Brevet FR3000149A1 — publié le 20140627

Procédé de fabrication d'un roulement à billes, notamment pour une vanne papillon en environnement aéronautique La présente invention concerne un procédé perfectionné de fabrication d'un roulement à billes, notamment pour une vanne papillon. On connaît déjà, dans l'état de la technique, un roulement à billes destiné à être utilisé dans une vanne papillon pour une application dans un environnement aéronautique. Un tel roulement à billes fonctionne généralement sous de fortes charges et à température élevée, notamment lorsque la vanne papillon équipe un dispositif de conditionnement d'air pour un véhicule aéroporté. Dans un environnement aéronautique, un roulement est habituellement soumis à de fortes vibrations. Ces vibrations, en combinaison avec la température élevée, limite la possibilité d'appliquer de la graisse dans le roulement. Ainsi, les roulements à billes connus ne présentent généralement pas un comportement satisfaisant en corrosion et en dureté à haute température. L'invention a notamment pour but de remédier à cet inconvénient, en fournissant un procédé de fabrication d'un roulement à billes présentant des performances satisfaisantes relatives à la dureté et à la résistance en corrosion à haute température, c'est-à-dire à une température de l'ordre de 500°C. A cet effet, l'invention a notamment pour objet un procédé de fabrication d'un roulement, notamment un roulement à billes, caractérisé en ce qu'il comporte : - une étape de frittage d'une poudre d'acier dont la composition chimique comporte, en pourcentage massique, 2.3% de Carbone, 4.2% de Chrome, 7% de Molybdène, 6.5% de Tungstène, 10.5% de Cobalt, et 6.5% de Vanadium, de manière à obtenir un acier fritté et - une mise en forme de l'acier fritté, pour la formation d'une bague de roulement. En d'autres termes, les bagues de roulement sont réalisées par un procédé de métallurgie des poudres, la métallurgie des poudres n'est habituellement pas envisagée par les fabricants de roulements. La composition chimique précitée correspond à une nuance d'acier désignée par l'appellation ASP® 2060 et commercialisée par la société ERASTEEL. Une telle nuance d'acier présente à la fois une dureté à chaud élevée et une bonne résistance à l'usure. Le procédé selon l'invention permet de dépasser les performances obtenues par des roulements réalisés par des procédés classiques, notamment en diminuant la taille de grain grâce à la finesse de microstructures des poudres nano agglomérées, et en conséquence en diminuant les défauts. Par ailleurs, une telle microstructure plus fine implique l'absence de carbure de grandes dimensions, alors que de tels carbures, classiquement utilisés dans l'état de la technique, abaissent habituellement les propriétés de résistance à l'usure et absorbent les éléments d'alliage qui assurent les propriétés de résistance à la corrosion. Enfin, il convient de noter que l'utilisation de métallurgie des poudres, et plus particulièrement d'une nuance d'acier telle que définie précédemment, ne fait habituellement pas partie des compétences générales d'un roulementier. Un procédé selon l'invention peut comporter en outre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : - la mise en forme comporte : une étape de laminage de l'acier fritté, pour la formation d'une barre d'acier, une étape de découpe de la barre d'acier, pour la formation d'une rondelle d'acier dont les dimensions sont sensiblement égales à des dimensions prédéterminées de la bague de roulement à réaliser, une étape d'usinage de la rondelle d'acier, pour la formation de la bague de roulement, de façon à lui donner une forme générale annulaire présentant une surface intérieure et d'une surface extérieure ; - il comporte, suite à l'étape d'usinage, une étape de traitement thermique de la bague de roulement ; - il comporte, suite à l'étape de traitement thermique, une étape de rectification des surfaces intérieure et extérieure de la bague de roulement, pour lui donner une forme et des dimensions finales prédéterminées. L'invention concerne également un roulement, notamment un roulement à billes, comportant une bague extérieure annulaire et une bague intérieure annulaire sensiblement coaxiales, et des billes s'étendant radialement entre la bague extérieure et la bague intérieure, caractérisé en ce qu'au moins l'une des bagues extérieure et intérieure, de préférence les deux bagues, est en acier fritté dont la composition chimique comporte, en pourcentage massique, 2.3% de Carbone, 4.2% de Chrome, 7% de Molybdène, 6.5% de Tungstène, 10.5% de Cobalt, et 6.5% de Vanadium. Avantageusement, chaque bille est en céramique. L'invention concerne enfin une vanne papillon notamment pour une application en aéronautique, comportant un corps de conduit à section circulaire, un clapet de forme circulaire complémentaire de celle de la section du corps de conduit, le clapet étant rotatif autour d'une liaison pivot d'axe traversant diamétralement la section circulaire du corps de conduit, caractérisé en ce que la liaison pivot comporte au moins un roulement conforme au roulement présenté ci-dessus. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant à la figure unique annexée, représentant schématiquement les étapes d'un procédé de fabrication d'un roulement à billes selon un exemple de mode de réalisation de l'invention. Ce procédé est mis en oeuvre en vue de fabriquer un roulement à billes dont les dimensions et la forme sont prédéterminées. En particulier, le roulement à billes comporte une bague intérieure et une bague extérieure, présentant chacune une forme générale annulaire autour d'un axe longitudinal, délimitée par une surface circonférentielle intérieure et une surface circonférentielle extérieure, dont les dimensions, notamment une hauteur longitudinale, un diamètre intérieur et un diamètre extérieur, sont prédéterminées. Le procédé selon l'invention comporte une étape préalable 100 de fourniture d'une poudre d'acier 10 dont la composition chimique dont la composition chimique comporte, en pourcentage massique, 2.3% de Carbone, 4.2% de Chrome, 7% de Molybdène, 6.5% de Tungstène, 10.5% de Cobalt, et 6.5% de Vanadium. Par exemple, la poudre d'acier est une poudre d'une nuance d'acier désignée sous la dénomination ASP® 2060, commercialisée par la société ERASTEEL. Conformément à une méthode de métallurgie des poudres classique, le procédé comporte une étape 110 de frittage de ladite poudre d'acier. Cette étape de frittage 110 est par exemple réalisée par compaction isostatique à chaud de la poudre d'acier. Au cours de cette étape de frittage 110, les grains de la poudre d'acier se solidarisent entre eux sous l'effet de la chaleur et de la pression. L'acier obtenu à l'issue de cette étape de frittage 110 sera appelé ci-dessous « acier fritté 12 ». Le procédé comporte ensuite une étape 120 de laminage de l'acier fritté 12, pour la formation d'une barre d'acier 14. Ce laminage 120 est calibré de sorte que la barre d'acier 14 présente un diamètre supérieur ou égal au diamètre extérieur prédéterminé de la bague extérieure du roulement à billes. Ainsi, cette même barre d'acier 14 pourra être utilisée pour la fabrication de la bague extérieure, ainsi que pour la fabrication de la bague intérieure, dont le diamètre extérieur est inférieur à celui de la bague extérieure. En variante, une première barre d'acier pourrait être formée par laminage pour présenter un diamètre sensiblement égal au diamètre extérieur prédéterminé de la bague extérieure, et une seconde barre d'acier pourrait être formée par laminage pour présenter un diamètre sensiblement égal au diamètre extérieur prédéterminé de la bague intérieure. Le procédé comporte ensuite une étape 130 de découpe de la barre d'acier 14, de manière à former une rondelle 16 de dimensions sensiblement supérieures ou égales aux dimensions prédéterminées de la bague de roulements à réaliser. En particulier, la rondelle présente une même hauteur dans la direction longitudinale que la bague de roulements à réaliser. Le procédé comporte ensuite une étape 140 d'usinage de la rondelle d'acier 16, pour la formation de la bague de roulements 18. En particulier, l'usinage est réalisé de manière à donner une forme annulaire à la bague de roulements 18, en formant un orifice central 20 dans la rondelle, de façon à délimiter une surface intérieure circonférentielle 18A. La surface extérieure circonférentielle 18B est également usinée pour rectifier le diamètre extérieur de la bague 18, afin que son diamètre soit sensiblement égal au diamètre prédéterminé. Lorsque la même barre d'acier 14 est utilisée pour la réalisation de la bague extérieure et de la bague intérieure, une première rondelle est usinée pour former la bague extérieure, et une seconde rondelle est usinée pour former la bague intérieure. La surface extérieure de la seconde rondelle est notamment usinée pour en réduire le diamètre extérieur, jusqu'à obtenir un diamètre sensiblement égal au diamètre extérieur prédéterminé de la bague intérieure. Le procédé comporte ensuite une étape 150 de traitement thermique, destinée à donner à la bague 18 des propriétés optimales en dureté et en résistance à l'usure. Cette étape de traitement thermique comporte par exemple un recuit doux dans une atmosphère protégée et contrôlée, à une température comprise entre 850 à 900°C pendant trois heures, suivi d'un refroidissement lent de 10°C par heure, par exemple à l'air libre, jusqu'à une température de 700°C. Le traitement thermique comporte ensuite un recuit de détensionnement à une température comprise entre 600 à 700°C pendant deux heures environ, puis un refroidissement lent jusqu'à 500°C. Le traitement thermique comporte ensuite une trempe, dans une atmosphère protégée, avec un préchauffage en deux paliers, notamment un premier palier à une température comprise entre 450 et 500°C, et un second palier à une température comprise entre 850 et 900°C, puis une austénitisation à une température choisie en fonction de la dureté à obtenir, suivie d'un refroidissement jusqu'à une température comprise entre 40 à 50°C. Enfin, le traitement thermique comporte trois revenus d'au moins une heure à une température de 560°C, chaque revenu étant suivi d'un refroidissement à la température ambiante (25°C). Enfin, le procédé de fabrication comporte une étape 160 de rectification pour donner à la bague de roulement 18 sa forme et ses dimensions finales prédéterminées. En particulier, au cours de cette étape de rectification 160, on aménage une piste de roulement 22 pour les billes sur la surface intérieure 18A de la bague 18, s'il s'agit d'une bague extérieure (comme cela est représenté sur la figure 1), ou sur la surface extérieure de la bague, s'il s'agit d'une bague intérieure. Les étapes décrites ci-dessus permettent la fabrication d'une bague intérieure ou d'une bague extérieure de roulement. Le procédé de fabrication comporte ensuite une étape 170 d'assemblage d'une bague intérieure et d'une bague extérieure, chacune fabriquée par les étapes décrites précédemment, avec des billes, par exemple des billes en céramique, insérées entre la bague intérieure et la bague extérieure, dans les pistes de roulement de ces bagues. Cette étape d'assemblage 170, qui est classique et qui ne sera donc pas décrite davantage, permet ainsi d'obtenir un roulement à billes. En variante, seule l'une des bagues extérieure ou intérieure est obtenue à l'aide des étapes décrites précédemment, l'autre bague étant obtenue par un procédé classique. Le procédé décrit précédemment permet donc d'obtenir un roulement à billes, comportant une bague extérieure annulaire 18 et une bague intérieure annulaire sensiblement coaxiales, et des billes s'étendant radialement entre la bague extérieure et la bague intérieure, dans lequel au moins l'une des bagues extérieure et intérieure, de préférence les deux bagues, est en acier fritté dont la composition chimique comporte, en pourcentage massique, 2.3% de Carbone, 4.2% de Chrome, 7% de Molybdène, 6.5% de Tungstène, 10.5% de Cobalt, et 6.5% de Vanadium. Un tel roulement à billes présente des propriétés satisfaisantes relatives à sa dureté à haute température et à sa résistance à la corrosion. Un tel roulement à billes peut donc être utilisé pour la fabrication d'une vanne papillon pour une application aéronautique, par exemple pour la fabrication d'une vanne papillon pour un dispositif de conditionnement d'air, pour une application aéronautique. Une telle vanne papillon comporte de manière classique un corps de conduit à section circulaire, et un clapet de forme circulaire complémentaire de celle de la section du corps de conduit, ce clapet étant rotatif autour d'une liaison pivot d'axe traversant sensiblement diamétralement la section circulaire du corps de conduit. Dans ce cas, la liaison pivot comporte au moins un roulement à billes tel que décrit précédemment. On notera que l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation précédemment décrit, mais pourrait présenter diverses variantes sans sortir du cadre des revendications. REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'un roulement à billes, caractérisé en ce qu'il comporte : - une étape (110) de frittage d'une poudre d'acier (10) dont la composition chimique comporte, en pourcentage massique, 2.3% de Carbone, 4.2% de Chrome, 7% de Molybdène, 6.5% de Tungstène, 10.5% de Cobalt, et 6.5% de Vanadium, de manière à obtenir un acier fritté (12) et - une mise en forme de l'acier fritté (12), pour la formation d'une bague de roulement (18). 2. Procédé de fabrication selon la revendication 1, dans lequel la mise en forme comporte : - une étape (120) de laminage de l'acier fritté (12), pour la formation d'une barre d'acier (14), - une étape (130) de découpe de la barre d'acier (14), pour la formation d'une rondelle d'acier (16) dont les dimensions sont sensiblement égales à des dimensions prédéterminées de la bague de roulement (18) à réaliser, - une étape (140) d'usinage de la rondelle d'acier (16), pour la formation de la bague de roulement (18), de façon à lui donner une forme générale annulaire présentant une surface intérieure (18A) et d'une surface extérieure (18B). 3. Procédé de fabrication selon la revendication 2, comportant, suite à l'étape d'usinage (140), une étape (150) de traitement thermique de la bague de roulement (18). 4. Procédé de fabrication selon la revendication 3, comportant, suite à l'étape de traitement thermique (150), une étape (160) de rectification des surfaces intérieure (18A) et extérieure (18B) de la bague de roulement (18), pour lui donner une forme et des dimensions finales prédéterminées. 5. Roulement à billes, comportant une bague extérieure annulaire (18) et une bague intérieure annulaire sensiblement coaxiales, et des billes s'étendant radialement entre la bague extérieure et la bague intérieure, caractérisé en ce qu'au moins l'une des bagues extérieure (18) et intérieure, de préférence les deux bagues, est en acier fritté dont la composition chimique comporte, en pourcentage massique, 2.3% de Carbone, 4.2% de Chrome, 7% de Molybdène, 6.5% de Tungstène, 10.5% de Cobalt, et 6.5% de Vanadium. 6. Roulement à billes selon la revendication 5, dans lequel chaque bille est en céramique. 7. Vanne papillon, notamment pour une application en aéronautique, comportant un corps de conduit à section circulaire, un clapet de forme circulaire complémentaire decelle de la section du corps de conduit, le clapet étant rotatif autour d'une liaison pivot d'axe traversant diamétralement la section circulaire du corps de conduit, caractérisé en ce que la liaison pivot comporte au moins un roulement à billes selon la revendication 5 ou 6.5