Brevet FR2388892A1 — publié le 19781124

La présente invention concerne la composition de bains de trempe pour pièces métalliques, et a plus particulièrement pour objet l'application huiles minérales à la constitution de bains de trempe pour pie ces coulées en alliages de magnésium et/ou d'aluminium. Dans l'état actuel de la technique, les pièces coulées en alliages de magnésium et/ou d'aluminium sont, le plus souvent, soit refroidies à l'air, soit trempées dans un bain d'eau, ce qui présente l'inconvénient, dans les deux cas, de développer, au sein de ces pièces, de fortes tensions internes qui ne peuvent être supprimées par les opérations de recuit ou de revenu, suivant habituellement la trempe de pièces métalliques. I1 est connu que le développement de ces tensions internes au sein dtune pièce trempée est causé par un refroidissement hétérogene de la pièce ou des différences de refroidissement des diverses zones que peut comporter cette pièce, ces tensions internes-étant d'autant plus importantes que le niveau moyen des vitesses de refroidissement est élevé, ou que des phénomènes perturbateurs, tels que la présence de nappes de gaz au contact de certaines zones de la pièce trempée, viennent freiner les échanges thermiques entre les zones concernées et le bain de trempe. D'une façon générale, la considération de la courbe donnant la température, au coeur d'une pièce trempée, en fonction du temps de trempe, fait apparaître que deux phases se succedent, et on a constaté que les tensions internes dépendent essentiellement de la vitesse de refroidissement de la première phase et des phénomènes qui s'y produisent, tandis que les caractéristiques mécaniques sont en relation directe avec la vitesse de refroidissement de la première et du début de la deuxième phase. Le bain de trempe optimal serait donc celui qui donnerait de bons résultats dans les deux phases, à savoir, faibles tensions internes et bonnes caractéristiques mécaniques. Au cours de ces dernières années, l'utilisation, pour la trempe de pièces en alliages de magnésium et/ou d'aluminium, de bains constitués de solutions d'eau et de glycols à solubilité inverse, c'est-à-dire plus solubles à froid qu'å chaud, le ou les-glycols intervenant dans une proportion de 25% environ, a permis de réaliser des progrès sensibles, le glycol se déposant sur la pièce, dans la première phase de la trempe, en un léger film présentant l'aval tage de régulariser les échanges thermiques. De plus, certaines concentrations eau-glycol présentent simultanément l'avantage de conserver à la pièce trempée le bon niveau de caractéristiques mécaniques qui aurait été le sien à la suite d'une simple trempe à l'eau. Par contre, les résultats des mesures du niveau des tensions internes, effectuées sur plusieurs séries de pièces coulées et trempées dans les memes conditions, ont fait apparaitre une dispersion qui nta pu être réduite. En particulier, pour certaines pièces en alliages de magnésium, dont la limite de fatigue est de 11 à 12 hectobars (hb), on a mesuré occasionnellement des valeurs de 1Ohb de tensions internes alors que les valeurs habituelles étaient de 2 à 4hb. Le but visé par la présente invention est donc d'obtenir des bains de trempe procurant, dans tous les cas, aux pièces coulées en alliages de magnésium ou/et d'aluminium, un faible niveau de tensions internes tout en conservant le niveau habituel de caractéristiques mécaniques. Selon l'invention, les bains de trempe permettant d'obtenir ce résultat se caractérisent en ce qu'ils sont essentiellement constitués d'une huile minérale ou d'un mélange d'huiles minérales pour laquelle ou pour lequel on obtient une vitesse de refroidissement comprise entre 25 et 600C/s, à la fin de la première phase de la trempe, au centre d'un cylindre de 50mm de diamètre et 63mm de hauteur, trempé à la température de 52000 dans un volume de 12 litres d'huile ou de mélange à une température d'environ 200C, le cylindre étant constitué en un alliage de fonderie à base a'aluminium contenant les constituants suivants en poids, (autres que le fer et autres impuretés) silicium de 6,5 à 7,5% magnésium de 0,45 à 0,70 titane de 0,15 à 0,35% L'invention a donc pour objet l'application des produits de la famille des huiles minérales à la constitution de bains de trempe pour pièces coulées en alliages de magnésium et/ou d'aluminium, la sélection des huiles minérales présentant une aptitude particulière pour cette application s'effectuant par un test que la Demanderesse a été amenée à définir, et qui sera présenté en référence aux dessins annexés, dans lesquels la figure 1 représente, en coupe axiale, le cylindre métallique utilisé dans ce test, et la figure 2 représente la courbe de refroidissement donnant la température au centre du cylindre en fonction du temps de trempe t. En référence à la figure 1, on utilise un cylindre 1 de 50mm de diamètre et de 63mm de hauteur, constitué en un alliage de fonderie à base d'aluminium, contenant en poids de 6,5 å 7,5% de silicium, de 0,45 à 0,70% de magnésium et de 0,15 à 0,35% de titane, la proportion du fer ne dépassant pas 0,20% et celle d'autres impuretés, telles que le zinc, le magnésium et le cuivre ne dépassant pas 0,10%,un tel alliage étant connu en France sous la dénomination AS7G06. Dans ce cylindre 1, sont ménagés un premier perçage axial 2, de 10mm de diamètre et de 1Omm de profondeur, puis un second pesage axial 3, au fond du premier, de 1,7mm de diamètre et de 21mm de profondeur, dans lesquels sont respectivement reçus le corps 4 et la sonde 5 d'un thermopouple, par exemple un thermocouple associant un filament en chromel et un filament en alumel. Le cylindre 1, ainsi équipé du thermocouple dont la sonde 5 est disposée pratiquement en son centre, est porté à une température de 52000, puis trempé dans un bain constitué de 12 litres d'huile minérale à 200C, La courbe de refroidissement au centre du cylindre 7 ayant été enregistrée (voir figure 2), s'il apparait que la vitesse de refroidissement en A, à la fin de la première phase de trempe, est comprise entre 25 et 600G/s, et, de préférence, est voisine de 400C/s, l'huile minérale peut être retenue pour constituer le bain de trempe pour des pièces coulées en alliages de magnésium et/ou d'aluminium, et les mesures de tensions internes, faites sur ces pièces ou leur niveau habituel - obtenu à partir de différents liquides de trempe - est bien connu, sont comprises entre 2hb en traction et 3hb en compression, sans valeur hors de ce domaine, les statistiques ayant été établies sur plusieurs dizaines de pièces pendant une longue période, alors qu'à la suite de trempes dans un mélange eau-glycol, on a occasionnellement mesuré, sur des pièces identiques, des tensions internes de 1Ohb en traction, pour des alliages d'aluminium ou de magnésium ayant une limite de fatigue de 17 à 12hb, ces tensions internes élevées expliquant l'apparition de criques de fatigue en cours d'utilisation des pièces ainsi trempées. L'invention procure donc des bains de trempe de bonne qualité, susceptibles de donner aux pièces coulées en alliages de magnésium et/ou d'aluminium un faible niveau de tensions internes, tout en conservant le niveau habituel de leurs caractéristiques- mécaniques. REVENDICAIONS 1/ Bains de trempe constitués d'huile, pour la trempe de pièces coulées en alliages de magnésium et/ou d'aluminium, caractérisé en ce que l'huile est une huile minérale ou un mélange d'huiles minérales, utilisé (e) à une température voisine de 200C. 2/ Procédé de trempe pour pièces coulées en alliages de magnésium et/ou d'aluminium, caractérisé en ce qu'on emploie un bain de trempe constitué d'une huile minérale ou d'un mélange de telles huiles qui satisfait la condition qu'a' la fin de la première phase de la trempe, une vitesse de refroidissement comprise entre 25 et 600C/s soit obtenue au centre d'un cylindre d'épreuve de 50mm de diamètre et de 63mm de hauteur, plongé-à une température de 52000 dans un volume de 12 litres de cette huile ou de ce mélange d'huile à une température voisine de 200C, le cylindre étant constitué en un alliage de fonderie à base d'aluminium, contenant, à part le fer et d'autres impuretés, de 6,5 à 7,5% de silicium, de 0,45 à 0,70% de magnésium et de 0,15 à 0,35% de titane.