Brevet FR2849059A1 — publié le 20040625

i La présente invention concerne un procédé et un dispositif de traitement thermique local d'une pièce métallique formée par emboutissage. L'invention concerne également une pièce métallique notamment de véhicule automobile obtenue par le procédé de traitement thermique. Dans de nombreuses applications industrielles, il est connu d'utiliser des pièces métalliques formées par emboutissage comportant localement des éléments de renfort qui permettent d'augmenter dans des zones déterminées la résistance mécanique de ces pièces. C'est le cas par exemple de certaines pièces utilisées dans les 10 véhicules automobiles, comme par exemple le montant central des flancs latéraux, la traverse arrière disposée sous les sièges ou encore la poutre de pare-choc, qui comportent des éléments de renfort fixés sur lesdites pièces à des emplacements déterminés. Ces pièces de renfort ont pour principal inconvénient d'augmenter 15 de manière importante le poids de la structure comportant de telles pièces. Dans les véhicules automobiles, cette augmentation de poids est pénalisante, notamment au niveau de la consommation. Or, I'un des principaux objectifs pour l'ensemble des constructeurs automobiles dans les années à venir est l'allègement des véhicules afin de 20 contribuer à la réduction de la consommation pour permettre de répondre aux futures normes d'antipollution En effet, la sévérité de ces normes limite les émissions polluantes des véhicules automobiles à des taux de plus en plus faibles, ce qui oblige les constructeurs automobiles à une course effrénée vers un gain de poids des véhicules automobiles Il a été constaté qu'un gain de poids de 25 25 % correspond à environ 12 % d'émissions polluantes en moins. Cette évolution dans la conception des véhicules automobiles est contradictoire avec l'utilisation croissante de différents systèmes de sécurité et de confort qui ont tendance à augmenter le poids des véhicules automobiles Pour compenser cette augmentation de poids, les constructeurs automobiles 30 s'orientent vers un allègement des structures et notamment des différents éléments composant la carrosserie des véhicules automobiles. Un tel allègement de la structure est obtenu grâce à l'utilisation de nouveaux matériaux, comme par exemple l'aluminium ou un acier à très haute limite d'élasticité ou encore grâce à de nouveaux procédés permettant l'intégration de plusieurs fonctions sur une même pièce L'allègement de 5 certaines pièces de la structure du véhicule automobile doit respecter les performances en comportement lors d'un choc si bien que la marge de manoeuvre dont dispose les constructeurs de véhicules pour réduire la masse de la structure est donc relativement réduite et le principe qui consiste à renforcer ce type de pièces par un traitement thermique est séduisant, car il permet de ne pas 10 alourdir la structure avec des pièces de renfort. De plus, une suppression des éléments de renfort ou une réduction de l'épaisseur de certaines pièces peut aboutir à une diminution du prix de ces pièces non négligeable. Le traitement thermique par chauffage par induction et par trempe 15 pour augmenter la résistance mécanique des pièces est une technique couramment utilisée. En effet, on connaît dans le EP-A-0816 520 un procédé de traitement thermique local d'une pièce qui consiste à balayer la partie à renforcer de cette pièce avec un inducteur permettant, par induction de courants de 20 Foucault, d'obtenir la température nécessaire pour réaliser la transformation métallurgique de ladite partie de la pièce Cette partie de la pièce est refroidie par un dispositif qui est solidaire de l'inducteur et qui est constitué par des moyens de projection d'un fluide La vitesse de défilement de cet ensemble est de l'ordre de 1 Omm/s. Ainsi, le profil de dureté dans la partie traitée est réalisé en faisant varier la vitesse de défilement de l'inducteur et également en faisant varier les paramètres propres aux phénomènes d'induction. Cette technique présente des inconvénients qui résident notamment dans la complexité de mise en oeuvre pour assurer le déplacement 30 de l'ensemble constitué par l'inducteur et les moyens de projection du fluide et des liaisons entre les éléments mobiles et les éléments fixes ce qui augmente de manière significative le prix de revient de telles pièces. De plus, le temps nécessaire pour renforcer localement les caractéristiques mécaniques sur certaines pièces de forme complexes, comme par exemple les montants centraux des flancs latéraux des véhicules automobiles, est relativement long du fait du balayage à réaliser sur toute la partie de la pièce à renforcer. L'invention a pour but d'éviter ces inconvénients en proposant un procédé et un dispositif de traitement thermique local d'une pièce métallique formée par emboutissage, simple à mettre en oeuvre et permettant de traiter des pièces de section évolutive et d'obtenir des caractéristiques mécaniques 10 constantes et homogènes dans toute l'étendue de la zone traitée, tout en assurant des cadences de production élevée. L'invention a donc pour objet un procédé de traitement thermique local d'une pièce métallique formée par emboutissage, caractérisé en ce que: on met la pièce sous contrainte, 15 on dispose sur chaque zone de la pièce sur laquelle on désire réaliser le traitement thermique, un élément de chauffage par induction de courants de Foucault qui épouse le profil de la surface de la zone correspondante, on chauffe chaque zone par ledit élément jusqu'à une 20 température dite d'austénisation du métal, et on refroidit brutalement ladite pièce par immersion dans un fluide. Selon d'autres caractéristiques de l'invention on chauffe chaque zone jusqu'à une température comprise entre 25 900 et 1200 C, -chaque zone de la pièce correspond à une zone soumise à des sollicitations en flexion ou en fatigue ou à un effort exceptionnel. L'invention a également pour objet un dispositif de traitement thermique local d'une pièce métallique formée par emboutissage, caractérisé en 30 ce qu'il comprend des moyens de mise en contrainte de la pièce, au moins un inducteur de chauffage par courants de Foucault destiné à recouvrir une zone de la pièce et des moyens de refroidissement brutal par immersion de la pièce dans un fluide. L'invention a aussi pour objet une pièce métallique formée par emboutissage, caractérisée en ce qu'elle est formée par un profilé comportant au 5 moins une zone soumise à un traitement thermique par le procédé précédemment mentionné. Selon d'autres caractéristiques de l'invention le profilé présente une section transversale en forme de U ou de V, ladite zone du profilé comprend, d'une part, les arêtes dudit profilé sur une longueur comprise entre 300 et 500 mm et, d'autre part, une portion située de part et d'autre de ladite arête sur une largeur supérieure à 10 mm, le profilé a une épaisseur comprise entre 0,7 et 3 mm, 15 le profilé est formé par un montant central d'un flanc de carrosserie de véhicule automobile. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels: la Fig 1 est une vue schématique en perspective d'un montant central d'un flanc de carrosserie de véhicule automobile comportant une zone ayant subi un traitement thermique par un dispositif conforme à l'invention, la Fig 2 est une vue schématique en perspective du dispositif de traitement conforme à l'invention, la Fig 3 est une vue schématique en coupe transversale selon la ligne 3-3 de la Fig 1. La description qui suit sera faite en prenant comme exemple de pièce un montant central d'un flanc de véhicule automobile désigné dans son ensemble par la référence 1 sur la Fig 1. Le procédé et le dispositif de traitement thermique local sont applicables à toute autre pièce ayant des formes diverses et d'une manière générale à toute pièce métallique formée par emboutissage nécessitant l'utilisation de pièces de renfort dans des zones déterminées. Le montant central 1 est destiné à relier un arc de pavillon et un longeron de bas de caisse pour constituer un flanc latéral de la caisse du véhicule automobile. De manière classique, le montant central 1 est formé par une pièce monobloc métallique réalisée par emboutissage. Ce montrant central 1 est formé par un profilé présentant une section transversale en forme de U, comportant une branche centrale 2 et deux 10 branches latérales 3 déterminant entre elles deux arêtes longitudinales 4 La branche centrale 2 est prolongée, à l'une de ses extrémités 2 a, par une semelle 5 de fixation sur un arc de pavillon et, à l'autre de ses extrémités 2 b, par une semelle 6 de fixation sur un longeron de bas de caisse. Chaque branche latérale 3 est prolongée par un rebord 7 formant 15 chacun une surface d'appui d'un élément de porte adjacent. Le profilé en forme de U constituant le montant central 1 comporte, dans l'exemple de réalisation représenté à la Fig 1, une zone A présentant des caractéristiques mécaniques différentes des autres parties de son montant central 1 et qui correspond à la partie de la pièce strictement nécessaire 20 présentant un intérêt fonctionnel lors d'une sollicitation en flexion, comme par exemple lors d'un choc latéral. A cet effet, le procédé selon l'invention consiste à chauffer la surface de la zone A afin d'atteindre une température dite d'austénisation du métal composant ledit montant central 1, puis à refroidir rapidement et de 25 manière contrôlée ce montant central 1 par immersion dans un fluide pour figer la structure métallurgique dans la zone A préalablement chauffée. Dans tous les cas, durant les étapes précédemment mentionnées, le montant central 1 est maintenu en contrainte afin de compenser les déformations qui apparaissent lors du traitement thermique par chauffage de la 30 zone A. Sur la Fig 2, on a représenté schématiquement une portion du montant central I qui comprend la zone A destinée à subir le traitement thermique. Dans cet exemple de réalisation, la zone A est constituée par une 5 portion de chaque arête 4 de longueur L et également par une portion située de part et d'autre de cette arête sur une largeur 1, ainsi que représentée sur la Fig 3. Pour cela, le dispositif de traitement thermique comprend, pour chacune de ces portions de la zone A, un inducteur désigné dans son ensemble par la référence 10 de chauffage par courants de Foucault Chaque inducteur 10 est formé par 10 des éléments tubulaires dans lesquels passent un courant alternatif pour chauffer la portion correspondante de la zone A du montant central 1. L'inducteur 10 est spécifique à la forme de chaque zone destinée à subir le traitement thermique et cet inducteur dit de forme présente également une longueur correspondant sensiblement à la longueur de la zone A. Chaque élément de l'inducteur 10 permet de porter la portion correspondante de la zone A à une température comprise entre 900 et 1200 C et le refroidissement est obtenu par immersion du montant central 1 dans un fluide après le cycle de chauffe Cette étape permet de refroidir brutalement le montant central 1 pour figer la structure métallurgique dans la zone A chauffée. Le fluide de refroidissement est choisi en fonction des caractéristiques mécaniques désirées et il est constitué par exemple par de l'eau, une émulsion polymère ou une huile. Durant le chauffage et le refroidissement par immersion, le montant central 1 est maintenu en contrainte si bien que la géométrie de 25 I'inducteur 10 tient compte de ces contraintes appliquées au montant central 1 et également de son comportement durant le chauffage En effet, l'entrefer entre l'inducteur 10 et la portion correspondante de la zone A n'est pas constant et change durant le chauffage. De ce fait, la forme de chaque inducteur 10 doit tenir compte de 30 l'évolution géométrique du montant central I au cours des différentes phases du traitement thermique. A titre d'exemple, la longueur L de la zone A est comprise entre 300 et 500 mm et la largeur I de chaque partie de part et d'autre des arêtes 4 est de l'ordre de 20 mm. De préférence, l'épaisseur du profilé constituant le montant central 1 est comprise entre 0,7 et 3 mm. Le procédé selon l'invention permet d'obtenir des duretés maximales après trempe de 600 Hvo 5 et des caractéristiques mécaniques maximales (Rpo 2: 1500 Mpa, Rm: 1600 Mpa) qui peuvent être multipliées jusqu'à trois fois leur valeur avant la trempe suivant les nuances d'acier. Par exemple, sur une zone A limitée aux arêtes 4 et s'étendant sur 340 mm avec une section non constante et avec un montant central en acier HR 45 de 2 mm d'épaisseur, ces caractéristiques mécaniques augmentent localement de façon significative après la trempe: Rpo 2 = 862 Mpa Rm = 1206 Mpa Duretés de 410 Hvo 5 Le temps de chauffage par l'inducteur 10 est de 8 secondes et la trempe par une immersion dans un bac d'eau sans additif est de 3 secondes La puissance utilisée est de 91 KW et la fréquence et de 8,5 K Hz. L'utilisation d'un inducteur de forme permet de réduire le temps de traitement de façon significative indépendamment de la longueur à traiter et il permet de chauffer toute la surface de la zone soumise à des sollicitations en flexion en une seule fois. Le procédé selon l'invention permet de traiter des pièces de 25 géométries complexes présentant des sections non constantes ce qui n'est pas le cas des procédés utilisés jusqu'à présent. Par ailleurs, les caractéristiques mécaniques sont constantes et homogènes dans toute l'étendue de la zone ayant subi le traitement thermique. L'augmentation locale des caractéristiques mécaniques par le 30 procédé de traitement thermique selon l'invention permet un gain de masse pour des prestations équivalentes par suppression des pièces telles que des renforts complémentaires ou par réduction de l'épaisseur de la pièce traitée et/ou un gain économique grâce à la suppression de ces renforts. Ainsi, le procédé selon l'invention permet le renforcement local des pièces en acier formées par emboutissage et plus particulièrement des pièces devant résister à un choc latéral par exemple. Compte tenu de la simplicité de mise en oeuvre du procédé et du dispositif selon l'invention, les cadences de production sont élevées. D'une manière générale, I'invention s'applique à toutes les pièces métalliques qui sont soumises dans des zones déterminées à des sollicitations 10 en flexion ou en fatigue ou à un effort exceptionnel, comme par exemple un choc, et qui présentent des sections évolutives et une section générale quelconque, comme par exemple en U ou en V. REVENDICATIONS 1 Procédé de traitement thermique local d'une pièce métallique ( 1) formée par emboutissage, caractérisé en ce que: on met la pièce ( 1) sous contrainte, on dispose sur chaque zone de la pièce ( 1) sur laquelle on désire réaliser le traitement thermique, un élément ( 10) de chauffage par induction de courants de Foucault, on chauffe chaque zone par ledit élément ( 10) jusqu'à une température dite d'austénisation du métal, et on refroidit brutalement ladite pièce par immersion dans un fluide. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on chauffe chaque zone jusqu'à une température comprise entre 900 et 1200 C. 3 Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que 15 chaque zone de la pièce ( 1) correspond à une zone soumise à des sollicitations en flexion ou en fatigue ou à un effort exceptionnel. 4 Dispositif de traitement thermique local d'une pièce métallique ( 1) formée par emboutissage, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de mise en contrainte de la pièce ( 1), au moins un inducteur ( 10) de chauffage par 20 courants de Foucault destiné à recouvrir une zone de la pièce ( 1) et des moyens de refroidissement brutal par immersion de la pièce ( 1) dans un fluide. Pièce métallique formée par emboutissage, caractérisée en ce qu'elle est formée par un profilé comportant au moins une zone ayant subi un traitement thermique par le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 25 à 3. 6 Pièce métallique selon la revendication 5, caractérisée en ce que le profilé présente une section transversale en forme de U ou de V. 7 Pièce métallique selon la revendication 5 ou 6, caractérisée en ce que ladite zone du profilé comprend, d'une part, les arêtes ( 4) dudit profilé sur 30 une longueur comprise entre 300 et 500 mm et, d'autre part, une portion située de part et d'autre de cette arête ( 4) sur une largeur d'au moins 10 mm. 8 Pièce métallique selon l'une quelconque des revendications 5 à 9, caractérisée en ce que le profilé a une épaisseur comprise entre 0,7 et 3 mm. 9 Pièce métallique selon l'une quelconque des revendications 5 à 9, caractérisée en ce que le profilé est formé par un montant central d'un flanc de carrosserie de véhicule automobile.