les soupapes en matériaux fortement alliés, qui peuvent être ferritiques martensitiques ou également aus- ténitiques, n' ont pu, jusqu'à maintenant, être fabriquées sur les machines ci-dessus indiquées parce que les forces nécessaires pour la déformation sont trop élevées et l'ap- titude à la déformation de ces pièces, du fait du fort danger de formation de fis S'es, est trop faible Des piè- ces finieeen tels matériaux n'ont, pour cette raison, été - fabriquéesjusqu'à maintenant que par fluage à chaud ou par chauffage par résistance électrique, avec en même temps refoulage et matriçage La déformation apparalt dans une gamme de températures de 950 à 1200 OC Dans ce cas, l'ap- titude à la déformation est importante et le danger de fis- sures est faible Une fabrication par mise en forme à froid présen- te des avantages du point de vue techniquesde fabrication. Il est possible d'avoir un nombre élevé de pièces par unité de temps avec en même temps une forte précision de fabri- cation et des temps élevés d'usinage des outils La fabri- cation est ainsi économiquement très favorable Cependant, il y a un inconvénient parce que les matériaux plus forte- ment alliés, du fait de leur résistance trop forte à la déformation et de la présence de fissures, ne peuvent être déformés ou matricés, comme on le souhaite, à froid. On peut y remédier, de façon limitée, en chauffant les ma- tériaux fortement alliés à la température de forgeage. Après le chauffage, le matériau fortement allié peut être transformé en pièces finies par fluage à chaud et refoulage. Cette fabrication n'est pas très adaptée du point de vue économique, du fait des faibles nombres de pièces par unité de temps, environ quinze pièces à la minute pour le fluage à chaud et environ trente pièces à la minute au moyen d'unités modernes derefoulage, contre soixante pièces à la minute pour le matriçage à froid Par ailleurs, la précision de masse est plus faible. Pour diminuer la résistance à la déformation ou au matriçage on sait de plus préchauffer le matériau à des températures de 200 à 5000 C, dans certains cas encore supé- rieure, pour, alors, entreprendre un matriçage à -demi-chaud. On conserve ainsi les avantages du matriçage à froid concernant la précision de fabrication Desessais avec des matériaux fortement alliés, tels que ceux particulièrement utilisés pour la fabrication de soupapes pour moteurs à combustion, ont cependant montré qu'ainsi la résistance à la déformation ou matriçage n'était que peu diminuée et que la valeur de l'allongement pour éviter la formation de fissures lors du matriçage, ne pouvait être augmentée. La présente invention a par conséquent pour objet un procédé permettant la fabrication de pièces en matériaux ferritiques très alliés sur les machines citées ci-dessus, à un état demi-chaud, afin de pouvoir utiliser les avanta- ges précités de ce procédé En particulier, par ce procédé, les forces de déformation ou de matriçage doivent être di- minuées, la valeur d'allongement puur la suppression de la forma- tion b fosunescufa Muro lors du matriçage doit être élevée, la précision de fabrication du matriçage à froid ou à chaud doit être conservée et le nombre élevé de pièces fabri- quées correspondant au procédé de matriçage à froid, par unité de temps, doit pouvoir être atteint La solution selon l'invention se caractérise par le fait que la matière première est d'abord rendue austénitique, elle est soumise à un refroidissement pour diminuer la température jusqu'à une gamme o l'austénite est encore stable et la matière première, à cette température diminuée, est transformée en pièce finie. A l'état austénitique, le matériau peut être transformé, sans difficulté, en soupapes du fait de la ré- sistance considérablement plus faible à la déformation ou au matriçage avec en même temps un moindre risque de fissures ou fêlures, par un travail à froid. Dans la gamme de températuresentre la formation de perlite et la formation de martensite, l'austénite est longtemps stable et il n'y a donc pas de conversion, donc dans cette gamme de températuresun matriçage ou une trans- formation à l'état austénitique est possible Par un compor- tement inerte établi à la conversion au-dessus de la conver- sion de martensite dans le cas d'acier fenritiqce martensi- tique fortement allié il reste assez de temps pour accom- plir le refroidissement du matériau et la transformation en pièces finies par des techniques de production à grande échelle. L'avantage du procédé selon l'invention deviendra mieux apparent grace au tableau qui suit Quelques valeurs de résistance et d'allongement y sont données, qui ont été obtenues dans unessai de traction, et il s'agit dans ce cas de valeurs moyennes de plu eurs essais de comparaison, qui a) ont été obtenues à la température ambiante et indiquent un état de sortie de 100 %, b) ont été obtenues en plxéhauffant à 400 C, c) ont été obtenuesper l'1 austénitisation selon l'invention, enrefroidissant et à 400 C. On voit une diminution remarquable de la valeur de résistance avec augmentation concurrente de l'allonge- ment des &i itonsqui ont été traités selon l'invention. En plus de la conversion fortement retardée, cela remplit la condition nécessaire et atteinte de façon surprenante qui permet que les aciers fortement alliés, comme par exemple selon la composition chimique qui suit, C 0,40 0,50 Si 2,70 3,30 Mn max 0,8 P max 0,040 S max 0,030 Cr 8,0 10,0 Ni max 0, 5 Fe Reste puissent être fabriqués sur des machines tra- ditionnelles de mise en forme à froid. Dans le tableau qui suit, on a choisi, pour la limite supérieure d'allongement (Re H), la résistance à la traction (RM), l'allongement à la rupture (A) et la stric- tion à la rupture (Z), les désignations selon la norme allemande DIN 50 145. Re H 2 RM 2 A Z N/mm N/mm % % a) 596 ( 100 %) 823 ( 100 %) 23,9 ( 100 %) 52 ( 100 %) b) 390 ( 65 %) 570 ( 69 %) 26,0 ( 109 %) 58 ( 112 %) c) 225 ( 38 %) 586 ( 71 %) 64,4 ( 269 %) 69 ( 133 %) Des résultats particulièrement avantageux ont été atteints si, pour la fabrication de soupapes dans la matière première ci-dessus, on entreprend d'abord un échauf- fement à la température d'austénitisation de l'ordre de 1100 O C et ensuite une diminution de température à 200-500 C Le matériau ainsi traité peut être transformé, par refoulage et fluage à froid, sur desmachines de transformation à froid, d'une façon traditionnelle. R E V E N D I C A T I O NS 1 Procédé pour la fabrication de pièces finies en matériaux ferritiques fortement alliés par usinage sans débris, en particulier pour la fabrication de soupapes pour moteurs à combustion, caractérisé par les étapes qui suivent a) austénitisation de la matière première; b) diminution de la température jusqu'à une gamme oh l'austénite est encore stable; c) transformation de la matière première en pièce finie à cette température abaissée. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matière première est chauffée pour son austénitisation, à environ 1100 C. 3.Pcdé selon l'me queconque des revendications I ou caractérisé en ce que la température abaissée après l'aus- ténitisation et au début de la transformation est de 200 à 500 C. 4 Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que le matériau refroi- di à 200-500 C, est transformé par refoulage. 5 Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que le matériau refroidi à 200-500 C est transformé par fluage. 6 Pièce Jbriqcéepar le predé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par un maté- riau qui se compose, en pourcentage pondéral, de la com- position chimique qui suit: C 0,20 1,00 Si 0,50 4,00 Mn 0,50 3,00 P max 0,045 S max 0,030 Cr 4,00 20,00 Mo 0,50 4, 00 Ni max 2,00 V max 2,00 W max 2,00 Fe Reste 7 Pièce, fabriquée par le procédé selon l'u- ne quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée par un matériau ayant la composition chimique qui suit, en pourcentage pondérai: C 0,40 Si 2,50 Mn 0,80 max. P 0,04 max. S 0,03 max. Cr 10,00 Mo 1,05 Fe Reste. 8 Pièce, fabriquée parle procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée par un matériau ayant la composition chimique qui suit, en pour- centage pondérai: C 0,8 Si 2,00 Mn 1, O max. Cr 14,75 Mo 1,00 Ni 0,75 W 1,00 Fe Reste 9 Pièce, fabriquée par le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée par un matériau ayant la composition chimique qui suit, en pour- centage pondérai: C 0,85 Si 1,00 max. Mn 1,50 max. P 0,04 max. S 0,03 max. 12834 Cr 17,50 Mo 2,25 V 0,45 Fe Reste 10 Pièce, fabriquée par le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée par unmatériau ayant la composition chimique qui suit, en pour- centage pondéral: C 0,45 Si 3,00 Mn 0,80 max. P 0,04 max. S 0,03 max. Cr 9,00 Ni 0,50 max. Fe Reste. 11 Pièce, fabriquée par le procédé selon l'uné quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée par un matériau ayant la composition chimique qui suit, en pour- centage pondéral: C 0,46 Si max 1,0 Mn max 1,0 P max 0,045 S max 0,030 Cr 13,50 Fe Reste.