Brevet FR2778672A1 — publié le 19991119

Procédé de fabrication de pièces trempées en acier La présente invention se rapporte à un procédé de fabrication de pièces trempées en acier. Les pièces fortement sollicitées, résistant à l'usure, exposées à une fatigue par roulement, par exemple des pièces de roulements, de transmissions et analogues doivent être trempées. Normalement, on utilise pour ces pièces un acier ayant une teneur en carbone d'environ 1 % en poids, dit acier à roulement (par exemple type 100 Cr 6) qui, porté à une température supérieure à 1100 C, est mis en forme de tubes ou de barres, est refroidi et est ensuite recuit, usiné à l'état recuit, trempé et enfin rectifié. Lors de la fabrication de pièces en acier à roulement (100 Cr 6), il est donc nécessaire d'intercaler, entre le formage et l'usinage ultérieur, un processus onéreux de recuit pour que puissent être assurés un usinage mécanique simple et l'aptitude à la trempe. Il est également connu de soumettre des bagues en acier à roulement à un traitement thermomécanique, c'est-à-dire des procédés combinant de façon contrôlée un formage et un traitement thermique. Ces procédés permettent par exemple une trempe utilisant la chaleur de formage, ce qui permet une amélioration des propriétés spécifiques du matériau et/ou une substitution de traitements thermiques. En particulier, il est possible de supprimer le recuit d'adoucissement normalement usuel, donc d'économiser de l'énergie (voir par exemple la revue DE " Stahl und Eisen" 108 (1988), fascicule 12, pages 595-603). Suivant ces procédés connus on effectue, après le formage au-dessus de la température A 1, une trempe en utilisant la chaleur de formage, suivie d'un revenu et d'un usinage des pièces à l'état trempé. En général, il faut cependant encore intercaler un four de détente à la suite du formage, afin d'obtenir une sécurité de process plus élevée et une meilleure régularité. La trempe s'effectue généralement en bain de sel ou en bain d'huile. Les déformations qui en résultent nécessitent cependant dans tous les cas un usinage onéreux des pièces trempées. Le but de la présente invention est de fournir un procédé pour la fabrication de pièces trempées en acier, procédé qui non seulement implique une consommation d'énergie réduite et15 est donc moins onéreux, mais qui également permet d'obtenir des pièces ayant une précision dimensionnelle accrue au point que ces dernières ne nécessitent pas d'usinage ultérieur, ou tout au plus un usinage ultérieur réduit. Ce but est atteint, selon l'invention, par un procédé caractérisé par: l'utilisation d'un acier trempant à l'air, - chauffage de l'acier à plus de 1100 OC, - formage à chaud des pièces jusqu'au voisinage, voir en deçà de la température A1, - refroidissement à l'air à environ 280 OC avec traitement thermomécanique simultané par calibrage, - refroidissement à l'air à la température ambiante, - traitement de relaxation à 150-250 0C, et - le cas échéant usinage des pièces à l'état trempé. En tant qu'acier trempant à l'air, il est possible de choisir, suivant une autre caractéristique de l'invention, un acier ayant la composition (en % en poids) suivante 0,5 à 0,9 % de carbone (C) 0 à 1, 0 % de manganèse (Mn) 0 à 2,0 % de silicium (Si) 0 à 2,0 % de nickel (Ni) 0 à 0,7 % de molybdène (Mo) 0 à 2,0 % de chrome (Cr) 0 à 0,3 % de vanadium (V) le reste étant du fer et des impuretés usuelles. De préférence, on peut utiliser un acier contenant 0,7 % C 0,3 % Mn 1,5 % Si 1,0 % Ni 0,17 % Mo 1,4 % Cr le reste étant du fer et des impuretés usuelles. L'avantage particulier du procédé conforme à l'invention réside dans le fait que le calibrage des pièces par traitement thermomécanique permet d'obtenir des tolérances dimensionnelles si serrées qu'un usinage des pièces à l'état trempé n'est plus nécessaire ou peut être considérablement réduit. Simultanément, le recuit et l'usinage à l'état recuit sont superflus, ce qui permet non seulement de réduire le coût d'énergie, mais également des étapes de traitement/usinage. Le refroidissement après le formage à chaud peut avoir lieu à l'air en mouvement, ce qui permet de supprimer également les bains de sel ou bains d'huile. Cela permet, suivant une autre caractéristique de l'invention, un calibrage à des températures à peine supérieures à la température de démarrage de la transformation martensitique car on dispose maintenant d'un temps suffisant pour le formage. Le traitement thermomécanique s'effectue à une tempéra- ture quelconque comprise entre la température de fin de forgeage et la température de transformation martensitique, environ 280 C, par calibrage, de sorte que les pièces peuvent être calibrées à la cote définitive ou presque à la cote définitive. Le refroidissement subséquent à l'air produit de nouveau la structure martensitique recherchée, de sorte qu'il suffit ensuite d'effectuer un traitement de détente à environ 200 OC. En tant que traitement de détente, il est possible d'utiliser le revenu de courte durée décrit dans le brevet DE 40 07 487. Dans le cas o un usinage sur pièces trempées était nécessaire, il peut avoir lieu par rectification ou tournage, auquel cas les épaisseurs que les pièces doivent présenter peuvent, grâce aux tolérances serrées du calibrage thermomécanique, être nettement plus faibles que lors de la fabrication usuelle. Les pièces ainsi fabriquées peuvent être des pièces de roulements, en particulier des bagues de roulements, des pièces de transmission (pignons) ou d'autres pièces forgées. On va décrire ci-après un exemple du procédé conforme à l'invention en se référant à la figure unique du dessin annexé qui est un diagramme température-temps du procédé conforme à l'invention. Un acier à 0,5 % C, 0,3 Mn, 1,5 % Si, 1,0 % Ni, 0,17 % Mo, 1,4 % Cr est chauffé par induction à environ 1120 OC et est maintenu brièvement à cette température. Suit alors un forgeage sur une presse du type Hatebur, pour la mise en forme d'ébauches. Ce forgeage est suivi d'un refroidissement à l'air en l'espace de moins de 12 minutes à une température de 250 C à 300 C. A environ 280 C a lieu, dans l'étape suivante, un calibrage des ébauches lesquelles sont ensuite refroidies jusqu'à la température ambiante. On procède ensuite à un traitement de revenu de courte durée, les pièces atteignant une dureté > 60 HRC. Selon la précision nécessaire des pièces, il est possible d'effectuer en plus un usinage sur les pièces trempées. Le procédé conforme à l'invention permet de supprimer les étapes de recuit, d'usinage à l'état recuit et de trempe dans des installations spécifiques, et présente en plus des avantages de logistique et des durées de passage plus courtes des pièces. Malgré le prix éventuellement plus élevé des aciers plus fortement alliés, la consommation d'énergie sensiblement réduite et la suppression d'opérations de traitement conduisent néanmoins à des réductions notables du coût. REVENDICATIONS 1. Procédé pour la fabrication de pièces trempées en acier, caractérisé par - l'utilisation d'un acier trempant à l'air, - chauffage de l'acier à plus de 1100 C, - formage à chaud des pièces jusqu'au voisinage de température A1, - refroidissement à l'air à environ 280 OC, avec traitement thermomécanique simultané par calibrage, - refroidissement à l'air à la température ambiante, - un traitement de relaxation à environ 150 à 250 C, et - le cas échéant usinage des pièces à l'état trempé. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par l'utilisation d'un acier ayant la composition suivante, en % en poids, 0, 5 à 0,9 % de carbone (C) 0 à 1,0 % de manganèse (Mn) O à 2,0 % de silicium (Si) 0 à 2,0 % de nickel (Ni) 0 à 0,7 % de molybdène (Mo) 0 à 2,0 % de chrome (Cr) 0 à 0,3 % de vanadium (V) le reste étant du fer et des impuretés usuelles. 3. Procédé suivant la revendication 2, caractérisé par l'utilisation d'un acier ayant la composition suivante 0,7 % de carbone (C) 0,3 % de manganèse (Mn) 1,5 % de silicium (Si) 1,0 % de nickel (Ni) 0,17 % de molybdène (Mo) 1,4 % de chrome (Cr) le reste étant du fer et des impuretés usuelles. 4. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le formage à chaud s'effectue par forgeage. 5. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le traitement thermomécanique s'effectue à proximité au-dessus de la température de transformation martensitique (environ 280 OC). 6. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à , caractérisé par le fait que le traitement de relaxation s'effectue par revenu de courte durée. 7. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que le traitement de relaxation est suivi d'un usinage des pièces à l'état trempé, par exemple par tournage.