FR2951097A1

FR2951097A1 - Procede de fabrication d'un composant structurel pour vehicule a moteur, barre de plaque pour moulage a chaud et composant structurel

Info

Publication number: FR2951097A1
Application number: FR1058303A
Authority: FR
Inventors: Armin Zuber; Andreas Frehn
Original assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Current assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Priority date: 2009-10-14
Filing date: 2010-10-12
Publication date: 2011-04-15
Anticipated expiration: 2030-10-12
Also published as: IT1402633B1; US9200358B2; JP2011136369A; ITRM20100534A1; DE102009049398B3; US20110120596A1; FR2951097B1; DE102009049398C5; JP5388984B2

Abstract

La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un composant structurel d'un véhicule à moteur, une barre de plaque étant chauffée, amenée à une matrice à l'état chauffé et façonnée dans la matrice. Le procédé est caractérisé en ce que la barre de plaque est soumise à un procédé de nitruration avant le façonnage. En outre, l'invention concerne une barre de plaque pour moulage à chaud pour la fabrication d'un composant structurel de véhicule à moteur, la surface de ladite barre de plaque ayant une couche nitrurée. Enfin, la présente invention concerne un composant structurel d'un véhicule à moteur, fabriqué par moulage à chaud, à partir d'une barre de plaque ayant une couche nitrurée.

Description

PROCEDE DE FABRICATION D'UN COMPOSANT STRUCTUREL POUR VEHICULE A MOTEUR, BARRE DE PLAQUE POUR MOULAGE A CHAUD ET COMPOSANT STRUCTUREL La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un composant structurel pour véhicule à moteur, une barre de plaque pour le moulage à chaud ainsi qu'un composant structurel pour un véhicule à moteur. Pour la fabrication de composants structurels pour la carrosserie automobile ou d'un châssis de véhicule à moteur, il est possible d'utiliser soit un processus de moulage à froid ou un processus de moulage à chaud.

L'avantage d'un processus de moulage à chaud, dans lequel la barre de plaque, qui doit être façonnée, est chauffée jusqu'à une température d'austénitisation et est ensuite façonnée dans une matrice, est la résistance accrue qui peut être obtenue par rapport aux composants structurels moulés à froid. En outre, avec le moulage à chaud du composant structurel, la flexion élastique en arrière est inférieure à celle du moulage à froid et donc la précision des dimensions est supérieure.

Toutefois, lorsque l'utilisation de plaques conventionnelles consiste à utiliser des matériaux pouvant être traités thermiquement, il existe des inconvénients avec le moulage à chaud. La barre de plaque doit être transportée à la matrice après le traitement dans le four. Si ce transport n'est pas réalisé sous un gaz protecteur mais sous une atmosphère normale, la formation d'une couche de calamine sur la plaque aura lieu, du fait du contact avec l'air. Pour des processus de moulage ou de façonnage dans des matrices, la couche de calamine agira ensuite comme un milieu abrasif et augmentera donc l'usure de l'outil.

Cela provoque des coûts de maintenance accrus et potentiellement des rebuts accrus. En outre, le composant devra ensuite être soufflé, quand la calamine agit contre le laquage.

Pour empêcher la formation de calamine, dans le brevet DE 103 50 885 B4 par exemple, le revêtement d'une barre de plaque, en particulier par une aluminisation par immersion à chaud d'une barre de plaque, est décrit. Un inconvénient de ce revêtement est qu'il ne représente pas une véritable protection contre la corrosion mais offre simplement une bonne condition préliminaire pour un laquage successif de composants durcis à la presse. Un autre problème est que la température pour l'austénitisation dans le four doit être ajustée, de sorte qu'elle soit toujours inférieure au point de fusion du revêtement. Le point de fusion du revêtement, toutefois, change en permanence à des températures supérieures, de sorte que les exigences en matière de contrôle de la température sont accrues. L'objet de la présente invention consiste donc à proposer une possibilité de fabrication d'un composant structurel pour un véhicule à moteur, dans lequel, avec une faible usure d'outils, des composants structurels ayant une bonne qualité de composant puissent être facilement fournis. L'invention est basée sur la découverte selon laquelle cet objet peut être atteint, en soumettant la barre de plaque à un traitement de surface avant le moulage à chaud. Dans ce contexte, le traitement de surface est compris comme étant un traitement thermochimique de la barre de plaque. En particulier, un traitement de la barre de plaque est utilisé comme traitement de surface, dans lequel la barre de plaque est exposée à un gaz, de sorte que les propriétés de la surface de ladite barre de plaque changent. Contrairement à un revêtement, où le matériau de revêtement est appliqué à la surface, le traitement de surface provoque un changement dans la surface de la barre de plaque elle-même. Selon un premier aspect, la présente invention concerne donc un procédé pour la fabrication d'un composant structurel d'un véhicule à moteur, dans lequel une barre de plaque est chauffée, est amenée à une matrice à l'état chauffé et est façonnée dans la matrice. Le procédé est caractérisé en ce que la barre de plaque est soumise à un processus de nitruration avant le façonnage dans la matrice. Des composants de carrosserie automobile ou du châssis d'un véhicule à moteur, qui peuvent absorber l'énergie de l'impact en cas de collision, sont appelés composants structurels. Ces composants structurels diffèrent des autres composants du châssis, qui doivent résister à la charge dynamique, qui survient du fait du mouvement du véhicule à moteur. Au contraire, les composants structurels servent entre autres à convertir l'énergie de l'impact en énergie de déformation, en cas d'impact d'un véhicule à moteur avec un objet différent. Les composants structurels des véhicules à moteur sont par exemple les pare-chocs, les capots moteurs, les composants de protection contre l'impact latéral, les colonnes A, B et C. Selon la présente invention, une plaque métallique en feuille, qui est découpée à partir d'une bobine ou d'un métal en feuille pour traitement ultérieur, est considérée comme étant une barre de plaque. En particulier, une barre de plaque est poinçonnée ou découpée dans une feuille de métal. La barre de plaque peut ici avoir une épaisseur de matériau constante sur la zone. Il est toutefois également possible d'utiliser une barre de plaque ayant des épaisseurs de matériau différentes. La plaque est de préférence chauffée dans un four. Le chauffage, selon la présente invention, est de préférence considéré comme étant une augmentation de la température de la barre de plaque jusqu'à une température, supérieure à la température d'austénitisation Act du matériau de la barre de plaque. La matrice à laquelle la plaque est amenée à l'état chauffé, à savoir après chauffage dans le four, est de préférence un outil de presse, qui peut être refroidi. Le façonnage dans la matrice est également appelé moulage à chaud. Le refroidissement dans la matrice est de préférence suffisamment rapide pour former une structure martensitique. En cas de refroidissement de la barre de plaque dans la matrice, le façonnage dans ladite matrice est également appelé durcissage à la presse. La résistance d'un composant structurel fabriqué par moulage à chaud, en particulier par durcissage à la presse, peut être accrue par rapport aux composants structurels, qui sont fabriqués par un moulage à froid des aciers de moulage à froid. Donc, une réduction de l'épaisseur de matériau du composant structurel devient possible et ainsi une économie de poids des constructions est possible. Un autre avantage par rapport au moulage à froid est en outre la flexion élastique en arrière réduite du composant structurel après le moulage.

De manière surprenante, il s'est avéré qu'un traitement de surface, en particulier un durcissage de surface de la barre de plaque par nitruration, dans un tel procédé de fabrication avec chauffage et façonnage successif de la barre de plaque chauffée, fournissait des avantages inattendus en matière de procédé de fabrication et de qualité de composant. Le procédé de nitruration, qui sera également appelé nitruration ci-après, comprend l'exposition de la barre de plaque à un gaz contenant de l'azote ou à un milieu différent contenant de l'azote. Le traitement de nitruration peut être réalisé dans un four à chambre ou dans un four continu. Au moyen de la nitruration de la barre de plaque, une couche de composé superficiel très dure est formée sur les surfaces de la barre de plaque par la diffusion de l'azote dans celle-ci. Sous la couche de composé, une zone dite de diffusion est formée, dans laquelle l'azote est compris jusqu'à une certaine profondeur dans la matrice métallique de la structure de base, par exemple la matrice de métal ferritique. Il est toutefois également possible de nitrurer la barre de plaque, de façon à éviter la formation d'une couche de composé. La nitruration est réalisée normalement à des températures de 400-600 °C. En outre, la nitruration est généralement réalisée sous vide, de sorte qu'une surface de barre de plaque dénuée d'oxydes soit formée et donc qu'un traitement de soufflage successif des surfaces avant le traitement de laquage puisse être omis. Cela permet d'obtenir une réduction de la chaîne de traitement et donc une optimisation des coûts. La couche de nitruration empêche en outre le calaminage pendant le transport de la barre de plaque à la matrice et donc réduit l'usure de l'outil. En outre, un revêtement de protection contre la corrosion supplémentaire potentielle n'est pas nécessaire, car la couche nitrurée est déjà suffisamment résistante à la corrosion. Selon la présente invention, la nitruration de la 35 barre de plaque peut par exemple être réalisée par nitruration au gaz ou nitruration au plasma, qui est également appelée ionitruration. Un avantage spécifique de la nitruration au plasma et de la nitruration au gaz est qu'un après-traitement de la barre de plaque nitrurée n'est pas nécessaire. Ainsi, une optimisation ultérieure du procédé, par rapport aux procédés tels que la nitruration en bain, peut être obtenue. Selon la présente invention, la nitruration au plasma est réalisée, et ainsi le temps de traitement pendant la nitruration peut être raccourci. Avec la nitruration au plasma, la nitruration de la barre de plaque est réalisée dans une atmosphère de gaz ionisé. De préférence, une couche nitrurée typique est appliquée sur les surfaces de la barre de plaque avant le façonnage de ladite barre de plaque. La couche nitrurée est caractérisée par une résistance particulière à la corrosion, une résistance au calaminage et une aptitude au façonnage. Selon la présente invention, le procédé de nitruration est réalisé avant le façonnage de la barre de plaque. Selon un mode de réalisation, le procédé de nitruration est réalisé avant l'introduction de la barre de plaque dans le four. En variante, il est toutefois possible que la barre de plaque soit amenée au procédé de nitruration après le chauffage à la température d'austénitisation. La barre de plaque façonnée selon l'invention peut être introduite dans le traitement final immédiatement après le moulage à chaud. Ce traitement final immédiat peut par exemple être le laquage du composant structurel. Un tel traitement final immédiat, après le moulage à chaud, est possible avec le procédé de l'invention, car le calaminage ne survient pas pendant le transport de la barre de plaque à la matrice ou dans la matrice. Un soufflage des composants structurels après façonnage peut donc être omis avec le procédé selon l'invention. L'application d'une couche anticorrosion n'est pas non plus nécessaire avec le procédé selon l'invention. La couche de diffusion et potentiellement la couche de composé qui se forment pendant la nitruration empêchent également la corrosion après le façonnage. Donc, le nombre d'étapes de traitement requises dans le procédé de fabrication est minimisé.

La barre de plaque qui est utilisée avec le procédé selon l'invention peut être constituée d'un acier à traitement thermique. Il a été démontré que même avec ces aciers, une protection suffisante contre le calaminage et la corrosion pouvait être atteinte par nitruration. L'utilisation d'acier micro-allié comme matériau pour la barre de plaque, qui est façonnée, selon le procédé de l'invention, en un composant structurel, est également possible. Un autre matériau potentiel dont la barre de plaque peut être faite est un alliage d'acier 22MnB5 Puisque des aciers conventionnels peuvent être utilisés dans le procédé de l'invention ou peuvent être utilisés comme matériau pour la barre de plaque de l'invention, les coûts de fabrication d'un composant structurel ne sont pas influencés négativement. En outre, ces matériaux, par rapport aux aciers de nitruration, présentent l'avantage que leurs coûts de fabrication sont inférieurs et en outre une teneur en carbone inférieure est présente, moyennant quoi l'aptitude au façonnage, en particulier la soudabilité, du produit final reste possible. Selon un mode de réalisation, le procédé selon l'invention est un procédé continu. Un procédé continu dans ce contexte doit être compris comme un procédé pour la production en série de composants structurels, dans lequel les temps de cycle des étapes de traitement individuelles sont mutuellement adaptés. Ici, le procédé de fabrication est intégré comme une chaîne de production, de sorte que les produits, qui ont achevé une étape dudit procédé, sont immédiatement transmis à la prochaine étape de traitement. L'avantage de ce procédé réside dans une optimisation des coûts, qui existe du fait que l'exigence d'un long stockage intermédiaire est éliminée. En outre, le temps de cycle du procédé de fabrication, qui est utilisé avec des procédés de fabrication conventionnels des composants structurels, ne doit pas être prolongé du fait de la courte durée du traitement de nitruration. La nitruration, en particulier la nitruration au plasma, peut plutôt être comprise dans le procédé de fabrication sans modifier les temps de cycle. Selon un autre aspect, la présente invention concerne une barre de plaque pour moulage à chaud pour la fabrication d'un composant structurel d'un véhicule à moteur. La barre de plaque est caractérisée en ce que la surface de ladite barre de plaque a une couche nitrurée. En utilisant une telle barre de plaque dans le moulage à chaud, en particulier dans le durcissage à la presse, le calaminage de ladite plaque peut être évité. La barre de plaque selon l'invention peut être réalisée en acier micro-allié ou en acier traité thermiquement. La barre de plaque peut par exemple consister en un acier 22MnB5. Ainsi, les coûts de fabrication de ladite barre de plaque sont minimisés. De préférence, la barre de plaque est une barre de plaque pour la fabrication d'un pare-chocs, d'un capot moteur, d'un composant de protection contre l'impact latéral ou d'une colonne A, B ou C.

Selon un autre aspect, l'invention concerne un composant structurel d'un véhicule à moteur, caractérisé en ce qu'il est fabriqué par le procédé de fabrication selon l'invention. En particulier, le composant structurel est réalisé à partir d'une barre de plaque traitée en surface, en particulier nitrurée. Un acier dont la barre de plaque pour le procédé selon l'invention et la barre de plaque selon l'invention, respectivement, peuvent être constituées est par exemple l'acier traité thermiquement distribué par la société Benteler AG sous le nom commercial BTR 165. Outre le fer et les contaminants dus à la fusion, l'acier qui est utilisé comme matériau de départ peut par exemple avoir une des trois distributions des éléments d'alliage en pourcentage en poids indiquées dans le tableau 1. C Si Mn P S Al B Cr Ti Mo Cu Ni 1 0,18- 0,1- 1,0- Max. Max. 0,01- 0,0015- Max. 0,02- Max. - - 0,3 0,7 2,5 0,025 0,01 0,06 0,005 0,08 0,05 0,5 2 0,23- 0,15- 1,10- Max. Max. 0,02- - 0,10- 0,03- 0- - - 0,27 0,50 1,40 0,025 0,01 0,06 0,35 0,05 0,35 3 0,22- 0,20- 1,20- Max. Max. 0,02- 0,0020- 0,10- 0,020- Max. Max. Max. 0, 25 0, 30 1, 40 0, 020 0, 01 0, 06 0, 0035 0, 20 0, 050 0, 35 0, 10 0, 30 0 Tableau 1 Selon un mode de réalisation, la barre de plaque est réalisée en un acier qui est constitué, en pourcentage en poids, de : Carbone (C) : 0,22 à 0,25 % Silicium (Si) : 0,10 à 0,50 % Manganèse (Mn) : 1,00 à 2,50 % Phosphore (P) : max. 0,025 % Soufre (S) : max. 0,010 % Aluminium (Al) : 0,010 à 0,060 % Bore (B) : 0,0015 à 0,005 % Chrome (Cr) : 0,10 à 0,80 % Titane (Ti) : 0,020 à 0,050 % Molybdène (Mo) : max. 0,50 % Cuivre (Cu) : max. 0,10 % 0 Nickel (Ni) : max. 0,30 % 0 Reste : fer et contaminants dus à la fusion.

Il a été prouvé qu'avec ces alliages, respectivement, un durcissage de la surface pendant la nitruration pouvait être atteint, ce qui offre, en particulier pour les composants structurels d'un véhicule à moteur, une protection suffisante contre le calaminage et contre la corrosion. En outre, l'alliage d'acier peut être fabriqué à bas prix et, en particulier du fait de la faible teneur en carbone, il peut être soudé. Il faut noter que, contrairement à la composition d'alliage indiquée, les formeurs de nitrure (Al, Ti, V, Mo, Cr) peuvent chacun être alliés individuellement ou en combinaison les uns avec les autres. Les alliages d'acier mentionnés qui peuvent être utilisés dans le procédé de l'invention sont en particulier caractérisés par la faible teneur en carbone, par les formeurs de nitrure (Al, Ti, V, Mo, Cr) contenus dans l'alliage respectif en quantités adaptées, par la bonne aptitude au façonnage de l'acier, contenant ces compositions, ainsi que par le faible prix de l'acier et enfin par la disponibilité des matériaux de départ. Les avantages et caractéristiques décrits relativement au procédé, sont également valables - dans la mesure où ils s'appliquent - pour la plaque en feuille de l'invention et le composant structurel de l'invention et inversement. En outre, les avantages et caractéristiques qui sont décrits relativement à un mode de réalisation, sont également valables pour d'autres modes de réalisation, sans qu'il soit nécessaire que ceux-ci présentent toutes les caractéristiques de l'autre mode de réalisation respectif. La présente invention a un certain nombre d'avantages. Tout d'abord l'usure de l'outil est réduite car la formation de calamine due à la couche nitrurée n'a pas lieu, pendant le transport vers la matrice. En outre, une qualité de composant constante peut être fournie, car la forme du composant structurel est obtenue par moulage à chaud et la flexion élastique en arrière est donc réduite, par rapport aux composants structurels moulés à froid. En outre, les rebuts sont minimisés et les coûts sont réduits par la réduction des étapes de traitement, par exemple l'omission du traitement de soufflage du composant avant le laquage. En outre, d'autres systèmes de protection contre la corrosion peuvent être omis. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour autant sortir du cadre de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'un composant structurel pour un véhicule à moteur, dans lequel une barre de plaque est chauffée, est amenée à une matrice à l'état chauffé et est façonnée dans la matrice, caractérisé en ce qu'avant le façonnage, la barre de plaque est soumise à un procédé de nitruration.
2. Procédé de fabrication selon la revendication 1, caractérisé en ce que le procédé de nitruration est une nitruration au plasma.
3. Procédé de fabrication selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le procédé de nitruration est réalisé avant l'amenée de la barre de plaque au four.
4. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la barre de plaque façonnée est amenée au traitement final immédiatement après le moulage à chaud.
5. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la barre de plaque est réalisée en un acier pouvant être traité thermiquement.
6. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la barre de plaque est réalisée en acier 22MnB5.
7. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le procédé est un procédé continu.
8. Barre de plaque à mouler à chaud pour la fabrication d'un composant structurel d'un véhicule à moteur, caractérisé en ce que la surface de la barre de plaque a une couche nitrurée.
9. Barre de plaque selon la revendication 8, caractérisée en ce que ladite barre de plaque estréalisée en acier micro-allié ou en acier pour traitement thermique.
10. Barre de plaque selon l'une quelconque des revendications 8 ou 9, caractérisée en ce qu'il s'agit d'une barre de plaque pour un pare-chocs, un capot moteur, un composant de protection contre l'impact latéral, ou une colonne A, B ou C.
11. Composant structurel d'un véhicule à moteur, caractérisé en ce qu'il est fabriqué par moulage à chaud à partir d'une barre de plaque ayant une couche nitrurée.
12. Composant structurel selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il est fabriqué selon un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 et/ou à partir d'une barre de plaque selon l'une quelconque des revendications 8 à 10.