Crochet forgé de levage : propriétés mécaniques et essai statique

La norme GB/T 10051.3-2010 constitue la 3ᵉ partie de la série dédiée aux crochets de levage. Elle spécifie plus particulièrement les propriétés mécaniques des matériaux et la méthode d'essai de charge statique applicables aux crochets forgés. En tant que dispositif de préhension le plus critique de la grue, les performances du matériau et la capacité portante du crochet sont directement liées à la sécurité des opérations de levage et de transport. Cet article propose une lecture détaillée du contenu essentiel de cette norme.

Positionnement de la norme et classification des crochets

La norme GB/T 10051.3-2010 est la 3ᵉ partie de la série GB/T 10051 « Crochets de levage », utilisée conjointement avec la GB/T 10051.1 (spécifications techniques générales des crochets de levage) et la GB/T 10051.2 (spécification technique des crochets forgés). La norme définit deux types de structure pour les crochets forgés : le crochet à tige droite (fixé sur la traverse de crochet par un écrou de crochet) et le crochet à anneau (raccordé par un anneau de levage). Selon la forme de la section du corps, on distingue le crochet simple et le crochet double (crochet en C). Selon la forme de la section critique du corps, on distingue les crochets à section trapézoïdale et les crochets à section en T. La gamme de spécifications des crochets couvre de 0,25 t à 320 t, répartie en 15 classes de capacité de levage. L'avantage du crochet forgé réside dans le fait que la ligne de flux du métal suit continûment le contour du crochet, offrant une excellente limite de fatigue et une bonne ténacité, sans risque de délamination comme c'est le cas pour les crochets de type lamellé.

Exigences techniques

La norme impose des exigences techniques strictes concernant les matériaux, les propriétés mécaniques et le procédé de fabrication des crochets forgés :

Matériaux — Les crochets forgés doivent être fabriqués en acier de construction au carbone de qualité supérieure ou en acier de construction allié. Les nuances courantes sont le DG20 (acier dédié aux crochets, qualité 20) et le DG34CrMo (acier allié dédié aux crochets). Le matériau doit présenter une bonne plasticité et une bonne ténacité à basse température, avec une teneur en carbone ≤ 0,25 % (pour garantir la soudabilité et la ténacité) et des teneurs en P et S ≤ 0,025 % chacune. Une analyse de la composition chimique et une vérification des propriétés mécaniques doivent être effectuées sur chaque pièce.

Procédé de forgeage — Les crochets doivent être formés par forgeage en matrice, avec un rapport de forgeage d'au moins 3:1 (rapport entre la section initiale et la section finale), garantissant une distribution continue de la ligne de flux du métal le long du contour du crochet (la ligne de flux ne doit pas être interrompue au niveau de la section critique). Plage de température de forgeage : température initiale de forgeage de 1 150 à 1 200 °C, température finale de forgeage ≥ 850 °C. Après forgeage, un traitement thermique de normalisation (refroidissement à l'air de 850 à 900 °C) suivi d'un revenu (refroidissement à l'air ou au four de 550 à 650 °C) doit être appliqué pour éliminer les contraintes de forgeage et affiner le grain.

Propriétés mécaniques — Chaque crochet fini doit subir un essai de propriétés mécaniques : limite d'élasticité ≥ 335 MPa (DG20) ou ≥ 685 MPa (DG34CrMo) ; résistance à la traction ≥ 470 MPa ou ≥ 785 MPa ; allongement δ ≥ 22 % ou ≥ 14 % ; réduction de section ψ ≥ 45 % ou ≥ 40 % ; énergie de rupture KV₂ (−20 °C) ≥ 34 J. Dureté : dureté superficielle du corps du crochet HB 140~187 (DG20) ou HB 210~270 (DG34CrMo).

Dimensions structurelles et paramètres de conception

La norme normalise les dimensions structurelles clés des crochets forgés : dimension d'ouverture du crochet (largeur de la gorge) — pour un crochet de 5 t, l'ouverture est d'environ 60 mm ; rayon de courbure du crochet — le rayon de courbure intérieur du crochet ne doit pas être inférieur à 2,5 fois le diamètre du câble métallique ; section critique du corps — dimensionnée pour une charge de travail sûre de 4 à 5 fois la capacité nominale du crochet. Le diamètre du col (partie de tige droite) est dimensionné pour une charge de travail sûre de 3 à 4 fois la capacité nominale du crochet. L'écrou de crochet et le dispositif de verrouillage — le crochet doit être muni d'un dispositif de verrouillage anti-desserrage (goupille fendue ou cale de blocage), avec une hauteur d'écrou d'au moins 0,8 fois le diamètre du filetage du crochet. La pointe du crochet doit être équipée d'un verrou de crochet (languette ou ressort de verrouillage) pour empêcher tout décrochage accidentel de la charge.

Essais et inspection

La norme exige que chaque crochet forgé soit soumis aux essais et inspections suivants :

Analyse de la composition chimique — Analyse élémentaire de C, Si, Mn, P, S, Cr, Ni, Mo, etc., sur chaque pièce.

Essai des propriétés mécaniques — Un échantillon est prélevé dans le même lot (même coulée) et la même spécification pour subir un essai de traction et un essai d'impact.

Essai de charge statique — Chaque crochet fini doit subir un essai de charge statique, avec une charge d'essai égale à 2 fois la capacité nominale (crochets généraux) ou 2,5 fois (crochets pour le levage de matières dangereuses), maintenue pendant ≥ 5 min. Après l'essai, la déformation résiduelle de la dimension d'ouverture du crochet est mesurée (l'augmentation de l'ouverture ne doit pas dépasser 0,25 % de la dimension d'ouverture d'origine). L'essai de charge statique est la méthode la plus directe pour évaluer la capacité portante du crochet.

Contrôle non destructif — La surface du crochet doit subir une magnétoscopie (MT) pour détecter les fissures de forgeage, les replis et les lignes de glissement. Les zones de transition aux deux extrémités du corps du crochet doivent subir un contrôle par ultrasons (UT) pour détecter les inclusions internes et les fissures. Critères d'acceptation MT : aucune fissure ni indication linéaire n'est tolérée. Critères d'acceptation UT : aucun signal de défaut supérieur à un trou plat équivalent de Φ2 mm.

Critères de mise au rebut des crochets de levage

La norme définit précisément les critères de mise au rebut applicables aux crochets en service. Un crochet de levage doit être immédiatement mis au rebut et remplacé dès l'apparition de l'un des défauts suivants : 1) Fissure — toute fissure, superficielle ou interne, détectée à l'œil nu ou par CND ; 2) Déformation de l'ouverture — augmentation permanente de la dimension d'ouverture du crochet supérieure à 5 % de la dimension d'origine (mesurée au pied à coulisse) ; 3) Déformation en torsion — angle de torsion du corps du crochet supérieur à 10° (mesuré avec un rapporteur d'angle) ; 4) Usure — quantité d'usure au niveau de la section critique (partie la plus mince du corps du crochet) supérieure à 5 % de la dimension d'origine ; 5) Corrosion — corrosion superficielle sévère se manifestant par des piqûres ou une perte de section supérieure à 5 % ; 6) Dommage thermique — décoloration de surface due à un arc électrique ou à un chauffage à la flamme ; 7) Déformation plastique — flexion ou torsion visible du crochet. La mise au rebut d'un crochet est définitive : le crochet n'est pas réparable et doit être remplacé dès la détection du défaut. Toute tentative de réparation par rechargement ou soudure est strictement interdite.

Tableau comparatif des propriétés mécaniques des crochets de levage forgés

Le tableau comparatif ci-dessous présente les paramètres essentiels des propriétés mécaniques des crochets de levage forgés, afin de faciliter la sélection et l'utilisation de ces équipements.

Questions fréquentes