Forgeage à froid de l’acier - Choix de l’acier et procédés

Le forgeage à chaud (forgeage libre ou forgeage en matrice, dit estampage) est bien connu de tous. D’aucuns pourraient penser que le forgeage à froid de l’acier consiste à effectuer des travaux similaires, sans chauffage préalable. Mais les efforts nécessaires seraient tels que les outillages analogues n’y résisteraient pas, et l’estampage à froid de l’acier (forgeage dans un outillage ayant un plan de joint) n’a finalement que peu d’applications industrielles.

Le forgeage à froid, ou extrusion, consiste à réaliser des pièces en forçant, à l’aide d’outils, le métal à s’écouler dans une ou plusieurs directions. Les pressions sur les outils peuvent dépasser 2 GPa et les efforts latéraux résultant d’une dissymétrie notable condamneraient les outillages dont la résistance n’est pas suffisante, ce qui constitue la principale limite d’utilisation.

À part quelques rares exceptions, les pièces concernées présentent au moins deux plans de symétrie dont l’intersection constitue l’axe de forgeage. Les formes polygonales diverses et cylindriques de révolution peuvent être combinées sur une même pièce si elles conservent soit le même axe, soit une symétrie dans la distribution de leurs axes (figure 1).

La deuxième limite est celle de la déformabilité du métal mis en œuvre. La ductilité de l’acier varie beaucoup en fonction de la température (figure 2).

Pour certaines applications limites (nuances très chargées en carbone –   –, taux de déformation élevés liés à des géométries complexes, etc.), il peut être nécessaire de chauffer à une température intermédiaire, 550 à 800 ^oC : le forgeage est dit à mi-chaud.

À une température T < 0,2 à 0,5 T_f , T_f étant la température absolue de fusion (cf. article Métallurgie en mise en forme), les mécanismes de déformation des matériaux restent les mêmes (glissement des dislocations) et la vitesse de déformation intervient peu (contrairement au forgeage à chaud). Bien que dépassant cette limite de température en extrusion à mi-chaud de l’acier, les types de déformation exploités actuellement sont plus proches de ceux du forgeage à froid que de l’estampage à chaud quoique, à notre avis, cette dernière possibilité doive présenter des applications.

La fabrication d’une pièce forgée à froid nécessite la mise en œuvre des facteurs suivants :

• un acier dont l’élaboration et la transformation garantissent une bonne déformabilité ;

• des outillages en acier à haute résistance (ou en carbure) dans lesquels les inserts les plus sollicités sont précontraints par frettage ;

• la réalisation, entre opérations, de recuits de régénération de la structure écrouie par les déformations précédentes ;

• l’utilisation d’un lubrifiant solide déposé sur la pièce, servant d’interface entre elle et l’outil et évitant les adhérences métalliques en minimisant les efforts de frottement.

L’extrusion ne cesse d’accroître ses domaines d’application à des réalisations de plus en plus complexes par leurs formes, leurs tolérances et les matières mises en œuvre, en particulier les aciers. Il existe, dans les éléments statistiques de production, des divergences notables dues, entre autres, aux difficultés de distinction avec certains procédés très voisins tels que la frappe à froid de l’acier Frappe à froid de l’acier. Ces techniques, très proches actuellement, se distinguent essentiellement par le matériel utilisé :

• le forgeage à froid (ou extrusion) dérive de réalisations de pièces généralement creuses sur des machines utilisant des lopins comme produit de départ ;

• la frappe à froid a pour origine les travaux de boulonnerie utilisant des machines à plusieurs stations partant de fil et fut orientée au début vers la production de pièces pleines.

Cette distinction n’est pas formelle et, du fait de l’extension du domaine d’application de la frappe et de l’évolution des matériels employés en forgeage à froid, il s’est produit un recouvrement des champs d’application de ces techniques.