Brevet FR2528737A1 — publié le 19831223

L'invention concerne un procédé pour la fabrication d'une tête de piston en acier forgeable et résistant au fluage à température élevée pour un piston assemblé, en particulier pour des moteurs Diesel de grande puissance, comportant une partie centrale de la tête de piston en forme de voûte, un épaulement circonférentiel de la tête de piston et un moyeu annulaire disposé à l'intérieur, l'épaulement de la tête de piston étant destiné à recevoir des segments de piston et aménagé pour la mise en place sur une jupe de piston réalisée séparément et permettant également le raccordement du moyeu annulaire par vissage et/ou soudage. Dans le cadre des mesures bien connues par la pratique, la tête de piston est bien réalisée en un acier forgeable et résistant au fluage à température élevée, mais elle est façonnée par enlèvement de copeaux, à savoir usinée dans la masse par enlèvement de copeaux à partir d'un disque préparé en conséquence et éventuellement forgé. Cela est coûteux parce que l'usinage par enlèvement des copeaux de matériaux résistant au fluage à température élevée entraîne des dépenses très élevées Dans le cas de l'utilisation d'ébauches moulées, la mise en oeuvre de matériaux ayant une capacité de charge thermique assez impor- tante est limitée par le fait que ces matériaux sont parti- culièrement sensibles au ressuage, des zones de ségrégation apparaissant soit dans la région du centre de la tête de piston, soit dans celle de l'épaulement de la tête de piston o elles gênent considérablement En outre, il est désavantageux de voir apparaître des champs de caractéris- tiques anisotropes, ce qui oblige à prévoir la tête de piston dans son ensemble pour les valeurs les plus faibles. Néanmoins, dans le cas des têtes de piston bien connues, des champs de caractéristiques anisotropes conduisent à une défaillance prématurée du piston sous l'effet d'une charge alternative continue. En revanche, la présente invention a pour objet d'indiquer un procédé permettant de réaliser d'une manière simple une tête de piston du genre précité, à savoir avec une anisotropie considérablement réduite des propriétés rapportées aux éléments de construction qui présentent une corrélation particulièrement étroite avec la durée de vie réalisable. Selon l'invention, ce but est atteint par le fait qu'une première opération de déformation consiste à forger une cuvette qui présente une région correspondant à la partie centrale de la tete de piston et un tnllet circonfé- rentiel et qu'ensuit;, Au cours d'une deuxième opération de déformation, = ?oi et est transformé par forgeage, avec façonnage définitif de la partie centrale de la tête de piston, de façon à obtenir l'épaulement de la tête de piston et le moyeu annulaire intérieur Il est possible, dans le cadre de la présente invention, d'utiliser les aciers les plus divers résistant au fluage à température élevée tels qu'ils ont été choisis également jusqu'à présent pour la fabrication de têtes de piston en acier, par exemple l'acier pour soupapes X 45 Cr Si 9 Mais de bons résultats ont également été obtenus avec la mise en oeuvre d'un matériau résistant au fluage à température élevée présentant la composition générale suivante: C jusqu'à 0,2 Mn jusqu'à 0,5 Si jusqu'à 0,5 Cr 12 à 14 % Mo jusqu'à 0,5 W 2,5 à 3,5 Ni 1,6 à 2,3 le reste présentant du fer et les impuretés habituelles Il est prévu dans le cadre de l'invention de faire suivre à l'opération de forgeage un traitement thermique d'homogénéi- sation. Les avantages obtenus résident dans le fait que le procédé selon l'invention permet de réaliser d'une manière très simple des têtes de piston de la conformation décrite sans qu'il soit nécessaire d'accepter des restric- tions en ce qui concerne la résistance à la chaleur ou les champs de propriété anisotropes Au contraire, on aboutit à une optimisation du comportement de l'élément de construc- tion en ce sens qu'il est possible d'utiliser pour la tête de piston des matériaux d'une classe de qualité moins élevée et moins coûteux sans qu'il soit nécessaire pour autant de réduire les performances de la chambre de combustion et, par conséquent, la puissance du moteur Autrement dit, la mise en oeuvre des matériaux bien connus conduit à une augmentation des performances de la chambre de combustion et donc de la puissance du moteur Il est particulièrement important de pouvoir forger avec une très grande précision de telle façon que le travail d'enlèvement de copeaux encore nécessaire peut être considérablement réduit et limité, par exemple, aux zones prévues pour le logement des segments de piston L'anisotropie des propriétés de la tête de piston dans les régions critiques est réduite. La description qui va suivre, en regard des dessins annexés à titre d'exemples non limitatifs, permettra de bien comprendre comment l'invention peut être mise en pratique. La figure 1 représente, schématiquement, une coupe axiale d'une tête de piston telle qu'elle doit être réalisée avec le procédé selon l'invention. La figure 2 représente une coupe analogue de la cuvette forgée au cours de la première opération de défor- mation. La figure 3 représente une coupe analogue de la tête de piston forgée terminée. On note tout d'abord dans la figure 1 comment se présente la tête de piston terminée On reconnaît une partie centrale 1 de la tête de piston en forme de voûte et épaulement circonférentiel 2 A l'intérieur se trouve un moyeu' 3 également de forme annulaire L'épaulement 2 est destiné au logement des segments de piston et comporte des rainures 4 correspondantes tournées dans la masse Par ailleurs, il est aménagé pour la mise en place sur une jupe de piston 5 réalisée séparément et indiquée seulement en partie dans la figure, à laquelle peut également être relié le moyeu annulaire 3 au moyen d'un vissage 6 et/ou soudage. Un examen comparé des figures 1 et 2 démontre qu'à partir d'un acier forgeable résistant au fluage à température élevée, une cuvette est forgée au cours d'une première opération de déformation Cette cuvette présente une région correspondant à la partie centrale 1 de la tête de piston et un collet circonférentiel 7 Il ressort d'un examen comparé des figures 2 et 3 qu'ensuite, au cours d'une deuxième opération de déformation et avec nr fcrmatiorn définitive de la partie centrale 1 de ia tte de Fiston, le collet 7 est transformé par forgeage pour réaliser l'épaule- ment 2 ainsi que le moyeu annulaire intérieur 3 'otjet entièrement forgé ne réclame plus qu'un léger travail d'enlèvement de copeaux, par exemple pour la réalisation des rainures 4 destinées au logement des segments de piston et pour l'usinage des ajustements de raccordement, etc -, 2528737 ; REVENDICATIONS 1 Froc 6 de pour la fabricat-ion d'une tête de piston ewn a ierÀ frgea be et rés-istant au, fluage à température 6-evée-pour un, ps-t-on assemble, en particulier pour des mo"eurs -re sel de: grande puissance, comportant une partie eenira l-e e la tête de piston en, forme de vo Qte, un épaule- ment,oenúom Pent'el, de, la tête de piston et un moyeu annu- iie^dssposé à ' intérieur, l'épaulement de la tête de piston étant destiné à recevoir des segments de piston et é aménagé pour la mise eni place sur une jupe de piston réali- sée séparément et permettant également le raccordement du moyeu annulaire par vissage et/ou soudage, caractérisé par 1 e fait qu-'une première opération de déformation consiste à forger une cuvette qui présente une région ( 1) correspon- dant à Ta partie centrale de la tête de piston et un collet circonférentiel ( 7), et qu'ensuite, au cours d'une deuxième opération de déformation, le collet ( 7) est transformé par forgeage, avec façonnage définitif de la partie centrale ( 1) de la tête de piston, de façon à obtenir l'épaulement ( 2) de la tête de piston ainsi que le moyeu annulaire intérieur t 3-}. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on utilise un matériau résistant au fluage à température élevée qui présente la composition générale suivante: C j-u-5-qu'à 0,2 Mn jusqu'à 0,5 Si jusqu'à 0,5- Cr 12 à 14 % Mo jusqu'à 0,5 W 2,5 à 3,5 Ri 1,6 à 2,3,. le reste étant composé de fer et des impuretés habituelles. 3 Procédé selon l'une des revendications i ou 2, carae-térisé par le fait que l'opération de forgeage est suivie d'un traitement thermique d'homogénéisation. e -I, I-, ".7-7 1