Brevet FR2715879A1 — publié le 19950811

La présente invention concerne le domaine de la métallurgie et a notamment pour objet des procédés de fabrication de pièces en forme de tige, à partir d'alliages de titane, de préférence, des boulons, et peut trouver une application dans les constructions aéronautiques et cosmiques ainsi que dans les constructions mécaniques pour l'industrie chimique et dans les constructions navales. A l'heure actuelle, on connaît un procédé de fabrication de pièces en forme de tige avec une tête, à partir d'alliages biphasés de titane à haute résistance, consistant à refouler une tête à chaud sur une ébauche en forme de barre pourvue d'un revêtement protecteur, ensuite à soumettre l'article au traitement thermique et à l'usinage. Ce procédé est décrit dans l'Annexe nO 6 publiée en 1972 pour la revue "Industrie Aéronautique". Le procédé connu de fabrication de pièces en forme de tige avec des têtes, à partir d'alliages de titane à haute résistance est caractérisé par un certain nombre d'inconvénients. Avant tout, on peut citer l'importante maind'oeuvre nécessaire à la fabrication de pièces à la suite du grand nombre d'opérations d'usinage, le faible rendement du procédé de refoulement à chaud, l'instabilité des caractéristiques mécaniques imposées due au traitement thermique compliqué. De plus, le refoulement à chaud et le traitement thermique élevant la résistance nécessitent un équipement spécial. I1 convient de noter encore la faible endurance de l'outillage utilisé pour l'usinage d'une ébauche. On connaît aussi un procédé de fabrication de pièces en forme de tige avec des têtes en alliages biphasés de titane, selon le certificat d'auteur nO 543454, cl. B 21 J 5/08, publié le 25.01.77. Le procédé connu comprend un recuit préalable des barres, l'application d'un revêtement dur d'oxalate sur leur surface, le refoulement d'une tête et la réduction de la tige à plusieurs reprises, réalisée à la vitesse de 0,5 à 1,0 m/s. Ensuite, on effectue simultanément le moletage du rayon sous la tête et de la tige et aussi le moletage du filetage. Ce procédé qui nécessite des frais sensiblement réduits permet de mécaniser au maximum le procédé technologique. Toutefois, après le traitement thermique réalisé selon ce procédé, les pièces en forme de tige sont caractérisées par une résistance et une durée de service insuffisamment élevées. Les efforts de rupture et de cisaillement double ne satisfont pas les exigences imposées par les normes standardisées internationales. Ceci aboutit, à son tour, à une baisse des caractéristiques de fiabilité et de durée de service des appareils volants où peuvent être utilisées les pièces de fixation en alliage de titane. On s'est donc proposé d'augmenter les caractéristiques de résistance à la fatigue et d'endurance des articles en alliages biphasés de titane (a + Le problème ainsi posé est résolu du fait que, dans le procédé connu de fabrication de pièces en forme de tige avec des têtes, à partir d'alliages biphasés de titane, consistant à effectuer le traitement thermique préalable des barres, à appliquer un revêtement dur d'oxalate sur leur surface, à refouler une tête et à réduire à plusieurs reprises la tige à la vitesse de 0,5 à 1,0 m/s, à réaliser simultanément le moletage du rayon sous la tête et de la tige et à moleter le filetage, selon l'invention, on réalise le traitement thermique en chauffant les barres dans un four à vide jusqu'à une température de 8000C à 8500C, en les refroidissant lentement conjointement avec le four jusqu'à la température de 5800C à 6000C et en les soumettant à un refroidissement rapide dans l'eau et on effectue, après le moletage du filetage, un vieillissement pendant 6 à 8 heures à une température comprise entre 3000C et 4000C. Le chauffage d'une ébauche réalisé dans un four à vide jusqu'à une température de 8000C à 8500C donne la possibilité d'obtenir la phase métastable ss et la phase a". Le chauffage d'une ébauche jusqu'à une température supérieure à 8500C provoque une diminution de la plasticité à la déformation. A la diminution de la température au-dessous de 8000C, la résistance des articles ne satisfait pas les exigences imposées. Le refroidissement lent des ébauches, réalisé conjointement avec le four, protège la surface des ébauches contre une oxydation intensive aux hautes températures. Des valeurs de température de refroidissement comprises entre 5800C et 6000C sont optimales et suffisantes pour la protection de la surface contre l'oxydation. Un brusque refroidissement dans l'eau contribue à la fixation de la phase métastable ss et de la phase a". Le vieillissement achève la dissociation desdites phases en formant une structure d'équilibre a + ss avec une grosseur du grain égale à (1 à 3) points d'après l'échelle de la microstructure à cinq points. Lorsque le vieillissement est réalisé à une température inférieure à 3000C, la dissociation des phases martensitiques est incomplète et les articles n'atteignent pas la résistance désirée. L'élévation de la température au-dessus de 4000C peut entamer l'adoucissement à la suite du surveillissement. On donne ci-dessous un exemple de réalisation du procédé selon l'invention. Exemple. On chauffe des barres en alliage VT-16 de 10,5 mm de diamètre jusqu'à une température de 8300C, on refroidit ces barres conjointement avec le four jusqu'à une température de 6000C et puis on les refroidit rapidement dans l'eau jusqu'à la température ambiante. Ensuite, on fabrique des boulons M10 à partir des barres soumises au traitement thermique par refoulement à froid après avoir appliqué un revêtement d'oxalate sur leur surface. Pendant la fabrication de boulons, on réalise la réduction de la tige à plusieurs reprises à la vitesse de 0,5 à 1,0 m/s. On molette la partie lisse de la tige et sa transition à la tête simultanément par des molettes sur une machine à molettes filetées, pour obtenir la partie lisse de la tige avec un haut degré de précision selon la première et la deuxième classe et avec une haute qualité du fini superficiel et on molette le filetage. Après le moletage du filetage, on soumet les articles au vieillissement pendant 6 heures à une température de 3000C. Les propriétés mécaniques et les propriétés des boulons ont été déterminées d'après des essais statistiques et des essais de fatigue. Pour comparer les propriétés des boulons fabriqués selon le procédé de 1 invention, on a déterminé les propriétés de boulons fabriqués selon le procédé de l'antériorité la plus proche et de boulons soumis au traitement thermique selon le régime indiqué dans la notice du VIAM n 685-76. Procédé #ss #0,2 #% lmmin Traction Traction Fatigue Fatigue 'm a a0,2 % m de fabri- MPa MPa min MPa sans gau- avec gau- à petit à plucation des chis- chisse- nombre sieurs boulons sement, ment 40 de cycles Pm KH sous cycles K=0,42 l'écrou K=0,6 Nm Pm KH Nm Procédé de l'inven- 1160 1100 64 780 74,24 72,4 33172 124000 tion Procédé de l'art antérieur 1020 880 65 665 69,32 64 13200 35650 Procédé connu recommandé 1091 1000 48,6 810 69,04 61,73 12340 69700 La comparaison des données obtenues a fait apparaître qu'en utilisant le procédé de l'invention, il est possible de fabriquer des pièces de fixation ayant de plus hautes caractéristiques de résistance et, surtout, de durée de service en comparaison avec celles fabriquées à l'aide des procédés connus, ce qui a une grande importance dans le cas de l'utilisation des articles de fixation dans du matériel aéronautique et cosmique. REVENDICATION Procédé de fabrication d'articles en forme de tige avec des têtes, à partir d'alliages biphasés de titane (a + ss), consistant à réaliser le traitement thermique préalable des barres, à appliquer un revêtement dur d'oxalate sur leur surface, à refouler une tête et à réduire à plusieurs reprises la tige, à la vitesse de 0,5 à 1,0 m/s, à moleter simultanément le rayon sous la tête et la tige et à moleter le filetage, caractérisé en ce qu'on réalise le traitement thermique en chauffant les ébauches dans un four à vide jusqu'à une température de 8000C à 8500C et en les refroidissant lentement conjointement avec le four jusqu'à une température de 5800C à 6000C puis en les refroidissant rapidement dans l'eau et en ce qu'après le moletage du filetage, on effectue un vieillissement dans le four pendant 6 à 8 heures à une température comprise entre 3000C et 4000C.