Brevet FR2359213A1 — publié le 19780217

La presente invention concerne des produits coulés sous pression en alliages d'aluminium présentant une haute résistance et une excellente ténacité. Le coulage sous pression est un procédé de coulage excellent, permettant de produire en masse et avec efficacité des piè- ces moulées de forme complexe, et de nombreux produits largement utilisés dans l'industrie tels que des pièces automobiles, mécaniques, électriques et autres ont été coulés de cette manière. Les caractéristiques des références A413, A360, A380 et 384 de 1'A.A. (le Standard Casting Alloy - alliage de coulage standard - de llAmerican Association) montrent que la plupart des alliages d'aluminium destinés au coulage sous pression contiennent du Si dans une proportion comprise entre 8 et 13 % environ, ainsi que du Cu, du Mg et autres en faibles quantités.Les produits coulés sous pression à partir de ces alliages classiques présentent une résistance à la traction comprise entre 25 et 30 kg/mc : ils sont donc relativement excellents au point de vue résistance mais ils présentent l'inconvénient de n'titre dotés que d'un faible allongement compris entre 1 et 3 % et drune résistance au 2 choc Charpy nettement basse et comprise entre 0,1 et 2 Kg.m/cm Clest ainsi qu'on rencontre souvent des problbmes dans l'utilisation de ces alliages pour des pièces susceptibles dlêtre soumises à des chocs particulièrement élevés ou bien pour des piè- ces d'entretien difficile quand elles sont soumises à des cassures trans-cristallines comme cela est le cas pour des accessoires automobiles tels que freins, pare-chocs, empattements, etc. L'un des buts de la présente invention est de permettre de réaliser des produits coulés sous pression en alliages dtalumi- nium présentant une excellente ténacité et une forte résistance, par comparaison avec des produits traditionnels en aluminium coulé sous pression. Les alliages de la présente invention consistent en 7 à 12 * de Si, 0,2 à 0,5 % de Mg, 0,65 à 1,2 ffi de Fe et 0,55 à 1,0 % de Mn, le solde étant constitué par lXAl et des impuretés. Conformément à une forme de réalisation de 1'invention, un alliage d'aluminium fondu de composition contrôlée et située dans les fourchettes qui viennent d'être mentionnées, est coulé sous pression dans un moule de forme désirée, les produits de ce coulage sous pression étant ensuite sonmis à un traitement thermique convenable susceptible de leur apporter une résistance à la traotion d'environ 30 kg/mm, un allongement supérieur à 10 % environ et une r6sistance au choc Charpy supérieure à 3 kg.m/cm.Ces produits obtenus par traitement thermique présentent une ténacité bien meilleure que celle des produits d'aluminium traditionnels coulés sous pression et ils peuvent être utilisés largement non seulement comme pièces de protection dans des véhicules, mais également comme pièces mobiles dans des machines ou commes pièces soumises a des chocs ou à des contraintes. La présente invention sera maintenant illustrée par des formes de réalisation spécifiques données à titre d'exemple non limitatif. Le Tableau 1 présente une comparaison entre les compositions chimique des alliages d'aluminium employés dans la présente invention et des compositions connues et assez semblables de I'AA. Tableau 1. Compositions chimiques en * en poids. Cu Si Mg Fe Mn Al Alliages de - 7 - 12 0,2-0,5 0,65-1,2 0,53-1,0 solde l'invention (8-10) (0,25-0,35)(0,7-1,0)(0,6-0,8) (solde) A 360 # 0,6 9,0-10,0 0,4-0,6 # 1,3 # 0,35 soide A380 3,0-4,0 7,5-9,5 #0,1 =0,3' solde Les chiffres entre parenthèses indiquent les pourcentages préférés de la présente invention. Les alliages conformes à la présente invention sont du type dit "silumine", c'est-à-dire un alliage d'aluminium contenant du Si comme élément essentiel d'alliage, la teneur en Si qui est comprise entre 7 et 12 % étant située dans la gamme des compositions traditionnelles des alliages de ce type. Les alliages contenant du Si dans la gamme indiquée présentent une excellente coulabilité et peuvent être facilement coulés sous pression en des formes complexes, y compris en des pièces comportant des parois fines. Le Mg contenu dans la proportion de 0,2 à 0,3-% dans les présents alliages renforce la résistance des pie ces moulées , en coopération avec la teneur en Si, lorsqu'un traitement thermique convenable est appliqué. Si la teneur est inférieure à 0,2 %, lteffet de ce traitement est faible, et si la teneur excède 0,5 % la ténacité du produit est nettement diminuée. La coexistence de Fe dans une proportion comprise entre 0,65 et 1,2 e; et de Mn dans une proportion comprise entre 0,55 et 1,0 % dans lesdits alliages améliore la ténacité des produits qui en résultent. Pour une teneur en Fe inférieure à 0,63 % et une teneur en Mn inférieure à 0,55 % , l'amélioration de la ténacité des produits est insignifiante, et pour une teneur en Fe supérieure à 1,2 % et une teneur en Mn supérieure à 1,0 %, la ténacité des pro duits est nettement diminuée. Bien que la composition de alliage conforme à la présente invention soit en général déterminée dans les fourchettes mentionnées, la composition préfér6e se situe à l'intérieur des pourcentages suivants : de 8 à 10 % de Si, de 0,25 à-0,35 % de Mg, de 0,7 à 1,0 % de Fe, et de 0,6 à 0,8 t de Mn. La teneur en impuretés admise pour Qet alliage est inférieure à 0,2 % pour le Cu, à 0,1 % pour le Cr, à 0,3 % pour le Zn, et a 0,1 % pour le Ti. Quand les impuretes dépassent ces valeurs, il en résulte une diminution de la ténacité Conformément à la présente invention, il et nécessaire pour obtenir des produits de coulege ayant une ténacité suffisante et une résistance améliorée en partant de l'alliage ayant la comme position ci-dessus mentionnée de réaliser un refroidissement rapide à 200C/sec. ou plus et un traitement thermique convenable dans le processus du coulage.Si la rapidité du refroidisements accéléré est inférieure à 20 C par seconde, aucun traitement thermique quel qu'il soit ne donnera un résultat favorable. Conformément à la présente invention, on obtient les produits coulés au moyen d'un procédé de coulage sous pression sans pores qui provoque la formation de moins de pores dans le produit coulé. Ce procédé de coulage sous pression sans pores est détaillé dans le brevet américain n0 3.106.402 de Ladtke. La raison pour laquelle le procédé de coulage sous pression sans pores est adopté dans le cas présent est que les produits coulés sous pression conformément à la présente invention peuvent être dotés de la ténacité et de la résistance désirées en les soumettant à un traitement thermique convenable après le coulage sous pressions alors que la pro sence de pores en grand nombre donnerait naissance à des pustules et a des déformations des produits traités lors de ce traitement thermique - subséquent. Les produits conformes à la présente invention peuvent être dotés d'une ténacité remarquablement élevée au moyen d'un traitement thermique à dissolution améliorée des métaux d'addition, à une température comprise entre 450 et 530 C. La ténacité des produits soumis à ce traitement thermique à dissolution améliorée des métaux d1addition peut etre encore augmentée par vieillissement à une température comprise entre 150 et 23000 pendant une période supérieure à une heure. La présente invention sera maintenant illustrée par les exemples suivants. Exemple 1. Un alliage d'aluminium dont la composition est celle figurant sur le tableau 2 a été coulé sous pression au moyen d'un procédé de coulage sous pression sans pores dans lequel l'air existant dans la machine de coulage sous pression a été remplacé par de ltoxygène gazeux dans le but de fabriquer 2000 carters de moteur Les produits coulés ont ensuite été portés à 50000 pendant 2 heures, puis ce traitement a été suivi par une trempe à l'eau. Les articles trempés ont été vieillis à 190 C pendant 4 heures. Le Tableau 3 expose les résultats obtenns en mesurant la résistance à la traction, l'allongement et la résistance au choc Charpy sur des specimens échantillons pris parmi les produits obtenus. A titre de comparaison, le tableau 3 indique également les valeurs obtenues on mesurant les mêmes caractéristiques sur des articles coulés sous pression à partir d'alliage AA conve-ntionnels de composition dans l'ensemble similaire comme le montre les lignes 2 et 3, et traités dans les mêmes conditions. T A B L E A U 2 Composition chimique Cu Si Mg Fe Mn Ai (j) Alliage selon l'invention - 9 0,3 1,0 0,65 solde (2) A360 - 9 0,5 1,0 - solde (3) A380 3,1 9 - 1,0 - solde TABLEAU 3 Résistance à la Allongement Résistance au choc traction (Eg/mm2) % Eg.m/cm2 (1) 31,0 14 4,1 (2) 30,5 6 1,3 (3) 32,5 2 1,8 Comme le montre le tableau 3, on a constaté que les produits coulés sous pression conformément à la présente invention présentent une résistance aussi grande que celle de produits coulés sous pression conventionnels mais par contre un allongement et une résistance au choc nettement plus élevés. Exemple 2. 2000 moyeux de motocyclettes ont été coulés sous pression au moyen d'un procédé de coulage sous pression sans pores et à oxygène gazeux, en utilisant un alliage d'aluminium fondu comprenant 10 % de Si, 0,3 % de Mg, 0,6 % de Mn et 1,0 s de Fe, le solde étant constitué par de ltAl et des impuretés. Ensuite, les moyeux moulés ont été soumis à un traitement thermique à dissolu tion améliorée des métaux d'addition à 5000C pendant 5 heures. Les échantillons pris dans le lot présentaient les valseurs suivantes au point de vue résistance à la traction, allongement et résistance au choc, ce qui montre qu'ils avaient une résistance et une ténacité excellentes. Résistance à la traction (Kg/mm) 30,1 Allongement (%) 15,5 2 Résistance au choc (Kg.m/cm ) 4,3 R E V E N n I.C A T I 0 N S 1.- Alliage d'aluminium pour coulage sous pression consistant essentiellement en 7 à 12 % de Si, 0,2 à 0,5 % de Mg, 0,65 à 1,2 % Fe, 0,55 à 1,0 % de Mn en poids, le solde étant constitué par l'Al et des impuretés. 2.- Alliage d'aluminium selon la revendication 1, caractérisé par le fait que sa composition en poids consiste essentiellement en 8 à 10 ss de Si, 0,25 à 0,35 % de Mg, 0,7 à 1,0 y de Fe et 0,6 à 0,8 de Mn, le solde étant constitué par l'Al et des impuretés. 3.- Alliage d'aluminium selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il contient en impuretés moins de 0,2 % de Cu, moins de 0,1 % de Cr, moins de 0,3 ç de Zn, et moins de 0,1 % de Ti, ces pourcentages étant exprimés en poids. 4.- Produits d'alliages dtaluminium par coulage sous pression, caractérisés par le fait que pleur composition en poids consiste essentiellement en de 7 à 12 % de Si, 0,2 à 0,5 s de Mg, 0,65 à 1,2 % de Fe, 0,55 à 1,0 % de Mn, le solde étant constitué par .l'Al et des impuretés, lesdits produits étant obtenus en coulant sous pression ledit alliage d'aluminium alors qu'il est fondu dans des moules de forme désirée, au moyen d'un procédé de coulage sous pression sans pores dans lequel l'oxygène gazeux est le gaz actif, et soumettant les pièces coulées sous pression qui sn résultent à un traitement thermique à dissolution améliorée des métaux d'addition à une température comprise entre 450 et 530 C, suivi d'un vieillissement à une température comprise entre 150 et 230 C. 5.- Produits coulés sous pression selon la revendication 4, caractérisés par le fait que leur composition en poids consiste essentiellement en 8 à 10 % de Si, 0,25 à 0,35 % de Mg, 0,7 à 1,0 % de Fe, 0,6 à 0,8 % de Mn, le solde étant constitué par l'Al et des impuretés. 6.- Produits coulés sous pression et mis en forme à partir de l'alliage de la revendication 1.