Brevet FR2884832A1 — publié le 20061027

L'invention a pour objets un élément élastique en acier, réalisé de préférence à partir d'un fil, d'une barre ou d'un tube et destiné à subir des contraintes mécaniques élevées en atmosphère corrosive, et un procédé de fabrication d'un tel élément. Un élément élastique de ce type est prévu pour être utilisé plus particulièrement dans le domaine des suspensions de véhicule automobile: il peut s'agir d'un ressort ou d'une barre stabilisatrice anti-dévers. On trouve actuellement sur le marché des éléments élastiques en acier à haute résistance mécanique protégés de la corrosion par des revêtements io organiques de type peinture. Pour les applications "hautes contraintes", ces éléments élastiques subissent lors de leur élaboration un grenaillage d'écrouissage. Le grenaillage d'écrouissage consiste à soumettre la surface de l'élément à l'impact de projectiles durs projetés contre cette surface, ce qui permet de déformer plastiquement la surface de l'élément, sur une épaisseur limitée. Les zones superficielles concernées par ces déformations voient leurs caractéristiques mécaniques modifiées et des contraintes résiduelles de compression s'y développer. A l'échelle de l'élément élastique lui-même, on obtient une meilleure tenue en fatigue mécanique. Ces éléments élastiques en acier présentent habituellement une bonne tenue en fatigue grâce au grenaillage et une bonne résistance à la corrosion grâce à la couche de peinture qui les protège. Cependant au cours de leur utilisation, ces éléments peuvent subir des impacts de gravillons susceptibles d'abîmer cette couche de peinture. Ceci conduit à une piqûration locale de l'acier qui entraîne une forte diminution de la tenue en fatigue. Une alternative consiste à réaliser des éléments élastiques dans des matériaux résistant à la corrosion comme des alliages de titane ou certains aciers inoxydables, qu'il n'est pas nécessaire de revêtir. Cependant, le coût de ces matériaux étant bien plus élevé que le coût des aciers conventionnels utilisés, cette solution est peu intéressante du point de vue économique. Aujourd'hui, l'utilisation de revêtements métalliques sur des éléments élastiques de suspension en acier conventionnel, en remplacement des peintures, est rare pour différentes raisons: - les fabricants utilisent jusqu'à présent des revêtements métalliques qui 35 se détériorent lors du traitement thermique et/ou du grenaillage. Ils ne peuvent donc pas soumettre les éléments élastiques revêtus à ce type de traitement; et les revêtements métalliques qui peuvent être déposés sur les éléments lors des étapes de finition, par exemple les systèmes aluminium - zinc en bain aqueux (connus sous les marques Dacromet et Geomet ), présentent des coûts prohibitifs lorsque les éléments à revêtir sont volumineux. Dans le domaine des pièces réalisées par emboutissage de tôles en acier laminé, domaine technique éloigné de celui de l'invention, on utilise, entre autres, un revêtement à base d'aluminium et de silicium pour protéger io lesdites tôles. Un exemple de ce type de revêtement est donné dans la demande de brevet européen publiée EP 1 013 785 Al. L'invention a pour but de proposer un élément élastique qui soit résistant à la corrosion et qui présente une bonne tenue en fatigue mécanique et qui soit économique à fabriquer. Pour atteindre ce but, l'invention a pour objet un élément élastique réalisé en acier, caractérisé en ce qu'il est revêtu par un revêtement métallique comprenant de l'aluminium et du silicium, et en ce qu'au moins une partie de la surface de l'élément revêtu a subi un grenaillage d'écrouissage. Selon un mode de réalisation particulier, ledit revêtement comprend, en outre, du zinc. Ledit revêtement métallique présente l'avantage d'être compatible avec le grenaillage, en ce sens qu'il résiste aux impacts (il ne se détériore pas) de projectiles durs, comme la grenaille métallique, et il se maintient bien sur l'acier qu'il revêt (il reste solidaire de l'élément élastique, et ne s'écaille donc pas). On notera que cet avantage n'a jamais été mis en évidence dans le domaine des pièces réalisées à partir de tôles embouties, car il est tout à fait inhabituel de soumettre des tôles embouties, ou destinées à l'être, à un grenaillage d'écrouissage. Ledit revêtement métallique selon l'invention, présente également les avantages suivants: - il protège l'élément élastique de la corrosion; - il transmet les contraintes, créées par l'impact des projectiles durs 35 projetés lors du grenaillage, à la couche superficielle d'acier qu'il revêt de sorte que la structure de l'acier dans cette couche va évoluer suite aux déformations plastiques induites par ces contraintes. Il en résulte une amélioration de la tenue en fatigue de l'élément élastique. Ledit revêtement présente aussi l'avantage de supporter convenablement d'éventuelles opérations de chauffage et de trempe nécessaires au traitement thermique et/ou à la mise en forme de l'élément élastique. De plus, pendant cette opération, le revêtement protège l'acier contre la décarburation en faisant barrière à l'oxygène. D'autre part, l'élément élastique de l'invention étant réalisable dans un io acier conventionnel, son coût de fabrication reste faible. De manière générale, l'invention peut concerner des éléments élastiques de suspension, de tout type et de toute forme, comme des ressorts, des barres élastiques (barres de torsion, barres stabilisatrices), des lames élastiques... On notera que lorsque l'élément élastique est réalisé à partir d'un tube, on peut revêtir à la fois la surface interne et la surface externe du tube. On peut alors choisir de grenailler seulement l'une de ces surfaces (la surface externe, généralement) ou les deux surfaces. Avantageusement, ledit élément élastique est réalisé en acier au carbone comprenant de 0,25 % à 0,65 % en masse de carbone, ce type d'acier étant bien adapté et conventionnellement utilisé pour la fabrication d'éléments élastiques, en particulier ceux résultant de la mise en forme de fils, de barres ou de tubes. L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'un élément élastique à partir d'une pièce en acier, caractérisé en ce qu'on applique sur ladite pièce un revêtement comprenant de l'aluminium, du silicium et, éventuellement, du zinc et en ce qu'on soumet au moins une partie de la surface de la pièce revêtue à un grenaillage d'écrouissage. L'invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description détaillée qui suit, d'un mode de mise en oeuvre du procédé de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif. Cette description fait référence à l'unique figure annexée qui montre la surface d'un élément élastique de l'invention. Selon cet exemple, on utilise pour réaliser ladite pièce en acier, un acier 35 au carbone de type 54 SCV 6 dont la composition comprend les éléments C, Mn, Si et Cr dans les proportions suivantes: 0,54% de C; 0, 65% de Mn; 1,4% de Si; 0,65% de Cr. Les pourcentages donnés ici sont des pourcentages en poids. On applique ensuite sur ladite pièce un revêtement comprenant de l'aluminium, du silicium et, éventuellement, du zinc, en la trempant dans un bain métallique comprenant dans sa composition pondérale de base, au moins 50% d'aluminium, de 0,5 à 22 % de silicium et de 0 à 50% de zinc. De préférence, le bain métallique comprend au moins 80% d'aluminium et entre 7 et 14% de silicium et entre 0 et 10% de zinc. On utilise, par exemple, un io bain composé de 87% d'aluminium et 13% de silicium. A haute température, les éléments chimiques du revêtement et de l'acier diffusent à l'interface. Le revêtement se transforme et des composés intermétalliques comportant du fer, de l'aluminium, du silicium et, éventuellement, du zinc se forment à la surface de l'acier. On obtient ainsi une couche dure à l'interface acier/revêtement, d'épaisseur comprise entre 20 et 80 microns. La pièce revêtue présente, en outre, l'avantage de pouvoir être mise en forme à chaud ou à froid. Le procédé de fabrication à chaud peut comprendre les étapes 20 suivantes: - chauffage de la pièce revêtue, - mise en forme à chaud, - trempe dans un fluide adapté, - revenu et - grenaillage d'écrouissage. Les températures devant être atteintes lors du chauffage ou lors du revenu, la durée du maintien à température de la pièce, ainsi que la vitesse de trempe sont fonction de la structure métallurgique et des propriétés souhaitées pour le matériau final. Le choix de ces paramètres est à la portée de l'homme du métier. Les tableaux ci-après donnent des exemples de conditions dans lesquelles il est possible de réaliser les étapes précitées, pour un acier au carbone de manière générale, et dans le cas particulier où cet acier est de type 54 SCV 6: conditions générales T > 250 C ou T > 350 C en fonction de la nuance d'acier utilisée 400 C conditions générales la vitesse minimale de refroidissement dépend de la nuance d'acier conditions générales 800 C 1 C/s temps de chauffe 20 minutes conditions préférentielles pour l'acier 54 SCV 6 utilisée vitesse de refroidissement > 10 C/s conditions préférentielles pour l'acier 54 SCV 6 conditions générales Grenaille métallique ou céramique (projectiles projetés) Dureté de la grenaille 600 HV 0.2mm 100% 40m/s Le chauffage et la trempe de la pièce ne sont pas nécessaires lorsqu'on utilise des aciers préalablement traités thermiquement. L'unique figure annexée est une photographie représentant l'état du io revêtement 2 d'une pièce 1 en acier 54 SCV 6, après mise en forme à chaud, trempe, revenu et grenaillage. Comme le montre cette figure, la mise en forme à chaud et le grenaillage de la pièce 1 n'ont pas entraîné de détérioration du revêtement 2. Par ailleurs, le revêtement de l'invention permet lors du chauffage de la pièce d'éviter toute décarburation et toute oxydation de l'acier. On empêche ainsi la formation de calamine (couche d'oxyde épaisse adhérent à l'acier) qui intensifie l'usure des outils utilisés pour la mise en forme à chaud. En conclusion, grâce à l'invention, il est possible de mettre en forme une pièce en acier, après lui avoir appliqué un revêtement comprenant de l'aluminium, du silicium et, éventuellement, du zinc, et avant de la soumettre (en totalité ou en partie) à un grenaillage d'écrouissage. Une étape de chauffage pouvant par ailleurs intervenir avant ou après l'étape de mise en forme, en fonction du type de mise en forme (à chaud ou à froid), et des étapes de trempe et de revenu pouvant succéder au chauffage. REVENDICATIONS 1. Elément élastique réalisé en acier, caractérisé en ce qu'il est revêtu par un revêtement comprenant de l'aluminium et du silicium, et en ce 5 qu'au moins une partie de la surface de l'élément revêtu a subi un grenaillage d'écrouissage. 2. Elément élastique selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit revêtement comprend, en outre, du zinc. 3. Elément élastique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit revêtement est obtenu par trempage dudit élément élastique dans un bain comprenant dans sa composition pondérale de base, au moins 50% d'aluminium, de 0,5 à 22% de silicium, et de 0 à 50% de zinc. 4. Elément élastique selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit revêtement est obtenu par trempage dudit élément élastique dans un bain comprenant dans sa composition pondérale de base, au moins 80% d'aluminium, de 7 à 14% de silicium, et de 0 à 10% de zinc. 5. Elément élastique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit élément élastique est réalisé en acier au carbone comprenant de 0,25 % à 0,65 % en masse de carbone. 6. Elément élastique selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit élément élastique est un ressort ou une barre stabilisatrice de suspension de véhicule automobile. 7. Elément élastique selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ledit élément élastique résulte de la mise en forme d'un fil, d'une barre ou d'un tube. 8. Procédé de fabrication d'un élément élastique à partir d'une pièce en acier, caractérisé en ce qu'on applique un revêtement comprenant de l'aluminium et du silicium sur ladite pièce et en ce qu'on soumet au moins une partie de la surface de la pièce revêtue à un grenaillage d'écrouissage. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit revêtement comprend, en outre, du zinc. 10. Procédé selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce qu'on applique ledit revêtement en trempant ladite pièce dans un bain comprenant dans sa composition pondérale de base, au moins 50% d'aluminium, de 0,5 à 22% de silicium, et de 0 à 50% de zinc. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que ladite pièce est réalisée en acier au carbone comprenant de 0, 25 % à 0,65 % en masse de carbone. 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 8 à 11, caractérisé en ce qu'on met en forme ladite pièce après l'application dudit revêtement et avant ledit grenaillage d'écrouissage. 13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 8 à 12, caractérisé en ce que, après l'application dudit revêtement et avant ledit grenaillage d'écrouissage, ladite pièce est soumise à un chauffage, une trempe, et un revenu.