Brevet FR2893953A1 — publié le 20070601

DESCRIPTION L'invention concerne un élément structurel et/ou de sécurité formé à chaud et trempé à la presse pour un véhicule automobile, ledit élément étant réalisé en acier à résistance élevé. Dans la construction automobile, on utilise de plus en plus d'éléments en acier à résistance normale ou à résistance élevée pour satisfaire aux critères de construction allégée alors que les exigences concernant les valeurs nominales des matériaux augmentent. Ceci est également valable pour la construction des carrosseries où par exemple des éléments io structurels et/ou de sécurité, tels que poutrelles de portière anti-collision, montants A et B, pare-chocs ou longerons et traverses, sont de plus en plus souvent fabriqués dans un acier à résistance normale ou élevée formé à chaud et trempé à la presse afin de satisfaire aux objectifs de poids, mais également aux exigences de sécurité. Le document DE 24 52 486 C2 divulgue un procédé pour former à la presse et tremper une tôle en acier de faible épaisseur 15 et de bonne tenue dimensionnelle, dans lequel une tôle en acier allié au bore est chauffée à une température supérieure à AC3, puis pressée en moins de 5 secondes dans sa forme définitive, en subissant une déformation importante, entre deux outils refroidis de façon indirecte, et soumise à un refroidissement rapide en restant dans la presse de sorte à obtenir une texture martensitique et/ou bainitique. On obtient ainsi un produit avec une grande 20 exactitude de forme, une bonne tenue dimensionnelle et des valeurs de résistance élevées, lequel produit est tout indiqué pour servir d'élément structurel et de sécurité dans la construction automobile. Ce processus est désigné par la suite formage à chaud et durcissement à la presse . 25 Du document DE 103 48 086 Al, on sait former à chaud et durcir à la presse un type d'acier composé un pourcentage de poids par carbone (C) silicium (Si) 30 manganèse (Mn) phosphore (P) chrome (Cr) molybdène (Mo) souffre (S) 35 titane (Ti) bore (B) aluminium (AI) 0,18 % à 0,3% 0,1 % à 0,7 % 1,0 % à 2,5 % maximum 0,025 % jusqu'à 0,8 % jusqu'à 0,5 % maximum 0,01 0/0 0,02 % à 0,05 % 0,0015 % à 0,005 % 0,01 % à 0,06 % 2 le reste étant du fer, y compris les impuretés dues à la fusion. Une fois formé à chaud et durci, cet acier présente une limite élastique RF0,2 950 N/mm2, une résistance à la traction Rm 1 350 N/mm2 et un allongement A5 8 io. Le type d'acier divulgué est très utilisé par la déposante sous la désignation BTR 165. Dans le document DE 103 48 086 Al, un élément de structure et/ou de sécurité en BTR 165 formé à chaud et durci est ensuite fixé dans une chambre thermique puis pulvérisée de tous les côtés à moins de 320 C avec une poudre de zinc shérardisée. D'après le document DE 10:3 48 086 Al, l'apport de chaleur dans l'élément structurel et/ou de sécurité formé à chaud et trempé à la presse doit être aussi réduit que ~o possible pendant le procédé de diffusion de matière solide, afin que les valeurs de résistance de l'acier durci ne soient pas substantiellement affectées. Aussi travaille-t-on selon l'invention à des températures inférieures à 320 C. Le document DE 199 41 993 Cl divulgue un procédé pour fabriquer un profilé tubulaire 15 à la fois résistant à la flexion et souple à la torsion destiné à servir de traverse pour un essieu arrière à traverse déformable en torsion, dans lequel procédé un tube en acier revenu, dont les extrémités résistantes à la torsion sont bloquées, est rendu souple à la torsion dans la partie longitudinale centrale en formant à froid un U, puis le profilé tubulaire ainsi formé est recuit au moins au niveau de certains segments à une température située entre 920 C et 20 960 C, ensuite trempé dans l'eau à une température supérieure au point AC3, puis laissé au repos à une température située entre 240 C et 320 C pendant environ 20 minutes, ensuite soumis au moins à un écrouissage de surface externe, et enfin conduit à la configuration suivante pour obtenir un essieu arrière à traverse déformable en torsion. 25 Le document DE 197 43 802 C2 divulgue comment chauffer de façon homogène à une température comprise entre 900 C et 950 C une platine en BTR 165 puis à former la platine dans un outil de pressage pour obtenir un élément formé et à faire revenir ce dernier encore dans l'outil de pressage pour finalement porter à une température située entre 600 C et 900 C des parties de l'élément formé en moins de trente secondes. Ceci doit permettre de 30 former dans la platine des zones ayant une ductilité plus élevée. À des températures situées entre 600 C et 900 C, il se produit une transformation importante de la texture dans le type d'acier, autrement dit les valeurs mécaniques retournent vers celles d'un acier non durci. Dans les zones ductiles, l'acier n'a donc plus une résistance élevée. 35 Des éléments structurels et de sécurité sont par exemple des poutrelles de portière anticollision, des pare-chocs, des montants B et des longerons. Un montant B en BTR 165 partiellement durci est divulgué par exemple clans le document DE 200 14 361 U1. Montants 3 B, pare-chocs et poutrelles de portière anti-collision sont soumis en général à des contraintes de flexion en cas d'accident. Il n'en va pas de même par exemple avec un longeron. Des longerons s'étendent dans le sens longitudinal du véhicule et sont également réalisés en acier à résistance élevée. Si le véhicule est percuté à l'avant ou à l'arrière, l'énergie de collision est transmise, dans le sens longitudinal, aux longerons. Le longeron doit pour cela avoir une résistance élevée, mais aussi transformer l'énergie de l'impact en travail de déformation en se plissant à partir d'une sollicitation déterminée. Le matériau BTR 165 décrit, par exemple, n'est cependant pas assez ductile pour se plisser à l'état durci. En principe, le matériau durci ne se déforme pas en cas de sollicitation, si bien qu'il peut se former partiellement des fissures cassantes dans l'élément. Ceci est un inconvénient pour la dissipation de l'énergie. L'objectif de l'invention est donc de développer un élément structurel et/ou de sécurité pour véhicule automobile, élément réalisé en acier à résistance élevée, de sorte que celui-ci se plisse de façon ciblée en cas d'accident tout en ayant des propriétés mécaniques de résistance élevée. L'invention satisfait à cet objectif du fait qu'un élément structurel et/ou de sécurité est, après l'étape de formage à chaud et de durcissement à la presse, traité à chaud à une température comprise entre 320 C et 400 C. Ce traitement à chaud influe de façon ciblée sur les propriétés de résistance élevée de l'élément. La limite élastique Rp0,2 et l'allongement A5 demeurent pratiquement inchangés. Seules les valeurs de résistance à la traction Rm sont diminuées de 100 à 200 N/mm2. Avec l'acier de type BTR 165 qui contient un pourcentage de poids en carbone (C) silicium (Si) manganèse (Mn) phosphore (P) chrome (Cr) molybdène (Mo) souffre (S) titane (Ti) bore (B) aluminium (Al) 0,18 % à 0,3% 0,1 % à 0,7 % 1,0 % à 2,5 % maximum 0,025 'A jusqu'à 0,8 % jusqu'à 0,5 % maximum 0,01 % 0,02 % à 0,05 % 0,002 % à 0,005 % 0,01 % à 0,06 0/0 4 le reste étant du fer avec des impuretés dues à la fusion, on obtient après le traitement à chaud entre 300 C et 400 C une résistance à la traction Rm de 1 200 à 1 400 N/mm2, une limite élastique RP0,2 de 950 à 1 250 N/mm2 et un allongement A5 de 6 à 12 %. Le matériau dispose après comme avant des propriétés mécaniques de résistance élevée nécessaires, à cela près que la résistance à la traction Rm légèrement réduite rend le matériau suffisamment ductile pour que celle-ci se plisse au lieu de casser ou de s'arracher lorsqu'il est soumis à des contraintes correspondantes. Contre toute attente, une diminution peu importante de la résistance suffit à restaurer, ~o malgré des propriétés de résistance élevées, la capacité de déformation au sens où des plis se forment sur un élément structurel et/ou de sécurité. En règle générale, une formation de plis est possible en cas de sollicitation axiale d'un élément structurel ou de sécurité. Sollicitation axiale, car un certain chemin de déformation doit être disponible pour une déformation ciblée. C'est le cas par exemple pour des longerons ou des traverses de bas de 15 caisse. Un montant B par contre ne doit pas pénétrer dans l'habitacle. Aussi l'invention ne s'avère-t-elle pas appropriée pour des montants B. Dans un mode de réalisation particulier, l'élément conforme à l'invention présente un revêtement. Outre la protection contre la corrosion de toute façon nécessaire dans beaucoup 20 de cas, il est possible conformément à l'invention de traiter à chaud l'élément à une température située entre 320 C et 400 C en même temps qu'un procédé de revêtement. Un revêtement par trempage ou un procédé de diffusion est par exemple possible. En fonction de la sollicitation à laquelle l'élément est soumis, il peut être judicieux de ne traiter que partiellement l'élément à chaud entre 320 C et 400 C. Ainsi, une zone sans déformation 25 peut côtoyer de façon ciblée une zone ayant à la fois une capacité à se plisser et des résistances très élevées. Un élément conçu conformément l'invention peut être utilisé comme longeron avant ou arrière de véhicule, ou peut servir à renforcer des traverses sur un châssis de véhicule. Sont 30 au demeurant appropriés, tous les éléments structurels et de sécurité disposant d'un chemin de déformation suffisant pour la déformation souhaitée. L'invention est décrite ci-dessous plus en détail à l'aide des figures qui montrent : 35 Figure 1 un longeron sans déformation ; Figure 2 un longeron avec une déformation ciblée ; Figure 3 une représentation partielle d'une carrosserie ; Figue 4 une traverse de bas de caisse. La figure 1 représente un longeron arrière (1) conforme à l'invention avant un accident. Lors d'un accident, l'énergie de collision s'exerce dans le sens de la flèche. Le longeron (1) a été traité à chaud et durci à la presse sur toute sa longueur. Des plis doivent se former en cas d'accident. Pour obtenir cet effet, le longeron (1) a subi un traitement à chaud ciblé à une température située entre 320 C et 400 C. La figure 2 représente un longeron (2) conforme à l'invention après une collision. Le ~o longeron (2) se déforme en formant des plis (20) en forme de bosses. Cette formation de plis (20) transforme l'énergie de la collision en travail de déformation. Compte tenu des valeurs de résistance élevées, une telle déformation ne se produit que dans le cas de forces énergétiques importantes, la carrosserie étant dans un tel cas souvent déformée au point d'être économiquement irrécupérable. La formation de plis (20) est cependant utilisée pour 15 protéger les occupants, de sorte que l'énergie de collision se transforme en travail au lieu de s'exercer à pleine puissance sur les occupants. Un longeron (2) en BTR 165 conforme à l'invention présente encore, après traitement à chaud entre 320 C et 400 C une fois trempé, une résistance à la traction Rm de 1 200 à 1 400 N/mm2, une limite élastique Rp0,2 de 950 à 1 250 N/mm2 et un allongement A5 de 6 à 12 ,/o. Ainsi, la résistance du longeron (2) conforme 20 à l'invention est toujours aussi élevée, mais ce dernier est suffisamment ductile pour, en cas d'accident, former des bosses plissées au lieu de simplement casser. La figure 3 montre une représentation partielle (3) d'une carrosserie avec certains éléments structurels et de sécurité. Les longerons arrière et avant (80, 81, 82, 83) constituent 25 un cas d'application typique de l'invention. Les traverses de bas de caisse (40, 41 et 42) subissent en général aussi une sollicitation axiale en cas d'accident, de même que le renfort de châssis (5). Par contre, les montants B (60, 61) et les barres de portière anti-collision (70, 71, 72 et 73) ne doivent autant que possible pas se déformer vers l'habitacle. 30 La figure 4 représente schématiquernent une traverse de bas de caisse (44). Conformément à l'invention, la traverse de bas de caisse (44) a été partiellement traitée à chaud à une température située entre 320 C et 400 C au niveau de ses extrémités (90 et 91) à chaque fois sur environ 1/6 de sa longueur. Ainsi, un chemin de déformation tout au plus égal aux 2/6 de la longueur totale de la traverse de bas de caisse (44) est constitué tout 35 en conservant des propriétés mécaniques de résistance élevée. La longueur restante égale aux 4/6 de la traverse demeure, après le formage à chaud et le durcissement à la presse, inchangée. Elle garantit la solidité de l'habitacle. 5 Revendications 1. Procédé pour modifier les propriétés mécaniques d'un élément structurel et/ou de sécurité formé à chaud et trempé à la presse pour un véhicule automobile, ledit élément étant réalisé en acier à résistance élevé, caractérisé en ce qu'après l'étape de formage à chaud et de durcissement à la presse, l'élément est traité à chaud à une température comprise entre 320 C et 400 C. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'après l'étape de formage à chaud et de durcissement à la presse, l'élément n'est traité à chaud entre 320 C et 400 C qu'en des endroits particuliers. 3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que 15 l'élément est traité à chaud entre 320 C et 400 C dans le cadre d'un procédé de revêtement et recouvert d'une couche anticorrosion. 4. Élément structurel et/ou de sécurité en acier à résistance élevée obtenu selon le procédé conforme à l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que 20 l'acier à résistance élevé se compose en pourcentage en poids des éléments suivants : carbone (C) silicium (Si) manganèse (Mn) phosphore (P) 25 chrome (Cr) molybdène (Mo) souffre (S) titane (Ti) bore (B) 30 aluminium (Al) 0,18 % à 0,3% 0,1 % à 0,7 % 1,0 % à 2,5 % maximum 0,025 % jusqu'à 0,8 % jusqu'à 0,5 % maximum 0,01 % 0,02 % à 0,05 % 0,002 % à 0,005 % 0,01 % à 0,06 % le reste étant du fer ainsi que les impuretés dues à la fusion, et l'acier à haute résistance présente après le traitement à chaud entre 300 C et 400 C une résistance à la traction Rm de 1 200 à 1 400 N/mm2, une limite élastique RP0,2 de 950 à 1 250 N/mm2 et un 35 allongement A5 de 6 à 12 %. 5 . Utilisation dans un véhicule automobile d'un élément structurel et/ou de sécurité obtenu selon le procédé conforme à l'une des revendications 1 à 3 ou d'un élément structurel et/ou de sécurité selon la revendication 4 comme pièce devant être soumise de façon ciblée à une sollicitation axiale en cas d'accident. 6. Utilisation d'un élément structurel et/ou de sécurité selon la revendication précédente comme longeron (1, 2, 80, 81, 82, 83) du châssis d'un véhicule automobile.