Brevet FR2674255A1 — publié le 19920925

La présente invention concerne un procédé de fabrication de pièces ouvrées, notamment de grilles de cribles ayant une très bonne résistance à l'abrasion et les pièces ouvrées obtenues. Dans les mines ou carrières, en particulier, on utilise des cribles comportant des grilles de criblage constitués de tôles ou plaques en acier dans lesquelles on a découpé des trous calibrés de formes variées, circulai- res, ovales, carrés, etc Ces grilles de cribles servent à réaliser un tri granulométrique de matériaux préalablement broyés ou concassés Les morceaux de maté- riaux concassés qui passent à travers les trous frottent sur les bords de ces trous et les usent si bien qu'au bout d'un certain temps d'exploitation la qualité du criblage diminue et on est obligé de changer les grilles de cribles ce qui a pour conséquence d'augmenter le coût d'exploita- tion des installations de criblage On cherche donc à utiliser des grilles de cribles dont la résistance à l'abrasion soit la plus élevée possible De plus, ces grilles de cribles doivent être montées facilement dans des installations, ce qui nécessite que leur géométrie soit bien contrôlée, en particulier qu'elles soient bien planes. On sait que la résistance à l'abrasion est d'autant meilleure que les grilles de cribles sont plus dures En particulier, des grilles de cribles qui auraient une dureté Brinell supérieure ou égale à 400 HB et de préférence supérieure ou égale à 450 HB auraient une résistance à l'abrasion très supérieure à des grilles de cribles connues de dureté de l'ordre de 300 HB Il est important que cette dureté soit obtenue en tout point, particulièrement sur le bord des trous, car c'est là que se situe l'abrasion principale et ce que l'on recherche c'est l'évolution la plus lente possible des dimensions des trous. Il faut donc obtenir une très grande dureté, une bonne planéité et découper des trous sans diminuer la dureté sur le bord des trous. Actuellement, ces grilles de cribles sont réalisées à partir de tôles de dureté inférieure ou égale à 350 HB, les trous sont obtenus soit par poinçonnage soit par découpe au chalumeau Ces grilles de cribles, ou plus généralement ces pièces ouvrées, ont une résistance à l'abrasion limitée à cause de leur dureté limitée. Il serait très souhaitable de pouvoir obtenir de telles pièces avec des duretés supérieures ou égales à 400 HB et de préférence supérieures ou égales à 450 HB, mais, avec de telles duretés, on ne sait pas découper par poinçonnage; la découpe au chalumeau adoucit considéra- blement le métal de la zone réausténitisée et est en outre susceptible de produire des fissurations; enfin il est très difficile de planer de telles pièces après exécution des trous. Le but de l'invention est de proposer un procédé qui permette de réaliser des pièces ouvrées telles que des grilles de cribles ayant une très bonne résistance à l'abrasion et une bonne planéité et exemptes de toute fissuration. L'objet de l'invention est donc un procédé de fabrication d'une pièce ouvrée en acier et notamment d'une grille de crible, ayant une très forte résistance à l'abrasion, par mise en forme par découpage d'un produit plat obtenu par laminage caractérisé par le fait: que la composition de l'acier du produit plat est choisie de manière que l'acier puisse atteindre, après traitement thermique, une dureté Brinell supérieure à 400 HB et de préférence supérieure ou égale à 450 HB, et qu'on effectue, sur la pièce obtenue par découpage du produit plat ou sur le produit plat avant découpage, une trempe à l'huile, à l'aide d'une machine de trempe sous presse, de manière à obtenir une pièce d'une bonne pla- néité ayant une dureté supérieure à 400 HB en tout point. Suivant un premier mode de réalisation, dans le cas o le produit plat à l'état brut de laminage présente une dureté inférieure à 350 HB, on effectue le découpage du produit plat brut de laminage, avant la trempe à l'huile. Suivant un second mode de réalisation, dans le cas o le produit plat à l'état brut de laminage présente une dureté supérieure à 350 HB, on fait subir au produit plat brut de laminage, un traitement d'adoucissement en le maintenant entre 5500 C et le point AC 1 de l'acier pendant une heure environ de façon à lui conférer une dureté inférieure à 300 HB, avant de réaliser le découpage et la trempe à l'huile. Le découpage du produit plat peut être réalisé par poinçonnage ou par un procédé thermique tel que l'oxycoupage. Suivant un troisième mode de réalisation, on effectue la trempe à l'huile du produit plat brut de laminage, avant de réaliser son découpage au laser. Dans tous les cas, on peut effectuer un revenu du produit à une température d'environ 200 'C, après la trempe à l'huile. L'invention est également relative à une pièce ouvrée en acier qui peut être obtenue par le procédé suivant l'invention et qui est caractérisée en ce que sa dureté Brinell est supérieure ou égale à 400 HB en tout point et de préférence supérieure ou égale à 450 HB. La pièce ouvrée peut être réalisée en un acier dont la composition chimique pondérale comprend: de 0,15 % à 0,7 % de carbone moins de 2 % de silicium moins de 3 % de manganèse moins de 5 % de nickel moins de 5 % de chrome moins de 2 % de molybdène moins de 0,05 % de bore, le reste étant du fer et des impuretés résultant de la fusion des matières premières au cours de l'élaboration. Préférentiellement, l'acier contient de 0,2 % à 0,4 % de carbone de 0,1 % à 0,5 % de silicium de 0,7 % à 1,3 % de manganèse moins de 1 % de nickel de 1,2 t à 1,8 % de chrome de 0,1 % à 0,5 % de molybdène moins de 0,01 % de bore, le reste étant du fer et des impuretés résultant de la fusion des matières premières au cours de l'élaboration. L'invention concerne des pièces ouvrées réali- sées en un acier tel que défini ci-dessus, à l'aide du procédé de l'invention Ces pièces ouvrées ont en tout point une dureté supérieure ou égale à 400 HB et de préférence supérieure ou égale à 450 HB, ce qui leur confère une résistance à l'abrasion de l'ordre de quatre fois supérieure à celle des pièces ouvrées géométriquement équivalentes mais ayant une dureté inférieure ou égale à 350 HB. Ces pièces peuvent avoir une épaisseur supé- rieure ou égale à 6 mm et certaines ont des épaisseurs supérieures ou égales à 30 mm. La figure 1 est un exemple de pièce ouvrée selon l'invention. Les pièces ouvrées dont il est question dans cette invention sont par exemple du type de celle qui est représentée à la figure 1. Une plaque repérée généralement par 1 et d'é- paisseur e est percée de trous 2 de forme variable: ronds, oblongs, carrés avec ou sans coins arrondis, etc Le plus communément, et sans que celà soit limitatif, l'épaisseur e va de 6 mm à 30 mm; la surface occupée par les trous peut représenter jusqu'à 2/3 de la surface totale de la pièce On demande généralement à ces pièces d'être bien planes et d'avoir une dureté la plus grande possible. Selon le procédé objet de l'invention, pour réaliser de telles pièces, on prend un acier destiné à réaliser des pièces résistant à l'abrasion et tel qu'un traitement thermique puisse lui conférer une dureté supérieure à 450 HB tout en conservant une ductilité suffisante pour éviter des ruptures par choc. Ces aciers comportent en leur composition chimique pondérale: de 0,15 % à 0,7 % de carbone moins de 2 % de silicium moins de 3 % de manganèse moins de 5 % de nickel moins de 5 % de chrome moins de 2 % de molybdène moins de 0,05 % de bore. Lorsque l'acier contient du bore, cet élément est ajouté afin d'augmenter la trempabilité et l'homme de métier sait qu'il doit être accompagné de suffisamment d'aluminium ou de titane pour piéger l'azote qui sans celà réagirait avec le bore et diminuerait son effet sur la trempabilité. A titre d'exemple, pour réaliser des pièces de 8 mm à 30 mm d'épaisseur, il a été utilisé un acier contenant: 0,3 % de carbone 0,3 % de silicium 1 % de manganèse moins de 1 % de nickel 1,5 % de chrome 0,2 % de molybdène et éventuellement 0,003 % de bore. Après trempe à l'huile, un tel acier permet d'obtenir sur les pièces considérées, une dureté voisine de 500 HB et une résilience élevée à ce niveau de dureté, de l'ordre 50 J/cm 2 à l'ambiante. Ces aciers font partie de l'invention. Dans un premier mode de réalisation du procédé selon l'invention, après élaboration et coulée selon les règles de l'art, les demi-produits (lingots ou brames) sont laminés pour réaliser des tôles ou plaques à l'é- paisseur souhaitée. En général, après laminage, les tôles sont trop dures pour être découpées de façon à réaliser la pièce ouvrée Si tel est le cas, on réalise donc un traitement d'adoucissement consistant en un revenu à une température comprise entre 550 C et AC 1 pendant une heure Le plus communément, ce traitement est réalisé à environ 6000 C On obtient ainsi des tôles ou plaques dont la dureté ne dépasse pas 300 HB Ces tôles ou plaques peuvent alors être découpées pour en faire des pièces ouvrées, le plus communément par poinçonnage, ou encore par découpe par un procédé thermique tel que la découpe au chalumeau oxygaz ou au chalumeau à plasma. Après cette opération de découpe, les pièces ouvrées ainsi obtenues sont chauffées au-dessus de AC 3 et trempées à l'huile à l'aide d'une machine de trempe sous presse La trempe à l'huile permet d'obtenir à la fois une dureté supérieure à 400 HB et, pour l'acier particulier pris en exemple, une dureté voisine de 500 HB, et égale- ment une résilience de l'ordre de 50 Joules/cm 2 Cette résilience assure la non rupture par choc de ces pièces, La trempe sous presse permet d'obtenir des pièces bien planes à peu près exemptes de contraintes résiduelles. La trempe après découpe assure que les pièces présentent la dureté élevée en tout point et en particu- lier sur les bords des trous Eventuellement, la trempe peut être suivie d'un léger revenu à une température de 2000 C environ. Dans un deuxième mode de réalisation, la tôle est laminée puis trempée directement à l'huile à l'aide de la machine de trempe sous presse, ce qui permet d'obtenir des tôles de dureté supérieure ou égale à 400 HB voire de 500 HB, et bien planes Après cette trempe, les tôles peuvent, le cas échéant, subir un revenu à une température de l'ordre de 2000 C. La tôle ainsi obtenue est découpée au laser pour en faire une pièce ouvrée La découpe au laser a l'avan- tage de très peu affecter les propriétés du métal au voisinage de la zone de coupe et ainsi de ne pas réduire la tenue à l'abrasion, contrairement à ce que l'on obtien- drait par oxycoupage; et il serait impossible d'ouvrer la tôle dans cet état par des procédés du type poinçonnage. Des pièces réalisées conformément à l'invention ayant des épaisseurs allant de 6 mm à 30 mm sans que ce soit limitatif, ont été testées en vraie grandeur dans des installations de criblage pour comparer leur résitance à l'abrasion à celle de tôles de dureté inférieure ou égale à 350 HB. Ces essais ont été effectués de la manière suivante: Dans un crible comportant une grille à mailles carrées de 110 mm de côté et incliné à 190 on a comparé le comportement de deux grilles lors du criblage d'un maté- riau de type quartzite riche en silice et très abrasif. La première grille était une grille classique de dureté voisine de 300 HB obtenue par normalisation d'un acier contenant: C = 0,19 % Si = 0,3 % Mn = 1,1 % Ni = 0,3 % Cr = 1,3 % Mo = 0,2 %. Cette grille a été détruite après criblage de 7000 tonnes de matériau. La deuxième grille, réalisée selon l'invention n'a été détruite qu'après criblage de 28 000 tonnes de matériau. Dans cet exemple, la grille selon l'invention a eu une durée de vie quatre fois supérieure à celle d'une grille classique. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'une pièce ouvrée en acier ayant une très forte résistance à l'abrasion par mise en forme par découpage d'un produit plat obtenu par laminage caractérisé par le fait: que la composition de l'acier du produit plat est choisie de manière que l'acier puisse atteindre, par traitement thermique, une dureté Brinell supérieure à 400 HB, et qu'on effectue sur la pièce obtenue par découpage du produit plat ou sur le produit plat avant découpage, une trempe à l'huile, à l'aide d'une machine de trempe sous presse, de manière à obtenir une pièce d'une bonne pla- néité ayant une dureté supérieure à 400 HB en tout point. 2 Procédé suivant la revendication 1, dans le cas o le produit plat à l'état brut de laminage présente une dureté inférieure à 350 HB, caractérisé par le fait qu'on effectue le découpage du produit plat brut de laminage, avant la trempe à l'huile. 3 Procédé suivant la revendication 1, dans le cas o le produit plat à l'état brut de laminage présente une dureté supérieure à 350 HB, caractérisé par le fait qu'on fait subir au produit plat brut de laminage un traitement d'adoucissement en le maintenant entre 5500 C et le point AC, de l'acier pendant une heure environ, de façon à lui conférer une dureté inférieure ou égale à 300 HB, avant de réaliser le découpage et la trempe à l'huile. 4. Procédé suivant l'une quelconque des re- vendications 1 à 3, caractérisé par le fait qu'on effectue un revenu à une température d'environ 200 C sur le produit plat, après découpage et trempe à l'huile. 5. Procédé suivant l'une quelconque des reven- dications 1 à 4, caractérisé par le fait que le découpage du produit plat est réalisé par poinçonnage ou par un procédé thermique tel que l'oxycoupage. 6. Procédé suivant la revendication 1, carac- térisé par le fait qu'on effectue la trempe à l'huile du produit plat brut de laminage avant de réaliser son découpage au laser. 7 Procédé suivant la revendication 6, carac- térisé par le fait qu'on effectue un revenu à une tempé- rature d'environ 2000 C sur le produit plat après la trempe à l'huile et avant le découpage. 8. Pièce ouvrée réalisée par découpage d'un produit plat en acier caractérisé par le fait que sa dureté Brinell est supérieure ou égale à 400 HB en tout point et de préférence supérieure ou égale à 450 HB. 9. Pièce ouvrée suivant la revendication 8, caractérisée par le fait qu'elle est réalisée en un acier dont la composition chimique pondérale est la suivante: de 0,15 % à 0,7 % de carbone moins de 2 % de silicium moins de 3 % de manganèse moins de 5 % de nickel moins de 5 % de chrome moins de 2 % de molybdène moins de 0,05 % de bore, le reste étant du fer et des impuretés résultant de la fusion des matières premières au cours de l'élaboration. 10 Pièce ouvrée suivant la revendication 9, caractérisée par le fait qu'elle est réalisée en un acier dont la composition chimique pondérale est la suivante: de 0,2 % à 0,4 % de C de 0,1 % à 0,5 % de Si de 0,7 % à 1,3 % de Mn moins de 1 % de Ni de 1,2 % à 1,8 % de Cr de 0, 1 % à 0,5 % de Mo moins de 0,01 % de B. il 11. Pièce ouvrée suivant l'une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisée par le fait que son épaisseur est supérieure ou égale à 6 mm. 12. Pièce ouvrée suivant la revendication 11, caractérisée par le fait que son épaisseur est supérieure ou égale à 30 mm. 13. Pièce ouvrée suivant l'une quelconque des revendications 8 à 12 constituant une grille de crible ( 1) présentant des trous calibrés traversants ( 2), obtenue par découpage d'un produit plat, caractérisée par le fait qu'elle présente une dureté supérieure à 400 HB et de préférence supérieure à 450 HB en tout point et en parti- culier suivant le contour des trous traversants ( 2) et une résistance à l'abrasion de l'ordre de deux à cinq fois supérieure à celle d'une grille de crible ayant une dureté inférieure à 350 HB.