FR2921853A1 - Element de metallerie en acier inoxydable. - Google Patents
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Abstract
Selon l'invention, un élément de métallerie en acier inoxydable comprend des volutes dont au moins une extrémité est façonnée selon un motif étiré, ou un motif à noyau, ou un motif écrasé. En particulier, dans un motif étiré, l'épaisseur (e) est réduite jusqu'à l'extrémité (1e), tandis que la largeur (L) est constante. Un tel élément de métallerie en acier inoxydable est obtenu par une étape de forgeage à chaud, dans laquelle une barre (1) en acier inoxydable est chauffée au blanc puis rapidement façonnée par frappe au marteau sur l'enclume tant qu'elle n'atteint pas la couleur jaune orangé.
Description
85FDEP.doc 1 La présente invention concerne les produits de ferronnerie d'art réalisés par formage et assemblage de barres métalliques.
Ces produits de ferronnerie d'art peuvent constituer par exemple une barrière, un portail, une grille, un meuble.
Les produits de ferronnerie d'art sont traditionnellement réalisés à partir de barres en fer doux, que l'on travaille par forgeage à chaud : la barre est chauffée jusqu'à prendre une couleur jaune orangé, puis elle est frappée entre un marteau et une enclume pour lui donner une forme, par exemple une incurvation, une réduction d'épaisseur.
Par l'opération de forgeage à chaud, on donne aux barres de fer doux des formes variées pouvant comporter des tronçons amincis ou aplatis, qui garantissent la qualité esthétique du produit et sa légèreté d'aspect.
Un motif fréquent des produits en ferronnerie d'art en fer doux est en forme de volute, constitué d'un tronçon de barre incurvé et qui s'enroule sur lui- même en spirale pour finir en une extrémité façonnée selon un motif étiré, ou un motif à noyau, ou un motif écrasé.
L'inconvénient essentiel des produits de ferronnerie en fer doux est leur faible résistance à la corrosion.
En effet, les produits de ferronnerie sont le plus souvent soumis aux intempéries, et l'action conjuguée des rayons ultraviolets, de la pluie, des variations de température, et de l'oxygène présent dans l'air ambiant oxyde progressivement la surface des barres de fer doux, en altérant leur aspect et en pouvant même réduire leurs propriétés mécaniques.
Ainsi, les produits de ferronnerie d'art sont souvent protégés par des traitements de surface tels que l'application d'une couche de revêtement antirouille et d'une couche de peinture protectrice. Mais cela augmente le coût de production, et les couches protectrices restent fragiles, risquant d'être dégradées par des coups ou des frottements d'objets agressifs.
La sensibilité à la corrosion des produits de ferronnerie d'art traditionnelle empêche leur utilisation dans des conditions climatiques sévères, par exemple en bord de mer, sur des navires.
Pour éviter les conséquences de la corrosion, on a déjà proposé des produits de ferronnerie réalisés en acier inoxydable. Dans ce cas, les produits de ferronnerie sont réalisés par assemblage de barres préformées en acier inoxydable. 85PDEP.doc 2 Le formage préalable des barres en acier inoxydable est réalisé en usine, sur des machines de pressage, de roulage, qui sont habituellement utilisées pour le formage de pièces en acier inoxydable. On obtient ainsi des produits de ferronnerie qui sont beaucoup plus résistants à l'oxydation et qui peuvent être utilisés dans des conditions climatiques sévères. L'acier inoxydable a en effet de bonnes propriétés de résistance à la corrosion, et il conserve son aspect pendant une longue durée. Il n'est ainsi pas nécessaire de le protéger par un revêtement antirouille ou une peinture.
Cependant, les procédés de formage mécanique utilisés jusqu'à ce jour ne permettent pas de réaliser des formes aussi diverses que celles que l'on obtenait par les procédés de forgeage à chaud de barres en fer doux dans la technologie de ferronnerie d'art. Par exemple, on ne peut pas réaliser des volutes comportant une extrémité façonnée selon un motif étiré, ou un motif à noyau, ou un motif écrasé. Le problème proposé par la présente invention est de concevoir des moyens permettant l'obtention de produits de ferronnerie qui soient à la fois réalisés en acier inoxydable et qui présentent toutes les caractéristiques de forme et d'aspect des produits de ferronnerie d'art réalisés par les techniques traditionnelles de forgeage à chaud de barres en fer doux. Pour cela, l'idée qui est à la base de l'invention est de concevoir une nouvelle technique de forgeage à chaud adaptée à l'acier inoxydable. La difficulté est que les techniques de forgeage à chaud utilisées jusqu'à ce jour pour le forgeage d'éléments en fer doux ne sont pas adaptées pour le forgeage d'un élément en acier inoxydable.
En effet, lorsqu'on veut forger une barre d'acier inoxydable par la technique traditionnelle de forgeage de fer doux, on porte l'extrémité de la barre d'acier inoxydable à une température telle qu'elle prenne une couleur jaune orangé, comme on le fait pour le fer doux. La température est alors de 800°C à 1 200°C.
Mais l'acier inoxydable n'est alors pas suffisamment malléable pour permettre le forgeage entre le marteau et l'enclume : il faut frapper l'acier inoxydable beaucoup plus fort et beaucoup plus longtemps que le fer doux. Or l'acier inoxydable se refroidit plus vite que le fer doux, et devient rapidement très peu malléable, de sorte qu'il faut recommencer l'opération d'échauffement très fréquemment. Cela allonge considérablement le temps de fabrication et le coût qui en résulte. Par ailleurs, on sait que, dans les techniques de forgeage traditionnelles du fer doux, il ne faut pas chauffer le fer au delà de sa température lui donnant une I85FDHRdoc 3 couleur jaune orangé, à défaut de quoi la matière se dégrade et la forme ne peut pas être réalisée correctement. Ainsi, l'homme du métier n'est pas tenté d'augmenter a priori la température d'échauffement d'une barre destinée à être forgée à chaud.
Ainsi, l'invention propose de réaliser un élément de métallerie en acier inoxydable, comprenant des volutes dont au moins un tronçon d'extrémité est façonné selon un motif étiré, ou un motif à noyau, ou un motif écrasé. Pour résoudre les difficultés mentionnées ci-dessus, le procédé comprend au moins une étape de forgeage à chaud d'une barre à section rectangulaire, carrée ou ronde, en acier inoxydable. Au cours de ladite étape de forgeage à chaud, un tronçon de la barre en acier inoxydable est chauffé au blanc, c'est-à-dire à une température de 1 200°C à 1 580°C, puis rapidement façonné en volute par frappe au marteau sur une enclume tant qu'il n'atteint pas la couleur jaune orangé à laquelle sa température est de 800°C à 1 200°C. Grâce à l'échauffement supplémentaire jusqu'à atteindre une couleur blanche, l'acier inoxydable est plus proche de sa température de fusion (qui est de 1 600°C) et devient suffisamment malléable pour être formé entre le marteau et l'enclume. Le refroidissement plus rapide de l'acier inoxydable est compensé par l'échauffement supplémentaire, de sorte que les étapes de forgeage permettent de déformer sensiblement le métal avant son refroidissement excessif, et l'on réduit considérablement le nombre d'étapes d'échauffement et d'étapes de frappe nécessaires pour donner la forme en volute. Contrairement au fer doux, l'acier inoxydable supporte un échauffement jusqu'au blanc. Il convient toutefois de ne pas dépasser ce stade d'échauffement, à défaut de quoi la température de fusion est atteinte et le métal se déforme trop et ne peut plus être formé de manière contrôlée. On peut ainsi former correctement une barre en acier inoxydable lorsque l'extrémité est chauffée au blanc, jusqu'à l'instant où elle atteint une couleur jaune orangé. On répète l'étape d'échauffement et de façonnage par frappe à chaud jusqu'à obtenir la forme définitive. Une fois les éléments formés et assemblés, on peut avantageusement prévoir une étape de décapage de finition, suivie d'une éventuelle étape de peinture. L'étape de décapage de finition peut être réalisée par électrolyse,-ou_par___ décapage et brossage, ou par sablage. Cette étape de décapage de finition fait SI85FDEP.doc 4 ressortir le chrome de l'acier inoxydable, et donne au produit un aspect brillant qu'il va conserver pendant une longue durée. Pour éviter les risques d'oxydation, qui peuvent néanmoins subsister malgré l'utilisation de l'acier inoxydable, on utilise avantageusement des outils de forge dont les surfaces utiles sont dépourvues de fer oxydable. Ainsi, les outils de forge tels que l'enclume et le marteau comportent des surfaces de frappe en acier inoxydable. Par un tel procédé, on peut ainsi réaliser un élément de métallerie en acier inoxydable comprenant des volutes dont au moins un tronçon d'extrémité est façonné selon un motif étiré, ou un motif à noyau, ou un motif écrasé. Le motif étiré présente, en vue de face, un tronçon d'extrémité ayant une épaisseur qui décroît en direction de l'extrémité, et ayant une largeur sensiblement constante. L'épaisseur peut décroître jusqu'à une valeur inférieure à 0,5 mm. En alternative, dans le cas d'un motif à noyau, ce motif présente, en vue de face, un tronçon d'extrémité ayant une épaisseur accrue, éventuellement avec un contour arrondi. Dans le cas d'un motif écrasé, en vue de face, le tronçon d'extrémité de l'élément présente une épaisseur qui décroît. Sa largeur croît en direction de l'extrémité.
Après une étape de décapage de finition par électrolyse, l'élément de métallerie ci-dessus peut présenter un aspect de surface brillant chromé. L'acier inoxydable utilisé peut être un acier austénitique, par exemple de nuance X5CrNi18 10 (304 selon la norme ANSI, ou 1 4301 selon la norme Euronorm EN 10088-1), ou de nuance X2CrNi18 9 (304 L selon la norme ANSI, ou 1 4307 selon la norme Euronorm EN 10088-1), ou de nuance X2CrNiMo17 12 2 (316 L selon la norme ANSI, ou 1 4404 selon la norme Euronorm EN 10088-1). On choisira la nuance selon la qualité antioxydante recherchée, et selon le coût acceptable de la matière. D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention 30 ressortiront de la description suivante de modes de réalisation particuliers, faite en relation avec les figures jointes, parmi lesquelles : - les figures 1 à 3 illustrent les trois phases successives d'une étape de forgeage à chaud selon la présente invention ; - la figure 4 illustre en perspective un élément de métallerie selon l'invention à 35 volute dont l'extrémité est façonnée en motif étiré ; - la figure 5 est une vue en perspective d'un élément de métallerie selon l'invention à volute dont l'extrémité est façonnée en motif à noyau ; et 85FDEP.doc - la figure 6 est une vue en perspective illustrant un élément de métallerie selon l'invention à volute dont l'extrémité est façonnée en motif écrasé. En considérant les figures 1 à 3, le procédé de formage par forgeage à chaud selon l'invention comprend au moins une étape de forgeage à chaud d'une 5 barre 1 en acier inoxydable, par exemple une barre la à section rectangulaire, une barre 1 b à section carrée ou une barre l c à section ronde. L'acier inoxydable utilisé peut être un acier austénitique, par exemple de nuance X5CrNi18 10 (304 selon la norme ANSI, ou 1 4301 selon la norme Euronorm EN 10088-1), ou de nuance X2CrNi18 9 (304 L selon la norme ANSI, ou 1 4307 selon la norme Euronorm EN 10088-1), ou de nuance X2CrNiMo17 12 2 (316 L selon la norme ANSI, ou 1 4404 selon la norme Euronorm EN 10088-1). Une telle barre 1 en acier inoxydable est aisément disponible dans le commerce, dans des sections courantes de : 0,5 cm x 0,5 cm ; 1 cm x 1 cm ; 2 cm x 2 cm ; .... Une telle barre 1 en acier inoxydable permet de réaliser la plupart des éléments constituant les produits de ferronnerie d'art. Au cours de la première phase de l'étape de forgeage à chaud illustrée sur la figure 1, on part donc de cette barre 1, présentant la section désirée et la longueur désirée. Au cours de la deuxième phase illustrée sur la figure 2, la barre 1 est chauffée, dans sa zone 1d à façonner, par exemple la zone d'extrémité 1d. On produit l'échauffement jusqu'à ce que la zone 1d à façonner rayonne en présentant une couleur blanche. La couleur blanche indique à l'opérateur que la température appropriée de 1 200°C à 1 580°C est atteinte pour réaliser la troisième phase de frappe illustrée sur la figure 3.
Au cours de cette troisième phase, la barre 1 est posée sur une enclume 2 selon sa zone 1 d à façonner, et l'on frappe la zone 1 d à l'aide d'un outil de frappe tel que le marteau 3. On peut ainsi donner à la zone 1d une forme incurvée telle qu'illustrée sur la figure 3, la forme étant également amincie en présentant une épaisseur qui varie selon la zone considérée sur la longueur du fer 1.
La phase de frappe illustrée sur la figure 3 peut être poursuivie jusqu'à ce que la zone 1 d à façonner prenne une couleur jaune orangé. Sa température est alors de 800°C à 1 200°C. A ce stade, l'acier inoxydable devient insuffisamment malléable, et il est préférable de recommencer la phase d'échauffement selon la figure 2, puis de recommencer une phase de frappe de la figure 3 lorsque la température appropriée est à nouveau atteinte, la zone 1d à façonner produisant à nouveau un rayonnement de couleur blanche indiquant que sa température est de 1 200°C à 1 580°C. 85FDEP.doc 6 On réitère les phases des figures 2 et 3 jusqu'à obtenir la forme définitive de la barre 1. Lorsque la forme définitive a été obtenue, après refroidissement, on peut avantageusement réaliser une étape de décapage de finition, par électrolyse dans un bain d'électrolyse approprié. Le traitement d'électrolyse élimine les impuretés de surface de l'élément formé, fait ressortir le chrome de l'acier inoxydable, et donne à l'élément formé un aspect brillant. Avec ou sans étape de décapage de finition par électrolyse, il est préférable d'éviter d'incruster dans la surface de la barre 1 en acier inoxydable des particules de fer oxydable. Pour cela, on évite d'utiliser des outils de frappe tels que l'enclume 2 et le marteau 3 en fer doux ou en acier ordinaire, et l'on utilise de préférence des outils de frappe tels que l'enclume 2 et le marteau 3 dont au moins la surface active au contact de la barre 1 est en acier inoxydable. Selon l'invention, un élément de métallerie en acier inoxydable est ainsi caractérisé par la présence de volutes dont au moins un tronçon d'extrémité est façonné selon un motif étiré tel qu'illustré sur la figure 4, ou selon un motif à noyau tel qu'illustré sur la figure 5, ou selon un motif écrasé tel qu'illustré sur la figure 6. Dans le motif étiré illustré sur la figure 4, la barre 1 en acier inoxydable présente un tronçon d'extrémité ayant une épaisseur e qui décroît en direction de l'extrémité 1 e, et ayant une largeur L sensiblement constante jusqu'à l'extrémité 1 e. L'épaisseur e peut décroître jusqu'à une valeur inférieure à 0,5 mm, ce qui n'est pas possible par les techniques habituelles de formage d'acier inoxydable. Dans le cas d'une volute à extrémité façonnée selon un motif à noyau, illustré sur la figure 5, le noyau présente, en vue de face, un tronçon d'extrémité ayant une épaisseur el accrue, et son contour C est arrondi. Dans le cas d'un élément de métallerie dont la volute présente un motif écrasé illustré sur la figure 6, l'épaisseur e décroît progressivement jusqu'à l'extrémité 1 e comme dans le mode de réalisation précédent de la figure 4, et simultanément la largeur L s'accroît jusqu'à l'extrémité 1 e, jusqu'à atteindre une valeur L1 supérieure à L. Pour réaliser un produit complet de ferronnerie d'art à plusieurs éléments de métallerie en acier inoxydable tels que ci-dessus, les éléments sont assemblés par soudage ou vissage. Il est préférable d'exécuter une opération de finition par décapage et/ou peinture après assemblage. Le décapage peut être réalisé par les techniques décrites ci-dessus en ce qui concerne la finition des éléments de métallerie isolés.
SI85PDEP.doc 7 La présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui ont été explicitement décrits, mais elle en inclut les diverses variantes et généralisations contenues dans le domaine des revendications ci-après.
Claims (6)
1 ù Elément de métallerie en acier inoxydable, caractérisé en ce qu'il comprend des volutes dont au moins un tronçon d'extrémité est façonné selon un motif étiré, ou un motif à noyau, ou un motif écrasé.
2 ù Elément de métallerie selon la revendication 1, caractérisé en ce que le motif étiré présente, en vue de face, un tronçon d'extrémité ayant une épaisseur (e) qui décroît en direction de l'extrémité (le), et ayant une largeur (L) sensiblement constante.
3 ù Elément de métallerie selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'épaisseur (e) du motif étiré décroît jusqu'à une valeur inférieure à 0,5 mm.
4 ù Elément de métallerie selon la revendication 1, caractérisé en ce que le motif à noyau présente, en vue de face, un tronçon d'extrémité ayant une épaisseur (el) accrue.
5 ù Elément de métallerie selon la revendication 4, caractérisé en ce 15 que le tronçon d'extrémité du motif à noyau présente, en vue de face, un contour (C) arrondi.
6 ù Elément de métallerie selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tronçon d'extrémité du motif écrasé présente, en vue de face, une épaisseur (e) qui décroît et une largeur (L) qui croît en direction de l'extrémité (1 e). 20 7 ù Elément de métallerie selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il présente un aspect de surface brillant chromé. 8 ù Elément de métallerie selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'acier inoxydable est un acier austénitique, de nuance X5CrNi18 10 (304 selon la norme ANSI, ou 1 4301 selon la norme Euronorm 25 EN 10088-1), ou de nuance X2CrNi18 9 (304 L selon la norme ANSI, ou 1 4307 selon la norme Euronorm EN 10088-1), ou de nuance X2CrNiMo17 12 2 (316 L selon la norme ANSI, ou 1 4404 selon la norme Euronorm EN 10088-1). 9 ù Procédé de réalisation d'un élément de métallerie selon les revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une étape de 30 forgeage à chaud d'une barre (1) à section rectangulaire (1 a), carrée (1 b) ou ronde (1c), en acier inoxydable. 10 ù Procédé de réalisation d'un élément de métallerie selon la revendication 9, caractérisé en ce que, lors de ladite au moins une étape de forgeage à chaud, un tronçon (1d) de la barre (1) en acier inoxydable est chauffé 35 au blanc, puis rapidement façonné en volute par frappe au marteau (3) sur une enclume (2) tant qu'il n'atteint pas la couleur jaune orangé.85FDEP.doc 9 11 ù Procédé de réalisation d'un élément de métallerie selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'on réitère l'étape d'échauffement au blanc puis de façonnage par frappe jusqu'à obtenir la volute définitive. 12 ù Procédé de réalisation d'un élément de métallerie selon l'une quelconque des revendications 9 à 11, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape de décapage de finition par électrolyse, ou par décapage et brossage, ou par sablage, et éventuellement une étape de peinture. 13 ù Procédé de réalisation d'un élément de métallerie selon l'une quelconque des revendications 9 à 12, caractérisé en ce que les outils de forge tels que l'enclume (2) et le marteau (3) comportent des surfaces de frappe en acier inoxydable.
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