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La présente invention est relative aux procédés et aux appareils perfectionnés destinés au façonnage 'de matières qui présentent ordinairement des caractéristiques de durcisse- ment, par exemple par écrouissage, sous l'effet de déformations plastiques, et l'invention se rapporte plus particulièrement au domaine métallurgique dans lequel les propriétés physiques d'un métal, tel que l'acier, sont déterminées par les conditions dans
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lesquelles on travaille ou façonne le métal au cours de sa dé- formation plastique afin d'obtenir des aciers et d'autres métaux présentant des propriétés physiques améliorées.
Les moyens généraux de l'invention sont décrits ci- après en ce qui concerne le travail ou façonnage'de l'acier par une déformation plastique provoquée au cours d'une opération d'étirage de l'acier sous la forme d'une tige, d'une barre, d'un tube ou d'un élément analogue, à travers une filière afin de réaliser une modification de sa section transversale.
On doit comprendre que les moyens généraux de'l'invention.peuvent être appliqués également au façonnage d'autres matières qui ne sont pas équivalentes à l'acier, telles que des alliages d'aluminium, des alliages à base de fer, des alliages à base de cuivre, des alliages à base de titane, des alliages spéciaux résistant aux températures élevées, des verres et des plastiques spéciaux, etc qui présentent d'ordinaire un phénomène d'écrouissage par suite de -*La déformation plastique ; oncomprendra en outre que l'inven- tion est applicable également à la déformation plastique de ma- tières de ce genre provoquée par d'autres moyens mis en oeuvre pour façonner de l'acier et des moyens analogues, tels que la laminage à froid, le filage ou l'extrudage, l'étirage de tubes, etc-...
Du point de vue de la pratiqùe industrielle, une ma- tière du type décrit est soumise à une déformation plastique, par exemple par étirage de la matière à travers une filière, pour une ou plusieurs des raisons suivantes :(1) tolérances di- mensionnelles ; (2) amélioration du fini de surface; (3) amélio., ration de la facilité d'usinage ; (4) amélioration de la -résis- tance à l'usure; et (5) amélioration des propriétés mécaniques.' On a observé qu'au cours de l'obtention de ces caractéristiques ' par déformation plastique, @un certain nombre de changements se produisent normalement dans la structure réticulaire de l'acier. ou d'une autre matière. Au cours de la déformation plastique, la coïncidence entre les plans adjacents d'atomes est modifiée.
Ce
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défaut de coïncidence produit une condition de tension entre des plans adjacents d'atomes, ce qui produit des dislocations. Par suite de ces tensions créées entre des atomes, et, de manière similaire entre des cristaux, au cours de la déformation plasti- que,-la texture entière devient "excitée". Cette excitation se traduit par une augmentation notable de l'énergie due aux ten- sions accumulée dans la matière. Cette perturbation, qui se pro- duit à la fois dans le domaine atomique et dans le domaine cris- tallin, a également pour effet de donner ensuite naissance à des tensions élastiques internes, dénommées généralement tensions rési/duelles.
Jusqu'à présent, on a mis au point diverses techni- ques visant à modifier l'énergie des tensions emmagasinée ainsi que les tensions résiduelles qui se produisent dans une matière écrouie. On peut ordinairement obtenir une modification des ten- sions résiduelles dans des aciers écrouis ou déformés au moyen d'un traitement,thermique approprié. De façon générale, ces trai- tements impliquent le chauffage de la matière jusqu'à une tempé- rature supérieure à la température de recristallisation corres- pondant à la composition de l'acier, ce qui permet de réajuster la texture cristalline afin de libérer les tensions résiduelles.
Ces traitements thermiques destinés à libérer des tensions sont généralement connus dans la technique métallurgique sous les noms de recuit, de trempe interrompue, de suppression des ten- sions, d'homogénéisation ou normalisation, etc...
On peut également modifier les tensions résiduelles dans l'acier et dans d'autres métaux au moyen de procédés méca- niques appropriés. Par exemple, on a utilisé sur une grande échelle, le grenaillage afin de modifier la répartition existan- te des tensions résiduelles et d'introduire quelques tensions dues à la compression dans la surface grenaillée.
Ces divers procédés thermiques et mécaniques exigent
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en outre un équipement supplémentaire, des montages spéciaux, un temps et une main-d'oeuvre supplémentaire, ce qui augmente le pris de revient du produit final.
La présente invention a pour objet : - un procède et un appareil destinés à contrôler l'é- nergie des tensions emmagasinée ainsi que la valeur des tensions résiduelles introduites dans des matières qui ont tendance à s'écrouir sous l'effet d'une déformation plastique et, dans le même esprit, un procédé et un appareil du type décrit au moyen desquels on modifie les tensions résiduelles et l'énergie des tensions emmagasinée dans des aciers et des matières analogues, jusqu'à obtenir une uniformité et une valeur désirée, d'une ma- nière pratique et économique ;
.- un procédé et un appareil du type décrit au moyeh desquels on réduit les tensions résiduelles dans l'acier et des matières analogues soumises à un écrouissage jusqu'à un niveau faible, par suite d'une opération de façonnage de l'acier afin de réaliser une réduction de sa section transversale ou rétreint;
- un procédé et un appareil permettant de produire sélectivement des aciers présentant des contraintes dues à la compression dans leurs parties- superficielles de faibles niveaux de contraintes dues à la traction, des valeurs choisies de con- traintes dues à la compression ou à la traction, aciers dans les- @ quels ces contraintes sont réparties assez uniformément dans la totalité de leur section transversale, ce qui permet d'obtenir des aciers présentant des caractéristiques nouvelles et amélio- rées et, dans le même esprit, d'assurer ces contrôles de la ré- partition et de l'intensité@des contraintes au moyen du procédé de travail de l'acier, par exemple, l'étirage de l'acier à tra- vers une filière, ces contrôles pouvant toutefois être effectués par les procédés adoptés pour le façonnage de l'acier,
tels que le laminage, le rétreint, le repoussage ou un procédé analogue;
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- un dispositif servant à contrôler l'intensité et/ou la répartition et/ou le signe des tensions résiduelles et de l'é- nergie des tensions accumulée dans l'acier, au moyen d'un façon- nage de l'acier, par exemple au cours d'une opération d'étirage; - la production d'aciers présentant dans leurs par- ties superficielles des contraintes dues à la compression qui se défférencient des contraintes élevées dues à la traction qui sont généralement créées par l'écrouissage, ainsi qu'un procédé et un appareil nouveaux et perfectionnés permettant de produire ces aciers.
Ces objets et avantages, ainsi que d'autres, de la présente invention apparaîtront@au cours de la description don- née ci-après, à titre non limitatif de la portée de l'invention, et qu'on a faite en' se référant au dessin annexé sur lequel : la figure 1 est une vue schématique en élévation et en coupe d'une filière conforme à la présente invention, avec 1 = longueur et An .= angle. la figure 2 est un graphique comparant le pourcentage du gauchissement (porté en ordonnées) en fonction du pourcentage de réduction de la section transversale (porté en abscisses) pour des aciers étirés à travers une filière classique;
la figure 3 est un graphique comparant le pourcentage du gauchissement (porté en ordonnées) pour des aciers C1144 éti- rés à travers une filière conforme à l'invention, en fonction de l'angle de portée de ces aciers; les figures 4 à 17 sont des graphiques comparant le pourcentage de gauchissement (porté en ordonnées) en fonction du pourcentage total (porté en abscisses) de la réduction de la sec. tion transversale d'aciers étirés à travers des filières confor- mes à l'invention comportant des angles deportée différents, savoir :
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sur la 1'1)J!'p it-, t'c0",5' à 0 ,5' ; sur la figure 5, ciï 0oJ.'/' et 0-2' ;
Sür' lu ligure 6, de ,Li e5, à J. os.' ; sur Jn figure 7, de 1 .f à ] 35' ; sur la figure 8, de l 5o' à 2 1 ; sur la figure 9, de 2 19' à ¯ 7' j sur la figure 10, de 2 56' à 2 59';
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sur la figure 11, de 3 35' à 3 37' ; -sur la figure 12, de 3 53' à 3 59' ;
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sur la Figure 13, de 4 30' à 4 34' ; sur la figure 14, de 5 b' à 5 12' ; sur la figure 15, de 5 36' à 5 41' ; - sur la figure 16, de 7 5' à 7 11' ; enfin, sur la figure 17, de 9 2' à 9 7' ; la figure 18 est un graphique représentant la répar- tition longitudinale des tensions dans un acier étiré à travers une f@ilière classique ;
ce graphique représente particulièrement les tensions longitudinales et les valeurs du gauchissement en l'onction de la distance à partir du centre d'une.filière classi- que (21,1-, de réduction de la Section transversale); on a porté à gauche en ordonnées les tensions longitudinales en kg/mm2 (méthode analytique de Sach); on a porté, à droite, en ordonnées, les pourcentages de gauchissement (obtenus par des essais avec @ des barreaux cylindriques entaillés); enfin,-'on a porté en abscis. se la distance à partir du centre '(en mm); on peut en outre voir sur cette figure une courbe en trait plein obtenue par la métho- de analytique de Sach et den éléments de courbe en traits inter rompus, obtenus avec les barreaux cylindriques et fendus;
la figure 19 est un graphique représentant la répar-' tition de l'énergie des tensions accumulée dans un acier étiré à travers une filière classique et à traversune filière confor- me à l'invention; ce graphique représente particulièrement- la
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répartition de l'énergie accumulée à la suite d'une réduction de 21,1% de la section transversale à travers une filière clas- sique (courbe A) et à travers une filière conforme à l'invention ayant un angle de portée de 0 35' (courbe B); on a porté en or- données l'énergie des tensions accumulée exprimée en kmg/dm3, et on a porté en abscisse la distance en mm à partir du centre du barreau;
la figure 20 est un graphique représentant en ordon- nées le' pourcentage de réduction de la section transversale ou . rétreint pour lequel le renversement des tensions n'exerce plus aucune influence pour divers angles déportée et, en abscisses, les angles de portée ; leréductions de la zone C montrent l'in- dépendance du gauchissement et du pourcentage du rétreint, et les réductions de la zone D montrent que l'importance de rétreint dépend du gauchissement.
Pour étudier ci-après la répartition et l'intensité des tensions résiduelles dans l'acier, on se réfère aux valeurs de gauchissement des aciers, étant donné que l'essai de gauchis- sement constitue un procédé rapide, économique et assez précis permettant d'obtenir des mesures grossières ou approchées de la répartition et de l'intensité des tensions résiduelles pour éva- luer les caractéristiques des aciers considérés. On croit que le gauchissement est surtout influencé par les tensions longitu- dinales existant dans .1' acier. l'essai de gauchissement à l'aide duquel les données précitées ont été obtenues consiste à pratiquer une entaille diamétrale dans un barreau sur,une longueur prédéterminée.
Pen- dant qu'on emlève le métal pour former l'entaille, les extrémités du barreau restent libres de se déplacer pour venir occuper une certaine position réalisant un état d'équilibre entre les ten- sions résiduelles qui subsistent dans les deux moitiés du bar- reau. On mesure l'extrémité du barreau avant et après l'exécution
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d'un trait de scie, de telle sorte que le déplacement relatif totale des extrémités peut être déterminé à environ 0,0254 un près.
Si le déplacement. des extrémités d'effectué vers l'exté- rieur dans un sens qui les éloigne l'une de l'autre, le déplace- ment a la nature d'une tension (signe +), c'est-à-dire qu'il . résulte de la prédominance des tensions de traction dans les moi tiés du barreau Si@ces extrémités se déplacent vers l'intérieur, la barre est soumise à une tension de compression (signe -) .Pour obtenir des valeurs -de compression, il est souvent indispensable de pratiquer plus d'un trait de scie,' de telle manière que le déplacement ne soit limité par aucune autre cause que par les tensions considérées.
On calcule les valeurs de gauchissement en pourcentages à l'aide, de l'équation ci-après : Valeur de gau-% = diamètre original x déplacement relatif x 100 chissement (longueur de l'entaille) 2
Les variations expérimentales limitent la précision dela valeur de gauchissement à ¯ 0,066.
On a constaté que, conformément à la présente inven- tion, la quantité d'énergie des tensions emmagasinée ainsi que la répartition, le signe et l'intensité des tensions résiduelles prenant naissance dans l'acier au cours de déformations plasti- ques ayant pour but d'assurer une réduction de la section trans- versale peuvent être effectivement contrôlés grâce à un filière, d'étirage dont la partie constituant la portée a la forme d'un ' cône, la longueur minimum'de cette.portée étant fonction de l'an- gle de portée.
On a-constaté que, pour un acier donné, la nature des tensions résiduelles qui ont pris naissance dans l'acier ain- si que le niveau de ces tensions, dépend, pour une large part, de l'angle et de l'inclinaison de la portée de la filière, que cette relation géométrique peut varier légèrement quand on passé d'aciers ayant une certaine composition-chimique à des aciers ayant des compositions différentes, mais qu'on, retrouve constam-
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ment sensiblement les racines conditions de contrôle lorsqu'il s'agit de matières qui subissent d'ordinaire un écrouissage à la suite d'une déformation plastique.
Une filière d'étirage conforme à l'invention est repré sentée sur la figure 1. Si l'on considère les parties de la fi- lière rencontrées successivement par une pièce ou barre métalli- que traversant la filière d'étirage dans le sens indiqué par la flèche inférieure F, 10 désigne l'entrée évasée de la filière,
11 désigne la zone d'approche, 12 désigne la portée et 13, le dégagement de sortie.
En pratique normale, l'angle d'approche est assez im- portant et c'est au cours-de son passage dans cette partie de la filière que s'effectue la réduction l plus importante de la sec- tion transversale de l'acier.'
En pratique classique, la section de portée de la filière a principalement pour rôle de donner le fini de surface et la dimension voulue au produit en acier obtenu. A cet effet, il était d'usage détonner à la portée une section aassi rectili- gne.qu'il est possible de le, réaliser. La demanderesse n'a con- naissance d'aucune tentative faite, dans un cas quelconque, pour contrôler le.s caractéristiques géométriques de la portée afin de contrôler ou de modifier les tensions résiduelles existant dans l'acier.
Par suite des limitations imposées par les procédés de favrication des filières, ainsi que par les matières utilisées- à cet effet, il est difficile de réaliser une portée ayant des côtés parallèles parfaitement rectilignes. Au contraire, les por- tées réalisées dans les filières classiques varient souvent irré- gulièrement sur toute leur longueur, en ce sens qu'il se forme généralement un arc.
Sur la figure 2, qui compare les valeurs de gauchisse- ment en fonction du pourcentage de réduction de la section trans- versale d'un acier caractéristique étire ;\ travers une filière classique, il est visible que l'importance du gauchissement exer- ce une influence directe sur le pourcentage de réduction de la
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.section transversale. La figure 18 représente la répartition des tensions dans un acier caractéristique étiré à travers une fili- ère classiaue afin d'obtenir un pourcentage de réduction d'envi- ron 21% de la section transversale. Cette figure indique la pré- sence de tensions élevées dues à la traction dans les parties extérieures de l'acier et de tensions élevées dues à la compres- sion dans la partie centrale.
A la différence de la structure et du fonctionnement des filières d'étirage utilisées jusqu'ici, les filières compor- .tant une portée conique conforme à la présente invention utili- sent cette partie de portée pour contrôler les caractéristiques de tension de l'acier, telles que la répartition et l'importance des tensions résiduelles ainsi que l'énergie emmagasinée par con- trainte.
Tandis que dans la pratique actuelle, on ne vise pas à modifier les valeurs de tension existant dans l'acier, au cours de son passage par la section de portée d'un filière classique, la zone de portée d'une filière, d'étirage conforme à l'invention se comporte de manière à modifier les caractéristiques de tension de l'acier au point de contrôler les tensions ainsi que leurs ni- veaux d'une manière sensiblement indépendante de l'histoire anté- - rieure de l'acier ou des caractéristiques de tension introduites lors de l'opération de rétreit principale au cours du passage de l'acier à travers les sections avant de la filière, les ca- ractéristiques de tension finalement obtenues étant contrôlées par le profil de la section de;portée et par sa longueur.
Il ressort des figures mentionnées ci-après que le pourcentage de rédaction de la section transversale de l'acier au cours de son passage à travers la portée conique n'a que peu d'influence sur la nature des tensions résiduelles, et cela dans un domaine étendu d'angles de portée et de pourcentages de réduc- tion, ce qui est représenté particulièrement sur'-.la figure 20, sur laquelle toutes les réductions de section et tous les angles de portée qui se coupent au-dessus de la courbe (zone C) donnent
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des valeurs de gauchissement qui sont indépendantes du pourcen- tage de réduction de section.
Les courbes représentatives d'an- gles de portée et de pourcentages de réduction qui se coupent en dessous de la courbe (zone D) dépendent quelque peu du pourcen- tage de réduction de section et il est possible de contrôler les valeurs de gauchissement obtenues. La figure 3 montre l'influen- ce de l'angle de portée sur les caractéristiques de tension de l'acier étiré à travers la filière d'étirage conforme à l'in- vention.
Ce graphique montre que des tensions de compression qui se traduisent par des valeurs de gauchissement se'produisent dans l'étirage d'un acier à 44% de carbone utilisé pour l'obten- tion des résultats représentés, avec des angles de portée com- pris par exemple entre environ 0 30' et 1 30', et que les ten- sions de traction de l'acier augmentent progressivement lorsque la filière d'étirage comporte des portées présentant des angles plus grands.
Les graphiques des figures 4 à 17 sont relatifs aux valeurs de gauchissement par rapport au pourcentage de réduction de la section transversale, avec des filières différentes dont les angles de portée varient d'environ 0 2,5' jusqu'à environ 9 . Il apparaît des données représentées sur ces figures qu'avez des angles de portéeinférieurs à environ 0 17', les valeurs de tension telles que représentées par le gauchissement sont quel- que peu incontrôlables. Cela tient en premier lieu, @roi@-on, au fait qu'il n'est pas possible de contrôler avec précision la structure d'une filière présentant un tel prof il'.critique.
Une autre caractéristique importante de l'invention réside dans la possibilité' de contrôler la nature et l'intensi- té des tensions résiduelles dans l'acier en choisissant une incli- sort naison prédéterminée de la partie de la filière d'où/le métal au cours d'une opération d'étirage ou de façonnage, par exemple, de la partie de portée d'une filière d'étirage. Il apparaît des
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fijjurort 17 t'u'=, pour un . # ui*.r ou lyi--¯ décrit,, n uiAien1, des valeurs de auchisstilunt Ktmsj b.l #-.un m. tltA",4 o'iru; #';
fcjnrs étirés à travers ut-m l'i] iûre ay.'nt un 11 e.: u>; j'r.r'..: comprit, entre environ 0 15f et 0 .c5', lil li3 nu mouis quol']Mo;-j ni nu tes dans les deux seua, coumu Y'rt::i ?CltÉ' :iLtl' 'ta figure- 5 montrant les valeurs de gauchissement ob eriiius pour un acier étiré ût travers une filière ayant un angle du portée variant de 0 l7' à 0 a t . bn utilisant dus angles de portée 1 .;;.:r(:¯:
ïtit plus grands, compris entre environ 0 Ut ca environ 1 jO\ oii peut obtenir des aciers qui sont soumis dans leur partie superficielle à des tensions de compression suffisantes pour donner des valeurs
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de gauchisseuent négatives, comme représente sur la figure 6 mon- trant des valeurs de gauchissement négatives pour cie l'acier étiré à travers une filière dont l'angle ceportée est compris entre 0 5&' et 1 9'.
Un croit que le fait de créer des tensions dues à la compression dans les parties superficielles des aciers afin d'obtenir des valeurs de gauchissement négatives montre que
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c'eut la pc,3i.,i-re fois qu'on est parvenu à créer de façon satis- faisante dans de l'acier des tensions dues à la compression sus- ceptible de donner des valeurs de gauchissement négatives de ce
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.#v¯nre, au cours d'une opération d'étirage et sous la forme d'un produit résultant de cette opération, cette opération d'étirap-e s'étant invariablement traduite jusqu'ici par un écrouissage et des valeurs de gauchissement positives élevées dans l'acier ainsi étiré.
Le point critique, pour lequel les valeurs de gau-
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c! Isst:ent néI¯atives passant par zéro changent de sens pour de- ' vr7nir don valeurs de r;auchi;tsïtent positives, se place ' des pour- centages n'-; réduction de section d'autant plus grands que l'an- de de portée de la filière augmente, comme représenté sur la
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fi;-ur" 0.
Il faut s'attendre ce que les relations qui lient l"c tensions résiduelles aux valeurs do ,ClllCll7.a:c?ttl'Itt E?t d'angle
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de portée de la filière changent légèrement d'une composition d'acier à une autre, d'un métal à un autre, ou encore d'une ma- tière plastique (ou verre) à une autre, mais on a constaté que l'allure générale du phénomène restait la même. Pour déterminer l'angle de portée permettant d'obtenir les valeurs de gauchisse ment désirées, il suffit d'étirer la matière considérée à tra- vers une série de filière3 présentant des angles de portée dif- férents afin d'obtenir une courbe du type représenté sur la fi- gure 3.
Une fois que cette relation a été établie pour des aciers d'une composition particulière, il suffit seulement ensuite de déterminer les caractéristique des tensions résiduelles qu'on désire obtenir dans le produit final et de choisir ensuite la filière présentant, l'angle de portée susceptible de donner des caractéristiques, et celles-ci sont obtenues dans le produit final d'une manière sensiblement indépendante du diamètre ou de la section transversale de l'acier.
Ainsi, en modifiant l'angle de portée, ou inclinai- son, de la section de la filière d'étirage précédant l'extrémité de sortie, il est devenu possible de contrôler la répartition usuelle des tensions résiduelles existant dans l'acier afin de produire des aciers présentant des valeurs de gauchissement dif- férentes. Un exemple, représenté sur la figure 3, montre une gam- me de valeurs s'étendant de moins 0,2 pour cent à plus 0,7 pour cent.
Par exemple, dans des barres rondes d'acier, et comme on l'a souligné antérieurement, une f ois que l'angle de portée a été déterminé, on peut calculer la longueur minimum à donner à la portée de manière que cette longueur assure une déformation plastique effective dans toute la section de la pièce. La limi- tation ainsi définie de la longueur constitue une longueur mini- mum de la portée pour obtenir un contrôle effectif du gauchisse- ment.
Une fois qu'une déformation effective a été obtenue, si l'on poursuit la déformation avec la même angle dans une portée
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de plus grande longueur, il n'en résulte que des modifications faibles ou nulles dans la répartition des tensions et les valeur: de gauchissement de l'acier, ce qui permet d'amener le pourcen- tage de réduction au-delà d'un minimum calculé correspondant à chaque angle de portée. En général, la longueur de la portée est fonction de la dimension de la section transversale du métal et de l'angle de portée.
Par exemple, pour une filière d'étirage présentant un angle de portée de 0 36', on peut calculer la lon- gueur minimum de la portée à l'aide de.la formule L = 0,524 FD pour l'acier de type normalisé désigné sous le numéro 1144 qui est utilisé dans l'établissement des données représentées, for- mule dans laquelle L désigne la longueur et FD le diamètre final.
La composition de -l'acier 1144 est donnée ci-après.
On peut utiliser l'équation suivante pour déterminer la longueur-minimum de la portée pour différents angles de por- tée et différentes matières : '
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formule dans laquelle FD désigne le diamètre final,.Red, la ré-
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duction, exprimée sous forne décimale ?**'e"t.*. ', 1 '"angle de por- tée. ' - ' .'ttt:' . ,.' .,**'#, .. <# On a obtenu les données" représentées sur 1res figures
4 à 17 en étirant des barres de. différentes, dimensions à travers chacune des filières afin d'obtenir les différents pourcentages de réduction correspondant à chaque angle de portée.
Chaque figu- re représente les données obtenues avec une filière présentant ayant une inclinaison.différente, l'inclinaison maxi- mum et l'inclinaison minimum correspondant à chaque portée étant indiquées par la gamme des angles de portée correspondant à cha- que filière. Ainsi, qu'on l'a souligné antérieurement, la compo- sition chimique de la pièce déformée a quelque influence sur l'an- gle de portée utilisé en vue d'obtenir la répartition et l'inten-
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sité désirée des tensions résiduelles, bien que les.angles cor- respondant à l'une des matières soient sensiblement du même or- dre que les angles correspondant aux autres matières.
Toutefois, de façon générale, tous les aciers traités au four Martin pré- sentent des caractéristiques de gauchissement similaires indé- pendarmnent de la composition chimique ou du pourcentage de réduc tion obtenu au cours du passage à travers la filière à portée conique conforme à l'invention. Les aciers Bessemer présentent la même régularité, mais ils ont une caractéristique de gauchis- sement différente de celle des aciers Martin.
Outre la modification de la répartition et de l'in- tensité'des tensions résiduelles dans l'acier, le contrôle de l'énergie des tensions emmagasinée par l'acier est influencé de façon marquée lorsqu'on utilise une filière d'étirage comportant une portée conique. La grande influence qu'une portée conique conforme' à l'invention a sur l'énergie des tensions emmagasinée dans l'acier est illustrée sur'la figure 19 qui montre les va- leurs de cette élergie à la suite d'une réduction de 22% de la section transversale de l'acier, réduction obtenue en utilisant une filière classique comportant une portée rectiligne, en fonc- tion des valeurs de cette énergie dans le même acier soumis à une réduction de section similaire à travers une filière conique dont la portée présente une inclinaison de 0 35'.
Il apparaît de ces résultats que l'énergie des tensions,emmagasinée dans l'acier se trouve notablement réduite par un étirage assunt une réduction de section équivalente à travers une filière conique conforme à l'invention, si l'on compare ce résultat à ceux qu'on obtient avec une filière classique présentant une portée absolu- ment rectiligne, et il apparaît également que la répartition de l'énergie emmagasinée est uniforme dans toute la section trans- versale de l'acier lorsque celui-ci est étiré à travers une fi- lière ayant une portée conique, par opposition à la variation plus marquée et plus étendue constatée dans l'énergie des tensions
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emmagasinée dans des aciers étirés à travers une filière clas- 'sique, pour la même réduction et en utilisant la même matière.
Il n'est pas possible d'identifier d'une manière positive le mécanisme des réactions qui permettent d'obtenir des caractéristiques de tension.résiduelle entièrement différentes par l'utilisation d'une filière à portée conique, lorsqu'on les compare aux caractéristiques obenues avec une filière clas- sique. On croit toutefois que, grâge à un contrôle approprié de l'inclinaison donnée à la section de la filière qui précède immédiatement l'extrémité de sortie et qu'en contrôlant la lon- gueur de cette partie inclinée, il devient possible de contrôler la répartition des déformations subies par le métal, de telle sorte qu'il s'établisse un état de tensions minima entre les ré- seaux et les cristaux adjacents.
En contrôlant l'inclinaison et la longueur de la portée conique, il est possible de produire plus ou moins de distorsion et de contrôler de ce fait l'inten- sité, la répartition et la direction des tensions résiduelles dans l'acier ainsi que'de contrôler l'importance de l'énergie des tensions emmagasinée . à
En utilisant une filière conique conforme/l'invention, il devient possible de produire un'métal présentant un gauchis- sement minimum et d'obtenir également des aciers présentant des caractéristiques supérieures du point de vue de l'usinage et du formage ainsi qu'une amélioration de la résistance à l'usure et à la corrosion.
D'autres améliorations des caractéristiques des aciers permettent de produire des barres, des tiges, des tubes et des produits analogues dans lesquels l'énergie des tensions emmagasinée est faible et qui présentent des tensions dues à la ainsi compression à leurs surfaces, ce qui réduit/de façon marquée la tendance aux criques, tout en augmentant la résistance méca- nique du produit, par exemple, -en obtenant des produits du type décrit dans le brevet américain n 2.320.040.
Ces avantages
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associes à dus C[lrLctr,r'il3t.Íql.1'J[J ar;i61iorôes VII' le f[1{;OmW'8 dus aciers, par étirage il (it;s te. ip-îrauirus C:E:V<?E;:i,CO'tul(s par û:%'; IJ.l( des tt.mpratures CO/f;PI'"Í:.iU,<3 entre 11 et 454 C, pour l'améliora- tion des C2j1"tCtE?T'lStl.cl-Lt: mécaniques, et entre *5h C et une température légèrement j.il!."! 1'i0\1ro à lu. "Ge.:JIJ(jr;j t,UI'r;;
critique in- féri@ure pour l'acier, afin d'améliorer les caractéristiques des tensions, comme décrit dans les (le brevet déposées aux
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Etats-Unis d'Amérique sous les Nos 93 431, 53..y et 293.433, sont susceptibles, croit-on, de permettre de produire des aciers possédant des caractéristiques qu'on ne peut pas ontènir actuel- lement, en ce qui concerne la résistance mécanique, les tensions, la gauchissement, la dureté, la facilité d'usinage ainsi que l'énergie des tensions emmagasinée.
On peut obtenir certaines propriétés ou caractéristi- ques mécaniques, telles que le rapport d'élasticité et la limite élastique en contrôlant, de façon appropriée, les tensions rési- duelles. Conformément à l'invention, on a constaté que, pour des barres déformées ou façonnées à froid, on pouvait obtenir des valeurs de rapport d'élasticité supérieures à celles qu'on .obtient normalement par façonnage à froid. On a également consta- té qu'une courbe de tensions dues aux contraintes se rapportant à une matière obtenue conformément à l'invention se rapproche très étroitement d'un point précis d'élasticité, c'est-à-dire qu'elle se rapproche étroitement de la courbe obtenue normalement avec une ,matière n'ayant pas subi de' déformation.
De façon générale, les moyens généraux-.de la présente invention ci-dessus décrits peuvent être utilisés dans le domai@ ne de la métallurgie et celui des activités connexes pour produi- re des ratières présentant les valeurs caractéristiques, les si- gnes et la répartition'des tensions qui se traduisent par des
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a:']01iorations de la résistance A la fatigue, ? l'usure, A la corrosion,' de la rigidité, de la facilité d'usinage ainsi que de la résistance aux criques, sans qu'il soit nécessaire d'appli.
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quer des traitements supplémentaires associés à l'opération d'éti. rage ou s'ajoutant à celle-ci, afin d'obtenir ces modifications.
On peut également obtenir des aciers dans lesquels l'énergie emma. gasinée par contrainte est faible, ce qui améliore plus encore les caractéristiques du métal relatives à la fatigue, à l'usure, à la corrosion et aux criques du métal.
Onpeut déduire des indications précédentes que les mêmes notions sont applicables à d'autres procédés de façonnage, . tels que l'extrudage à froid, le laminage, l'estampage, l'étam- page-et.des procédés analogues, ainsi qu'à d'autres matières qui, lorsqu'on les façonne de la manière décrite, ont tendance à s'é- crouir, telles-que les alliages d'aluminium, les alliages ferreu.
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les alliages à base de cuivre, les alliages-à base de titane, les alliages spéciaux résistant aux températures élevées, des verres,spéciaux, des matières plastiques, et des matières ana- logues. Les.moyens généraux de la présente invention sont appli- cables au façonnage des métaux et des matières analogues se pré- sentant sous différentes formes, telles que des tubes;
des tuyaux- des 'tiges, des barres et des éléments analogues ayant des sec- . tions transversales différentes.
Le tableau donné ci-après illustre la mise en oeuvre des moyens généraux décrits lorsqu'on travaille de l'acier au- trement que par étirage. Les données portées sur ce tableau re- ** présentent les résultats obtenus avec des barres d'acier 1144 de 22,2 mm environ de diamètre -que,' soit par poussée (extrudage), soit par traction (étirage), on a fait passer respectivement, à travers une filière classique et une filière à portée conique'. conforme à l'invention et présentant un angle de portée de 0 24'.
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<tb> Type <SEP> de <SEP> filière <SEP> Réduction <SEP> Sens <SEP> de <SEP> l'effort <SEP> Gauchissement'
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> pourcent <SEP> exercé <SEP> sur <SEP> la
<tb>
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.#########¯¯¯¯ ¯¯¯¯¯¯¯¯ filière ¯¯¯¯¯ Classique 11,
1 extrudage + O538 à portée conique 11,2 xtrudae . - 0,289 .-cl:f1.'.sique 11,1 étirage + oÎ68l
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<tb> à <SEP> portée <SEP> -conique <SEP> 11,2 <SEP> étirage <SEP> - <SEP> 0,165
<tb>
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Il apparaît de ce qui procure, que 1:;> rI"L.'j".r.;!Jc'.J1, entre les valeurs civ glUchirlt1er.lolJt obtenues en étirant une bar- re de même composition chillliquu,d'uno part, à tré.tVi;J'U rur;
f'Wié- re à portée conique et, d'autre port, à travers une t'i.7 i.xc clans- sique, afin d'obtenir une réduction similaire au la section trans- versale, peuvent être obtenues avec le 'uêrnc orure rm, , ,noE:ur par extrudage du même acier en vue d'obtenir une réduction simi- laire de la section transversale au moyen d'une filière classi- que, d'une part, et au moyen d'une filière conique conforme à l'invention, d'autre part.
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.A titre d'illustration complémentaire de J'arplica- tion de l'invention à d'autres manières du type décrit, on énu- mère ci-après'un certain nombre de métaux qu'on a travailles de la manière décrite afin d'obtenir une réduction similaire de 20@ de. la section transversale par étirage, d'une part, à tra- vers une filière classique, e d'autre part, à travers une fili- ère à 'portée conique présentant un angle de portée d'environ 0 30'.
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<tb>
Gauchissement
<tb>
<tb> Filière <SEP> Filière <SEP> à <SEP> portée
<tb> Manière <SEP> classique <SEP> conique <SEP> à <SEP> 0 30'
<tb>
<tb>
<tb> Acier <SEP> 1144 <SEP> 0,611 <SEP> - <SEP> 0,066
<tb>
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Acier 1010 01344 + 0, OFS Acier 1018 -1.- 1)1'r:-.J ., - 0,027 '
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<tb> Acier <SEP> 1035 <SEP> + <SEP> 0,533 <SEP> - <SEP> 0,115
<tb>
<tb> Acier <SEP> 1050 <SEP> + <SEP> 0,483 <SEP> - <SEP> 0,095
<tb>
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Acier 104 + 0,706 OY087
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<tb> Acier <SEP> inoxydable <SEP> 18-8 <SEP> + <SEP> 0,720 <SEP> + <SEP> 0,071
<tb> Acier <SEP> pour <SEP> outils, <SEP> au
<tb>
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molybdène-vanadium + 0,5/).3 - 0 1.1
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<tb> Aluminium <SEP> + <SEP> 0,244 <SEP> + <SEP> 0,044 <SEP>
<tb>
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On donne ci-après les composition des matières di- dessus :
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<tb> C <SEP> Mn <SEP> - <SEP> P <SEP> S <SEP> Si <SEP> . <SEP> Mo <SEP> Va <SEP> Cr <SEP> Ni <SEP> W
<tb>
<tb> 1144 <SEP> 0,40 <SEP> 1,35 <SEP> 0,045 <SEP> 0124
<tb> à <SEP> à <SEP> max. <SEP> a
<tb> 0,48 <SEP> 1,65 <SEP> 0,33
<tb>
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1010 ,- o 0$ 0,30 .0,04 0,05
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<tb> a <SEP> à <SEP> max. <SEP> max.
<tb>
0,13 <SEP> 0,50
<tb>
<tb> 1018 <SEP> 0,15 <SEP> 0,60 <SEP> 0,04 <SEP> 0,05
<tb> à <SEP> à <SEP> max. <SEP> max.
<tb>
0,20 <SEP> 0,90
<tb>
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1035 0,320,60 0,04 0,05
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<tb> à <SEP> a <SEP> max. <SEP> max.
<tb>
<tb>
<tb>
0,38 <SEP> 0,90
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 1050 <SEP> 0,48 <SEP> 0,60 <SEP> 0,04 <SEP> 0,05 <SEP> - <SEP>
<tb>
<tb>
<tb> a <SEP> à <SEP> max. <SEP> max.
<tb>
<tb>
<tb> 0,55 <SEP> 0,90 <SEP>
<tb>
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1084 0 80 ou60 0,04 0,0
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<tb> a <SEP> à <SEP> .max. <SEP> max.
<tb>
<tb>
<tb>
0,93 <SEP> 0,90
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Inoxy- <SEP> 0,15 <SEP> 2,00 <SEP> 1,00 <SEP> 17,0 <SEP> 8,0
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> dable <SEP> max. <SEP> max. <SEP> max. <SEP> à <SEP> à
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 1848 <SEP> 19,0 <SEP> 10,0
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Acier <SEP> au <SEP> 0,05 <SEP> 5,0 <SEP> 2,0 <SEP> 4,0 <SEP> 6,00
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> molybdène
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> vanadium
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Aluminium <SEP> (à <SEP> 0,06 <SEP> de <SEP> silicium <SEP> et <SEP> 0,16 <SEP> de
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> fer)
<tb>
Les résultats ci-dessus montrer, de manière évidente, que les tensions résiduelles qui ont pris naissance dans chacun.
des métaux étirés, en vue d'obtenir une réduction de la section, transversale, dans une matrice à portée conique, sont d'un or- dre entièrement différent des valeurs de tension, telles qu'in- diquées paroles valeurs de gauchissement, des mêmes métaux éti- rés à travers une filière classique afin d'obtenir sensiblement la même réduction de section. Un autre résultat important.réside dans le fait que, au fur et à mesure que la teneur en carbone- des aciers augmente, la valeur de gauchissement positive des aciers étirés à travers une filière classique augmente égale- ment, mais que les valeurs de gauchissement des mêmes aciers
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décroissent et donnent marne un gauchissement négatif, lorsqu'ils sont étirés à travers une filière à portée conique.
Dans @hanne cas, les valeurs de gauchissement subissent une diminution impor' tante, ce qui indique que, dans les barres étirées à travers les filières, à portée conique, l'intensité des tensions résiduelles est considérablement plus faible.
On doit comprendre que des modifications peuvent être apportées aux détails de structure aux processus opératoires, ainsi qu'aux matières ut. isées sans se départir pour cela de l'esprit et de la portée de la présente invention.
REVENDICATIONS
1. Procédé permettant de contrôler la répartition, le signe et l'intensité des tensions résiduelles dans des matières qui ont tendance à s'écrouir caractérisé en ce qu'il consiste à faire progresser la matière à travers une section de @ravail afin d'effectuer une réduction de la section transversale, cette section de travail comportant une partie de sortie conique ayant des dimensions telles que sa longueur, à l'endroit de l'angle du cône, provoque une déformation plastique effective transver- salement à cette matière au cours de son passage à travers cette partie 'de sortie conique.