Chrysler Group : la cémentation basse pression s`inscrit dans l

Tr i m e s t r i e l N ° 1 - J u i l l e t 2 0 0 6
MAGAZINE
D
’ECM,
Trempe gaz
chez Delphi
en pages intérieures
SPÉCIALISTE
DE
LA
C É M E N TAT I O N
BASSE
PRESSION
Chrysler Group : la cémentation
basse pression s’inscrit dans
l’amélioration des process
Carbonitruration
basse pression :
en test avec PSA
en dernière page
Je remercie chaleureusement
Chrysler Group et Delphi pour
leur disponibilité auprès de
notre équipe de rédaction pour
ce premier numéro, ainsi que
PSA, pour sa coopération lors
des tests sur la carbonitruration.
La productivité de nos
équipements s’accroît de façon
continue : selon les applications,
de 20 à 33 % en cinq ans. Mais
ce dynamisme serait impossible
sans votre confiance : la seule
mesure de nos performances,
c'est, à l'arrivée, la qualité de
vos pièces et la productivité de
vos process. Nos équipements
sont bien plus que des produits ;
chacun d'eux est une réponse
technologique à vos attentes.
Une réponse que nous voulons
élaborer avec vous en
participant, très en amont, à la
conception de vos futurs
programmes.
LE
CHIFFRE DU TRIMESTRE
Laurent Combaz
ECM, président-directeur général
90 %
des fours
basse pression ECM en
service en Europe sont
équipés en trempe gaz.
En Amérique du Nord, la trempe
gaz est présente sur 80 % des
installations ECM. Au Japon, la
trempe huile reste majoritaire :
on la trouve sur 80 % des
équipements ECM de l’archipel.
Photo : DaimlerChrysler
Plus de 15 % des nouveaux
programmes de cémentation
optent aujourd'hui pour la
basse pression et les trois
quarts des installations en
service dans le monde sont des
équipements ECM. Nous
pensons qu'une telle expérience
doit être partagée avec vous et
nous avons le plaisir de vous
inviter, quatre fois par an, dans
les colonnes de ce magazine.
Chrysler 300C : plusieurs pièces de transmission
cémentées sous vide.
En 2003, Chrysler Group démarre sa première installation de
cémentation basse pression sur son site ITP 2 (Indiana, USA).
Le procédé convainc par sa fiabilité et sa qualité. Le constructeur engage alors une évolution mesurée et maîtrisée vers
cette technologie. Aujourd’hui, l’usine cémente sous vide plus
de 3 millions de pièces de transmission chaque année.
epuis 2003, Chr ysler
Group est passé de zéro
à plus de 3 millions de
pièces traitées par an en
cémentation basse pression
dans son usine Indiana
Transmission Plant II (ITP 2) de
Kokomo, USA. Cette progression est l’aboutissement d’une
politique continue d’amélioration des procédés sur ce site qui
a produit, l'année dernière,
400 000 boîtes de vitesses
automatiques W5A580 destinées à des véhicules Dodge,
Chrysler ou Jeep®.
D
Dès septembre 2005, le process
s’étend aux 12 pignons de la transmission W5A580. Le site s'équipe d'une
seconde ICBP. Les objectifs qualitatifs
sont atteints et le constructeur
constate une productivité en hausse
de 20 %.
Fiabilité de l’installation
Chrysler Group s’était fixé des objectifs pragmatiques, en ligne avec sa
logique industrielle. L’ambition initiale
du constructeur visait la qualité sur le
long terme. Les essais avaient en
effet démontré un potentiel d’amélioration de la qualité de surface et une
réduction des déformations, en lien avec la
constructeur
trempe gaz.
Après une série
Le
de campagnes de
vise
la qualité sur
tests, effectués
le
long terme
Pour la première installaentre 2001 et
tion, en l’absence d’infor2003,
Chr ysler
mation sur la fiabilité et les coûts de
Group confirme une amélioration
maintenance de l’équipement, les
qualitative des pièces. L’usine ITP 2
objectifs financiers étaient d’arriver à
acquier t sa première ICBP et
l’équilibre. Depuis, grâce à une politique
lance la cémentation en série des
d’évaluation permanente de ses
arbres d’entrée et de sor tie.
Suite >
APPLICATIONS
LE
Pour sa nouvelle génération de pompes diesel haute pression, Delphi a
équipé en trempe gaz la totalité des ICBP de son usine de Barcelone.
L'équipementier est aujourd'hui l'un des rares à utiliser de front les deux
technologies – huile et gaz. Analyse et prospective, d'après un entretien
avec Raul Perez, responsable des procédés de traitement thermiques.
Raul Perez, responsable
du développement des
procédés : “La principale
raison de ce choix, c’est
le coût de revient”
vec sa nouvelle génération de pompes diesel
haute pression à rampe commune, Delphi a
franchi un nouveau pas dans la recherche de
l'excellence. Les nouvelles pompes DFP3 sont
encore plus silencieuses, plus compactes, ouvertes
à de plus hautes pressions. Elles ont naturellement
trouvé place dans les projets d'une demi-douzaine
de constructeurs dont PSA Peugeot Citroën,
DaimlerChrysler ou Kia. Le site de Barcelone, qui
les produit, a équipé de cellules trempe gaz l'ensemble de ses ICBP. Sans intégrisme pour autant :
deux de ses trois fours restent dotés conjointement
d'une cellule à trempe huile. L'option est donc
mesurée et le bilan, crédible…
A
Un process respectueux de l'environnement
"La principale raison de ce choix, c'est le coût de
revient", résume Raul Perez, responsable du déveLa cellule de trempe gaz s’intègre à l’ICBP ECM en place
loppement des procédés de traitement thermiques
du site Delphi de Barcelone. On va voir que la qualité est aussi au rendez-vous et qu'elle est à son tour une compoEst-ce à dire que la trempe gaz est
sante du coût…
appelée à prendre définitivement le
Grâce à la trempe gaz, le lavage des pièces disparaît du process. Et
pas sur la trempe huile chez Delphi ?
avec lui, les installations qu'il nécessite, les produits chimiques, le
"Nous prévoyons de conserver une
traitement des effluents. Confidentiel, le gain est en tout cas sufficapacité de production dans chaque
samment élevé pour amortir l'achat de la troisième cellule de trempe
technologie", confie Raul Perez. On
gaz du site de Barcelone. Avantage secondaire mais non négligeable,
le sait, l'huile reste incontournable
la cellule additionnelle s'intègre très facilement à l'ICBP ECM en
pour cer taines pièces massives,
place et les premiers tests peuvent commencer le jour même.
dont le traitement au gaz imposerait
Quelques mois plus tard, le site atteint son rythme de production de
une réduction de la taille des charmasse : la nouvelle
ges et donc une perte inacceptable
Trempe gaz :
génération de pomde productivité. "Mais nous allons
schéma de principe
pes diesel haute
accroître la part de la trempe gaz
Moteur
pression commonpour y recourir, dans l'avenir, le plus
Turbine
rail est produite à
souvent possible."
Gaz de trempe
plusieurs millions
d'unités par an.
Cette tendance doit beaucoup à l'imAvec, ne l'oublions
plication proactive d'ECM. "Leur
pas, un process Echangeur
équipe R&D s'est montrée disponiexterne
Charge
propre et respecble dès l'avant-projet, n'hésitant pas
tueux de l'environà se déplacer plusieurs fois à
nement.
Barcelone pour nous conseiller, discuter certains points. Nous accordons une grande valeur à cette
"Accroître la part
disponibilité qui est, à nos yeux, un
de la trempe gaz"
avantage distinctif d'ECM."
Pour obtenir une Déflecteurs, redresseur
pompe plus performante, Delphi s'est montré plus exigeant sur les tolérances de cotes,
à quelques microns près. "La trempe gaz a montré dès l'avant-projet
une très bonne répétabilité dans les dimensions de pièces, indique
Raul Perez, alors que le traitement huile tend à amplifier les écarts
liés aux distorsions au sein d’une charge." D'où le bénéfice de productivité : "Cela a permis une réduction considérable des temps
d’usinage, car beaucoup moins de cycles de rectification
sur pièces durcies s’avèrent nécessaires pour arriver aux
cotes désirées. Une durée de fabrication après traitement
thermique qui se réduit, cela veut dire moins d’outils et
moins de machines sur la ligne de production." Process moins coûteux, qualité meilleure, gains de productivité : la boucle est
bouclée.
Beaucoup
moins de
cycles de
rectification
sur les
pompes
Photo : Delphi
APPLICATIONS
Delphi Barcelone généralise
la trempe gaz
Suite de la page 1
APPLICATIONS
ECM Japon souffle sa
première bougie
Une ICBP six cellules trempe
gaz : des gains de productivité
de 20 % en cémentation
process, le constructeur a pu confirmer
la fiabilité des ICBP dans l'unité ITP 2.
Le gain de productivité résultant de ce
seul facteur est de 10 %, selon l’estimation de Dave Kopka, ingénieur process
de l’équipe Advanced Manufacturing
Engineering de Chrysler Group. Enfin,
l’amélioration de qualité et tout particulièrement la répétabilité du process
viennent ajouter à cette productivité.
Uniformité au sein de la charge
L’uniformité de la profondeur de
cémentation sur le composant – en
fond et flanc de dent de pignons – permet d'obtenir une dureté homogène et
renforcée.
Mais surtout, cette qualité se retrouve
sur toutes les pièces et d'une charge
à l’autre, ce qui débouche sur le plus
inattendu des bénéfices.
Avec des charges de 1 000 pièces,
l’équipe de Dave Kopka constate une
très grande homogénéité de résultats,
tant dans la géométrie des pignons
que dans leurs propriétés métallurgiques, et ce, quelle que soit la position
de la pièce au sein de la charge.
Quel confort de savoir que les pignons
traités un lundi matin ou un vendredi
soir répondent aux mêmes exigences !
L’uniformité au sein de la charge
représente un gain de productivité de
10 à 15 %.
Progrès continu des process
Chrysler Group a fait de la cémentation basse pression une évolution simple et naturelle, parfaitement inscrite
dans le progrès continu de ses process, alors que d'autres la considèrent encore comme une audacieuse
rupture technologique.
La cémentation atmosphérique existe
depuis longtemps. La basse pression
est une amélioration supplémentaire :
Pour Dave
Kopka, ingénieur
process Chrysler
Group, tous les
pignons traités
répondent aux
mêmes exigences
la même idée, optimisée et
enrichie par l’innovation.
Chr ysler Group continue
simplement de réévaluer
ses process.
“La même idée,
optimisée et enrichie
par l’innovation”
Une montée en charge
progressive
• 2001 : début des tests
de traitement thermique
basse pression sur
composants de
transmission
• 2003 : lancement de
la première ICBP, pour
traiter des arbres
d’entrée et de sortie
• 2005 : démarrage de la
deuxième ICBP, pour la
cémentation des pignons
En 2005,
400 000 transmissions
produites contenant
chacune 14 composants
traités sous vide
Gains de productivité
estimés :
• 10 % liés à la fiabilité
et la disponibilité des
équipements
• 10 à 15 % apportés
par l’homogénéité de
cémentation.
Ouvert en mars 2005 à Tokyo, le
bureau d’ECM Japon, dirigé par
Thomas Auzanneau, fête sa première
année d’activité. Douze mois de
présence au côté de notre partenaire
intégrateur PNK (photo) marqués par
huit nouvelles installations ECM ICBP et
une satisfaction client en hausse. Par
ailleurs, PNK vient de doubler sa
capacité de
démonstration
avec l’acquisition
d’une installation
4 cellules ICBP H
400TG/TH équipée
en trempe gaz et
trempe huile.
Espagne : l’équipementier
Recylan étend sa gamme de
services
En installant fin 2005 sa première ICBP
trempe gaz, l’équipementier espagnol
Recylan a ajouté une nouvelle corde à
son arc : le traitement de pièces de
direction. Première application : la
production de pignons de crémaillères
pour l’industriel TRW. Avec la
cémentation basse pression ECM, Recylan
élargit son offre sur son marché cible,
l’usinage de composants avec traitement
thermique intégré.
Inde : première nationale
pour ECM
ECM va réaliser courant 2006 la première
Installation de Cémentation Basse
Pression en Inde. Le constructeur
automobile Mahindra a décidé d’intégrer
cette technologie pour traiter les pignons
de boîte de vitesses d’un nouveau
véhicule 4x4 de type SUV (Sport Utility
Vehicle). Principale raison du choix de la
basse pression : la réduction des
déformations
des pièces, en
association
avec la
trempe gaz.
Etats-Unis : coopération active
avec Ford
Les mêmes
propriétes, quelle
que soit la position
au sein de la
charge
L’étroite collaboration entre les équipes
de Ford et ECM porte ses fruits, avec le
démarrage à Sharonville (Ohio) d’une
nouvelle ICBP. Les deux partenaires se
sont mobilisés pour qualifier cet
équipement. Destinée à traiter les
composants d’une transmission
automatique six vitesses de
conception innovante, cette
installation marque la première étape
d’un projet global d’évolution des
process chez Ford.
Carbonitruration basse pression à haute
température : ECM et PSA ouvrent la voie
Des essais sur pièces réelles menés par ECM et PSA montrent la
supériorité de la carbonitruration à basse pression sur les technologies atmosphériques dans les applications les plus courantes.
A haute température, les résultats laissent présager des gains de
productivité. Après validation, le procédé pourrait être adapté sur
le parc ICBP d’ECM.
• enrichissement en azote
sur plus de 300 µm
• tenue en fatigue-flexion
améliorée de 34 %
• à 960 °C, azote présent
jusqu’à 1 mm
• à 960 °C, taux d’azote en
surface entre 0,15 et 0,2 %
NH3
▼
NH3
C2H2
N2
C2H2
N2
Débits
Temps
Cémentation
Injections alternées d’azote et
d’ammoniac en phases de diffusion
0,35
0,3
0,25
960 °C
930 °C
0,1
0,05
0
0
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100
Profondeur en µm
Hautes températures : des résultats
supérieurs aux références existantes
700
Fatigue pied de dent
600
Cette étude métallurgique devra
être complétée par de nouvelles
applications industrielles : "Nous
souhaitons valider le procédé, sur
pièces réelles, chez d'autres
constructeurs ou équipementiers."
Objectif déclaré : l'industrialisation.
Demain, l'ensemble des installations ICBP d'ECM, moyennant une
adaptation minime – la mise en
place d'une alimentation en ammoniac – pourrait être capable de réaliser la carbonitruration plus
rapidement et avec de meilleurs
résultats métallurgiques que les installations atmosphériques classiques.
Carbonitruration
basse pression
500
400
300
200
www.agence-arca.com
Ref min et max
0,2
0,15
Carbonitruration
trempe huile
+3
4%
100
0
Tests de fatigue chez PSA :
des chiffres prometteurs
Technisud
38029 Grenoble cedex 2
France
Tél. : 00 33 (0) 4 76 49 65 60
Fax : 00 33 (0) 4 38 49 04 03
E-mail : [email protected]
Conception et réalisation
Homogène dans la pièce
comme dans la charge
Le paramètre déterminant est la température. En atmosphérique, celle-ci est
limitée à 880 °C car la cinétique de
recombinaison de l'azote atomique en
azote N2 dans l’atmosphère de la cellule
est très rapide à des températures supérieures à 880 °C. ECM a réalisé les premiers essais de carbonitruration basse
pression à 880 °C, sur des pignons de
1re de boîte mécanique.
Avec succès : l'analyse métallurgique,
menée par le laboratoire Etudes
Métallurgiques et Traitement Thermique
de Lyon (France), a montré un enrichissement en azote sur plus de 300 µm. Les
enrichissements en carbone et en azote
sont par ailleurs très homogènes, dans la
pièce (flanc/fond de dent) comme dans
Un véritable gisement de productivité que ECM, on s'en doute, va
encore approfondir : "Nous poursuivons actuellement les validations industrielles sur différentes
charges complètes et prévoyons
de
monter
encore
en
température", annonce Aymeric
Goldsteinas. Une analyse micrographique des joints et des tailles
de grains sera réalisée afin de
mieux cerner le rôle de l'apport
d'azote sur l'amélioration des propriétés mécaniques.
Carbonitruration basse
pression : en chiffres...
C2H2
Telles sont les trois
conclusions majeures
de la campagne d'essais menée par ECM et
PSA en 2005, et dont
Aymeric Goldsteinas,
responsable R&D process d'ECM, a préAymeric Goldsteinas, senté les résultats le
responsable R&D 23 mars dernier lors
process d’ECM :
“Valider le procédé, des Journées eurochez d’autres péennes à Strasbourg :
constructeurs ou "Nous avons mis au
équipementiers”
point un procédé de
carbonitruration basse
pression réalisable
directement sur les installations ICBP
d'ECM. Après une première campagne
sur des éprouvettes en 29MnCr5, les
résultats ont été validés sur pièces par
PSA sur une application industrielle." Le
traitement fait intervenir, à pression
constante, des injections alternées
d'acétylène C2H2 – gaz de cémentation –
avec du gaz de diffusion N2, puis avec de
l'ammoniac NH3. "Les profils de carbone
et d'azote obtenus sont bien sûr fonction
du nombre et de la durée de ces phases", indique Aymeric Goldsteinas.
Hautes températures :
un gisement de productivité
L'équipe ECM a ensuite réalisé
des tests complets, sur le même
mode opératoire, à 930 et 960 °C.
Là encore, le bilan est positif. Les
profils montrent des profondeurs
de pénétration en C et en N nettement supérieures – jusqu'à 1 mm
pour N à 960 °C – avec des taux
d'azote en surface compris entre
0,15 et 0,2 %. Conséquence : à
cahier des charges identique, on
peut réduire le temps de traitement par une température plus
élevée. "Une augmentation de
50 °C équivaut à une durée divisée par deux", estime Aymeric
Goldsteinas.
Une campagne d’essais sur des
pignons de boîte de vitesses
C2H2
L
la charge. Quant aux tests mécaniques, réalisés chez PSA en septembre dernier, ils ont mis en évidence
un très bon comportement après
trempe gaz : la dureté et la tenue
aux chocs des pignons sont comparables à celles obtenues à pression
atmosphérique. Enfin, la tenue en
fatigue à la flexion est améliorée
de 34 %.
% Azote
a carbonitruration peut être réalisée à basse pression, avec des
résultats en tenue aux chocs et en
dureté comparables au procédé atmosphérique. Dans le cadre de tests réalisés
pour PSA la carbonitruration basse pression a même permis d'atteindre une
tenue en fatigue flexion très supérieure à
celle qu'on obtient avec le traitement
classique. Enfin, elle ouvre des perspectives intéressantes à haute température
(960 °C).
▼
TECHNOLOGIES
Premiers tests positifs