Le toron de précontrainte et le fil à ressort subissent les réductions totales les plus sévères du tréfilage. On n'attend pas ici de la couche porteuse qu'elle tienne une filière, mais des dizaines.
Parmi les applications du tréfilage, le toron de précontrainte et le fil à ressort occupent une place à part. La difficulté ne tient pas à la pression de contact dans une filière donnée, mais à l'ampleur de la réduction totale : le fil machine à haut carbone traverse une longue série de filières jusqu'à une petite fraction de son diamètre initial, et l'on attend de la couche porteuse et du lubrifiant qu'ils continuent de travailler tout du long. Un système performant à la première filière peut être épuisé à la vingtième.
Cet article traite de la préparation de surface sur les lignes de fil à haut carbone : ce que le patentage fait à la surface, ce qu'on attend de la phosphatation au zinc dans ce segment, comment évolue le choix du lubrifiant et quels points de contrôle font baisser le nombre de casses. Pour la séquence générale, voir les étapes du procédé de phosphatation ; pour le suivi des défauts en ligne, voir défauts en tréfilage et solutions.
Ce troisième point fait passer la préparation de surface d'une question de confort de procédé à une question de qualité produit. Une rayure formée au tréfilage peut n'être qu'un défaut esthétique sur une ligne de fil ordinaire ; sur un toron de précontrainte, elle peut devenir une entaille qui amorce une concentration de contraintes.
Avant un tréfilage sévère, le fil à haut carbone subit un traitement thermique appelé patentage. Son but est de donner au matériau une structure lamellaire fine capable d'encaisser une forte réduction. Du point de vue de la préparation de surface, l'essentiel est le suivant : le patentage laisse une couche d'oxyde sur le fil sortant du four, et toute la suite dépend de la manière dont cette couche est éliminée.
L'oxyde est éliminé mécaniquement ou par décapage acide. Quelle que soit la voie choisie, le critère est le même : la surface qui entre dans le bain de phosphatation doit être métallique et propre. Une ligne qui laisse des résidus d'oxyde n'obtiendra pas de résultat, même si toutes les étapes suivantes sont correctes : le revêtement se dépose sur l'oxyde et part avec lui dès la première filière.
Le rôle de la couche de phosphate est le même dans toutes les applications : retenir le lubrifiant et empêcher le contact métal-filière. Mais sur les lignes de toron de précontrainte et de fil à ressort s'ajoute une exigence supplémentaire : l'endurance. La couche doit encore travailler à la dernière filière, pas seulement à la première.
Cette attente a trois conséquences. D'abord, le poids de couche se fixe selon les besoins de la réduction totale et non de la première filière ; en tréfilage multi-filières sévère, il faut souvent se rapprocher du haut de la plage. Les bains KIMSOL travaillent dans la plage de 3 à 15 g/m², et la position qu'une ligne doit y occuper se détermine en fonction du schéma de tréfilage ; pour la méthode de mesure, voir mesure du poids de couche.
Ensuite, l'homogénéité de la structure cristalline devient plus déterminante que l'épaisseur. Une structure cristalline grossière et irrégulière s'épuise par endroits en cours de réduction totale ; là où elle s'épuise, le film s'amincit et le risque de casse apparaît. Lorsque les casses d'une ligne se concentrent après un numéro de filière donné, c'est le signe que la couche s'arrête là. Pour la maîtrise de la taille des cristaux, voir bain d'activation et taille des cristaux.
Enfin, la stabilité du bain n'est pas un luxe dans ce segment, mais une nécessité. Quand l'équilibre acidité totale / acidité libre dérive, la structure cristalline dérive avec lui ; un bain instable produit des poids de couche variables au sein d'un même lot et rend le nombre de casses imprévisible. Pour la méthode de contrôle, voir entretien du bain de phosphatation.
| Critère | Toron / fil de précontrainte | Fil à ressort |
|---|---|---|
| Usage final | Sous tension permanente ; chargé à vie dans le béton | Charge cyclique ; des millions de cycles |
| Défaut de surface critique | Entailles et rayures qui amorcent une concentration de contraintes | Irrégularité de surface qui amorce une fissure de fatigue |
| Opération après tréfilage | Toronnage et stabilisation (relaxation des contraintes) | Enroulement, traitement thermique et souvent revêtement de surface |
| Sensibilité aux résidus | Importante pour l'adhérence au béton et le comportement en corrosion | Propreté critique avant traitement thermique et revêtement |
| Priorité de la couche porteuse | Endurance sur toute la réduction totale | Endurance et qualité de surface finale |
| Orientation du lubrifiant | La tenue du film prime en tréfilage sévère | Recherche d'un équilibre entre qualité de surface et facilité de nettoyage |
En pratique, la distinction se résume ainsi : les deux produits impliquent un tréfilage sévère, mais sur le fil à ressort, l'aspect et la propreté de la surface finale deviennent plus tôt une contrainte déterminante. Sur le fil de précontrainte, la priorité est un tréfilage sans casse et sans entaille tout au long d'une longue chaîne de réduction.
Les lubrifiants secs se répartissent en familles réactives, qui réagissent avec la couche de phosphate, et en familles neutres, qui laissent un film physique ; la comparaison détaillée figure dans choix du savon de tréfilage. En tréfilage sévère de fil à haut carbone, la tendance générale va vers le côté réactif, dont la capacité de portance du film est plus élevée ; mais ce n'est pas une règle automatique.
Deux contraintes font évoluer la décision. La première est le diamètre final : à mesure que la ligne descend vers les fins diamètres, un film épais et à grain grossier peut provoquer du poudrage et des accumulations à l'entrée de filière ; les formulations à grain plus fin travaillent plus proprement dans cette zone. La seconde est l'opération qui suit le tréfilage : si le fil à ressort doit être revêtu ou traité thermiquement sous atmosphère contrôlée, les résidus laissés en surface peuvent devenir un défaut de procédé. Les méthodes pour les éliminer sont exposées dans élimination des résidus de savon et de phosphate.
Une erreur fréquente sur les lignes multi-filières consiste à vouloir sauver la continuité du film en augmentant la consommation de lubrifiant. Lorsque c'est la couche porteuse qui fait défaut, cela masque le symptôme un temps sans en supprimer la cause, et ouvre une nouvelle source de défauts en s'accumulant à l'entrée de filière. Pour les variables qui déterminent réellement la consommation, voir réduire la consommation de savon de tréfilage.
Le cinquième point est le diagnostic le plus parlant dans ce segment. Si les casses sont réparties au hasard le long de la ligne, le problème se situe généralement du côté du matériau ou des filières ; si elles se concentrent après une filière donnée, la couche porteuse s'épuise à cet endroit et la réponse se trouve du côté du revêtement.
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Pour deux raisons. D'abord, la réduction totale est très élevée ; la couche porteuse doit continuer à travailler sans s'épuiser non pas sur une filière, mais sur des dizaines. Ensuite, le produit fini travaille sous tension permanente ; une rayure ou une entaille formée au tréfilage peut amorcer une concentration de contraintes et affecter directement la durée de vie.
Le patentage est le traitement thermique qui donne au matériau une structure capable d'encaisser une forte réduction ; il laisse une couche d'oxyde sur le fil sortant du four. Si cette couche n'est pas entièrement éliminée, mécaniquement ou par décapage acide, la phosphatation se dépose sur l'oxyde et part avec lui dès la première déformation. Une surface métallique et propre à l'entrée du bain est la condition préalable de toute la chaîne.
Cette répartition indique que la couche porteuse s'épuise à cet endroit. Si les casses sont réparties au hasard, le problème se situe généralement du côté du matériau ou des filières ; si elles se concentrent après un numéro de filière donné, le poids de couche est insuffisant pour la réduction totale ou la structure cristalline n'est pas homogène. Il faut alors chercher la réponse du côté du revêtement, pas du lubrifiant.
La tendance générale va vers le côté réactif, dont la capacité de portance du film est plus élevée, mais ce n'est pas une règle automatique. Lorsque la ligne descend vers les fins diamètres, un film à grain grossier peut provoquer poudrage et accumulations à l'entrée de filière. Par ailleurs, si le fil doit être revêtu ou traité thermiquement après tréfilage, les formulations dont les résidus s'éliminent plus facilement peuvent prendre l'avantage.
Les problèmes d'une ligne de tréfilage se voient à la filière, mais ils naissent généralement au dégraissage, à l'activation, à la phosphatation ou à l'étape savon. Ce guide reprend les sept symptômes les plus souvent signalés, avec leurs causes probables et les contrôles à mener, dans l'ordre.
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Lire →Le savon réactif réagit avec la couche de phosphate pour former un savon de zinc ; le savon neutre laisse un film physique. Lequel convient à quelle ligne se décide selon la vitesse de tréfilage, le taux de réduction, le diamètre du fil et ce que le fil doit subir après tréfilage.
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