L'invention concerne un procédé de mise en forme d'objets tels que barreaux, tiges ou bandes, en acier durcissable par précipitation sans diminution de leur résistance, pour obtenir leur degré voulu de cintrage ou planage, tout en évitant la détérioration, normalement prévisible, de leurs propriétés mécaniques.
Les barreaux et tiges d'acier qui ont subi une réduction de leurs dimensions transversales par étirage, extrusion, laminage, forgeage, rabotage ou usinage, et autres opérations semblables, ne répondent que rarement aux exigences de rectilignité normale ment requises. On fait généralement passer les barreaux et tiges traités à travers une planeuse ou dégauchisseuse rotative, dans une passe ultime de finition, pour éliminer la courbure indésirable des barreaux bruts, par exemple non étirés, et obtenir un produit fini dans les limites de tolérances commercialement acceptables.
Pour lui conférer la rectilignité voulue, on fait généralement subir au barreau brut une déformation plastique par cintrage tout en le faisant passer entre les cylindres de la dégauchisseuse, ce qui a pour effet de modifier la configuration des contraintes résiduelles. Ceci altère les propriétés de résistance et de ductilité de l'acier brut. en provoquant généralement une diminution des valeurs de limite élastique et de résistance à la traction, que n'accompagnent que de faibles modifications d'allongement ou de diminution du diamétre. Ces variations sont difficilement contrôlables et. en conséquence, les barreaux et tiges finis présentent, en général. une gamme étendue de variations de leur résistance.
L'invention a pour objet un procédé métallurgique permettant de déformer des objets, tels que barreaux ou tiges ou articles analogues, en acier durcissable par précipitation, au degré voulu de courbure ou de rectilignité, sans subir la diminution normalement prévisible de leurs propriétés de résistance. Ce procédé est caractérisé en ce que l'on déforme un objet d'acier au degré voulu de courbure ou de rectilignité, tandis que l'acier est à une température comprise dans l'intervalle d'environ 150 à 485"C.
Par mise en forme on entend ici non seulement les opérations usuelles de planage, dans lesquelles on redresse les barreaux d'acier par passage dans un laminoir planeur, mais encore tout processus métallurgique permettant de déformer l'acier pour obtenir un degré voulu de courbure du produit fini. Un tel traitement des barreaux d'acier implique généralement la déformation de l'acier au-delà de sa limite élastique, pour obtenir le degré voulu de rectilignité ou de courbure. Ces opérations de mise en forme peuvent être effectuées de diverses façons, telles que par laminoir planeur, enclumes, mandrins, matrices déformantes ou estampage.
Les exemples ci-aprés décrivent certaines formes d'exécution du procédé qui fait l'objet de l'invention.
Le phénomène de rétention de la résistance, au cours des opérations de mise en forme, ne se présente pas pour tous les aciers.
On le rencontre seulement dans les aciers durcissables par écrouissage, qui durcissent par précipitation des atomes de carbone et d'azote, par exemple dans les lacunes structurales généralement désignées par le terme de vieillissement par contrainte dynamique . Les aciers à faible ou moyenne teneur en carbone présentent cette caractéristique, et particulièrement les aciers non austénitiques, comprenant une structure perlitique dans une matrice de ferrite libre, ou de bainite. Les aciers dont la structure ne comporte que peu, ou pas, de ferrite libre semblent dénués de la propriété de conserver leur résistance aprés mise en forme aux températures élevées précitées.
D'autre part, les aciers non austénitiques, contenant des quantités appréciables de ferrite libre, conservent leurs propriétés de résistance aux températures de l'ordre d'environ 150 à 4855C, de préférence 205 à 370 C.
Le barreau d'acier doit être chauffé à la température voulue immédiatement avant l'opération de mise en forme au laminoir planeur, par estampage, ou sur enclume, matrices déformantes, etc. Ceci peut être réalisé en faisant passer l'acier dans un appareillage de chauffage par induction, aligné avec le systéme de dressage, et placé immédiatement devant son ouverture; on peut aussi immerger l'acier dans un bain de sel ou de métal fondus, comme un bain de plomb fondu, immédiatement avant son introduction dans le système de mise en forme; on peut encore introduire des aciers préalablement traités à une température élevée, supérieure à la température voulue pour l'opération de dressage, en réglant le refroidissement de l'acier à la tempérture voulue, pour l'introduire immédiatement dans le système de mise en forme.
On peut chauffer l'acier à la température voulue de diverses façons, mais il est préférable d'éviter tout chauffage prolongé ou lent qui pourrait modifier les caractéristiques de surface de l'acier, ou ses propriétés mécaniques et physiques.
Après l'opération de mise en forme à chaud, on peut laisser refroidir normalement la pièce d'acier finie, ou on peut accélérer le refroidissement par trempe à l'air ou dans un liquide.
Exemple I:
Composition d'acier (acier 1041)
0,39 % de carbone
1,50 % de manganése
0,013% de phosphore
0,025% de soufre
0,280% de silicium
< 0,10 % de chrome
< 0,10 %denickel
< 0,03 % de molybdène
< 0,10 % de cuivre
< 0,010% d'azote
le reste = fer.
Exemple 2:
Composition d'acier (acier 1011)
0,08 % de carbone
0,75 % de manganèse
0,12 % de phosphore
0,27 % de soufre
0,01 % de silicium
0,015% d'azote
le reste = fer.
Exemple 3:
Composition d'acier (acier 1052)
0,48 % de carbone
1,50 % de manganèse
0,03 % de phosphore
0,27 % de soufre
0,30 % de silicium
0,005% d'azote
le reste = fer.
Exemple 4:
Composition d'acier (acier 1018)
0,17 %decarbone
0,75 % de manganèse
0,03 % de phosphore
0,04 % de soufre
0,08 % de silicium
0,005% d'azote
le reste = fer.
On utilise comme produit de départ l'acier de l'exemple 1, sous forme de tiges qui ont été étirées à un diamètre d'environ 9,6 mm à une température d'environ 370 C. La bobine d'acier étiré est divisée en tronçons, qu'on fait passer dans un laminoir planeur à cinq cylindres, à différentes températures comprises entre la température ambiante et une température maximale d'environ 485"C. Les tronçons traités à une température supérieure à environ 1 SOC sont chauffés dans un bain de plomb fondu, puis immédiatement introduits dans le laminoir, pour éviter toute perte de chaleur. Après refroidissement à la température ambiante, on coupe quatre échantillons sur des portions espacées de chacun des tronçons, et on les soumet aux essais de résistance à la traction.
Les moyennes des résultats obtenus sur chaque ensemble de quatre échantillons sont données sur la courbe N 1 de la figure en annexe, qui indique les valeurs de limite élastique et de résistance à la traction en fonction de la température de mise en forme.
On voit que l'élévation de la température de mise en forme produit une augmentation rapide des valeurs de limite élastique et de résistance à la traction du produit fini, dans l'intervalle de température d'environ 204 à 316 C, comparativement à la mise en forme à température ambiante. Les valeurs de ces propriétés physiques tendent à décroître aux températures de dressage supérieures à environ 315 C mais ces valeurs sont encore supérieures à celles des tiges brutes d'étirage, ou des tiges brutes d'étirage soumises à la mise en forme à température ambiante ou à des températures inférieures à environ 1500 C.
On obtient des résultats semblables avec les aciers resulfurisés, à teneur moyenne en carbone, comme l'acier 1144 ou l'un quelconque des aciers décrits dans les exemples 2 à 4.
Comme précédemment, on divise une tige brute d'étirage en plusieurs tronçons que l'on soumet à l'opération de dressage dans un laminoir planeur, à différentes températures comprises entre la température ambiante et environ 3160 C, puis on les laisse refroidir normalement à l'air. On prélève des échantillons pour les essais mécaniques, comme précédemment décrit, dont les résultats sont indiqués sur la courbe NO 2 de la figure en annexe.
De même qu'avec les aciers à teneur moyenne en carbone, les aciers à teneur élevée en manganèse et les aciers resulfurisés, à teneur moyenne en carbone, présentent des propriétés mécaniques accrues après mise en forme à des températures comprises dans l'intervalle d'environ 204 à 3160 C. Cet accroissement des valeurs de résistance ne s'accompagne d'aucune diminution observable de l'allongement ni du diamètre.
A l'examen des figures en annexe, on voit que non seulement l'acier est déformé sans perte de ses propriétés de résistance, mais encore, dans certains cas, il présente de façon surprenante une augmentation de résistance, après déformation à chaud.
REVENDICATION I
Procédé de mise en forme d'objets en acier durcissable par précipitation, sans diminution de leur résistance, caractérisé en ce que l'on déforme un objet d'acier au degré voulu de courbure ou de rectilignité, tandis que l'acier est à une température comprise dans l'intervalle d'environ 150 à 4855C.
SOUS-REVENDICATIONS
1. Procédé selon la revendication I, caractérisé en ce que l'acier est un acier perlitique, comprenant une matrice de ferrite libre ou de bainite.
2. Procédé selon la revendication I et la sous-revendication 1, caractérisé en ce que l'objet est sous forme de barreaux, tiges ou bandes.
3. Procédé selon la revendication I et la sous-revendication 1, caractérisé en ce que l'objet est déformé, tandis qu'il est à une température comprise dans l'intervalle d'environ 205 à 3700 C.
4. Procédé suivant la revendication I, caractérisé en ce que l'objet est mis en forme par passage dans un laminoir planeur.
5. Procédé suivant la revendication I, caractérisé en ce que l'acier est un acier brut, provenant d'une opération métallurgique telle qu'étirage, extrusion, laminage, forgeage, scalpage ou usinage.
REVENDICATION Il
Objet obtenu par le procédé selon la revendication I.
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