[0001] L'invention concerne la sidérurgie, et plus précisément, la fabrication de pièces
en acier pouvant être, notamment, utilisées en construction mécanique et mises en
forme par le procédé appelé « thixoforgeage ».
[0002] Le thixoforgeage appartient à la catégorie des procédés de mise en forme des métaux
à l'état semi-solide.
[0003] Ce procédé consiste à réaliser une déformation importante sur un lopin chauffé entre
le solidus et le liquidus.
[0004] Les aciers utilisés pour ce procédé sont ceux classiquement utilisés pour la forge
à chaud, auxquels on fait si nécessaire préalablement subir une opération métallurgique
consistant à globuliser la structure primaire classiquement dendritique. En effet,
cette structure primaire dendritique n'est pas adaptée aux opérations de thixoforgeage.
Au cours du chauffage jusqu'à des températures comprises entre le solidus et le liquidus,
la micro-ségrégation existant entre les dendrites et les espaces inter-dendritiques
va entraîner la fusion de l'acier préférentiellement dans ces espaces inter-dendritiques.
Lors de l'opération de mise en forme de cet enchevêtrement de liquide et de solide,
la phase liquide va dans un premier temps être éjectée lors du début de l'application
de l'effort. Il faudra donc déformer la phase solide et un résidu de liquide en grande
partie séparé de la phase solide, ce qui entraînera une augmentation des efforts.
Pour une opération de déformation dans ces conditions le résultat obtenu est mauvais
: ségrégations importantes, défauts internes.
[0005] En revanche, lorsque le thixoforgeage est effectué sur un acier à structure globulaire
porté à l'état semi-solide par un chauffage à une température comprise entre le liquidus
et le solidus, les particules globulaires solides sont réparties de façon uniforme
dans la phase liquide. En optimisant le choix de la proportion solide/liquide, on
peut obtenir un matériau présentant une vitesse de déformation élevée sous l'effet
d'une importante contrainte de cisaillement. Il présente donc une très haute déformabilité.
[0006] Il est cependant possible, dans certains cas, d'obtenir la structure globulaire désirée
au cours du chauffage préalable au thixoforgeage, sans avoir recours à une opération
de globulisation de la structure primaire séparée. C'est le cas, notamment, lorsqu'on
opère sur des lopins issus de barres laminées provenant de blooms de coulée continue
ou de lingots. Les multiples réchauffages et les déformations importantes subies par
l'acier ont alors conduit à une structure très imbriquée et diffuse où une structure
primaire est pratiquement impossible à révéler. Elle permet d'obtenir une structure
globulaire de la phase solide pendant le chauffage préalable au thixoforgeage.
[0007] Le thixoforgeage permet ainsi, par rapport aux procédés classiques de forgeage à
chaud, de réaliser en une seule opération de déformation des pièces de géométrie complexe
pouvant présenter des parois minces (1mm ou moins), et ce avec de très faibles efforts
de mise en forme. En effet, sous l'action d'efforts externes, les aciers adaptés pour
une opération de thixoforgeage se comportent comme des fluides visqueux.
[0008] Pour les aciers de construction mécanique, dont la teneur en carbone peut varier
de 0,2% à 1,1%, la température de chauffage nécessaire à la déformation par le procédé
de thixoforgeage est, par exemple, de 1430°C + 50°C = 1480°C pour une nuance C38 (température
de solidus mesurée + 50°C pour obtenir le bon rapport phase liquide/phase solide nécessaire
à la déformation) et de 1315°C + 50°C = 1365°C pour une nuance 100Cr6.
[0009] La température de chauffage et la quantité de phase liquide formée sont des paramètres
importants du procédé de thixoforgeage. La facilité d'obtention de la « bonne » température
et l'intervalle de dispersion envisageable autour de cette température pour limiter
les variations de la quantité de phase liquide dépendent de l'intervalle de solidification.
Plus cet intervalle est grand plus il est facile de régler les paramètres de chauffage.
[0010] Par exemple, cet intervalle de solidification est de 110°C pour une nuance C38, et
de 172°C pour la nuance 100Cr6. Il est donc beaucoup plus facile de travailler avec
cette dernière nuance qui présente une température de solidus basse : 1315°C, et un
grand intervalle de solidification : 172°C.
[0011] Les températures de mise en forme très élevées, les vitesses de déformation importantes
qui sont utilisées dans le procédé de thixoforgeage, conduisent à solliciter thermiquement
les outils de déformation dans des conditions fréquemment extrêmes. Ceci conduit à
utiliser pour ces outillages des alliages avec de très hautes caractéristiques mécaniques
à chaud, ou des matériaux céramiques. Les difficultés de réalisation de certaines
géométries ou d'outils (inserts) de volumes importants et les coûts de réalisation
de ceux-ci peuvent freiner le développement du procédé de thixoforgeage.
[0012] Le but de l'invention est de proposer de nouvelles nuances d'acier mieux adaptées
au thixoforgeage que celles classiquement utilisées, en ce qu'elles permettraient
de réduire les sollicitations des outils de déformation. Ces nouvelles nuances ne
devraient pas, par ailleurs, dégrader les propriétés mécaniques des pièces obtenues.
[0013] A cet effet, l'invention a pour objet un acier pour construction mécanique, caractérisé
en ce que sa composition est, en pourcentages pondéraux :
- 0,35% ≤ C ≤ 1,2%
- 0,10% ≤ Mn ≤ 2,0%
- 0,10% ≤ Si ≤ 3,0%
- traces ≤ Cr ≤ 4,5%
- traces ≤ Mo ≤ 2,0%
- traces ≤ Ni ≤ 4,5%
- traces ≤ V ≤ 0,5%
- traces ≤ Cu ≤ 3,5% avec Cu ≤ Ni% + 0,6 Si% si Cu ≥ 0,5%
- traces ≤ P ≤ 0,200, traces ≤ Bi ≤ 0,200%, traces ≤ Sn ≤ 0,150%, traces ≤ As ≤ 0,100%,
traces ≤ Sb ≤ 0,150%, avec 0,050% ≤ P% + Bi % + Sn% + As% + Sb% ≤ 0,200%,
- traces ≤ Al ≤ 0,060%
- traces ≤ Ca ≤ 0,050%
- traces ≤ B ≤ 0,01 %
- traces ≤ S ≤ 0,0200%
- traces ≤ Te ≤ 0,020%
- traces ≤ Se ≤ 0,040%
- traces ≤ Pb ≤ 0,070%
- traces ≤ Nb ≤ 0,050%
- traces ≤ Ti ≤ 0,050%
le reste étant du fer et des impuretés résultant de l'élaboration.
[0014] Selon une variante de l'invention, sa teneur en Si est comprise entre 0,10% et 1,0%.
[0015] Le rapport Mn%/Si% est de préférence supérieur ou égal à 0,4.
[0016] L'invention a également pour objet un procédé de mise en forme à chaud d'une pièce
d'acier, caractérisé en ce que :
- on se procure un lopin d'acier de la composition précédente ;
- on lui applique éventuellement un traitement thermique lui procurant une structure
primaire globulaire ;
- on le réchauffe à une température intermédiaire entre sa température de solidus et
sa température de liquidus, dans des conditions telles que la fraction solide présente
une structure globulaire ;
- on réalise un thixoforgeage dudit lopin pour obtenir ladite pièce ;
- et on effectue un refroidissement de ladite pièce.
[0017] Ledit thixoforgeage a lieu de préférence dans une zone de températures où la fraction
de matière liquide présente dans le lopin est comprise entre 10 et 40%.
[0018] Ledit refroidissement est de préférence effectué à l'air calme.
[0019] Ledit refroidissement peut être effectué à une vitesse inférieure à celle que procurerait
un refroidissement naturel à l'air.
[0020] L'invention a également pour objet une pièce en acier thixoforgée, caractérisée en
ce qu'elle a été fabriquée par le procédé précédent.
[0021] Comme on l'aura compris, l'invention consiste essentiellement à rajouter à un acier
pour construction mécanique de composition habituelle un ou des éléments choisis parmi
le phosphore, le bismuth, l'étain, l'arsenic et l'antimoine, voire également du silicium,
dans des proportions définies. Ces modifications analytiques rendent l'acier particulièrement
bien adapté à la mise en forme de la pièce qu'il constitue par le procédé de thixoforgeage.
[0022] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, donnée en
référence à la figure 1 annexée qui montre la proportion de phase liquide dans l'acier
en fonction de la température pour un acier de référence et pour un acier selon l'invention
et à la figure 2 qui montre la même grandeur pour un autre couple acier de référence
/ acier selon l'invention.
[0023] Pour diminuer les sollicitations des outils lors du thixoforgeage et rendre celui-ci
plus facile, l'homme du métier dispose d'une première solution qui consiste, comme
on l'a dit, à abaisser les températures de travail grâce à un ajout de carbone. Cette
solution permet d'abaisser les températures de liquidus et de solidus. Elle présente
cependant l'inconvénient d'influer sensiblement sur les propriétés mécaniques de l'acier.
[0024] Les inventeurs ont imaginé qu'un effet bénéfique sur les sollicitations pouvait être
obtenu par l'ajout d'éléments présentant une forte tendance à la ségrégation aux joints
de grains. Cette forte ségrégation n'est habituellement pas recherchée. En effet,
la fusion de telles zones ségrégées à une température plus basse que le solidus, généralement
appelée température de brûlure, est néfaste aux opérations de formage à chaud classiques
: laminage et forgeage.
[0025] Pour une température de forgeage ou de laminage donnée, inférieure à la température
de solidus pour la matrice du métal à déformer, la présence de zones liquides dues
à des éléments ségrégeants à bas points de fusion, même avec de très faibles volumes
(quelques %), aux joints de grains solides, vont conduire à la désagrégation de la
matière mise en forme : c'est la partie solide qui pilote les mécanismes de déformation
pour ces procédés de mise en forme, et les efforts nécessaires à la mise en forme
conduisent à des ruptures de matière (totales ou partielles) néfastes à la réalisation
du produit et à ses propriétés. Dans le cas où la phase liquide est supérieure à 10%,
ce qui est le cas dans le thixoforgeage, le matériau est biphasé, ce qui entraîne
un comportement très différent lors de la déformation : les particules solides sont
incluses dans du liquide et s'il existe des contacts (appelés ponts) entre les particules
solides, les efforts très faibles nécessaires à leurs ruptures ne sont pas des causes
de ruine du matériau.
[0026] Dans le cas du thixoforgeage où la température de brûlure est largement dépassée,
la fusion des zones ségrégées crée des poches liquides qui favorisent et accélèrent
la formation de phase liquide au sein de l'acier. On a donc intérêt à la favoriser.
[0027] On peut ainsi obtenir la quantité de phase liquide nécessaire au bon déroulement
du thixoforgeage à une température inférieure à celle habituellement nécessaire lorsqu'on
ne procède pas à l'ajout d'au moins un des éléments phosphore, bismuth, étain, arsenic
ou antimoine lorsque la somme des teneurs en ces éléments est d'au moins 0,050%.
[0028] La somme des éléments phosphore, bismuth, étain, arsenic et antimoine ne doit pas
dépasser 0,200% pour éviter les problèmes précités ors du laminage à chaud ou du forgeage
permettant d'obtenir le lopin destiné à subir le thixoforgeage.
[0029] Bien entendu, en cas d'addition d'arsenic lors de l'élaboration du métal liquide,
toutes les précautions nécessaires doivent être prises pour que les vapeurs toxiques
dégagées soient captées de manière à ne pas intoxiquer le personnel de l'aciérie.
Dans les faits, la présence d'arsenic résulte le plus souvent de l'addition de cuivre
ou d'étain, que l'arsenic accompagne généralement à titre d'impureté. Comme l'arsenic
est un élément très fortement ségrégeant, il est nécessaire de le prendre en compte
pour s'assurer qu'en conjugaison avec les autres éléments ségrégeants, il ne conduise
pas aux effets néfastes à la transformation à chaud qui ont été cités.
[0030] La teneur en carbone des aciers selon l'invention peut varier entre 0,35% et 1,2%.
A cette condition, on peut obtenir des structures métallurgiques, des propriétés mécaniques
et des propriétés d'usage désirables pour des pièces d'acier thixoforgées utilisables
en construction mécanique. La teneur en carbone doit être choisie en fonction de l'utilisation
envisagée.
[0031] La teneur en silicium des aciers de l'invention peut varier typiquement entre 0,10
et 1,0%, mais peut aller jusqu'à 3,0% si on recherche un effet particulièrement accentué
de l'addition d'éléments ségrégeants et si le coût de l'addition massive de silicium
ne paraît pas rédhibitoire au fabricant. Comme le carbone, le silicium permet d'abaisser
les températures de solidus et de liquidus et d'élargir l'intervalle de solidification.
Il a aussi un effet synergétique sur la ségrégation des autres éléments. Il permet
également d'améliorer la fluidité du métal.
[0032] La teneur en manganèse peut être comprise entre 0,10 et 2,0%. Elle doit être ajustée
en fonction des propriétés mécaniques requises, en liaison avec les teneurs en carbone
et silicium. Elle influe relativement peu sur les températures de liquidus et de solidus.
Mais, si la fluidité est élevée à cause d'une forte teneur en silicium (par exemple
1% ou davantage), une teneur en manganèse trop faible procure au métal des propriétés
mécaniques insuffisantes au cours du refroidissement lors de la coulée continue, d'où
un risque d'apparition de fissures. De telles fissures peuvent également apparaître,
pour les mêmes raisons, lors du refroidissement suivant le thixoforgeage, d'autant
plus que les fortes variations d'épaisseur de la pièce conduisent à des écarts notables
sur les vitesses de refroidissement locales. On crée ainsi des contraintes susceptibles
de favoriser l'apparition de fissures si les propriétés mécaniques de l'acier sont
insuffisantes. Pour ces raisons, il est préférable que le rapport Mn%/Si% soit supérieur
ou égal à 0,4.
[0033] La teneur en chrome peut être comprise entre des traces et 4,5%.
[0034] La teneur en molybdène peut être comprise entre des traces et 2,0%.
[0035] La teneur en nickel peut être comprise entre des traces et 4,5%.
[0036] Le réglage des teneurs en chrome, molybdène et nickel permet d'assurer les propriétés
mécaniques des pièces réalisées : résistance à la rupture, limite d'élasticité et
résilience.
[0037] La teneur en vanadium est comprise entre des traces et 0,5%.
[0038] Pour certaines applications où la résilience n'est pas importante, cet élément permet
d'obtenir des aciers à très hautes caractéristiques mécaniques pouvant se substituer
à des aciers riches en chrome et/ou molybdène et/ou nickel, plus coûteux.
[0039] La teneur en cuivre peut être comprise entre des traces et 3,5%. Cet élément permet
d'augmenter les caractéristiques mécaniques, d'améliorer la tenue à la corrosion et
de baisser la température de solidus. Il faut noter que si le cuivre est présent en
quantités élevées (0,5% et davantage), il faut que le nickel et/ou le silicium soient
présents en quantités suffisantes pour éviter des problèmes au laminage à chaud ou
au forgeage. On considère que si Cu% ≥ 0,5%, il faut que Cu% ≤ Ni% + 0,6 Si%.
[0040] En ce qui concerne les éléments ségrégeants dont la présence est typique de l'invention,
la somme des teneurs en phosphore, bismuth, étain, arsenic et antimoine doit être
d'au moins 0,050% et ne doit pas dépasser 0,200%. Ces éléments peuvent être présents
seuls ou en combinaison. S'ils sont seuls (c'est à dire que les autres éléments de
la liste ne sont présents qu'à l'état de traces), il doit donc y avoir au moins 0,050%
de phosphore, ou 0,050% de bismuth, ou 0,050% d'étain, ou 0,050% d'arsenic ou 0,050%
d'antimoine.
[0041] Les teneurs en aluminium et calcium, éléments désoxydants, sont comprises entre des
traces et respectivement 0,060% pour l'aluminium, 0,0050% pour le calcium.
[0042] Le bore, élément trempant, a sa teneur comprise entre des traces et 0,010%.
[0043] La teneur en soufre est comprise entre des traces et 0,200%. Une teneur élevée favorise
l'usinabilité du métal, en particulier si on lui adjoint des éléments tels que le
tellure (jusqu'à 0,020%), le sélénium (jusqu'à 0,040%) et le plomb (jusqu'à 0,070%).
Ces éléments d'usinabilité n'ont que peu d'influence sur les températures de solidus
et liquidus. Lorsque du soufre est ajouté en quantités notables, il est bon d'avoir
un rapport Mn%/S% d'au moins 4 pour que le laminage à chaud s'effectue sans formation
de défauts.
[0044] Le niobium et le titane, lorsqu'ils sont ajoutés, permettent de maîtriser la taille
des grains. Leurs teneurs maximales admissibles sont 0,050%.
[0045] Des exemples de compositions d'acier selon l'invention, et d'aciers de référence
utilisables avec profit pour fabriquer des pièces thixoforgées sont donnés dans le
tableau 1, conjointement avec les caractéristiques mécaniques Re (limite élastique)
et Rm (résistance à la traction) obtenues sur les pièces thixoforgées après refroidissement
à l'air calme. Les pourcentages sont pondéraux et exprimés en 10
-3%, Re et Rm sont exprimées en MPa.
Tableau 1 :
Compositions d'échantillons d'aciers selon l'invention et d'aciers de référence (en
10-3%) et leurs caractéristiques mécaniques (en MPa). |
N° |
C |
Mn |
Si |
Cr |
Mo |
Ni |
V |
Cu |
S |
Al |
P |
Re |
Rm |
1 |
502 |
1391 |
200 |
164 |
<5 |
152 |
<5 |
194 |
315 |
<0,3 |
15 |
423 |
773 |
2 |
493 |
1451 |
990 |
156 |
<5 |
152 |
2 |
201 |
302 |
1 |
26 |
510 |
852 |
3 |
505 |
1420 |
256 |
166 |
<5 |
159 |
<5 |
196 |
287 |
3 |
55 |
455 |
856 |
4 |
526 |
1478 |
255 |
156 |
<5 |
150 |
<5 |
200 |
315 |
2 |
97 |
482 |
866 |
5 |
508 |
1425 |
220 |
164 |
<5 |
155 |
121 |
203 |
306 |
7 |
58 |
583 |
877 |
6 |
500 |
1209 |
279 |
153 |
<5 |
155 |
7 |
204 |
83 |
21 |
99 |
484 |
871 |
7 |
508 |
1178 |
202 |
108 |
<5 |
158 |
6 |
204 |
70 |
25 |
187 |
528 |
885 |
8 |
496 |
1454 |
945 |
156 |
<5 |
158 |
<5 |
202 |
291 |
<0,3 |
55 |
498 |
877 |
[0046] Dans ces exemples, les aciers de l'invention (n° 3 à 8) ont subi un ajout de phosphore
portant la teneur en cet élément entre 0,050 et 0,200%. Par rapport aux deux aciers
de référence à basse teneur en phosphore (0,015 et 0,026%), on ne note pas de détérioration
des propriétés mécaniques.
[0047] Le tableau 2 montre la composition d'un acier de référence et d'un acier selon l'invention
qui lui est comparable, à ceci près qu'on y a introduit du phosphore et un peu plus
de silicium.
Tableau 2 :
Compositions d'échantillons d'un acier de référence et d'un acier selon l'invention
(en 10-3%) |
|
C |
Mn |
Si |
Cr |
Mo |
Ni |
Cu |
V |
P |
S |
Al |
référence |
392 |
1383 |
523 |
193 |
29 |
87 |
118 |
88 |
8 |
56 |
25 |
invention |
396 |
1405 |
620 |
158 |
21 |
85 |
151 |
89 |
96 |
85 |
2 |
[0048] La figure 1 représente le rapport phase liquide/phase solide dans ces aciers en fonction
de la température. Pour l'acier de référence, la température de solidus mesurée est
de 1415°C alors qu'elle est de 1375°C pour l'acier de l'invention. Les températures
de liquidus mesurées sont respectivement de 1525 et 1520°C. L'addition de phosphore
et de silicium a donc joué notablement sur la température de solidus uniquement, mais
cela a suffi pour élargir sensiblement (de 35°C) l'intervalle de solidification. Il
faut également remarquer que l'intervalle de température dans lequel la fraction liquide
de l'acier est comprise entre 10 et 40% et qui est habituellement considéré comme
le plus favorable au thixoforgeage, est :
- pour l'acier de référence, de 1437 à 1468°C ;
- pour l'acier de l'invention, de 1427 à 1463°C.
[0049] On observe donc un abaissement de l'ordre de 5 à 10°C de cet intervalle, et un élargissement
de 5°C de son ampleur, toutes choses qui vont dans le sens d'une moindre sollicitation
des outils lors du thixoforgeage, et d'une plus grande facilité d'obtention de conditions
favorables au bon déroulement de l'opération. Cet effet serait accentué si on augmentait
la quantité de phosphore ajoutée, ou si on ajoutait également d'autres éléments ségrégeants
dans les limites qui ont été dites.
[0050] Le tableau 3 montre la composition d'un acier de référence et d'un acier selon l'invention
qui lui est comparable, à ceci près qu'on y a introduit du phosphore, du silicium,
du manganèse (pour compenser l'ajout de silicium, de manière à conserver un rapport
Mn%/Si% convenable) et du soufre.
Tableau 3 :
Compositions d'échantillons d'un acier de référence et d'un acier selon l'invention
(en 10-3%) |
|
C |
Mn |
Si |
Cr |
Mo |
Ni |
Cu |
P |
S |
Al |
référence |
0,377 |
0,825 |
0,19 |
0,167 |
0,039 |
0,113 |
0,143 |
0,007 |
0,009 |
0,022 |
invention |
0,396 |
1,405 |
0,62 |
0,158 |
0,021 |
0,085 |
0,151 |
0,095 |
0,085 |
0,002 |
[0051] La figure 2 représente le rapport phase liquide / phase solide dans ces aciers en
fonction de la température. Pour l'acier de référence, la température de solidus mesurée
est de 1430°C, alors qu'elle est de 1378°C pour l'acier de l'invention. Les températures
de liquidus mesurées sont respectivement de 1528°C et 1521°C. L'intervalle de solidification
a donc été élargi de 45°C. L'intervalle de température dans lequel la fraction solide
de l'acier est comprise entre 10 et 40% est :
- pour l'acier de référence, de 1470 à 1494°C,
- pour l'acier de l'invention, de 1428 à 1464°C.
[0052] On observe donc un abaissement de l'ordre de 30 à 42°C de cet intervalle et une augmentation
de 12°C de son ampleur.
[0053] A propos de la détermination des températures de solidus et de liquidus à prendre
en compte pour la mise en oeuvre de l'invention, il faut remarquer qu'elles peuvent
ne pas toujours coïncider avec celles que l'on calcule à partir de la composition
de l'acier à l'aide des formules disponibles classiquement dans la littérature. En
effet, ces formules sont valables dans le cas d'un passage de l'acier liquide à l'acier
solide lors d'une solidification et d'un refroidissement de l'acier et pour des vitesses
de refroidissement de quelques degrés par minutes.
[0054] Dans le cas de mesures effectuées en vue d'une application au thixoforgeage les mesures
doivent être effectuées en partant de l'acier solide et en allant vers l'acier liquide,
c'est à dire dans le cas d'un réchauffage puis d'une fusion de l'acier. Les essais
sont également réalisés avec des conditions d'augmentation de la température de l'ordre
de plusieurs dizaines de degrés par minute, correspondant aux conditions de chauffage
préalables à l'opération de thixoforgeage.
[0055] Classiquement, la réalisation de l'opération de thixoforgeage sur les aciers de l'invention
doit être précédée d'un traitement thermique de globulisation de la structure primaire
du lopin si une structure globulaire n'est pas déjà présente et si l'expérience montre
qu'elle ne peut être obtenue lors du réchauffage du lopin en vue de son thixoforgeage.
L'obtention d'une telle structure globulaire avant thixoforgeage pour un acier de
composition et d'histoire données peut être vérifiée si on refroidit brutalement le
lopin avant d'avoir procédé à son thixoforgeage. On observe alors la structure telle
qu'elle était avant le refroidissement.
[0056] En ce qui concerne l'opération de refroidissement de la pièce suivant son thixoforgeage,
ce refroidissement doit être effectué à l'air calme, et non de manière forcée, dans
le cas, fréquent pour ce genre de pièces, où la pièce présente des variations de section
très importantes, par exemple lorsque des parois fines (1 à 2mm) sont raccordées à
des zones épaisses (5 à 10mm ou davantage). L'utilisation d'air soufflé est, dans
ce cas, à proscrire car on risque alors d'introduire des contraintes résiduelles très
importantes entre parois fines et zones épaisses. Il en résulterait des défauts de
surface dégradant les propriétés de la pièce thixoforgée.
[0057] Dans certains cas, il peut être nécessaire de ralentir le refroidissement des pièces
pour favoriser l'homogénéité structurale des différentes parties de la pièce. On peut,
à cet effet, faire passer la pièce dans un tunnel régulé en température dans l'intervalle
200-700°C par exemple.
[0058] Mais si la pièce thixoforgée ne présente pas de telles variations de section importantes,
il peut être tolérable de réaliser un refroidissement à l'air soufflé. Un tel refroidissement
peut être favorable à l'obtention d'une structure métallurgique homogène dans la section
de la pièce et de bonnes caractéristiques mécaniques.
1. Acier pour construction mécanique,
caractérisé en ce que sa composition est, en pourcentages pondéraux :
- 0,35% ≤ C ≤ 1,2%
- 0,10% ≤ Mn ≤ 2,0%
- 0,10% ≤ Si ≤ 3,0%
- traces ≤ Cr ≤ 4,5%
- traces ≤ Mo ≤ 2,0%
- traces ≤ Ni ≤ 4,5%
- traces ≤ V ≤ 0,5%
- traces ≤ Cu ≤ 3,5% avec Cu ≤ Ni% + 0,6 Si% si Cu ≥ 0,5%
- traces ≤ P ≤ 0,200, traces ≤ Sn ≤ 0,150%, traces ≤ As ≤ 0,100%, traces ≤ Sb ≤ 0,150%,
avec 0,050% ≤ P% + Sn% + As% + Sb% ≤ 0,200%,
- traces ≤ Al ≤ 0,060%
- traces ≤ Ca ≤ 0,050%
- traces ≤ B ≤ 0,01%
- traces ≤ S ≤ 0,200%
- traces ≤ Te ≤ 0,020%
- traces ≤ Se ≤ 0,040%
- traces ≤ Pb ≤ 0,070%
- traces ≤ Nb ≤ 0,050%
- traces ≤ Ti ≤ 0,050%
le reste étant du fer et des impuretés résultant de l'élaboration.
2. Acier selon la revendication 1, caractérisé en ce que sa teneur en Si est comprise entre 0,10% et 1,0%.
3. Acier selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le rapport Mn%/Si% est supérieur ou égal à 0,4.
4. Procédé de mise en forme à chaud d'une pièce d'acier,
caractérisé en ce que :
- on se procure un lopin d'acier de composition en pourcentages pondéraux :
- 0,35% ≤ C ≤ 1,2%
- 0,10% ≤ Mn ≤ 2,0%, de préférence avec Mn%/Si%≥ 0,4
- 0,10% ≤ Si ≤ 3,0%, de préférence 0,10% ≤ Si ≤ 1,0 %.
- traces ≤ Cr ≤ 4,5%
- traces ≤ Mo ≤ 2,0%
- traces ≤ Ni ≤ 4,5%
- traces ≤ V ≤ 0,5%
- traces ≤ Cu ≤ 3,5% avec Cu ≤ Ni% + 0,6 Si% si Cu ≥ 0,5%
- traces ≤ P ≤ 0,200, traces ≤ Sn ≤ 0,150%, traces ≤ As ≤ 0,100%, traces ≤ Sb ≤ 0,150%,
avec 0,050% ≤ P% + Bi % + Sn% + As% + Sb% ≤ 0,200%,
- traces ≤ Al ≤ 0,060%
- traces ≤ Ca ≤ 0,050%
- traces ≤ B ≤ 0,01%
- traces ≤ S ≤ 0,200%
- traces ≤ Te ≤ 0,020%
- traces ≤ Se ≤ 0,040%
- traces ≤ Pb ≤ 0,070%
- traces ≤ Nb ≤ 0,050%
- traces ≤ Ti ≤ 0,050%
le reste étant du fer et des impuretés résultant de l'élaboration,
- on lui applique éventuellement un traitement thermique lui procurant une structure
primaire globulaire ;
- on le réchauffe à une température intermédiaire entre sa température de solidus
et sa température de liquidus, dans des conditions telles que la fraction solide présente
une structure globulaire ;
- on réalise un thixoforgeage dudit lopin pour obtenir ladite pièce ;
- et on effectue un refroidissement de ladite pièce.
5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit thixoforgeage a lieu dans une zone de températures où la fraction de matière
liquide présente dans le lopin est comprise entre 10 et 40%.
6. Procédé selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que ledit refroidissement est effectué à l'air calme.
7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'on effectue ledit refroidissement à une vitesse inférieure à celle que procurerait
un refroidissement naturel à l'air.
8. Pièce en acier thixoforgée, caractérisée en ce qu'elle a été fabriquée par le procédé selon l'une des revendications 4 à 7.