Brevet FR2683484A1 — publié le 19930514

L'invention concerne un feuillard à froid pour la fabrication de composants de précision emboutis et cémentés, en particulier de composants de roulements et de moteurs, dans lesquels un matériau de revêtement est plaqué par laminage sur au moins un côté d'un matériau de base. Un matériau utilisé pour la fabrication de composants étirés, en particulier pour des composants de précision emboutis, est soumis à des exigences élevées à l'égard de ses aptitudes à l'emboutissage et au durcissement Ainsi, on exige que le feuillard laminé à froid offre une résistance à la traction et une limite d'élasticité basses, un allongement élevé à la rupture et un coefficient favorable de formage à froid sans avoir, autant que possible, tendance à former des cornes En même temps, le matériau doit posséder une aptitude au durcissement suffisante pour que, lors de la cémentation du composant, la dureté exigée et un comportement dimensionnel favorable soit obtenus Le respect d'un changement de dimension constant et uniforme pendant la cémentation constitue un autre critère pour le matériau. D'une manière générale, de bonnes aptitudes à l'emboutissage et au durcissement sont pourtant des exigences contradictoires vis-à-vis des aciers ou des feuillards laminés à froid et couramment utilisés Pour cette raison, on emploie habituellement des aciers emboutissables qui, pour leur durcissement, doivent être soumis à des procédés très coûteux (cémentation) Ces procédés de durcissement présentent en particulier l'inconvénient de nécessiter un très long temps de séjour dans un four de cémentation, et il faut normalement effectuer des traitements de finition. Si, en outre, il est exiger une surface extérieure protégée contre la rouille, il est nécessaire d'effectuer un traitement de surface ultérieur tel que le dépôt d'une couche galvanique, par exemple. Dans la pratique, il est connu de plaquer un f euillard à froid sur un ou sur les deux côtés avec un matériau de revêtement Ce revêtement plaqué, normalement en tombac, sert pourtant à améliorer les propriétés de glissement du feuillard à froid dans la matrice d'emboutissage, à la protection contre la rouille, ou à la fabrication de pièces de monnaie. Dans d'autres utilisations, des feuillards à froid sont plaqués d'un côté par exemple par de l'aluminium dans le but d'améliorer la résistance à la corrosion du composant fini Ces couches ou revêtements plaqués sur le feuillard à froid ne changent en aucune façon les propriétés du matériau à l'égard de son aptitude au durcissement. Le but de l'invention est la réalisation d'un feuillard à froid plaqué pour la fabrication de composants emboutis afin d'optimiser les propriétés d'emboutissage et de durcissement superficiel, ainsi que sa résistance à la fatigue par flexions alternées et sa résistance à l'usure. Ce but est atteint par l'invention grâce au fait que le matériau de base est un feuillard à chaud ou à froid à faible teneur en carbone, et que le matériau de revêtement est un feuillard à froid ou à chaud enrichi en carbone, de sorte que le matériau de base et le matériau de revêtement présentent des propriétés physiques et chimiques différentes qui se complètent mutuellement, en particulier en ce qui concerne les propriétés concernant l'emboutissage, le durcissement et, par conséquent, la résistance à la fatigue par flexions alternées et la résistance à l'usure. Par suite du plaquage d'un feuillard en acier avec un feuillard ayant des propriétés différentes de celles du matériau de base, on n'obtient pas, comme on pourrait le supposer, un feuillard dont les propriétés spécifiques, telles que celles relatives à l'emboutissage ou analogue, soient déterminées par la somme des couches individuelles du matériau, mais c'est plutôt par un effet de synergie que les matériaux s'influencent mutuellement, de sorte que ce sont en particulier les propriétés de formage du feuillard à froid plaqué qui présentent des avantages dans les conditions requises de fabrication. Selon une forme de réalisation préférée du feuillard à froid selon l'invention, qui peut être notamment utilisée pour la fabrication de composants de roulements et de moteurs fortement sollicités, le matériau de base est un acier ayant une bonne aptitude à l'emboutissage et le matériau de revêtement possède une aptitude au durcissement élevée Après l'emboutissage du feuillard à froid dans la forme finale du composant, on peut le soumettre à un traitement thermique ou à un durcissement, la profondeur de trempe étant déterminée alors par l'épaisseur de la couche du matériau de revêtement Avantageusement, il se produit une diffusion de carbone très rapide à partir de la région du matériau riche en carbone dans la région du matériau pauvre en carbone, en obtenant une zone douce de transition de trempe (zone de transition de carbone) analogue à celle obtenue par la cémentation Simultanément, on obtient une répartition globalement favorable de contrainte interne. Des composants réalisés en un tel feuillard à froid satisfont par conséquent à des exigences les plus élevées en ce qui concerne une profondeur de trempe définie associée à un noyau tenace et avec des durées de traitement thermique extrêment courtes, c'est-à-dire de quelques secondes, lorsque l'on utilise des procédés appropriés tels que le chauffage inductif ou des techniques de durcissement au laser. L'épaisseur de couche du matériau de revêtement de ce feuillard à froid suivant l'invention est de préférence de 3 à 20 % de l'épaisseur totale du feuillard à froid fini Des aciers avec une teneur en carbone de 0,05 à 0,25 % sont particulièrement appropriés à l'utilisation en tant que matériau de base d'un tel feuillard à froid Comme matériau de revêtement, on utilise de préférence des aciers ayant une teneur en carbone de 0,15 à un 1,10 %, la teneur totale en éléments additionnels tels que Mn, Cr, Ni, Mo pouvant aller jusqu'à 10 %. Selon d'autres formes de réalisation, le matériau de revêtement possède des propriétés particulières à l'égard de la liaison du composant avec d'autres composants, ou en ce qui concerne la sollicitation à des influences du milieu L'une de ces propriétés concerne une bonne aptitude au soudage du matériau de revêtement ou du composant, c'est-à-dire que ce n'est que par le plaquage avec un matériau soudable que de tels composants acquièrent de bonnes propriétés de soudage. Selon encore d'autres formes de réalisation de l'invention, le feuillard à froid est revêtu en outre d'une couche plaquée qui améliore les propriétés de glissement pendant l'emboutissage et/ou qui augmente la résistance à la corrosion Le tombac se prête particulièrement bien à cette réalisation Dans une phase finale de calibrage de l'opération d'emboutissage, cette couche protectrice peut être partiellement enlevée du composant embouti, de manière à ne conserver que cette couche à des endroits voulus du composant fini Le cuivre contenu dans le tombac reste intact, grâce à sa résistance thermique, après le traitement thermique. Du fait que cette couche de tombac ou de cuivre empêche la carburation à l'extérieur, il est possible de rabattre par exemple un rebord étiré sans une opération de chauffage partielle inductif coûteux, ce qui constitue un avantage économique particulier Même la protection contre la rouille par le dépôt de couches galvaniques, qui est nécessaire ordinairement, est remplacée par cette couche de métal non ferreux. D'autres caractéristiques, avantages et détails de l'invention ressortiront de la description explicative qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple, et dans lesquels: la figure 1 est une vue schématique d'une bague de roulement réalisée en un feuillard à froid selon l'invention,10 la figure 2 est une vue en coupe transversale agrandie du matériau montant les courbes de contrainte interne et de dureté obtenues dans la région indiquée par un cercle sur la figure 1, et la figure 3 est une vue en coupe partielle d'une douille de roulement réalisée en un feuillard à froid plaqué des deux côtés. La figure 1 représente une bague de roulement 1 qui est soumise à des exigences élevées à l'égard de la dureté superficielle et de la tenacité du composant Sur la vue en coupe agrandie de la figure 2, on peut voir la constitution des couches formant le composant Le matériau de base ou noyau 2 est du CK 15 et le matériau de revêtement plaqué sur les deux faces du matériau de base est du 16 Mn Cr 5 Après la cémentation 4, on obtient les courbes 5 et 6 de dureté et de contrainte interne qui sont schématiquement représentées sur la figure Une courbe favorable étagée de dureté et une courbe de contrainte interne ayant des caractéristiques analogues sont obtenues par le plaquage du matériau de base 2, de sorte que le matériau composite résultant donne une ténacité augmentée au composant. La figure 3 montre une douille de roulement réalisée en un feuillard à froid plaqué des deux côtés. Comme matériau de base 2, on a utilisé du St 4 Le côté portant la voie de roulement est pourvue d'un revêtement plaqué 3 1 de CK 67 en tant que couche dure, et le côté G opposé à la voie de roulement, est pourvu d'un revêtement plaqué 3 2 de tombac En variante, au lieu du revêtement plaqué CK 67, il est possible de cémenter le matériau de base sans revêtement plaqué Dans ce cas, la couche de revêtement plaqué de tombac 3 2 empêche la carburation du côté opposé à la voie de roulement Ainsi, il est possible de rabattre à froid le rebord étiré, de manière non coûteuse sans chauffage inductif Grâce à l'alliage de cuivre utilisé, on peut même se passer de la protection contre la rouille, normalement nécessaire, par le dépôt galvanique de couches de zinc et par des revêtements chromatisés au jaune, c'est-à-dire que la solution proposée contribue à minimiser la charge sur l'environnement. REVENDICATIONS 1 Feuillard à froid pour la fabrication de composants de précision emboutis et cémentés, en particulier de composants de roulements et de moteurs, dans lesquels un matériau de base ( 2) est plaqué au moins d'un côté par laminage d'un matériau de revêtement ( 3), caractérisé en ce que le matériau de base ( 2) est un feuillard à chaud ou à froid pauvre en carbone et le matériau de revêtement ( 3) est un feuillard à chaud ou à froid enrichi en carbone, de sorte que le matériau de base ( 2) et le matériau de revêtement ( 3) présentent des propriétés physiques et chimiques différentes qui se complètent mutuellement, en particulier en ce qui concerne l'emboutissage, le durcissement, la résistance à la fatigue par flexions alternées et la résistance à l'usure. 2 Feuillard à froid selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau de base ( 2) a une faculté d'emboutissage élevée, et le matériau de revêtement ( 3) a un bon durcissement et une résistance à l'usure élevée. 3 Feuillard à froid selon la revendication 2, caractérisé en ce que le matériau de base ( 2) est un acier avec une teneur en carbone de 0,05 à 0,25 % et le matériau de revêtement ( 3) est un acier avec une teneur en carbone de 0,15 à 1,10 %. 4 Feuillard à froid selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'épaisseur du matériau de revêtement ( 3) est de 3 à 20 % de l'épaisseur totale du feuillard à froid. Feuillard à froid selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il est utilisé pour la fabrication de bagues de roulement ( 1). 6 Feuillard à froid selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le matériau de revêtement ( 3) d'un côté du matériau de base ( 2) est un acier durcissable et le matériau de revêtement ( 3) de l'autre côté du matériau de base ( 2) est un alliage antirouille de cuivre. 7 Feuillard à froid selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'alliage de cuivre est du tombac. 8 Feuillard à froid selon la revendication 6, caractérisé en ce que le matériau de base ( 2) est revêtu d'un côté d'un matériau de revêtement sous forme d'un alliage de cuivre d'une épaisseur de 0,05 à 0,20 mm.