Brevet FR3153864A1 — publié le 20250411

Rotule résistante à l'usure et aux températures élevées et procédé de fabrication de la rotule Rotule (1) comprenant une bague extérieure (2) et une bague intérieure (3) comportant respectivement une surface intérieure (2a) sphérique et une surface extérieure (3b) sphérique en contact l’une contre l’autre. La bague extérieure (2) comporte un matériau à base de nickel, et une couche extérieure obtenue par carbonitruration d’au moins la surface intérieure (2a) de ladite bague extérieure (2), et la bague intérieure (3) comporte un matériau à base de cobalt ou à base de nickel. Référence : Figure 2 Rotule résistante à l'usure et aux températures élevées et procédé de fabrication de la rotule Domaine technique de l’invention La présente invention concerne le domaine des rotules et, plus particulièrement, le domaine de la composition des bagues intérieure et extérieure des rotules. Plus précisément, l’invention se rapporte à la réduction de l’usure d’une rotule, en exploitant une composition particulière de la bague extérieure d’une rotule. L’invention se rapporte également à un système de support d’un moteur à son carter, et au procédé de fabrication d’une telle rotule et d’un tel système de support. Un système de support comporte des rotules classiques et/ou des manilles intégrant des rotules permettant de soutenir le moteur dans son carter. Ces pièces sont généralement réalisées en alliage de nickel ou de cobalt, qui sont des matériaux résistants aux températures élevées engendrées par la combustion de la chambre de combustion du moteur. Les rotules permettent au système de support d’être flexible lors des dilatations thermiques du moteur. Une rotule comprend une bague intérieure et une bague extérieure, comportant respectivement une surface extérieure et une surface intérieure en contact l’une contre l’autre. La synergie de la bague intérieure et la bague extérieure présente malgré tout des avantages limités en température élevée, car il y a une usure des matériaux des bagues au fil du temps. La bague extérieure de la rotule peut être une pièce rapportée sur le système de support et fixée par tout moyen approprié, par exemple par un écrou ou un sertissage, ou encore être formée directement dans le système de support. Etat de la technique antérieure Jusqu’à présent, pour limiter l’usure des rotules, on utilise classiquement une bague intérieure comportant un alliage de cobalt, et une bague extérieure comportant un alliage de nickel. La combinaison de ces matériaux permet un bon comportement en glissement d’une bague par rapport à l’autre. Cependant, l’usure reste toujours trop importante pour cet assemblage et nécessite donc un entretien régulier du système de support du moteur, ce qui engendre des coûts. L’invention vise ainsi à réduire significativement l’usure due aux frottements des bagues d’une rotule entre elles et permet d’augmenter la durée de vie en fatigue des pièces. L’invention a pour objet une rotule comprenant une bague extérieure et une bague intérieure comportant respectivement une surface intérieure sphérique et une surface extérieure sphérique en contact l’une contre l’autre. Ladite bague extérieure comporte un matériau à base de nickel, et une couche extérieure obtenue par carbonitruration d’au moins la surface intérieure de ladite bague extérieure, et ladite bague intérieure comporte un matériau à base de cobalt ou à base de nickel. Avec une telle combinaison de matériaux, l’usure par frottement des bagues extérieure et intérieure de la rotule est réduite. Avantageusement, la bague extérieure comporte une surface extérieure opposée radialement à la surface intérieure, ladite couche extérieure de la bague extérieure étant obtenue par carbonitruration d’au moins les surfaces intérieure et extérieure. Avantageusement, la bague extérieure est réalisée en alliage à base de nickel, notamment de formule NiCr19Fe18Nb. Selon un mode de réalisation, la bague intérieure est réalisée en alliage à base de cobalt notamment en alliage de cobalt de formule CoCr29W5. Alternativement, la bague intérieure peut être réalisée en alliage à de nickel, notamment en alliage de nickel de formule NiCr19Fe18Nb et comporte un revêtement à base de cobalt, ledit revêtement étant positionné sur tout ou partie de la surface extérieure de la bague intérieure. De préférence, la bague intérieure est massive en alliage de cobalt ou en alliage de nickel. Par « bague de type massive », on entend une bague dont la forme est obtenue par usinage avec enlèvement de copeaux (tournage, rectification) à partir de tubes, de barres, d’ébauches forgées et/ou roulées. Avantageusement, la couche extérieure de la bague extérieure a une épaisseur comprise entre 2 µm et 20 µm, préférentiellement comprise entre 5 µm et 10 µm. Selon un mode de réalisation, la bague intérieure comporte un alésage, opposé radialement à la surface extérieure sphérique et ladite rotule comprend un manchon monté dans l’alésage de la bague intérieure et comportant une surface extérieure radialement en contact contre l’alésage. Le manchon peut comporter un matériau à base de nickel, plus particulièrement un alliage de formule NiCr19Fe18Nb. L’invention a encore pour objet un procédé de fabrication d’une rotule telle que définie ci-dessus. Le procédé comprend au moins les étapes suivantes : étape de fourniture d’une bague extérieure comportant un matériau à base de nickel, et d’une bague intérieure comportant un matériau à base de cobalt ou à base de nickel, étape de carbonitruration d’au moins la surface intérieure de la bague extérieure, étape d’assemblage de la bague extérieure avec la bague intérieure. Avantageusement, le procédé comprend, avant l’étape d’assemblage de la bague extérieure avec la bague intérieure, une étape de traitement de la bague intérieure, ladite bague intérieure comprenant une surface extérieure recouverte entièrement ou en partie d’un revêtement à base de cobalt, de préférence un alliage de formule CoCr29W5. Brève description des figures D’autres buts, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : FIG. 1 illustre une rotule selon un exemple de réalisation de l’invention ; FIG. 2 est une vue de face de la rotule de la FIG. 1 ; FIG. 3 est une vue en coupe de la rotule de la FIG. 1 ; et FIG. 4 illustre les étapes du procédé de fabrication d’une rotule selon un mode de mise en œuvre de l’invention. Description détaillée de l’invention Les figures 1, 2 et 3 illustrent une rotule 1 dans un repère (X, Y, Z) selon l’invention, comprenant une bague extérieure 2 et une bague intérieure 3 coaxiales selon l’axe X. Tel qu’illustré sur la FIG. 2 , la bague extérieure 2 comprend une surface intérieure 2a sphérique concave ou alésage, une surface extérieure 2b opposée radialement à la surface intérieure 2a, et deux faces frontales (non référencées) radiales opposées délimitant axialement les surfaces intérieure 2a et extérieure 2b. La bague intérieure 3 comprend une surface extérieure 3b sphérique convexe sur laquelle est montée la surface intérieure 2a de la bague extérieure 2, un alésage 3a cylindrique opposé radialement à la surface extérieure 3b, et deux faces frontales (non référencées) radiales opposées délimitant axialement l’alésage 3a et la surface extérieure 3b. Les surfaces intérieure 2a et extérieure 3b des bagues extérieure 2 et intérieure 3 sont en contact l’une contre l’autre et de forme complémentaire. La bague extérieure 2 comporte un matériau à base de nickel, particulièrement un alliage de formule NiCr19Fe18Nb, et une couche extérieure obtenue par carbonitruration d’au moins sa surface intérieure 2a. Cette couche extérieure a une épaisseur comprise entre 2 µm et 20 µm, de préférence comprise entre 5 µm et 10 µm. La surface extérieure 2b et les faces frontales de la bague extérieure 2 peuvent aussi être traitées par carbonitruration de sorte que la bague extérieure 2 soit entièrement recouverte de la couche extérieure. La bague intérieure 3 comporte un alliage de cobalt de formule CoCr29W5, ou un alliage de nickel de formule NiCr19Fe18Nb et peut comporter dans ce cas un revêtement à base de cobalt, particulièrement de formule CoCr29W5. Le revêtement recouvre toute la surface extérieure 3b de la bague intérieure 3 ou seulement une partie. Le glissement entre la surface intérieure 2a de la bague extérieure qui comprend une couche de carbonitruration et la bague intérieure 3 qui comprend un alliage à base de cobalt ou à base de nickel provoque très peu d’usure. Dans l’exemple de réalisation illustré, la rotule 1 comprend également un manchon 4 monté dans l’alésage 3a de la bague intérieure 3 et qui forme l’alésage de la rotule 1. Le manchon 4 présente une forme annulaire. Le manchon 4 présente une surface extérieure 4a radialement en contact contre l’alésage 3a de la bague intérieure 3. De manière connue en soi, le manchon 4 et la bague intérieure 3 sont assemblés entre eux par interposition radiale d’un anneau de retenue 5 élastique à l’intérieur de rainures ménagées sur la surface extérieure 4a du manchon 4 et sur l’alésage 3a de la bague intérieure 3. Le manchon 4 comporte un matériau à base de nickel, plus particulièrement un alliage de formule NiCr19Fe18Nb. Dans un autre mode de réalisation, la rotule 1 pourrait être dépourvue du manchon 4. Dans l’exemple de réalisation illustré, la bague extérieure 2 de la rotule 1 comprend une bride 6 de fixation prolongeant radialement vers l’extérieur une des extrémités axiales de la surface extérieure 2b. Alternativement, la bague extérieure 2 de la rotule 1 pourrait être dépourvue de la bride 6. L’invention propose également un procédé de fabrication d’une rotule 1 telle que décrite ci-dessus. Le procédé de fabrication d’une rotule 1 comprend au moins trois étapes illustrées par la FIG. 4 . Le procédé comprend tout d’abord une étape E1 de fourniture d’une bague extérieure 2 comportant un matériau à base de nickel et d’une bague intérieure 3 comportant un matériau à base de cobalt ou à base de nickel. Ensuite, le procédé comprend une étape E2 de carbonitruration de la surface intérieure 2a de la bague extérieure 2. Il peut également être envisagé d’effectuer une carbonitruration de la surface extérieure 2b ainsi que des faces frontales de la bague extérieure 2. Cette étape E2 de carbonitruration peut par exemple comprendre deux sous étapes, une première sous étape E3 de cémentation et une deuxième sous-étape E4 de nitruration qui est réalisée simultanément ou successivement à la première sous-étape E3 et dans un même cycle de traitement thermique. Un cycle de traitement thermique est caractérisé par une montée en température à partir d’une température initiale basse jusqu’à une température élevée, un maintien à la température élevée, puis une baisse de la température jusqu’à une température proche de la température initiale basse. Par exemple, un cycle de traitement thermique correspondant à l’étape E2 de carbonitruration de la surface intérieure 2a de la bague extérieure 2, commence par la première sous-étape E3 de cémentation qui utilise de l’acétylène pour constituer un apport en carbone, et se poursuit avec la deuxième sous-étape E4 de nitruration qui utilise de l’ammoniac pour constituer un apport en azote. La température de ce cycle de traitement thermique peut par exemple être comprise entre 400°C et 500°C et est maintenue pendant la durée nécessaire à l’enrichissement souhaité en carbone et en azote de la surface intérieure 2a traitée. L’étape E2 de carbonitruration prend fin avec une baisse rapide de la température de la bague extérieure 2. La bague extérieure 2 traitée est, par exemple ramenée à la température ambiante. Le traitement de carbonitruration peut durer de 10 à 50 heures selon l’épaisseur choisie. Finalement, le procédé comprend une étape E5 d’assemblage des bagues intérieure 3 et extérieure 2 entre elles. Optionnellement, le procédé de fabrication de la rotule 1 peut comprendre en outre une étape E6 de traitement de la bague intérieure 3. Lors de cette étape, la surface extérieure 3b de la bague intérieure 3 peut être entièrement recouverte, ou seulement en partie, d’un revêtement à base de cobalt, de préférence un alliage de formule CoCr29W5. La présente invention a été illustrée sur la base d’une rotule comprenant une bague intérieure et une bague extérieure qui est prévue pour être rapportée sur le système de support associé. On ne sort pas du cadre de l’invention lorsque la bague extérieure de la rotule est constituée directement par une pièce du système de support par usinage pour former la surface intérieure de ladite bague extérieure. Rotule (1) comprenant une bague extérieure (2) et une bague intérieure (3) comportant respectivement une surface intérieure (2a) sphérique et une surface extérieure (3b) sphérique en contact l’une contre l’autre, caractérisée en ce que la bague extérieure (2) comporte un matériau à base de nickel, et une couche extérieure obtenue par carbonitruration d’au moins la surface intérieure (2a) de ladite bague extérieure (2), et en ce que la bague intérieure (3) comporte un matériau à base de cobalt ou à base de nickel, la bague extérieure (2) comportant plus particulièrement un alliage de formule NiCr19Fe18Nb. Rotule (1) selon la revendication 1, dans laquelle la bague extérieure (2) comporte une surface extérieure (2b) opposée radialement à la surface intérieure (2a), ladite couche extérieure de la bague extérieure étant obtenue par carbonitruration d’au moins les surfaces intérieure (2a) et extérieure (2b). Rotule (1) selon l’une des revendications 1 et 2, dans laquelle la bague intérieure (3) comporte un alliage de cobalt de formule CoCr29W5. Rotule (1) selon l’une des revendications 1 et 2, dans laquelle la bague intérieure (3) comporte un alliage de nickel de formule NiCr19Fe18Nb, et comporte un revêtement à base de cobalt, ledit revêtement étant positionné sur tout ou partie de la surface extérieure (3b) de la bague intérieure (3). Rotule (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle la couche extérieure de la bague extérieure (2) a une épaisseur comprise entre 2 µm et 20 µm, préférentiellement comprise entre 5 µm et 10 µm. Rotule (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle la bague intérieure (3) comporte un alésage (3a) opposé radialement à la surface extérieure (3b) sphérique, et ladite rotule (1) comprend en outre un manchon (4) monté dans l’alésage (3a) de la bague intérieure et comportant une surface extérieure (4a) radialement en contact contre ledit alésage. Rotule (1) selon la revendication 6, dans laquelle le manchon (4) comporte un matériau à base de nickel, plus particulièrement un alliage de formule NiCr19Fe18Nb. Procédé de fabrication d’une rotule (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu’il comprend au moins les étapes suivantes : étape (E1) de fourniture d’une bague extérieure (2) comportant un matériau à base de nickel, et d’une bague intérieure (3) comportant un matériau à base de cobalt ou à base de nickel, étape (E2) de carbonitruration d’au moins la surface intérieure (2a) de la bague extérieure (2), étape (E5) d’assemblage de la bague extérieure (2) avec la bague intérieure (3). Procédé de fabrication d’une rotule (1) selon la revendication 8, comprenant, avant l’étape (E5) d’assemblage de la bague extérieure (2) avec la bague intérieure (3), une étape (E6) de traitement de la bague intérieure (3), ladite bague intérieure (3) comprenant une surface extérieure (3b) recouverte entièrement ou en partie d’un revêtement à base de cobalt, de préférence un alliage de formule CoCr29W5.