Brevet FR2645544A1 — publié le 19901012

PROCEDE DE FABRICATION D'ELEMENTS DE ROULEMENT EN ACIER A ROULEMENT DURCISSANT A COEUR. La présente invention concerne un procédé de fabrication d'éléments de roulement en acier à roulement durcissant à coeur, dans lequel une pièce brute est: chauffée à une première température d'austénitisation d'environ 11500Cet est façonnée à cette température, - refroidie ensuite à la température ambiante sous atmosphère gazeuse de sorte qu'il se forme une structure lamellaire de perlite, - usinée grossièrement par enlèvement de copeaux, - chauffée à une seconde température d'austénitisation inférieure à la première température d'austénitisation et maintenue à cette température pour la formation d'une austénite homogène comportant des carbures à fine dission, - trempée par refroidissement brusque dans de l'huile, du sel ou de l'eau de façon à obtenir une dureté d'au moins 64HRC et - soumise à un usinage de finition pour l'obtention d'un élément de roulement. Dans un procédé connu de ce type la pièce brute est soumise à un recuit doux à une température allant de 650 à 8150C après avoir été refroidie à partir de la température de forgeage, puis elle est usinée par enlèvement de co- peaux (DE-AS 2 023 1010. Cependant, l'opération de recuit est coûteuse en temps et en énergie, De plus, il se forme lors de ce recuit un gros grain de cémentite dans la struc- ture de sorte que des précipitations de carbures subsistent dans la structure de trempe après l'austénitisation, la trempe et le revenu. Cependant, pour obtenir un élément de roulement ayant une résistance optimale à la fatigue et une longévité correspondante, les précipitations de carbures de la structure de trempe doivent présenter des grains aussi fins que possible. L'invention à pour objet un procédé de la catégorie susmentionnée, qui puisse être mis en oeuvre avec un coût réduit en temps et en énergie et fournisse une structure de trempe qui procure à l'élément à roulement une longévité i5 extraordinairement grande. Dans la fabrication de l'élément de palier à roule- ment selon l'invention le recuit n'est plus nécessaire. C'est pourquoi le traitement thermique de la pièce brute peut être réalisé de manière économique en peu de temps et avec un faible coût en énergie de chauffage. Après le refroidissement de la pièce brute sous atmosphère gazeuse, par exemple de l'air ou de l'azote, la pièce brute à structure de perlite lamellaire relativement dure est usinée grossièrement sur un tour comportant des outils de tournage à tranchants particulièrement stables en matériau céramique ou en métal dur. Le procédé selon l'invention présente le gros avan- tage de réaliser une structure de trempe uniforme compor- tant de très fines précipitations de carbures dans l'élément de palier à roulement. L'élément de palier à roulement fa- briqué selon ce procédé présente de manière surprenante une grande longévité de résistance à l'usure et à la fatigue de son chemin de roulement et même lorsqu'il est ensuite lu- brifié au moyen d'un lubrifiant qui, pendant le fonctionne- ment, absorbe des petites particules provenant de l'érosion ou des particules d'impuretés, Dans un mode de mise en oeuvre avantageux du procédé de l'invention, la pièce brute est soumise à un sablage ou équivalent après son refroidissement sous at- S mosphère gazeuse, ce qui permet d'iliminer des surfaces de la pièce brute la calamine qui s'est formée pendant le laminage à chaud, le forgeage ou l'estampage à chaud. Le refroidissement de la pièce brute sous atmos- phère gazeuse peut être réalisé avantageusement dans une plage de 900 à 650 C à une vitesse d'environ 40 C/minute, ce qui a pour effet qu'il se forme dans la pièce brute une perlite lamellaire particulièrement uniforme du fait du refroidissement de ladite pièce brute sous atmosphère gazeuse. Lorsqu'on procède à un usinage de la pièce brute par enlèvement de copeaux au moyen d'un outil comportant une arête coupante en matériau céramique, l'usinage grossier est de préférence réalisé au moyen d'outils à tranchants particulièrement stables qui peuvent être composés d'oyydes céramiques durs, de carbures et/ou de nitrures. D'autres dispositions avantageuses apparaissent dans la description suivante faite à titre d'exemple et illustrée par le dessin annexé qui représente la tempéra- ture de la pièce en fonction du temps. Le procédé, selon l'invention, de fabrication d'éléments de palier à roulement en acier à roulement durcissant à coeur s'effectue avec une pièce brute qui est: - chauffée à une première température d'austéniti- sation d'environ 1150 C(1180 C dans l'exemple illustré) de façon que tous les carbures soient décomposés dans la structure, la pièce brute étant façonnée à cette tempéra- ture, par exemple par forgeage; - refroidie ensuite à la température ambiante sous atmosphère gazeuse, par exemple dans un courant d'air ou d'azote, de façon qu'il se forme une fine structure lamel- laire de perlite, ce refroidissement étant réalisé de pré- férence dans la plage de 900 à 650WC à une vitesse d'environ C/minute; la durée totale de ces opérations de chauf- fage, façonnage à chaud et refroidissement est de 1 heure dans l'exemple illustré; - usinée grossièrement dans cet état de structure per- litique, par exemple au moyen d'un outil de tournage recou- vert de céramique, - chauffée ensuite à une seconde température d'austéni- tisation inférieure à la première température d'austéniti- sation, par exemple à environ 840 C (850 C dans l'exemple illustré) et maintenue à cette température suffisamment lorngtemps, par exemple 20 minutes, jusqu'à ce qu'il se forme une austénite homogène comportant des carbures secon- daires à dispersion uniforme; - trempée ensuite par refroidissement brusque dans de l'huile, du sel ou de l'eau pour obtenir une dureté d'au moins 64 HRC et - soumise à un usinage de finition par meulage et/ou pierrage pour l'obtention d'un élément de palier à roule- ment. Après la trempe, et avant l'usinage de finition de la pièce brute, on peut procéder aussi comme illustré sur le dessin annexé, à un revenu de ladite pièce brute. Ce revenu est réalisé de préférence dans une plage de 160 à 240 C pendant une période de maintien de 1 à 2 heures de manière à obtenir une dureté de l'ordre de 58 à 64 HRC. Par ailleurs, entre le refroidissement de la pièce brute sous atmosphère gazeuse et son usinage grossier par enlèvement de copeauy, ladite pièce brute peut être soumise aussi à un sablage ou équivalent de manière à ce que la calamine éventuellement formée soit éliminée des surfaces de la pièce brute avant son usinage. Un acier de roulement de composition analytique sui- vante (en %) est approprié pour la mise en oeuvre du procédé: C 0,90 1,10 Si 0,15 - 0,35 Mn 00,25 - 0,40 Cr 1,30 - 1,65 S maximum 0,025 P maximum 0, 030 Reste en fer et impuretés liées à l'élaboration. L'élément de palier à roulement fabriqué à partir de cette sorte d'acier au moyen du procédé selon l'inven- tion présente une longévité de résistance à la fatigue particulièrement grande sur son chemin de roulement. Cette grande longévité de résistance à la fatigue existe également même dans le cas o des petites particules de corps étrangers, par exemple des déchêts de meulage, se trouveraient dans l'huile de lubrification. REVEND I CAT I ONS 1. Procédé de fabrication d'éléments de palier à roulement en acier à roulement durcissant à coeur, dans lequel une pièce brute est: - chauffée à une première température d'austéniti- sation d'environ 1150 C et est façonnée a cette température, - refroidie ensuite à la température ambiante sous atmosphère gazeuse de sorte qu'il se forme une structure lamellaire de perlite, - usinée grossièrement par enlèvement de copeaux, - chauffée à une seconde température d'austénitisa- tion inférieure à la première température d'austénitisation et maintenue à cette température pour la formation d'une austênite homogène comportant des carbures à fine dission, - trempée par refroidissement brusque dans de l'huile, du sel ou de l'eau de façon à obtenir une dureté d'au moins 64 HRC et - soumise à un usinage de finition pour l'obtention d'un élément de roulement, caractérisé-en ce que la pièce brute est usinée grossière- ment à l'état de perlite lamellaire après son refroidisse- ment sous atmosphère gazeuse et est chauffée à la seconde température d'austénitisation immédiatement après. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé er ce que la pièce brute est soumise à un sablage ou équi- valent après son refroidissement sous atmosphère gazeuse. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caracté- risé en ce que le refroidissement de la pièce brute sous atmosphère gazeuse est réalisé, dans la plage de 900 à 650 C, à une vitesse d'environ 40CC/minute. 4. Procédé selon au moins une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'usinage de la pièce brute par enlèvement de copeaux est réalisé au moyen d'un outil comportant une arête coupante en matériau céramique. 5. Procédé selon au moins une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le réchauffement à la deuxième température d'austénitisation s'effectue jusqu'à environ 840 C avec une durée de maintien d'environ 20 minutes. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que la pièce brute, après la trempe, est soumise à un revenu à 160-240 C pendant une période de maintien de 1 à 2 heures. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'usinage de finition de la pièce brute est réalisé par meulage et/ou par pierrage. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par l'utilisation d'un acier de composition analytique suivante (en): C 0,90 - 1,10 Si 0,15 - 0,35 Mn 0,25 - 0,40 Cr 1,30 - 1,65 S maximum 0,025 P maximum 0, 030 Reste en fer et impureté,s liées à l'élaboration.