Chapitre 3 : Des résultats globalement conformes ne signifient pas l’absence de risques locaux
Sur le terrain du formage à froid par emboutissage, on rencontre souvent un type d’anomalie difficile à interpréter :
Avec la même fournée de matériau, le même équipement et le même jeu de matrices, la plupart des pièces se produisent normalement, tandis que quelques-unes présentent occasionnellement des fissures. Après vérification des certificats de qualité, de la composition chimique, de la dureté et de la résistance à la traction, les résultats demeurent conformes.
De nombreuses personnes s’interrogent alors :
Si le matériau posait problème, pourquoi toutes les pièces ne se fissureraient-elles pas ?
L’essentiel réside dans le fait que :
le certificat de qualité reflète les résultats représentatifs d’un lot, tandis que les fissures au formage par emboutissage peuvent survenir précisément aux endroits les plus fragiles du matériau.
I. Quelques fissures isolées ne traduisent pas nécessairement une anomalie affectant l’ensemble du lot
La fissuration lors du formage à froid par emboutissage n’est pas imputable à une seule cause.
Depuis le laminage en aciérie, le transport et les manutentions, le tréfilage et la transformation, jusqu’à la coupe d’alimentation et au formage proprement dit, toute anomalie locale survenue à l’une quelconque de ces étapes peut être amplifiée lors des déformations importantes ultérieures.
Ainsi, « la majorité des pièces est conforme, mais quelques-unes présentent des fissures » indique généralement qu’une condition locale particulière a changé, soit dans le matériau, soit au cours du processus de production.
Cette modification peut n’affecter qu’un segment précis de la bobine, une face spécifique de la surface du matériau, ou encore une courte phase de la production continue ; elle ne se manifeste donc pas sous la forme d’une fissuration simultanée de l’ensemble du lot.
II. Les risques locaux peuvent provenir de l’ensemble de la chaîne de fabrication
1. Défauts initiaux générés lors du laminage en aciérie
Durant le laminage, les fils peuvent présenter des plis, des oreilles, des fissures, des corps étrangers inclus ainsi que d’autres défauts superficiels localisés.
Certains de ces défauts restent peu visibles à l’état de bobine ; ce n’est qu’après le décapage, le tréfilage ou les déformations au formage à froid qu’ils se révèlent progressivement. Dans les zones soumises à de fortes déformations, les défauts préexistants peuvent notamment s’étendre davantage selon la direction d’écoulement du métal.
2. Dommages mécaniques dus au transport et aux manutentions
Les bobines et les demi-produits filaires, lors des opérations de levage, d’empilage ou de transfert, peuvent subir des chocs, des frottements ou des compressions localisées, entraînant des éraflures, des marques d’écrasement ou des altérations de la couche superficielle.
Si ces dommages ne provoquent pas immédiatement de problèmes, ils peuvent toutefois constituer des points de concentration de contraintes locales une fois entrés dans l’atelier de formage à froid.
3. Dommages introduits lors du tréfilage et de la transformation
L’usure des matrices de tréfilage, les anomalies de l’état des trous de filière, ou encore la présence de bavures sur les rouleaux de guidage et autres éléments, peuvent engendrer sur la surface du fil des rayures longitudinales continues ou intermittentes.
Après phosphatation-saponification, ces défauts ne sont parfois pas facilement détectables ; cependant, lors des importantes déformations plastiques au formage à froid, les zones rayées risquent de s’élargir davantage, aboutissant finalement à des fissures localisées.
4. Anomalies apparues lors des phases d’alimentation, de découpe et de formage à froid
Des bavures sur les organes de passage de la machine d’emboutissage, l’usure des couteaux ou des matrices de découpe, ainsi que des écarts anormaux dans les jeux de coupe, peuvent endommager les extrémités ou la surface des billettes.
Si les angles de raccord des matrices, leur coaxialité ou la répartition des étapes de travail ne sont pas optimisés, ou si le taux d’ébauchage par passe unique et les déformations locales s’avèrent excessifs, même un matériau répondant globalement aux spécifications pourra voir certaines zones locales dépasser leur capacité réelle de déformation.
5. Présence de zones localisées fragiles à l’intérieur du matériau
La ségrégation, les inclusions grossières ou regroupées, l’inhomogénéité locale de la microstructure ainsi que certaines anomalies métallurgiques peuvent entraîner des différences dans la capacité de déformation du matériau selon les positions.
Dans la plupart des zones, le matériau peut se déformer normalement, mais les zones localement fragiles risquent, sous des conditions de chargement complexes, de former d’abord de minuscules fissures, qui s’étendront progressivement au cours des étapes ultérieures.
Cependant, la simple constatation de ségrégations, d’inclusions ou d’anomalies microstructurales ne constitue pas une preuve directe que le matériau soit à l’origine de la fissuration. Il est également nécessaire de vérifier si ces anomalies correspondent effectivement aux points de départ des fissures et aux mécanismes d’ouverture.
III. Pourquoi les contrôles classiques peuvent-ils tout de même être conformes ?
Un rouleau de fil peut atteindre plusieurs milliers de mètres, tandis que les analyses chimiques, métallographiques et mécaniques ne représentent qu’un nombre limité de prélèvements.
Si les anomalies locales n’ont pas été incluses dans les échantillons analysés, les résultats pourront sembler parfaitement conformes.
Par ailleurs, certaines défauts ne proviennent pas directement de l’acierier, mais se développent lors du transport, du tréfilage, de l’alimentation, de la découpe ou du forgeage à froid. Dans ce cas, tenter de retrouver la cause en réexaminant uniquement le certificat d’origine devient particulièrement ardu.
Ainsi :
Un résultat conforme atteste simplement que les échantillons prélevés sont conformes aux spécifications; cela ne signifie pas pour autant qu’il n’existe aucune faiblesse locale sur l’ensemble du rouleau ni au cours de chaque étape ultérieure.
IV. La véritable difficulté n’est pas d’énumérer les causes, mais de localiser le point d’origine
Une fissuration sporadique peut provenir du matériau lui-même, mais aussi des outillages, des équipements ou des procédés; il arrive également que des défauts locaux initialement peu marqués soient amplifiés par de fortes déformations successives et par des fluctuations du processus.
Les fissures dues à différentes causes présentent parfois des caractéristiques superficielles très proches. S’appuyer uniquement sur un certificat de qualité, sur un seul résultat d’analyse, voire sur une simple photographie de fissure, ne suffit généralement pas à attribuer clairement la responsabilité.
Le jugement professionnel doit avant tout répondre aux questions suivantes :
Cela nécessite une analyse globale intégrant l’aspect des fissures, leur emplacement, la section du rouleau concernée, les tendances de production et les conditions réelles de fonctionnement. Quant aux modalités précises d’échantillonnage, à la distinction des sources de défauts et à l’organisation des phases de vérification, elles doivent être définies spécifiquement en fonction de la structure du produit et des conditions sur site.
Perspective de l’ingénieur
Il n’y a rien d’absurde à ce que, dans un même lot de matériaux, seuls quelques produits présentent des fissures.
La laminage en aciérie, le transport et les transbordements, le tréfilage et les transformations ultérieures, l’alimentation et la découpe, les outillages et les procédés, ainsi que l’état interne du matériau, peuvent tous engendrer des risques localisés.
Il suffit de retenir une seule idée pour le troisième chapitre :
Une qualification globale du lot reflète la moyenne de celui-ci; cependant, une production stable met véritablement à l’épreuve les conditions locales les plus défavorables.
- Où exactement, à quel stade, s’est formé le défaut initial ?
- Pourquoi n’a-t-il affecté qu’un petit nombre de pièces ?
- Sous quelles conditions s’est-il amplifié jusqu’à provoquer la fissuration ?
Lorsqu’une fissuration sporadique survient, l’essentiel n’est pas de décider d’emblée si « le problème vient du matériau » ou « du procédé client », mais bien d’identifier précisément l’étape où le défaut s’est développé et amplifié. Seule une corrélation probante entre les éléments permettra d’établir clairement les responsabilités et de mettre en œuvre des mesures correctives pertinentes.
Si vous rencontrez une situation où la majorité des pièces issues d’un même lot se comporte normalement, tandis que quelques-unes présentent ponctuellement des fissures, veuillez nous communiquer la nuance du matériau, le diamètre du fil, l’opération où apparaissent les fissures ainsi que des photos des fissures. Le groupe Creation Group pourra, en tenant compte de l’état du matériau et des conditions de fabrication sur site, vous aider à déterminer les axes prioritaires d’investigation, afin de limiter les essais et erreurs répétés impliquant les matériaux, les outillages et les équipements.
Annonce du prochain épisode
Chapitre 4 : « Malgré un taux de sphéroïdisation conforme, pourquoi la résistance à la déformation lors du forgeage à froid demeure-t-elle instable ? »