Brevet FR2671749A1 — publié le 19920724

La présente invention est relative à un procédé de fabrication d'une pièce de forme réalisée à partir d'une tôle métallique à très haute dureté, notamment en acier. Pour certaines applications on est amené à créer à partir de tôles des pièces de forme comprenant au moins un dièdre. Dans la technique habituelle, ces pièces sont obtenues par au moins un pliage de tôle. Cette technique est bien adaptée aux produits réalisés à partir de tôles dont la dureté n'est pas trop élevée. Mais, lorsque la dureté atteint ou dépasse 300 HB, on rencontre un certain nombre de difficultés. En effet, ces duretés ne peuvent être obtenues que par un traitement de trempe et les rayons de pliage minimaux acceptables sont limités par la ductilité du métal. Dans l'état de l'art actuel, on utilise trois techniques - pliage successif de la tôle à l'état final d'emploi (dureté élevée) ; ce procédé présente deux inconvénients il est nécessaire de faire autant d'opérations qu'il y a de plis à réaliser, le rayon de courbure minimal à l'intérieur du pli ne peut pas être inférieur à quatre fois l'epais- seur de la tôle. - pliage de la tôle avant traitement thermique suivi d'une trempe ; ce procédé a l'inconvénient de fournir un produit dont la géométrie est difficile à contrôler du fait des déformations engendrées par la trempe, - soudage successif de largets prétraités ; ce procédé a l'inconvénient d'exiger un grand nombre de soudures, très coûteuses et qui affaiblissent le produit. Le but de l'invention est un procédé permet tant de réaliser de tels produits en s'affranchissant de ces inconvénients. L'objet de l'invention est un procédé de fabrication d'une pièce de forme métallique à très haute dureté, notamment en acier selon lequel - on porte une tôle à une température supérieure à la température minimale nécessaire pour effectuer une trempe de la tôle et inférieure aux températures habituelles de formage à chaud du métal de la tôle, - on met en forme la tôle chaude en la pressant entre au moins deux matrices dont la géométrie correspond à la géométrie finale souhaitée pour la pièce, ces matrices étant refroidies énergiquement de façon telle qu'on réalise simultanément à l'opération de mise en forme et de manière au moins partielle, un traitement thermique comportant une trempe nécessaire pour obtenir les caractéristiques mécaniques recherchées pour la pièce à l'état final. Lorsque les tôles sont en acier, la température de chauffage préalable à l'opération de mise en forme est supérieure ou égale à la température Ac3 de l'acier, c'est-à-dire à la température de fin de transformation en austénite, au réchauffage, afin d'obtenir une structure austénitique. Cette température Ac3 est bien connue de l'homme de l'art et apparaît sur le diagramme de phases de l'acier. De préférence, la température de chauffage est égale à Ac3 + 500 environ. Une telle température correspond à une température de traitement thermique par trempe et non à une température de formage à chaud de l'acier. Aux températures habituelles de formage à chaud de l'acier qui sont généralement voisines de 1000 C, il se produit un grossissement du grain, ce qui est défavorable pour l'obtention de propriétés mécani ques souhaitables de la pièce. Un traitement complémentaire de la pièce est alors nécessaire, après formage. Dans le cas du procédé suivant l'invention, la température de mise en forme de la pièce est nettement inférieure aux températures habituelles de formage à chaud de l'acier et on évite le grossissement du grain. De manière préférentielle, la température de mise en forme et de trempe, dans la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention, est voisina de 900 C. On peut ainsi obtenir une pièce de forme ayant des propriétés mécaniques satisfaisantes en une seule opération de mise en forme et de trempe simultanées. Dans un mode préféré de réalisation, le refroidissement des matrices est suffisamment énergique pour que le traitement thermique réalisé soit une trempe qui permette notamment d'obtenir une structure martensitique. Les paramètres de refroidissement correspondants peuvent être déterminés à partir de courbes de trempe de l'acier, de l'épaisseur de la tôle et de la géométrie de la pièce à obtenir. Les pièces ainsi obtenues peuvent subir un traitement thermique complémentaire soit de revenu à une température inférieure à Acl qui est la température de début de transformation austénitique au réchauffage,et de préférence de l'ordre de 600 C, soit de détensionnement à une température de préférence de l'ordre de 200 C. L'invention est également relative à des pièces obtenues à l'aide du procédé objet de l'invention et réalisées en un acier dont la composition chimique pondérale comprend - moins de 0,6 % de C - moins de 2 % de Si - moins de 5 % de Mn - moins de 5 % de Ni - moins de 5 % de Cr - moins de 1 % de Mo - moins de 1 % de V - moins de 0,003 % de B - moins de 0,08 % d'Al le reste étant du fer et les impuretés résultant de 1 'élaboration. Ces pièces, lorsqu'elles ont subi un traite ment de revenu ont des duretés supérieures ou égales à 300 HB. Lorsque le traitement est un détensionnement ou lorsque la trempe n'est pas suivie d'un traitement thermique complémentaire, la dureté est supérieure à 450 HB ou à 600 HB. Ces pièces comportent au moins un dièdre dont le rayon de courbure interne au sommet est inférieur à quatre fois l'épaisseur et de préférence inférieur ou égal à deux fois l'épaisseur. Cette épaisseur peut atteindre 60 mm. L'invention va maintenant être décrite de façon non limitative en#référence aux figures. La figure 1 représente un exemple de produit réalisé à l'aide du procédé. La figure 2 est une vue schématique du dispositif utilisé pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention, avant serrage des matrices. La figure 3 est une vue schématique du dispositif utilisé pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention, après serrage des matrices. Dans l'exemple de produit désigné de manière générale par le repère 1 et représenté à la Fig.l, la géométrie du produit de forme ondulée est caractérisée par une succession de dièdres alternés formés par la tôle 1 d'épaisseur e. Le rayon de courbure de la face interne au sommet d'un dièdre est r. Il est clair qu'il ne s'agit que d'un exemple de géométrie et que l'on peut définir toutes sortes de géométries en faisant varier le nombre de dièdres, l'angle o de chacun de ces dièdres, la longueur 1 de chaque face d'un dièdre et même l'orientation de deux dièdres successifs l'un par rapport à l'autre ; les faces des dièdres peuvent ne pas être planes. Dans le procède selon l'invention, la tôle 2 est d'abord portée à une température supérieure à la température nécessaire à la réalisation d'un traitement thermique ; dans le cas de l'acier, il s'agit de la température Ac3 et de préférence la température de chauffage est d'environ Ac3 + 50 C. La tôle 2 est alors insérée entre les matrices 3 et 4 d'une presse, et serrée entre ces deux matrices comme l'indique la Fig.3. Pendant le serrage, les matrices sont refroidies, par exemple à l'aide d'une circulation d'eau. Cette opération permet de combiner le formage et la trempe. Après cette opération, le produit formé subit un traitement thermique complémentaire que l'homme de métier adapte aux caractéristiques mécaniques finales qu'il veut obtenir sur le produit. A titre d'exemple non limitatif, avec un acier contenant - moins de 0,35 %. de C - de 0,15 % à 0,4 % de Si - de 0,6 % å 1,1 % de Mn - de 0,25 % à 1,9 % de Ni - de 0,3 % à 1,7 % de Cr - de 0,35 % à 0,6 % de Mo - de 0,05 % à 0,095 % de V - moins de 0,003 % de B - moins de 0,08 % d'Al, On a réalisé une austénitisation à une température inférieure à 9000C avant formage et trempe simultanés et un revenu à une température inférieure à Acl et de préférence à environ 6000C après formage et trempe. On a obtenu des duretés supérieures ou égales à 300 HB, et des pliages avec des rayons de courbure interne des dièdres inférieurs ou égaux à deux fois l'épaisseur pour des tôles dont l'épaisseur allait jusqu'à 60 mm. Cet acier correspond à l'acier MARS 190 de CREUSOT-LOIRE INDUSTRIE. Avec un acier contenant - moins de 0,35 % de C - de 0,2 % à 0,4 % de Si - de 0,6 % à 1 % de Mn - de 0,7 % à 2,5 % de Ni - de 0,7 % à 2,5 % de Cr - moins de 0,7 t de Mo - moins de 0,05 % d'Al, une austénitisation à une température inférieure à 9000C avant formage et trempe, le formage et la trempe n'étant pas suivis d'un traitement thermique complémentaire ou étant suivis d'un détensionnement à environ 200 C, on a obtenu des duretés supérieures ou égales à 450 HB et des pliages avec des rayons de courbure interne des dièdres inférieurs ou égaux à deux fois l'épaisseur pour des tôles dont l'épaisseur pouvait aller au moins jusqu'à 50 mm. Cet exemple correspond à l'acier MARS 240 de CREUS OT-LOIRE INDUSTRIE. Avec un acier contenant - moins de 0,6 % de C. - moins de 1 % de Si - moins de 0,7 % de Mn - moins de 5 % de Ni - moins de 0,3 t de Cr - moins de 0,5 % de Mo et des conditions opératoires semblables à celles de l'exemple précédent, on a obtenu des duretés d'environ 600 HB pour des épaisseurs pouvant aller jusqu'à 60 mm et avec des rayons de courbure pour les dièdres inférieurs ou égaux à deux fois l'épaisseur. Cet exemple correspond au MARS 300 de CREUSOT LOIRE INDUSTRIE. Dans les trois exemples cités, la structure du métal est entièrement martensitique. Cette struture a été obtenue grâce à la trempe réalisée lors de l'opération combinée de formage et de trempe. De manière plus générale, le procédé suivant l'invention a permis d'obtenir des pièces de forme ayant des propriétés mécaniques satisfaisantes et en particulier des niveaux de dureté tels qu'indiqués plus haut à partir d'aciers renfermant en proportions pondérales - moins de 0,6 % de C - moins de 2 % de Si - moins de 5 % de Mn - moins de 5 % de Ni - moins de 5 % de Cr - moins de 1 % de Mo - moins de 1 % de V. REVENDICATIONS 1.- Procédé de fabrication d'une pièce de forme (1) métallique à très haute dureté, notamment en acier, caractérisé en ce que - on porte une tôle métallique (2) à une température supérieure à la température minimale nécessaire pour effectuer une trempe de la tôle et inférieure aux températures habituelles de formage à chaud du métal de la tôle, - et on met en forme la tôle (2) chaude en la pressant entre au moins deux matrices (3, 4) dont la géométrie correspond à la géométrie finale souhaitée pour la pièce, ces matrices étant refroidies énergiquement de façon telle qu'on réalise, simultanément à l'opération de mise en forme et de manière au moins partielle, un traitement thermique comportant une trempe, nécessaire pour obtenir les caractéristiques mécaniques recherchées pour la pièce à l'état final. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le refroidissement des matrices (3, 4) est suffisamment vigoureux pour que le traitement thermique obtenu, lors de la mise en forme, soit une trempe. 3.- Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le matériau de la tôle est de l'acier et la température minimale de chauffage est la température Ac3 de façon à obtenir une structure austénitique dans la tôle chaude. 4.- Procédé selon la revendication #3, caractérisé en ce que la température de chauffage de la pièce est d'environ Ac3 + 50 C. 5.- Procédé selon la revendication 4, caractérisé par le fait que la température de chauffage est d'environ 900 C. 6.- Procédé selon la revendication 2 dans le cas où la tôle est en acier, caractérisé en ce que la trempe est suffisamment vigoureuse pour que la structure obtenue sur la pièce finale soit substantiellement de la martensite. 7.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que l'opération de mise en forme et de trempe est suivie d'un revenu à une température inférieure à Ac1 et de préférence d'environ 600 C. 8.- Procédé selon l'une quelconque des reven dictions 3 à 6, caractérisé en ce que l'opération de mise en forme et de trempe est suivie d'un détensionnement à une température d'environ 200 C. 9.- Pièce de forme obtenue par le procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 8, carac térisée en ce qu'elle est réalisée en un acier contenant en sa composition pondérale - moins de 0,6 % de C - moins de 2 % de Si - moins de 5 % de Mn - moins de 5 % de Ni - moins de 2,5 % de Cr - moins de 1 % de Mo - moins de 1 % de V. 10.- Pièce selon la revendication 9, caractérisée en ce que sa dureté Brinell est supérieure ou égale à 300 HB. 11.- Pièce selon la revendication 9, caractérisée en ce que sa dureté Brinell est supérieure ou égale à 450 HB. 12.- Pièce selon la revendication 11, caractérisée en ce que sa dureté Brinell est d'environ 600 HB. 13.- Pièce selon l'une quelconque des revendications 9 à 12, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un dièdre dont le rayon de courbure interne au sommet du dièdre est inférieur à quatre fois l'épaisseur de la pièce. 14.- Pièce selon la revendication 13, caractérisée -en ce que le rayon de courbure interne est inférieur ou égal à deux fois l'épaisseur de la pièce. 15.- Pièce selon l'une quelconque des revendications 9 à 14, caractérisée en ce que son épaisseur est inférieure ou égale à 60 mm. 16.- Pièce selon l'une quelconque des revendications 9 à 15, caractérisée par le fait qu'elle comporte des dièdres successifs alternés pour constituer une structure ondulée.