Brevet FR2659353A1 — publié le 19910913

PROCEDÉ DE FABRICATION DE PIECES MÉCANIQUES, ET PIÈCES MECANIQUES OBTENUES PAR CE PROCÉDÉ La présente invention concerne un procédé de fabrication de pièces mécaniques en acier, en partant de pièces brutes qui présentent, au moins dans leur couche superficielle, une teneur de carbone de 0,3 à 1,1 %, dans lequel les pièces brutes sont-réchauffées à la température d'austénitisation et austénitisées, trempées pour la formation de martensite, réchauffées de la température ambiante à la température de revenu, refroidies à la température ambiante pour obtenir une dureté de 45 à 65 HRC et usinées pour constituer des pièces mécaniques L'invention concerne également les pièces mécaniques obtenues par ce procédé. Dans un procédé connu du type indiqué, la pièce brute est austénitisée, trempée et soumise à un revenu avec un temps de maintien d'au moins deux heures à une température d'environ 230 '0, afin qu'après le refroidissement la pièce brute présente une structure stabilisée, avec une dureté supérieure à 60 HRC (brevet américain 31 31 097) Ce procédé connu est onéreux du fait de la longueur du temps de maintien lors du revenu Ce procédé connu ne peut notamment pas être utilisé dans une chaîne de fabrication, car le temps de maintien n'autorise pas l'amenée suivie des pièces brutes aux machines d'usinage. A cet égard, l'invention a pour but de parvenir à un procédé du type indiqué, pour fabriquer des pièces mécaniques en acier, procédé dans lequel le traitement thermique de revenu des pièces brutes pourra être exécuté de manière continue et avec un temps de passage relativement court. Selon, l'invention, ce but est atteint par le fait que chaque pièce brute est réchauffée de manière constante, de la température ambiante à une température de revenu de 250 à 7000 C, cela avec une durée de réchauffage relative t/d = 50 à 210, t étant la durée de réchauffage en secondes et d étant l'épaisseur de paroi en mm de la pièce brute, après quoi, aussitôt que cette température à été atteinte, ladite pièce brute est refroidie à la température ambiante. Dans le procédé selon l'invention, la pièce brute trempée martensitiquement est amenée, en un temps de préchauffage déterminé, à une température de revenu qui est Jusqu'à environ 100 K supérieure à la température normale de revenu du type d'acier concerné La vitesse moyenne de réchauffage vaut alors au moins 0,2 et au plus 2,5 K/s Les pièces brutes sont refroidies aussitôt après que cette température de revenu a été atteinte Le temps de maintien sous revenu, normalement prescrit pour le revenu ou le traitement de la structure de trempe disparaît donc Il y a un traitement thermique de revenu qui peut être exécuté en un temps relativement court Le réchauffage de la pièce brute peut alors s'effectuer par passage dans un four à traversée, du type à rouleaux, de manière que les pièces brutes individuelles traversent successivement le four de réchauffage, soient ensuite refroidies puis puissent alors être amenées aux machines d'usinage d'une chaîne de fabrication. Après le refroidissement, chaque pièce brute présente une structure de trempe dont la dureté est d'autant plus faible que la durée de réchauffage ou durée de passage dans le four est réglée à une valeur plus longue et que la température de revenu des pièces brutes croit de manière correspondante Par ailleurs, le revenu correct dépend de la paroi de la pièce brute recevant le flux de chaleur: la durée nécessaire pour le réchauffage est d'autant plus longue que l'épaisseur de paroi est plus forte. De nombreux modes de mise en oeuvre de l'invention sont possibles, à savoir: Pour la fabrication de pièces mécaniques en acier hypereutectoïde, en partant de pièces brutes qui présentent, au moins dans leur couche superficielle, une teneur de carbone de 0,8 à 1,1 %, les pièces brutes sont réchauffées à la température d'austénitisation et austénitisées, trempées pour la formation de martensite, réchauffées de la température ambiante à la température de revenu, refroidies à la température ambiante pour obtenir une dureté de 55 à 65 HRC et usinées pour constituer des pièces mécaniques, et chaque pièce brute est réchauffée de manière constante, de la température ambiante à une température de revenu de 250 à 500 'C, cela avec une durée de réchauffage relative t/d = 50 à 210, t étant la durée de réchauffage en secondes et d étant l'épaisseur de paroi en mm de la pièce brute, après quoi, aussitôt que cette température à été atteinte, ladite pièce brute est refroidie à la température ambiante Ainsi,-le procédé selon l'invention peut être appliqué de manière très économique à la fabrication d'éléments de roulement en un acier hypereutectoïde. Il est en outre possible que la pièce brute soit refroidie de manière continue à l'air calme à la température ambiante Ainsi, même lors du refroidissement, la pièce brute se trouve relativement longtemps dans une plage de hautes températures supérieures à 200 C, et subit ainsi un revenu supplémentaire dans cette plage Après le refroidissement, chaque pièce brute possède une structure de trempe déterminée, adaptée au cas d'application envisagé pour la pièce mécanique, cett structure pouvant avoir par exemple une teneur particulièrement faible en austénite résiduelle. Il est également possible que la vitesse de variation de la température lors du réchauffage de la pièce brute n'excède pas 3 K/s Il en résulte alors que la pièce brute reçoit toujours, par unité de temps, une quantité de chaleur relativement faible lors du réchauffage à la température de revenu On évite ainsi la formation, dans la pièce brute, de contraintes dommageables qui, dues à une dilatation thermique inégale et à une transformation de structure, peuvent conduire à des microfissures dans la structure de trempe. L'invention prévoit en outre que la vitesse de variation de la température lors du refroidissement de la pièce brute n'excède pas 6 K/s Ainsi, il ne peut pas y avoir formation de contraintes dommageables dans la pièce brute, même lors du refroidissement de celle- ci. Dans un mode de mise en oeuvre de l'invention, le réchauffage de la pièce brute à la température de revenu est effectué dans du gaz dont la température est Jusqu'à 150 K supérieure à la température de revenu Le réchauffage de la pièce brute peut donc s'effectuer par transmission de chaleur sensiblement par convection, avec un four chauffé avec un gaz La pièce brute peut alors passer dans le four à une vitesse déterminée Les types de gaz envisageables sont l'air, un gaz protecteur, un gaz réactif et, dans de nombreux cas, également un gaz combustible. Il est en outre possible que le gaz, pour le contrôle de la vitesse de réchauffage de la pièce brute à la température de revenu, soit déplacé au moins brièvement le long de la pièce brute Ainsi, la vitesse de l'accroissement de température de la pièce brute, par exemple avant que la température de revenu désirée soit atteinte, peut être accrue au moyen d'un ventilateur déplaçant le gaz chauffé dans le four A cette fin, on peut monter dans le four des sondes à infrarouge, sans contact, qui mesurent constamment la température de la ou des pièce(s) et qui provoquent la fourniture d'impulsions électriques correspondantes à des fins de commande ou contrôle du moteur d'entraînement du ventilateur. L'invention prévoit en outre que le réchauffage de la pièce brute à la température de revenu peut être effectué au moins en partie par induction avec des inducteurs électriques L'énergie apportée par l'échauffement par induction peut être adaptée à la vitesse désirée de variation de la température. Il est en outre possible qu'au moins l'un des inducteurs, pour le contrôle de la vitesse de réchauffage de la pièce brute à la température de revenu, opère par impulsions, les intervalles de temps, l'évolution et/ou la durée des impulsions électriques étant modifiés On peut donc ainsi régler l'efficacité de réchauffage par le ou les inducteur(s) Dans ce cas, des sondes de température fournissant des informations de valeur réelle correspondante permettent de lire électroniquement la vitesse du réchauffage et de la corriger. L'invention a également pour objet les pièces mécaniques obtenues par le procédé. Les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus complètement dans la description présentée dans ce qui suit, à titre d'exemple non limitatif, en se reportant aux dessins annexés dont les figures représentent: la figure 1, un diagramme indiquant l'évolution de la température d'une pièce brute et de la valeur absolue de la variation de température pendant le réchauffage et pendant le refroidissement suivant de la pièce brute; et la figure 2, un diagramme montrant la dépendance de la température de revenu vis-à-vis de la durée relative du réchauffage dans un four chauffé au gaz, et de la valeur de la dureté correspondante de la pièce brute après le refroidissement. Avec le procédé selon l'invention, on réalise des pièces mécaniques trempées martensitiquement, par exemple des bagues de roulement, en partant de pièces brutes en un acier présentant une teneur en carbone comprise dans la plage de 0,3 à 1,1 %. Dans le cas o l'on utilise des aciers trempant à coeur, par exemple de l'acier à roulements 100 Cr 6, cette teneur en carbone est uniforme dans toute'la section droite de chaque pièce brute Dans le cas o l'on utilise des aciers à cémentation, la pièce brute est carbonée d'une manière connue en soi, avant l'austénitisation, afin de recevoir dans sa couche superficielle la teneur en carbone nécessaire à la trempe. Le procédé selon l'invention présente les étapes suivantes réchauffage de chaque pièce brute à la température d'austénitisation et austénitisation de la pièce brute à cette température; trempe de la pièce brute de la température d'austénitisation à une température de l'ordre de la température ambiante, de sorte qu'il s'établit dans la pièce brute une structure martensitique ayant une dureté au moins aussi grande que la dureté désirée pour la pièce brute après le refroidissement La trempe peut s'effectuer dans l'eau, dans une solution de polymère, dans un sel, ou dans l'huile; le réchauffage continu de la pièce brute, de la température ambiante à une température de revenu de 250 à 700 C, dans un four, avec une durée de réchauffage relative (t/d) = 50 à 210, t étant la durée de réchauffage en secondes et d étant l'épaisseur de paroi de la pièce brute, en millimètres; immédiatement après que cette température de revenu est atteinte, refroidissement continu jusqu'à la température ambiante, de sorte que la pièce brute atteint, dans sa structure dure, la dureté désirée dans la plage de 45 à 65 HRC Le refroidissement de la pièce brute s'effectue de la meilleure manière après la sortie de la pièce brute du four, au contact d'air calme ambiant, par exemple sur le trajet de transport de la pièce brute d'un four continu au poste de travail suivant La vitesse de la variation de température doit alors être réglée de manière à ne pas excéder une valeur de 6 K/s; opérations de finition, par exemple rectification, des pièces brutes pour obtenir des éléments de machine ou pièces mécaniques. Lors du réchauffage de la pièce brute, il est tout à fait préférable de ne pas excéder une vitesse maximale d'accroissement de température de 3 K/s. Le réchauffage de la pièce brute à la température de revenu peut s'effectuer dans un gaz du four, dont la température peut être jusqu'à 150 K supérieure à la température de revenu Dans ce cas, pour commander la vitesse de réchauffage de la pièce brute lors de son passage dans le four, le gaz peut être déplacé, au moins brièvement, le long de la pièce brute, ce qui, du fait de la convexion forcée, a pour effet que le gaz cède une plus grande quantité de chaleur par unité de temps à la pièce brute. Le réchauffage de la pièce brute peut aussi être effectué, au moins en partie, à l'aide d'un procédé par induction, connu en soi, avec des inducteurs électriques Au moins l'un des inducteurs peut alors opérer dans le mode impulsionnel Pour commander ou contrôler la vitesse de réchauffage à la température de revenu, ou peut alors modifier électroniquement les intervalles de temps, l'évolution et/ou la durée des impulsions électriques de l'inducteur. Sur la figure 1, on a représenté, en fonction du temps, l'évolution de la température T de plusieurs pièces brutes annulaires lors du passage par un four à rouleaux, les pièces brutes étant sensiblement échauffées par convexion à une température de revenu To de l'ordre de 300 C, et l'on a représenté l'évolution de la température T lors du refroidissement suivant au contact de l'air ambiant calme La température de l'air calme dans le four était de 400 C L'épaisseur de paroi des pièces brutes en acier hypereutectoïde Cr 6 pour roulements, ayant une teneur en carbone de l'ordre de 1 %, était de 4 millimètres Avant chauffage, les pièces brutes trempées martensitiquement avaient une dureté de 64 HRC et, après refroidissement, une dureté de 60 HRC Après le refroidissement, la teneur en austénite résiduelle dans la structure trempée était inférieure à 3 % Le diagramme de la figure 1 montre en outre que la vitesse maximale de variation de température v (accroissement de la température) est à son maximum au début du réchauffage Elle valait environ 0,7 K/s A la fin du réchauffage, donc au moment o la température de revenu est atteinte, cette vitesse diminue Jusqu'à 0. Lors du refroidissement des pièces brutes au contact de l'air ambiant calme, la vitesse de la variation de température (diminution de la température) croît jusqu'à une valeur maximale de 1,6 K/s, pour décroître ensuite de manière continue. Sur la figure 2, on a représenté un diagramme montrant la dépendance de la dureté H de différentes pièces brutes après le refroidissement, en fonction de la température de revenu Ta ( 250 à 360 C) et de la durée de réchauffage relative t/d des pièces brutes On voit que, dans un domaine o (t/d) = 50 à 210 s/mm, on peut atteindre une dureté H comprise dans le domaine de à 65 HRC, cela pour des pièces brutes présentant des épaisseurs de paroi d dans la plage d'environ 2 à 10 millimètres. Des résultats équivalents ont été obtenus avec des pièces brutes fabriquées à partir d'un acier de traitement hypoeutectoïde ayant une teneur en carbone de 0,3 à 0,8 % Après la trempe, les pièces brutes ont été échauffées de manière continue, de la température ambiante à une température de revenu, jusqu'à 700 e C au maximum, puis, aussitôt après que cette température a été atteinte, refroidies au contact de l'air environnant, Jusqu'à la température ambiante, de sorte que ces pièces avaient une dureté de 45 & 62 HRG, L& encore, le chauffage des pièces brutes s'effectuait avec une durée de réchauffage relative t/d = 50 à 210 s/mm L'épaisseur de paroi d des pièces brutes valait de 3 à 8 millimètres. REVENDICATIONS 1 Procédé de fabrication de pièces mécaniques en acier, en partant de pièces brutes qui présentent, au moins dans leur couche superficielle, une teneur de carbone de 0,3 à 1,1 %, dans lequel les pièces brutes sont réchauffées à la température d'austénitisation et austénitisées, trempées pour la formation de martensite, réchauffées de la température ambiante à la température de revenu, refroidies à la température ambiante pour obtenir une dureté de 45 à 65 HRC et usinées pour constituer des pièces mécaniques, caractérisé par le fait que chaque pièce brute est réchauffée de manière constante, de la température ambiante à une température de revenu de 250 à 7000 C, cela avec une durée de réchauffage relative t/d = 50 à 210, t étant la durée de réchauffage en secondes et d étant l'épaisseur de paroi en mm de la pièce brute, après quoi, aussitôt que cette température à été atteinte, ladite pièce brute est refroidie à la température ambiante. 2 Procédé de fabrication de pièces mécaniques en acier hypereutectoïde, en partant de pièces brutes qui présentent, au moins dans leur couche superficielle, une teneur de carbone de 0,8 à 1,1 %, dans lequel les pièces brutes sont réchauffées à la température d'austénitisation et austénitisées, trempées pour la formation de martensite, réchauffées de la température ambiante à la température de revenu, refroidies à la température ambiante pour obtenir une dureté de 55 à 65 HRC et usinées pour constituer des pièces mécaniques, caractérisé par le fait que chaque pièce brute est réchauffée de manière constante, de la température ambiante à une température de revenu de 250 à 500 'C, cela avec une durée de réchauffage relative t/d = 50 à 210, t étant la durée de réchauffage en secondes et d étant l'épaisseur de paroi en mm de la pièce brute, après quoi, aussitôt que cette température à été atteinte, ladite pièce brute est refroidie à la température ambiante. 3 Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que la pièce brute est refroidie de manière continue à l'air calme à la température ambiante. 4 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé par le fait que la vitesse de variation de la température lors du réchauffage de la pièce brute n'excède pas 3 K/s. 5 Procédé selon au moins l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la vitesse de variation de la température lors du refroidissement de la pièce brute n'excède pas 6 K/s. 6 Procédé selon au moins l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le réchauffage de la pièce brute à la température de revenu est effectué dans du gaz dont la température est Jusqu'à 150 K supérieure à la température de revenu. 7 Procédé selon la revendication 6, caractérisé par le fait que le gaz, pour le contrôle de la vitesse de réchauffage de la pièce brute à la température de revenu, est déplacé au moins brièvement le long de la pièce brute. 8 Procédé selon au moins l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le réchauffage de la pièce brute à la température de revenu est effectué au moins en partie par induction avec des inducteurs électriques. 9 Procédé selon la revendication 8, caractérisé par le fait qu'au moins l'un des inducteurs, pour le contrôle de la vitesse de réchauffage de la pièce brute à la température de revenu, opère par impulsions, les intervalles de temps, l'évolution et/ou la durée des impulsions électriques étant modifiés. 10 Pièce mécanique obtenue par le procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes.