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Forge et traitements thermiques d'un ressort

MessagePosté: Sam 31 Juil 2010 11:49
de wolfi
bonjour les amis,

je suis de retour après plusieurs mois d'absence. Pendant ce temps, j'ai essayé de comprendre un peu mieux l'acier et les traitements thermiques.
Je voulais faire "un" petit ressort a deux branches, et je remercie le forum de m'avoir expliqué la démarche à suivre.

Des ressorts, j'en ai cassé des dizaines et des dizaines depuis. J'ai passé des dimanches et des nuits.
Tant que je ne comprenais pas schématiquement ce qui se passait dans l'acier je ne pouvais analyser mes erreurs. J'ai beaucoup lu, j'ai cherché sur internet.
Le tout est une suite logique qui ne tolère pas beaucoup d'écarts.

Mon but était des ressorts plats à deux branches comme on en trouve dans des armes anciennes, et qui sont souvent avachis, fatigués, cassés ou carrément absents. Ces ressorts avaient tous une fonction précise, une longueur de branches déterminée, l'angle d'écartement, courbure des branches, épaisseur, largeur, élasticité, tout ceci forme un ensemble interactif.

Au début, je prenais ce qui me tombait sous la main comme aciers : lames de scie à métaux (attention, ca peut être un acier qui trempe à l'air), scie sauteuse, etc... Je me suis aperçu que les aciers réagissent différemment.
Mes résultats n'étaient pas reproductibles d'un acier a l'autre.

Un jour je lisais, que, pour tester un ressort, il faut le plier avec une pince jusqu'à ce que les branches se touchent, et il faut qu'il reprenne la forme qu'on lui a donne a la forge. C'est la qu'interviennent les "ping" comme dit si bien monsieur Achim W.
Seulement, s'il y a ping, c'est à la fin de tous les traitements thermiques, le test ultime. On doit être capable d'analyser à quel moment de la chaine des traitements, il y a eu erreur et rectifier le tir, car il faut tout recommencer : un ressort ne se recolle malheureusement pas.

Il me fallait un acier "simple" à traiter, un acier au carbone, et je choisis le C75 qui est un excellent acier a ressorts. Je m'en suis procuré dans différentes épaisseurs.
Je ne parle ni de fours, ni de températures, ni de durées de chauffe, chacun a un matériel diffèrent, des conditions lumineuses différentes, huiles de trempe différentes, etc...
Pour donner la forme à un ressort à branches, il faut lui faire un pli avec un angle précis. Pour ce faire, il faut le forger, le porter a température de forge, lui donner un premier angle pas trop prononcé, lui faire plusieurs chauffes de normalisation, le réchauffer à température de forge, lui donner l'angle définitif. Si on veut lui donner le pli définitif a la première chauffe, on risque la casse.
Ensuite plusieurs chauffes de normalisation, puis de détente afin qu'il perde les tensions internes et qu'un grain fin se forme. A ce moment, on peut lui faire subir de LÉGERS ajustements, suivis chaque fois de chauffes de détente.
Une fois qu'il a pris sa forme définitive, on peut commencer a préparer un peu sa surface. C'est plus facile à ce moment là que plus tard.

Apres un dernier ajustage sur pièce, tout est prêt pour la trempe. Le C75 se trempe à l'huile. Ne jamais tremper un ressort a l'eau ; même que l'huile doit être un peu chauffée. La bonne température de trempe du C75, c'est au-dessus du point où il perd son magnétisme. Il faut chauffer un chouïa de plus pendant quelques temps qui dépend de son épaisseur.
On trempe le ressort rapidement dans l'huile en l'agitant. Ne pas se contenter de le laisser tomber au fond, la trempe serait irrégulière.
Quand il sort il est devenu cassant comme du verre : ne pas le laisser tomber, ne pas essayer pour voir s'il plie à ce moment là.
Si la trempe était bonne, en principe la calamine tombe toute seule.

Au plus tard dans l'heure qui suit, il faut lui faire son revenu.
C'est là qu'on détermine l'élasticité, la dureté ou la mollesse. La température de revenu doit ainsi être assez précise. Il faut faire plusieurs revenus : j'en fais généralement 4 ou 5, 6 selon l'épaisseur.

En tout je compte environ 25 chauffes suivies de refroidissements plus ou moins longs selon besoin.

Une petite indication : il ne faut jamais mettre un ressort froid dans un four chaud ; laissez au four le temps de se refroidir en dessous de 100°.
Les traitements peuvent également se faire a la flamme, mais c'est moins reproductible.

Le reste, c'est facile : on le prend entre les becs d'une bonne paire de pinces, on enveloppe le tout avec un chiffon (attention, quand ça casse, ça peut blesser) et on appuie fermement jusqu'à ce que les branches se touchent, on relâche et on recommence plusieurs fois rapidement.

Si le ressort casse, il faut analyser si et à quel moment, on a commis une erreur. A la loupe on observe la structure, on regarde si la cassure est due a une inclusion, un défaut de l'acier.
Ou alors s'il s'agit d'une erreur, une cassure qui était invisible due à un pliage a la mauvaise température, une mauvaise chauffe de normalisation, etc...
Ce qu'il faut savoir, c'est qu'un tout petit ressort demande autant d'attention et de travail qu'un grand. Les nouveaux ressorts sont beaucoup plus forts que les anciens, et il n'est pas très indiqué de mélanger anciens ressorts fatigués avec les nouveaux : il vaut mieux refaire tous les ressorts dans un bon acier neuf.

Peut-être y a t il des méthodes plus faciles, mais pour moi ca marche. Dans la pratique, je casse moins d'un ressort sur deux maintenant. :)
Sur la photo, les résultats de 4 mois d'apprentissage :


Re: Forge et traitements thermiques d'un ressort

MessagePosté: Sam 31 Juil 2010 17:26
de BDelor
Merci de ce compte-rendu détaillé. Tu as effectivement mis le doigt sur les points clé :
  • forger à la bonne température en faisant attention à l'amplitude de déformations pour ne pas provoquer de fissures dans l'acier,
  • soigner les normalisations
  • bien sûr tremper à la bonne température
  • adapter le revenu à l'usage prévu (gorge de pigeon à bleu, donc un peu plus poussé que pour une lame de couteau)
Je ne pense pas qu'il soit nécessaire de faire 6 revenus, deux à trois sont à mon avis suffisants.
Pour l'acier, tu pourrais aussi expérimenter avec des aciers à ressort, qui conviendraient encore mieux que le XC75, par exemple un 45S7 ou un 55S7.

Re: Forge et traitements thermiques d'un ressort

MessagePosté: Lun 2 Aoû 2010 08:53
de kurillos
Bonjour Wolfi,

Je vais peut-être me faire tirer dessus à boulets rouge; mais je peux te parler d'une technique qui te serait bien utile pour gagner en qualité et optimiser tes pratiques.

Je te recommande de faire un essai de dureté différentiel :

Apporte à un laboratoire d'essais un échantillon de tes pièces d'origines d'une part; et une collection de tes ressorts d'autres part; à différents stade d'élaboration, y compris à apporter de la matière brute.

Graves les tous à la Dremel pour les identifier visuellement sans risque de confusion.

Identifie par gravure Dremel tous tes barreaux de matière, de manière à suivre l'évolution d'un lot d'acier à ressort. Si tu fais une coupe, identifie tes chutes pour un report de traçabilité.

Je te conseille d'investir dans une sonde à thermocouple K; tu pourras faire des mesures de températures jusqu'à 1000 voire 1150°C.


Que faire au laboratoire ?

De faire une à trois mesures ponctuelles de dureté, à l'aide d'un appareil à indentation pourvu d'une pointe en Diamant. Elle laisse une trace de 0.25 mm² au maximum. La pièce n'est pas détruite et reste tout à fait fonctionnelle.

Je te recommande de travailler uniquement avec l'échelle de dureté HV10 : Hardness Vickers (dureté Vickers) avec 10 Newtons de charge. L'empreinte en diamant est pyramidale.


Cela te permettra de faire une corrélation entre les ressorts d'origine et ceux que tu réalises; tu pourras avec un an d'expérience affiner tes pratiques pour affiner ton traitement thermique complet : forge, trempe et revenu.

La dispersion de cette méthode est très faible (moins de 2% d'erreur).
Les pièces doivent être propres et luisantes (un passage au grain de 240 ou supérieur est très bien)
Attention à avoir un état de surface homogène toutefois : ET sur les pièces à titre individuel, ET sur les pièces à titre collectif : de la matière brute au produit fini, toutes les pièces doivent avoir au moins une face polie avec le même type d'abrasif (même matière abrasive, même granulométrie).

Si tu t'arranges avec un employé d'un laboratoire, il pourra te passer tes pièces après les commandes industrielles.
Ce sont des gens organisés qui ne perdent pas de pièces d'essais; ils ont des casiers à référence.

Voilà quelques laboratoire :
- Institut de Soudure,
- groupement des Apave : Apave Parisienne, Normandie, Alsace, Nord, Centre, Sud-Ouest, Sud-Est,
- Bureau Veritas,
- Norisko,
- Socotec,
- Lloyd's,
- Rina (Italie),
- AIB Vinçotte (Belgique).

Pour information, un duromètre portable industriel (de la taille d'une grosse télécommande) coûte entre 15000 et 40000 euros.

Voilà.
Les traitements thermiques n'ont rien d'évident, mieux vaut "mesurer" le résultat final.

Re: Forge et traitements thermiques d'un ressort

MessagePosté: Jeu 5 Aoû 2010 10:24
de wolfi
Merci pour vos encouragements.

BDelor, j'ai commencé avec le 1.1248 (Ck75 / C75E / C75S) qui contient très peu de Si, de P et de S et moins de 1% de Mn car il me semblait qu'un acier classique au carbone se rapproche peut être le plus de ce qui se faisait à l'époque.
Les 45S7 et 55S7 (1.5023 et 1.5028 s'en approchent) sont des aciers alliés avec moins de carbone et au dessus de 1% de Si. Les traitements thermiques semblent également proches à première vue. Si j'ai bien vu, ils sont utilisés pour des ressorts plats de camion, ça semble très intéressant.
Mais j'avais cherché un acier à plat, que je pouvais trouver en différentes épaisseurs : j'ai du 0,1, 0,2, 0,3, 0,4, 0,5, 0,7, 0,9, 1,0, 2 et 3mm en longueurs de 1m.
J'aurais également aimé trouver du 1,2, 1,5, 1,8, 2,5mm.

kurillos, je suis conscient que la mesure de la dureté est importante, mais voila, les ressorts que je fais sont a l'unité chaque fois pour des machines à coudre de sellerie ancienne, d'armes anciennes, machines d'imprimerie ; voilà mon petit programme.

Jusqu'ici, le meilleur test pour moi c'est la pince : si ca casse il y a problème et il faut regarder la cassure a la loupe pour analyser la chaine de traitements et trouver l'erreur. :)
Si le ressort ne revient pas assez, le revenu était trop chaud ou la trempe trop basse, etc... et il faut recommencer les traitements en espérant ne pas avoir induit de fissure.

La largeur, l'épaisseur, la longueur des branches et la courbure sont à chaque fois différentes.

Je ne sais pas si des tests de dureté me seront indispensables, mais ca me donnerait des indications précieuses.
Je ne me sens pas très confortable encore avec les échelles de dureté, et je me suis procuré un appareil portable (que j'attends) qui est basé sur l'échelle Brinell.
Voila le principe : c'est du matériel suisse avec des goupilles normalisées qui cassent sous un impact : lien.
Je compte m'en servir un peu pour calibrer mes traitements et je pense le revendre par la suite. (Si quelqu'un sur le forum est intéressé, envoyez moi un mp).

J'aimerais trouver quelques morceaux d'acier par comparaison dont la dureté est connue et qui se rangent dans la gamme de dureté des ressorts : je ne sais pas si ca existe, ca me permettrait un travail un peu plus précis.

Re: Forge et traitements thermiques d'un ressort

MessagePosté: Jeu 5 Aoû 2010 12:01
de kurillos
Bonjour à toi Wolfi.
Je comprends mieux ton problème vu sous cet angle.

L'échelle de dureté Brinell se fait avec un pénétrateur sphérique. Les valeurs Brinell sont peu répandues ; on l'emploie surtout pour les métaux mous (aluminiums, laitons, cuivre industriel, ...). Il existe des duromètres Rockwell-C : ils ne sont pas donnés mais correspondent le mieux à tes besoins. La Suisse est et demeurera un fournisseur de premier rang.

Je possède des cartes de conversion de dureté. Mais parfois il n'y a pas de barreaux aux échelles, il faut avoir des valeurs compatibles.

Au vu de la diversité des pièces que tu dois recréer, le mieux est d'avoir des "pièces étalons". Cette opération ne peut se faire que via un laboratoire d'essais, leurs machines sont réétalonnées périodiquement auprès des bureaux internationaux des longitudes, poids et mesures. Il est possible de doublement étalonner une pièce de référence : en dureté Rockwell et Brinell, sous réserves d'écarts d'échelle compatible.

Je vais regarder dans mes documents pour te passer cette pierre de Rosette.
Bien à toi.

Re: Forge et traitements thermiques d'un ressort

MessagePosté: Ven 6 Aoû 2010 11:45
de sylvestre
J'ai vu sur Youtube un américain se servant d'un appareil pour biller ses pièces. L'outil était portatif (billage et monoculaire),
il travaillait de l 'acier. Mon anglais n'est plus suffisamment performant pour entamer des recherches, mais je pense que cela doit se trouver aux USA à un prix raisonnable. Je suis moi-même a la recherche d'un appareil de ce type, mais pour le moment j'utilise des limes étalonnées assez précises, qui m'ont couté environ une centaine d'euros le jeu.