Brevet FR2685921A1 — publié le 19930709

L'invention est relative à la fabrication de couronnes dentées de grande dimension notamment de couronnes dentées pour un tambour tournant tel qu'utilisé dans les cimenteries, comme broyeur ou dans les installations de fabrication d'engrais. Les installations de cimenterie, les broyeurs et les usines de fabrication d'engrais notamment, comportent des tambours de grande dimension montés rotatifs autour de leur axe. Ces tambours sont munis, à chacune de leurs extrémités, de couronnes dentées qui servent à les supporter et à assurer leur rotation. Ces couronnes dentées sont des pièces moulées et usinées toujours réalisées en un acier au chrome molybdène normalisé et revenu. Cet acier est du type par exemple 25CD4 ou 30CD4 ou 35CD4 ou 40CD4 (selon norme française AFNOR) ; ces aciers présentent des caractéristiques mécaniques satisfaisantes pour ces couronnes dentées et ils sont peu coûteux. Mais on constate que ces couronnes dentées ont une durée de vie courte. Elles s'usent et il apparaît des fissures qu'on ne peut pas réparer par soudure car les aciers utilisés ne sont pas soudables sans être préchauffés ou traités thermiquement. Ces fissures conduisent souvent à la rupture des dents des couronnes et il est nécessaire de les changer.Ce sont les conditions de travail, les contraintes et parfois la température, qui provoquent la destruction rapide des couronnes dentées mais il ne s'agit pas d'un problème de corrosion. Le but de la présente invention est de proposer un moyen de réaliser des couronnes dentées qui aient une durée de vie améliorée par rapport à ce qui est connu. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de fabrication d'une couronne dentée de grande dimension, notamment d'une couronne dentée pour un tambour tournant tel qu'utilisé dans les cimenteries, comme broyeur ou dans les installations de fabrication d'engrais selon lequel - on réalise une ébauche de couronne en un acier contenant notamment de 12 * à 18 % de chrome de 3 % à 6 % de nickel moins de 0,04 % de carbone moins de 0,015 % de phosphore moins de 0,005 % de soufre, - on soumet l'ébauche à un traitement thermique comprenant une trempe et un revenu - et on usine l'ébauche traitée thermiquement pour obtenir la couronne dentée. L'ébauche peut être obtenue par moulage de l'acier ou réalisée par oxycoupage d'une tôle épaisse en cet acier. La trempe est réalisée à partir d'une température de chauffage comprise entre 950"C et 1100 C. La trempe est réalisée par refroidissement à l'air ou à l'eau. Le revenu est réalisé entre 550"C et 650"C. L'invention a également pour objet une couronne dentée de grande dimension, notamment une couronne dentée pour tambour tournant utilisé dans les cimenteries, comme broyeur ou dans les installations de fabrication d'engrais, réalisée à l'aide du procédé selon l'invention. La couronne dentée a une composition chimique comprenant notamment - de 12 % à 18 % de chrome - de 3 % à 6 % de nickel - moins de 0,04 % de carbone - moins de 0,015 % de phosphore - moins de 0,005 % de soufre. L'invention va maintenant être décrite de façon plus précise mais non limitative. Pour réaliser des couronnes dentées de grande dimension pour grosses installations telles que cimente ries, broyeurs ou usines d'engrais, on réalise d'abord une ébauche soit par moulage soit par oxycoupage dans une tôle épaisse de dimension suffisante. Pour cela on élabore un acier inoxydable martensitique du type comprenant dans sa composition chimique soit 13 % de Cr et 4 % de Ni environ soit 13 % de Cr et 5 % de Ni environ soit 16 % de Cr et 5 % de Ni environ soit 17 % de Cr et 4 % de Ni environ. Ces aciers permettent, après traitement thermique, d'obtenir des caractéristiques mécaniques de traction élevées, par exemple Re 2 650 MPa Rm 2 850 MPa. Mais pour obtenir une bonne tenue en service des couronnes dentées, l'acier doit également avoir une bonne résilience. On a constaté qu'en limitant les teneurs en phosphore à 0,015 % au maximum et en soufre à 0,005 % au maximum, on pouvait obtenir des résiliences Kcv supérieu 2 res à 120 Joules/cm. Enfin, l'acier doit être exempt de carbures aux joints de grain et pour celà on limite la teneur en carbone à 0,04 % au maximum. L'acier tel qu'il vient d'être défini est soit coulé directement dans un moule de fonderie qui permet d'obtenir une ébauche de couronne soit coulé en lingot ou en brame, laminé pour en faire une tôle épaisse et la tôle obtenue est oxycoupée pour réaliser une ébauche de couronne. L'ébauche de couronne est soumise alors à un traitement thermique de trempe suivi d'un revenu. La trempe est réalisée après avoir chauffé les ébauches entre 1000"C et 1050"C, par refroidissement soit à l'air soit à l'eau. Il et préférable de refroidir à l'air pour éviter des tapures. Le revenu est réalisé par réchauffage des ébauches trempées entre 580"C et 630"C. Après ce traitement thermique, les ébauches sont usinées pour leur donner leur forme définitive. Les couronnes qu'on obtient ainsi présentent les caractéristiques mécaniques suivantes Re 2 650 MPa Rm 2 850 MPa Kcv 2 120 Joules/cm2. Ces couronnes ont l'avantage de pouvoir être réparées facilement par soudure et on a constaté qu'elles avaient une durée de vie augmentée de 30 % par rapport aux couronnes réalisées selon l'art antérieur. Cela semble résulter d'une meilleure tenue à la fatigue des aciers inoxydables martensitiques. Des essais de fatigue en traction-compression ou en flexion alternée ont montré que, pour 108 cycles, la contrainte admissible est de 40 % plus élevée pour les aciers inoxydables martensitiques que pour les aciers au chrome-molybdène. Ce gain de performances compense le surcoût lié à l'utilisation d'un acier inoxydable martensitique. REVENDICATIONS 1.- Procédé de fabrication d'une couronne dentée de grande dimension, notamment une couronne dentée pour tambour tournant tel qu'utilisé dans les cimenteries, comme broyeur, ou dans les installations de fabrication d'engrais, caractérisé en ce que - on réalise une ébauche de couronne en un acier contenant notamment de 12 % à 18 % de chrome de 3 % à 6 % de nickel moins de 0,04 % de carbone moins de 0,015 % de phosphore moins de 0,005 % de soufre, - on soumet l'ébauche à un traitement thermique comprenant une trempe et un revenu, - et on usine l'ébauche traitée thermiquement pour obtenir la couronne dentée. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'ébauche est obtenue par moulage. 3.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'ébauche est réalisée par oxycoupage d'une tôle épaisse. 4.- Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la trempe est réalisée à partir d'une température de chauffage comprise entre 950 C et 1100 C. 5.- Procédé selon l'une des revendications 1, 2, 3 et 4, caractérisé en ce que la trempe est réalisée par refroidissement à l'air ou à l'eau. 6.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le revenu est réalisé entre 550"C et 650"C. 7.- Couronne dentée de grande dimension réalisée à l'aide du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6. 8.- Couronne dentée de grande dimension, notamment couronne dentée pour tambour tournant de cimenterie, pour broyeur ou pour une installation de fabrication d'engrais, caractérisée en ce que sa composition chimique comporte notamment de 12 % à 18 % de chrome de 3 % à 6 % de nickel moins de 0,04 % de carbone moins de 0,015 % de phosphore moins de 0,005 % de soufre.