Brevet FR3159975A1 — publié le 20250912

Procédé de trempe pour une crémaillère d’une direction assistée d’un véhicule, le procédé comprenant : Une étape de chauffe dans laquelle au moins une zone à traiter d’une surface extérieure de la crémaillère est chauffée au moyen d’un courant électrique induit dans ladite zone ; Caractérisé en ce que le procédé comprend : Une étape de refroidissement dans laquelle l’au moins une zone est refroidie au moyen d’au moins un premier flux de gaz projeté sur ladite zone. Figure 1 Procédé de trempe d’une crémaillère au moyen d’un flux de gaz L’invention concerne le domaine des procédés de fabrication d’une crémaillère d’une direction assistée, et plus particulièrement un procédé de trempe de ladite crémaillère et un dispositif de trempe. Etat de la technique antérieure Un système de direction d’un véhicule a pour objet de permettre à un conducteur de contrôler une trajectoire du véhicule en modifiant un angle d’orientation des roues du véhicule au moyen d’un volant de direction. Il existe des systèmes de direction dans lesquels une variation de rotation des roues du véhicule est effectuée par un ensemble mécanique composé d’un pignon de direction qui engrène sur une crémaillère. La crémaillère est montée coulissante selon une direction longitudinale dans un carter de direction. Les deux extrémités de la crémaillère, extérieures au carter, sont accouplées respectivement à deux biellettes de direction, qui sont elles-mêmes associées respectivement aux roues directrices gauche et droite du véhicule. La crémaillère comprend d’une part une denture formée de dents et, d’autre part un dos de denture opposé à la denture. La denture s’étend selon une direction longitudinale de la crémaillère. Lors d’une fabrication de la crémaillère, une opération de trempe est réalisée afin de durcir en surface ladite crémaillère. Plus précisément, l’opération de trempe est un traitement thermique qui a pour objectif de transformer le métal de la crémaillère sur une épaisseur de trempe d’une structure cristalline austénitique obtenue lors d’une étape de chauffe, en une structure cristalline martensitique. Il existe un procédé connu pour effectuer cette trempe consistant à générer des courants électriques dans la crémaillère, par induction ou par conduction, de sorte à augmenter la température de surface, puis à mettre la partie chauffée en contact avec de l’eau de sorte à refroidir rapidement la crémaillère. L’inconvénient posé par un tel procédé est de nécessiter une grande quantité d’eau devant être dépolluée et refroidie, de générer de la vapeur d’eau, d’utiliser des additifs dans l’eau comme par exemple des polymères, et d’entrainer une distorsion de la crémaillère pouvant nécessiter un ajout d’une étape de redressement de ladite crémaillère. Il existe donc un besoin pour un procédé de trempe notamment plus écologique. Un mode de réalisation concerne un procédé de trempe pour une crémaillère d’une direction assistée d’un véhicule, le procédé comprenant : Une étape de chauffe dans laquelle au moins une zone à traiter d’une surface extérieure de la crémaillère est chauffée au moyen d’un courant électrique induit dans ladite zone ; Caractérisé en ce que le procédé comprend : Une étape de refroidissement dans laquelle l’au moins une zone est refroidie au moyen d’au moins un premier flux de gaz projeté sur ladite zone. Le procédé de trempe consiste à effectuer un traitement thermique qui a pour objectif de transformer le métal de la crémaillère sur une épaisseur de trempe. L’étape de chauffe permet d’obtenir une structure cristalline austénitique puis l’étape de refroidissement permet de transformer la structure cristalline austénitique en une structure cristalline martensitique. La crémaillère comprend une surface extérieure à traiter. Autrement dit, la crémaillère comprend une surface extérieure dont la structure cristalline doit être modifiée sur une épaisseur de trempe qui est préférentiellement inférieure à une épaisseur totale de la crémaillère. Ainsi, une partie interne de la crémaillère, c'est-à-dire la partie comprise entre l’épaisseur de trempe et un centre de la crémaillère, n’est pas trempée, autrement dit, sa structure cristalline n’est pas modifiée. La partie interne met en compression la zone traitée de sorte à créer des contraintes de compression améliorant une tenue en fatigue de la crémaillère. En outre, une transformation en martensite par trempe de la surface extérieure à traiter permet d’améliorer une dureté superficielle de la surface extérieure et ainsi augmenter une résistance à une usure de la crémaillère. Le procédé de trempe comprend une étape de chauffe suivie d’une étape de refroidissement. L’étape de chauffe est réalisée au moyen d’un courant électrique induit dans la zone à traiter. Une température atteinte par la zone à traiter dépend du matériau de la zone à traiter. Avec certaines nuances d’aciers, la température de la zone à traiter est supérieure à 700°C, par exemple supérieure à 850°C, ou 900°C. L’étape de refroidissement consiste à diminuer la température de la zone de sorte à transformer la structure cristalline austenitique obtenue lors de l’étape de chauffe en la structure cristalline martensitique. Pour cela, une vitesse de refroidissement de la zone doit être au moins égale à une vitesse critique martensitique. La vitesse critique martensitique est déterminée en laboratoire en fonction du matériau et plus particulièrement en fonction de la nuance de l’acier de la crémaillère. Le procédé est innovant en ce que le refroidissement est effectué au moyen d’un premier flux de gaz projeté sur la zone. Autrement dit, le flux de gaz est dirigé volontairement suivant un débit, une température et une pression déterminés sur la zone. Le premier flux de gaz est un flux créé artificiellement pour refroidir la zone. En effet, la demanderesse a constaté qu’il est possible d’obtenir, contrairement à ce qui est couramment admis, une structure martensitique par un refroidissement par un gaz, c'est-à-dire avec un fluide présentant une drasticité inférieure à celle de l’eau, pour l’épaisseur de trempe couramment admise pour les crémaillères, par exemple quelques millimètres. La drasticité correspond au pouvoir refroidissant du fluide, c'est-à-dire une aptitude du fluide à évacuer des calories d’un métal. On calcul la drasticité pour un fluide par la formule : Avec : H : la drasticité en mm-1 α: le coefficient d’échange en W/m 2 K λ : le coefficient de conductivité thermique du matériau à refroidir en W/mK Une utilisation d’un gaz lors de l’étape de refroidissement permet un refroidissement plus lent que par l’eau. Des contraintes s’exerçant dans la crémaillère lors de l’étape de refroidissement sont donc diminuées ainsi que des déformations et fissures en résultant. Le procédé selon l’invention est donc moins couteux que celui de l’état de l’art en ce qu’il diminue les crémaillères non conformes à cause de présence de fissures ou de déformations trop importantes. En outre, le procédé selon l’invention ne nécessite pas l’utilisation d’eau, qui va être évaporée en partie, et qui doit être dépolluée et refroidit, et d’additifs qui peuvent être brulés en partie lors de la mise en contact avec la crémaillère chaude et créer ainsi des émanations potentiellement toxiques. Enfin, l’utilisation d’un gaz permet d’éviter une pollution des éléments de chauffe, tels que des inducteurs, entrainant leur dégradation et leur remplacement. L’objet du présent exposé peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes prises seules ou en combinaison. Dans certains modes de réalisation, au moins un deuxième flux de gaz est projeté sur une extrémité de la crémaillère. Ainsi, le deuxième flux de gaz permet un refroidissement constant de la crémaillère, et notamment du centre de la crémaillère. L’étape de refroidissement est améliorée. Dans certains modes de réalisation, une pression de sortie d’une buse de projection du premier et/ou du deuxième flux de gaz est comprise entre 0,5bar et 30bar, par exemple entre 1 bar et 20bar, ou supérieure ou égale à 1bar, par exemple supérieure à 5bar ou 20bar. Ainsi le flux de gaz est projeté sous pression de sorte à améliorer la drasticité du gaz et donc l’efficacité de l’étape de refroidissement. Dans certains modes de réalisation, le gaz du premier ou du deuxième flux de gaz est de l’air, et/ou au moins un gaz neutre. Le premier ou le deuxième flux de gaz peut donc également être un mélange d’air et de gaz neutres, ou un mélange de gaz neutres. Une utilisation d’air permet une étape de refroidissement particulièrement peu couteuse et écologique en ce que l’air ne doit être ni refroidit, ni recyclé, ni dépollué. Une utilisation d’un gaz neutre permet une amélioration de la drasticité du gaz. Par exemple, le gaz neutre peut être choisi parmi : azote, hélium, , argon. Dans certains modes de réalisation, lors de l’étape de chauffe, l’au moins une zone est chauffée par induction du courant électrique ou par conduction du courant électrique. Lorsque la zone est chauffée par induction, le courant électrique est induit à la surface de la zone à traiter de la crémaillère. Lorsque la zone est chauffée par conduction, le courant électrique est transmis à la surface de la zone à traiter de la crémaillère par deux électrodes électriques. Dans certains modes de réalisation, l’étape de chauffe et l’étape de refroidissement sont réalisées simultanément sur deux zones différentes. Autrement dit, une première zone de la crémaillère est chauffée tandis qu’une deuxième zone est refroidie. La première zone sera ensuite refroidie tandis qu’une troisième zone sera chauffée. Il s’agit d’un procédé de trempe en continu. Dans certains modes de réalisation, la zone à traiter correspond à une totalité de la surface extérieure à traiter. Autrement dit, la totalité de la surface à traiter est chauffée puis refroidit. Le procédé de trempe est discontinu. Dans certains modes de réalisation, la crémaillère est en acier. Dans certains modes de réalisation, la crémaillère est une barre pleine au moins en partie cylindrique. Ainsi le centre de la crémaillère est plein de matière qui n’est pas chauffée et qui refroidit la zone à traiter par conduction. L’étape de refroidissement est donc améliorée. Un autre aspect de l’invention concerne un dispositif de trempe configuré pour mettre en œuvre le procédé selon l’invention, le dispositif comprenant un inducteur configuré pour induire un courant électrique dans la zone, et un refroidisseur muni d’au moins une buse de projection configurée pour projeter le premier flux de gaz sur ladite zone. Dans certains modes de réalisation, le dispositif comprend également un dispositif de récupération et de recyclage des gaz projetés. Dans certains modes de réalisation, le dispositif comprend également un dispositif de refroidissement des gaz projetés. L’invention sera mieux comprise, grâce à la description ci-après, qui se rapporte à un ou plusieurs modes de réalisation selon la présente invention, donné à titre d’exemples non limitatifs et expliqués avec référence aux dessins schématiques annexés, dans lesquels : FIG. 1 est une représentation théorique du procédé selon l’invention ; FIG. 2 est une représentation schématique du procédé lorsqu’une étape de chauffe et une étape de refroidissement sont réalisées simultanément ; FIG. 3 est une représentation schématique du procédé lorsque l’étape de chauffe et l’étape de refroidissement sont réalisées l’une après l’autre selon un premier mode de réalisation ; FIG. 4 est une représentation schématique du procédé lorsque l’étape de chauffe et l’étape de refroidissement sont réalisées l’une après l’autre selon un deuxième mode de réalisation ; Seuls les éléments nécessaires à la compréhension de l'invention ont été représentés. Pour faciliter la lecture des dessins, les mêmes éléments portent les mêmes références d'une figure à l'autre. Le procédé 100 selon l’invention est un procédé de trempe pour une crémaillère 1 d’une direction assistée d’un véhicule. Dans certains modes de réalisation, la crémaillère 1 est réalisée dans un acier, par exemple un acier de nuance qui autorise une formation de constituants hors équilibres (martensite ou bainite) sans nécessairement réaliser l’étape de refroidissement c'est-à-dire dans des conditions de refroidissement dit « naturel ». Dans certains modes de réalisation, la crémaillère 1 est une barre pleine au moins en partie cylindrique. La crémaillère 1 comprend une surface extérieure à traiter. Autrement dit, une surface extérieure dont une structure cristalline doit être modifiée sur une épaisseur de trempe e, qui est préférentiellement inférieure à une épaisseur totale de la crémaillère 1. Le procédé de trempe 100 consiste à effectuer un traitement thermique qui a pour objectif de transformer le métal de la crémaillère 1 sur l’épaisseur de trempe e d’une structure cristalline austénitique A obtenue lors d’une étape de chauffe en une structure cristalline martensitique M. Comme représenté à la FIG. 1 , le procédé 100 comprend l’étape de chauffe E1 dans laquelle une zone à traiter Zt de la crémaillère 1 est chauffée au moyen d’un courant électrique induit dans ladite zone à traiter Zt. Sous l’effet de la chaleur, la zone à traiter Zt prend une structure cristalline austénitique. Une température atteinte par la zone à traiter Zt dépend du matériau de la zone à traiter. Avec certains aciers, la température de la zone à traiter Zt est supérieure à 700°C, par exemple supérieure à 850°C ou 900°C. Dans certains modes de réalisation, l’au moins une zone Zt est chauffée par induction du courant électrique comme illustrée aux figures 2 et 3, ou par conduction du courant électrique comme illustré à la FIG. 4 . Lorsque la zone est chauffée par induction, le courant électrique est induit à la surface de la zone à traiter Zt de la crémaillère 1 par un inducteur 2. Lorsque la zone est chauffée par conduction, le courant électrique est transmis à la surface de la zone à traiter Zt de la crémaillère 1 par deux électrodes électriques 2’. Lors de l’étape de chauffe, une partie interne de la crémaillère 1, c'est-à-dire la partie comprise entre l’épaisseur de trempe e et un centre de la crémaillère 1, n’est pas trempée, autrement dit, sa structure cristalline n’est pas modifiée. La partie interne met en compression la zone traitée Zt de sorte à créer des contraintes de compression qui améliorent une tenue en fatigue de la crémaillère 1. Le procédé 100 comprend, suite à l’étape de chauffe E1, une étape de refroidissement E2. L’étape de refroidissement E2 consiste à diminuer la température de la zone Zt de sorte à transformer la structure cristalline austénitique obtenue lors de l’étape de chauffe E1 en une structure martensitique M. Pour cela, une vitesse de refroidissement de la zone Zt doit être au moins égale à une vitesse critique martensitique. La vitesse critique martensitique est déterminée en laboratoire en fonction du matériau et plus particulièrement en fonction de la nuance de l’acier de la crémaillère. Dans l’étape de refroidissement E2, l’au moins une zone Zt est refroidie au moyen d’au moins un premier flux de gaz F1 projeté sur ladite zone Zt. Le procédé 100 est innovant en ce que le refroidissement est effectué au moyen d’un premier flux de gaz F1 projeté sur la zone Zt. Autrement dit, le flux de gaz F1 est dirigé volontairement suivant un débit, une température et une pression déterminés sur la zone Zt. Le premier flux de gaz F1 est un flux créé artificiellement pour refroidir la zone Zt. En effet, la demanderesse a constaté qu’il est possible d’obtenir, contrairement à ce qui est couramment admis, une structure martensitique M par un refroidissement par un gaz, c'est-à-dire avec un fluide présentant une drasticité inférieure à celle de l’eau, pour l’épaisseur de trempe couramment admise pour les crémaillères, par exemple quelques millimètres. La drasticité correspond au pouvoir refroidissant du fluide, c'est-à-dire une aptitude du fluide à évacuer des calories d’un métal. Dans certains modes de réalisation, au moins un deuxième flux de gaz F2 est projeté sur une extrémité de la crémaillère 1. Le deuxième flux de gaz F2 permet un refroidissement constant de la crémaillère 1 comme illustré en FIG. 2 , et notamment du centre de la crémaillère. L’étape de refroidissement E2 est améliorée. En outre, le centre de la crémaillère 1 étant plein de matière qui n’est pas chauffée, le centre refroidit la zone à traiter Zt par conduction C. Dans certains modes de réalisation, une pression de sortie d’une buse de projection 3 du premier F1 et/ou du deuxième F2 flux de gaz est supérieure ou égale à 1bar, par exemple supérieure à 5bar ou 20bar. Ainsi le flux de gaz F1, F2 est projeté sous pression de sorte à améliorer la drasticité du gaz et donc l’efficacité de l’étape de refroidissement. Dans certains modes de réalisation, le gaz du premier F1 ou du deuxième F2 flux de gaz est de l’air, et ou au moins un gaz neutre. Le premier F1 ou le deuxième F2 flux de gaz peut donc également être un mélange d’air et de gaz neutres, ou un mélange de gaz neutres. Une utilisation d’air permet une étape de refroidissement E2 particulièrement peu couteuse et écologique en ce que l’air ne doit être ni refroidit, ni recyclé, ni dépollué. Une utilisation d’un gaz neutre permet également une amélioration de la drasticité du gaz. Par exemple, le gaz neutre peut être choisi parmi : azote, hélium, argon. Bien entendu, l’utilisation de gaz neutre nécessite une utilisation d’une enceinte de confinement, non repésentée, afin de ne pas polluer et rendre toxique l’environnement dans lequel est réalisé le procédé de trempe, et afin de recycler ledit gaz neutre. Une utilisation d’un gaz lors de l’étape de refroidissement E2 permet un refroidissement plus lent que par l’eau. Des contraintes s’exerçant dans la crémaillère 1 lors de l’étape de refroidissement E2 sont donc diminuées ainsi que des déformations et fissures en résultant. Le procédé 100 selon l’invention est donc moins couteux que celui de l’état de l’art en ce qu’il diminue les crémaillères 1 non conformes à cause de présence de fissures ou de déformations trop importantes. En outre, le procédé 100 selon l’invention ne nécessite pas l’utilisation d’eau, qui va être évaporée en partie, et qui doit être dépolluée et refroidit, et d’additifs qui peuvent être brulés en partie lors de la mise en contact avec la crémaillère chaude et créer ainsi des émanations potentiellement toxiques. Enfin, l’utilisation d’un gaz permet d’éviter une pollution des éléments de chauffe, tels que des inducteurs 2, entrainant leur dégradation et leur remplacement. Un autre aspect de l’invention concerne un dispositif de trempe configuré pour mettre en œuvre le procédé 100, le dispositif comprend un inducteur 2 configuré pour induire le courant électrique dans la zone Zt, et un refroidisseur muni d’au moins une buse de projection 3 configurée pour projeter le premier flux de gaz F1 sur ladite zone Zt. Dans certains modes de réalisation, comme illustré en FIG. 2 , le dispositif est configuré pour que l’étape de chauffe E1 soit réalisée simultanément à l’étape de refroidissement E2 sur deux zones différentes de la crémaillère 1. Autrement dit, une première zone de la crémaillère 1 est chauffée tandis qu’une deuxième zone est refroidie. La première zone sera ensuite refroidie tandis qu’une troisième zone sera chauffée. Il s’agit d’un procédé de trempe en continu, ou au défilé. Dans certains modes de réalisation, comme illustré aux figures 3 et 4, la zone à traiter Zt correspond à une totalité de la surface extérieure à traiter. Ainsi, la zone à traiter Zt est chauffé dans un premier temps puis dans un second temps la zone à traiter Zt est refroidie. Le procédé de trempe est alors discontinu. Dans certains modes de réalisation, le dispositif comprend également un dispositif de récupération et de recyclage des gaz projetés. Dans certains modes de réalisation, le dispositif comprend également un dispositif de refroidissement des gaz projetés. Bien que la présente invention ait été décrite en se référant à des modes de réalisation spécifiques, il est évident que des modifications et des changements peuvent être effectués sur ces exemples sans sortir de la portée générale de l'invention telle que définie par les revendications. En particulier, des caractéristiques individuelles des différents modes de réalisation illustrés/mentionnés peuvent être combinées dans des modes de réalisation additionnels. Par conséquent, la description et les dessins doivent être considérés dans un sens illustratif plutôt que restrictif. Il est également évident que toutes les caractéristiques décrites en référence à un procédé sont transposables, seules ou en combinaison, à un dispositif, et inversement, toutes les caractéristiques décrites en référence à un dispositif sont transposables, seules ou en combinaison, à un procédé. Procédé de trempe pour une crémaillère d’une direction assistée d’un véhicule, le procédé comprenant : Une étape de chauffe dans laquelle au moins une zone à traiter d’une surface extérieure de la crémaillère est chauffée au moyen d’un courant électrique induit dans ladite zone ; Caractérisé en ce que le procédé comprend : Une étape de refroidissement dans laquelle l’au moins une zone est refroidie au moyen d’au moins un premier flux de gaz projeté sur ladite zone. Procédé de trempe selon la revendication 1, dans lequel au moins un deuxième flux de gaz est projeté sur une extrémité de la crémaillère. Procédé de trempe selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel une pression de sortie d’une buse de projection du premier et/ou du deuxième flux de gaz est comprise entre 0,5bar et 30bar, par exemple entre 1 bar et 20bar, ou supérieure ou égale à 1 bar. Procédé de trempe selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le gaz du premier ou du deuxième flux de gaz est de l’air, et/ou au moins un gaz neutre. Procédé de trempe selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel lors de l’étape de chauffe, l’au moins une zone est chauffée par induction du courant électrique ou par conduction du courant électrique. Procédé de trempe selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’étape de chauffe et l’étape de refroidissement sont réalisées simultanément sur deux zones différentes. Procédé de trempe selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel la zone à traiter correspond à une totalité de la surface extérieure à traiter. Procédé de trempe selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la crémaillère est en acier. Procédé de trempe selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la crémaillère est une barre pleine au moins en partie cylindrique. Dispositif de trempe configuré pour mettre en œuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, le dispositif comprenant un inducteur configuré pour induire un courant électrique dans la zone, et un refroidisseur muni d’au moins une buse de projection configurée pour projeter le premier flux de gaz sur ladite zone.