FR3001738B1

FR3001738B1 - Procede de fabrication d'un composant d'essieu de vehicule automobile

Info

Publication number: FR3001738B1
Application number: FR1400311A
Authority: FR
Inventors: Andreas Frehn; Ralf Ilskens; Dominik Howekenmeier; Jeffrey M Hatt
Original assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Current assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Priority date: 2013-02-05
Filing date: 2014-02-04
Publication date: 2019-11-08
Anticipated expiration: 2034-02-04
Also published as: US9475107B2; DE102014101318A1; US20140216124A1; FR3001738A1

Abstract

Procédé de fabrication d'un composant d'essieu de véhicule automobile Ledit procédé comprend les étapes suivantes : - préparation d'un ruban en un acier durcissable ; - laminage à chaud, puis à froid dudit ruban avec un taux d'écrouissage supérieur à 4 % ; - recuit dudit ruban à une température de 600 °C à 800 °C, durant une période comprise entre 10 heures et 20 heures ; - sectionnement dudit ruban traité thermiquement, pour obtenir des flans prédécoupés ; - mise en forme d'un flan, pour obtenir un composant d'essieu de véhicule automobile ; et - austénitisation et trempe dudit composant d'essieu, lequel présente, au moins dans une région de sa surface, un indice de taille de grains supérieur à 9 suivant la norme ASTM-E 112.

Description

PROCEDE DE FABRICATION D'UN COMPOSANT D'ESSIEU DE VEHICULE

AUTOMOBILE

La présente invention se rapporte à un procédé de fabrication d'un composant d'essieu de véhicule automobile, en particulier d'un essieu composite à poutre de torsion. D'après l'état de la technique, il est connu de fabriquer notamment des composants d'essieux de véhicules automobiles en des aciers. A cet effet, d'après l'art antérieur, il est par exemple connu d'usiner tout d'abord un ruban d'acier par des techniques de laminage, et de procéder ensuite au formage d'un composant d'essieu de véhicule automobile à partir dudit ruban. A cette fin, ledit ruban est sectionné à longueur pour être ensuite transformé par des techniques de formage, par exemple par déformation à la presse ou par emboutissage profond, en un bras oscillant se présentant comme une coque de bras oscillant. Il est pareillement connu à cet effet, dans l'art antérieur, d'amener directement le ruban d'acier à la forme d'un corps tubulaire, voire de sectionner ledit ruban à longueur, dans un premier temps, puis de former un corps tubulaire à partir du flan en tôle prédécoupé mis à longueur. Ledit corps est soudé, en particulier par des joints de soudure longitudinaux, et soumis à une opération de formage supplémentaire produisant, par exemple, un profilé de torsion matérialisant l'entretoise transversale d'un essieu composite à poutre de torsion. Il est également possible de fabriquer, de cette manière, des stabilisateurs de véhicules automobiles.

Cela autorise, en particulier, la fabrication de profilés de torsion fermés d'un essieu arrière composite à poutre de torsion, impliquant tout d'abord l'exécution d'une opération de soudage tubulaire en continu à partir d'un ruban d'acier laminé à chaud, suivie d'une normalisation à environ 900 °C. Au cours d'une opération consécutive de formage à froid, le tube ainsi produit est ensuite amené à la forme souhaitée en vue de l'usinage ultérieur pour obtenir ledit essieu. Une austénitisation est effectuée dans l'enchaînement, le profilé de torsion ainsi fabriqué étant au préalable chauffé jusqu'à environ 900 °C, et durci ensuite par un refroidissement rapide, si bien que l'austénite est transformée en martensite. Un revenu à des températures d'environ 200 °C à 500 °C peut encore avoir lieu, dans la continuité du processus de durcissement, en fonction de propriétés préétablies. L'on obtient alors un élément structurel renfermant, pour une part prépondérante, de la martensite revenue pouvant présenter une décarburation tributaire de l'atmosphère de recuit. L'élément structurel ainsi fabriqué possède une haute dureté, moyennant une ductilité acceptable. Toutefois, étant donné qu'un composant d'essieu de véhicule automobile, en particulier un élément constitutif du train de roulement, est exposé à une forte sollicitation alternée prolongée, ainsi qu'à une forte sollicitation à la flexion pendant sa durée d'utilisation, il peut néanmoins survenir une fatigue du matériau, notamment une apparition de fissures dans la région marginale. Le composant d'essieu, en particulier l'essieu du véhicule automobile, serait alors détérioré et devrait être remplacé après contrôle technique. D'après l'état de la technique, il est connu d'employer des matériaux de gamme supérieure associés à des procédés d'usinage plus complexes, en particulier des procédés de post-traitement thermique, ce qui induit cependant, d'une certaine manière, des coûts de production nettement accrus. Toutefois, un accroissement des coûts de production est parfois dénué de rentabilité dans les classes de véhicules notamment équipés d'un essieu composite à poutre de torsion.

En conséquence, la présente invention a pour objet de fournir un procédé de fabrication permettant, de manière pécuniairement rentable, de produire des composants d'essieux de véhicules automobiles offrant les propriétés de solidité requises et possédant une espérance de longévité nettement accrue.

Le procédé conforme à l'invention, dévolu à la fabrication d'un composant d'essieu de véhicule automobile et en particulier d'un essieu composite à poutre de torsion, est caractérisé par les étapes opératoires suivantes : préparation d'un ruban métallique en un acier durcissable ; laminage à chaud dudit ruban métallique, et laminage à froid consécutif avec un taux d'écrouissage supérieur à 4 % ; recuit à une température de 600 °C à 800 °C, notamment de 650 °C à 750 °C durant une période comprise entre 10 heures et 20 heures, en particulier entre 13 heures et 17 heures ; sectionnement dudit ruban métallique traité thermiquement, pour obtenir des flans prédécoupés en tôle ; mise en forme d'un flan prédécoupé, en vue d'obtenir un composant d'essieu de véhicule automobile ; et austénitisation et trempe dudit composant d'essieu, lequel présente, au moins dans une région de sa surface, un indice de taille de grains supérieur à 9 suivant la norme ASTM-E 112.

Conformément à l'invention, il est prévu que le ruban métallique en un acier durcissable soit non pas exclusivement laminé à chaud, mais soumis une nouvelle fois à un post-laminage à froid, à l'issue dudit laminage à chaud. Dans ce cas, il conviendrait que le laminage à froid présente un taux d'écrouissage excédant 4 % une fois encore. Il convient alors d'opter en particulier, concernant ledit laminage à froid, pour un taux d'écrouissage compris entre 4 % et 50 %, notamment entre 4 % et 40 %, et entre 4 % et 20 % avec préférence toute particulière.

Dans le cadre de l'invention, par l'expression "laminage à chaud", il convient d'entendre un laminage au cours duquel l'élément structurel à laminer se situe au-delà de la température de recristallisation, et l'expression "laminage à froid" doit être perçue comme un laminage durant lequel ledit élément se situe en deçà de ladite température. En présence d'alliages d'acier utilisés conformément à l'invention, la température de recristallisation est de préférence comprise entre 500 °C et 650 °C.

Dans la continuité du laminage à froid succédant au laminage à chaud, le matériau ainsi produit par des techniques de laminage est traité thermiquement par recuit à une température comprise entre 600 °C et 800 °C, de 10 heures à 20 heures durant ; de préférence comprise entre 650 °C et 750 °C durant une période comprise entre 13 heures et 17 heures ; et, avec préférence toute particulière, d'environ 700 °C durant une période de 15 heures. Cela se solde par la suppression des solidifications apparues au cours du laminage à froid, et par l'instauration d'une structure du matériau nettement plus fine. A l'issue du traitement thermique, il s'opère un sectionnement du ruban métallique ciblant l'obtention de flans prédécoupés en tôle. Dans le cadre de l'invention, il serait également possible de procéder au sectionnement à l'issue du laminage à froid et préalablement au traitement thermique par recuit. Un flan prédécoupé est ensuite amené à la forme du composant d'essieu de véhicule automobile. En fonction de l'exigence mécanique imposée à l'élément structurel, il est possible qu'une opération de trempe et de revenu ait encore lieu à l'issue de l'opération de formage. Cette opération de trempe et de revenu est notamment effectuée par austénitisation, suivie d'un durcissement par trempe de l'élément structurel à l'état fabriqué. A cet effet, ledit élément est notamment chauffé jusqu'à une température d'environ 900 °C, et excédant 900 °C en particulier. Ledit élément présente, dans une région de sa surface, un indice de taille de grains supérieur à 9 suivant la norme ASTM-E 112. La région précitée fait alors référence à une région marginale pénétrant dans le matériau jusqu'à une profondeur d'environ 0,5 mm à partir de la surface. La taille des grains du matériau est déterminée, en soi, à l'aide de la formule de détermination de l'indice G de taille des grains de métaux, conformément à la norme ASTM. Ledit indice G est également désigné par "indice granulométrique ASTM", une formule de calcul étant exposée, à cet égard, au paragraphe C.3 de l'annexe C de la norme DIN EN ISO 643:2003 (D), ainsi que dans la norme ASTM-E 112. L'indice granulométrique ASTM peut alors être déterminé en conformité avec le procédé à segment intercepté, ou avec le procédé de comptage.

En variante, il est également possible de déterminer le nombre des grains au mm2, auquel cas il conviendrait que plus de 4 000 grains soient répartis par mm2, et la structure est instaurée de façon telle que plus de 4 000 grains au mm2 soient >y présents dans la région de la surface. Au moins 3 000 grains au mm représenteraient une valeur limite inférieure devant être respectée au minimum.

Conformément à l'invention, l'austénitisation et le durcissement consécutif par trempe engendrent en particulier, dans la région de la surface du composant d'essieu, une structure combinée de martensite, de bainite et de ferrite qui possède, en comparaison avec le procédé de fabrication connu d'après l'art antérieur et impliquant majoritairement de la martensite revenue, une dureté légèrement réduite mais contrebalancée, toutefois, par une espérance de longévité nettement augmentée. L'opération de laminage à froid, exécutée en amont conformément à l'invention, a respectivement pour effet de compenser ou d'éviter des anomalies affectant la structure du matériau, notamment dans la région de la surface, et pouvant par exemple être provoquées par l'opération de laminage à chaud.

Dans le cadre de l'invention, il est particulièrement avantageux que le ruban métallique usiné par des techniques de laminage, à savoir le ruban résultant du laminage à chaud et du laminage à froid, soit transformé en un tube, ledit ruban mis en forme se présentant notamment comme un tube soudé longitudinalement en étant facultativement soumis à un procédé d'assemblage thermique, par exemple un soudage à haute fréquence ou un soudage au laser. Le produit tubulaire semi-fini, ainsi fabriqué, est ensuite soumis au traitement thermique par recuit et peut, avant ou après ledit traitement, être débité aux longueurs de tube conséquemment souhaitées. Le traitement thermique de recuit a pour résultats de normaliser le tube et notamment d'homogénéiser la structure, dans la région de la zone d'influence thermique et du joint de soudure longitudinal proprement dit, avec la structure de la partie restante dudit tube. Dans ce cas, la normalisation ou le recuit de normalisation est respectivement effectué(e), en particulier, à une température située au-dessus du point AC1, de préférence à une température de 800 °C à 950 °C, et de 880 °C à 910 °C avec préférence toute particulière. Le tube normalisé est mis en forme à froid dans l'enchaînement direct, pour procurer un profilé transversal d'un essieu composite à poutre de torsion, puis subit de nouveau une austénitisation et une trempe dans la continuité du formage à froid.

Le procédé conforme à l'invention se prête, en particulier, à la fabrication d'un composant d'essieu de véhicule automobile en un acier renfermant, en pourcentage pondéral, les composants d'alliage suivants : min. max. carbone (C) 0,220 % 0,250 % manganèse (Mn) 1,200% 1,400% silicium (Si) 0,200 % 0,300 % phosphore (P) 0 % 0,020 % soufre (S) 0 % 0,005 % aluminium (Al) 0,020 % 0,050 % titane (Ti) 0,020 % 0,050 % chrome (Cr) 0,110 % 0,200 % bore (B) 0,002 % 0,0035 % molybdène (Mo) 0 % 0,100 % cuivre (Cu) 0 % 0,100 % nickel (Ni) 0 % 0, 100 %, fer et impuretés de fusion pour la part restante.

Dans le cadre de l'invention, le formage à l'issue de l'usinage par des techniques de laminage, ainsi qu'à l'issue du traitement thermique, est exécuté là encore, avec préférence particulière, sous la forme d'un procédé de formage à froid. Il est toutefois également possible, dans le cadre de l'invention, que le produit semi-fini devant être mis en forme, c'est-à-dire le flan prédécoupé en tôle ou le tube à l'état fabriqué, présente encore, à l'issue de l'opération de recuit, une chaleur résiduelle provoquée par ladite opération.

Le cadre de l'invention implique de préférence la fabrication, à partir de l'acier usiné par des techniques de laminage et soumis à traitement thermique, d'un profilé central de torsion d'un essieu composite à poutre de torsion dont les extrémités sont ensuite rattachées à des bielles oscillantes longitudinales.

Dans le cadre de l'invention, par ailleurs, il est possible que le composant d'essieu de véhicule automobile à l'état fabriqué, en particulier le profilé de torsion à l'état fabriqué, soit traité par grenaillage en surface à l'issue du traitement thermique et à l'issue du traitement par des techniques de formage, en étant bombardé par un agent de grenaillage notamment projeté à la surface. Il en résulte un accroissement de la rugosité, et une introduction de contraintes de compression résiduelles évitant une apparition de fissures dans la région de la surface. L’invention va à présent être décrite plus en détail, à titre d’exemples de réalisation préférentiels nullement limitatifs, en regard des dessins schématiques annexés sur lesquels : la figure 1 est une vue en perspective d'un essieu composite à poutre de torsion, fabriqué conformément à l'invention ; et la figure 2 est une vue en perspective d'un bras oscillant transversal fabriqué conformément à l'invention.

La figure 1 est une perspective représentant un composant d'essieu de véhicule automobile, revêtant la forme d'un essieu composite 1 à poutre de torsion. Ledit essieu 1 comporte une tubulure de torsion 2 qui occupe une position centrale, et dont les extrémités sont rattachées à des bielles oscillantes longitudinales 3. Lesdites bielles 3 et/ou ladite tubulure 2 peu(ven)t être fabriquée(s) à l'aide du procédé conforme à l'invention, les éléments structurels individuels étant ensuite reliés les uns aux autres. En variante, l'essieu 1 peut aussi être produit d'un seul tenant en appliquant le procédé de fabrication conforme à l'invention. Dans le cas de la fabrication en plusieurs pièces, les pièces individuelles peuvent, par exemple, être reliées les unes aux autres par des techniques de soudage, voire d'assemblage par complémentarité de formes.

La figure 2 illustre un composant d'essieu de véhicule automobile qui est fabriqué conformément à l'invention et revêt la forme d'un bras oscillant transversal 4. Dans ce cas, ledit bras 4 se présente comme un élément structurel monocoque et est pourvu, respectivement, de logements 6 de paliers à ses extrémités 5. Lesdits logements 6 peuvent être façonnés sur le bras 4 au cours du procédé de formage proprement dit, et recevoir ensuite des supports de pivot 7 correspondants, munis de rotules par exemple, voire également des paliers 8 caoutchouc-métal de types autres. Une douille de rattachement 9 peut aussi, par exemple, être reliée audit bras 4.

Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au procédé décrit et représenté, sans s’écarter du cadre de la présente invention.

Liste des références numériques 1 essieu composite à poutre de torsion 2 tubulure de torsion 3 bielles oscillantes longitudinales 4 bras oscillant transversal 5 extrémités du bras oscillant transversal 6 logements de paliers 7 supports de pivot 8 paliers caoutchouc-métal 9 douille de rattachement

Claims

-RE VENDIC ATIONS -

1. Procédé de fabrication d'un composant d'essieu de véhicule automobile, en particulier d'un essieu composite (1) à poutre de torsion, procédé caractérisé par le fait qu'il inclut les étapes opératoires suivantes : préparation d'un ruban métallique en un acier durcissable ; laminage à chaud dudit ruban métallique, et laminage à froid consécutif avec un taux d'écrouissage supérieur à 4 % ; recuit à une température de 600 °C à 800 °C, notamment de 650 °C à 750 °C durant une période comprise entre 10 heures et 20 heures, en particulier entre 13 heures et 17 heures ; sectionnement dudit ruban métallique traité thermiquement, pour obtenir des flans prédécoupés en tôle ; mise en forme d'un flan prédécoupé, en vue d'obtenir un composant d'essieu de véhicule automobile ; et austénitisation et trempe dudit composant d'essieu, lequel présente, au moins dans une région de sa surface, un indice de taille de grains supérieur à 9 suivant la norme ASTM-E 112.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par l'utilisation d'un acier renfermant, en pourcentage pondéral, les éléments d'alliage suivants : min. max. carbone (C) 0,220 % 0,250 % manganèse (Mn) 1,200% 1,400% silicium (Si) 0,200 % 0,300 % phosphore (P) 0 % 0,020 % soufre (S) 0 % 0,005 % aluminium (Al) 0,020 % 0,050 % titane (Ti) 0,020 % 0,050 % chrome (Cr) 0,110 % 0,200 % bore (B) 0,002 % 0,0035 % molybdène (Mo) 0 % 0,100 % cuivre (Cu) 0% 0,100% nickel (Ni) 0 % 0, 100 %, fer et impuretés de fusion pour la part restante.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que le formage, ciblant l'obtention du composant d'essieu de véhicule automobile, est exécuté sous la forme d'un procédé de formage à froid.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait qu'une structure combinée de martensite, de bainite et de ferrite est instaurée dans la région de la surface du composant d'essieu de véhicule automobile.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le ruban métallique est amené à la forme d'un tube à l'issue du laminage à chaud et du laminage à froid dudit ruban, ledit tube étant facultativement soumis à un procédé d'assemblage thermique impliquant un soudage longitudinal, puis soumis à un traitement thermique par recuit de normalisation.
6. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que le recuit de normalisation est effectué à une température de 800 °C à 950 °C, de préférence de 880 °C à 910 °C.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par la fabrication d'une tubulure de torsion (2) dédiée à un essieu composite (1) à poutre de torsion, et dont les extrémités sont rattachées à des bielles oscillantes longitudinales (3).
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le composant d'essieu de véhicule automobile, à l'état fabriqué, est bombardé par un agent de grenaillage notamment projeté à la surface.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le laminage à froid est effectué en dessous de la température de recristallisation de l'acier employé, le laminage à chaud est exécuté au-dessus de ladite température de recristallisation, et ladite température de recristallisation est de préférence comprise entre 500 °C et 650 °C.