Brevet FR2519396A1 — publié le 19830708

1- La présente invention concerne des alliages d'alu- minium utilisables comme matière pour paliers, par exemple pour utilisation dans des moteurs à combustion interne. Pour ces applications, il est connu d'utiliser un alliage pour paliers de moteurs à base d'aluminium- avec une haute teneur en silicium, Al Si 11 % Cu l%, dans lequel le silicium est distribué finement et uniformément sous la forme de petites plaquettes Les propriétés anti- grippage de l'alliage dérivent de la haute teneur en silicium, le râle du cuivre étant de fournir un degré élevé de résistance à la fatigue Cet alliage Al Sill Cul est largement utilisé industriellement comme garniture de coussinets de vilebrequins à support d'acier dans des moteurs à combustion interne, en particulier pour des moteurs Diesel à régime élevé. De bonnes propriétés anti-grippage et une haute résistance à la fatigue sont des exigences contradictoires dans un alliage pour paliers de moteurs, car la deuxième exigence est associée à une haute dureté et la première est associée à une basse dureté L'addition de 1 % de cuivre augmente la dureté de la garniture du coussinet, la portant à une valeur d'environ 65 HV Ce degré de dureté peut être plus élevé que ce qui est nécessaire pour des propriétés anti-grippage optimales Comme résultat, la capacité de la garniture du coussinet d'accepter de petits défauts d'alignement entre elle- même et le vilebrequin-peut être relativement médiocre. Cette "conformabilité" est généralement considérée dans l'industrie comme un aspect important des paliers de vilebrequins. En raison du manque de conformabilité dans l'alliage Al Sill Cul, les coussinets sont généralement pourvus d'une mince couche superficielle molle d'alliage plomb/ étain Le procédé d'électrodéposition par lequel cette 19396 -2- couche superficielle est déposée sur la surface du cous- sinet est coûteux et représente une portion majeure du coût total du coussinet Des tentatives en vue de réduire la teneur en cuivre à moins de 1 % n'ont pas été cou- ronnées de succès en ce que la résistance à la fatigue et la "compatibilité" ont tendance toutes deux à diminuer de manière inacceptable La "compatibilité" est un deuxième aspect important de la résistance au grippage un alliage pour coussinets compatible est un alliage qui résiste au soudage local entre l'alliage et la surface opposée dans des régions de contact d'aspérités durant le frot- tement Des résultats d'essais ont montré que le cuivre présent contribue à la compatibilité aussi bien qu'à la résistance à la fatigue. La présente invention a pour but de fournir un alliage ayant un degré suffisamment élevé de résistance à la fatigue et de compatibilité sans la perte de conforma- bilité causée par le cuivre. Selon la présente invention, il est prévu un alliage comprenant de 9 à 12 % en poids de silicium et de 3 à 12 % en poids de zinc, le complément étant de l'aluminium. On a trouvé que cet alliage peut satisfaire aux exigences ci-dessus et qu'un alliage silicium-zinc d'une haute teneur en silicium peut posséder les caractéristiques nécessaires en ce qui concerne les trois aspects de comportement des coussinets, la compatibilité, la conformabilité et la résistance à la fatigue On pense que ces bonnes propriétés sont obtenues seulement quand le zinc est utilisé conjointement avec-la relativement haute teneur en silicium de 9-12 % en poids. La teneur en zinc est de préférence de 4 à 8 % en poids et en particulier d'environ 5 %, bien que des propriétés utiles puissent être obtenues dans l'intervalle de 3 à 12 % en poids La teneur en silicium est de préfé- rence de 10 à 11 %, par exemple d'environ 10 %. -3 - On a trouvé que des additions mineures allant jusqu'à 3 % de plomb et jusqu'à 0,5 % de cuivre sont avantageuses dans certains cas, et elles peuvent être incluses éventuellement dans l'alliage. Un tel alliage peut être utilisé comme garniture de coussinet sur un support, par exemple un support d'acier, d'aluminium ou d'alliage d'aluminium Le coussinet peut être formé directement ou formé d'abord sous la forme d'une ébauche et mis ensuite à la forme désirée. L'invention peut être mise en oeuvre de diverses façons et un mode de mise en oeuvre va être décrit à titre d'illustration dans l'exemple suivant. Exemple 1 Dans cet exemple, un alliage selon l'invention est formé comme garniture sur un coussinet de vilebrequin à support d'acier. Une composition d'alliage comprenant 10,4 % en poids de silicium, 5,1 % en poids de zinc, 0,2 % en poids de cuivre,-le complément étant de l'aluminium, a été formée dans un four de fusion La masse fondue a été dégazée et on a effectué un affinement du grain par des techniques classiques La masse fondue a été transférée à une machine à couler en continu et une billette de 200 mm x 25 mm a été coulée. La billette a été coupée en tronçons et la surface de la pièce coulée a été enlevée jusqu'à une profondeur de 1 mm par usinage Les tronçons de billette usinés ont été ensuite chauffés à 480 'C et réduits par une succession de passes de laminage à une épaisseur de 6 mm, à laquelle l'alliage a été enroulé en rouleau L'alliage enroulé a été laminé à froid et ainsi réduit par passes successives à une épaisseur de 1,5 mm On a effectué un recuit entre les étapes de manière à réduire au-minimum la fissuration des bords L'alliage à 1,5 mm d'épaisseur a été dégraissé et brossé sur une surface. -4- La surface brossée de l'alliage a été liée à la surface préparée d'un rouleau d'acier par extrusion simul- tanée de l'acier et de l'alliage dans l'espace entre cylindres d'un laminoir La réduction dans l'épaisseur totale de l'acier et de l'alliage était de 45 % Le rouleau bimétallique a été ensuite recuit à 3100 C pour consolider l'assemblage Des coussinets pour vilebrequins ont été formés à partir de ce rouleau par des techniques classiques. On a effectué des essais comparatifs en utilisant un alliage d'aluminium connu comprenant 20 % de silicium et 1 % de Cu (Al Sn Zo Cu 1), l'alliage de l'exemple 1 (Ai Si 10 Zn 5) et l'alliage de l'exemple 1 avec l'addition de 1 % de plomb (Ai en 10 Zn 5 Pbl). Essai de capacité de charge On a essayé quatre paires de coussinets dans des conditions de charge dynamique fonctionnant contre un arbre auquel étaient attachés des poids placés excentri- quement On a effectué une évaluation de résistance à la fatigue d'après l'importance des dommages après 20 heures de fonctionnement. Matière Résistance à la fatigue M Nm Al Si 10 Zn 5 34,8-35,6 Al Si 1 O Zn 5 Pbl 35,9-36,2 Al Sn 2 O Cul 34,8-35,2 Les essais ont montré que les alliages aluminium- silicium-zinc étaient au moins aussi résistants à la fatigue qu'un alliage pour coussinets à base d'aluminium contenant 20 % d'étain et 1 % de cuivre. Essai de résistance au grippage Des coussinets ont été essayés dans des conditions de charge statique contre un arbre tournant L'arbre tournait pendant 1 minute et était immobile pendant 4 minutes durant le cycle d'essai La lubrification était -5- limitée à environ 2 gouttes d'huile légère pour turbines par minute durant la partie du cycle pendant laquelle l'arbre tournait On augmentait la charge après chaque série de 10 cycles arrêt/démarrage, jusqu'à ce qu'un grippage se produise ou jusqu'à ce que la charge maximale soit atteinte Les nombres de grippages ont été les suivants: Matière Charqe (M Nm-2) Nombre 2 3 6 9 12 15 Al Sn 2 O Cl - Al Si 10 Zn 5 - Al Si 1 O Zn 5 Pbl - 2 3 2 1 2 d'essais sans grippage m v, REVENDICATIONS 1 Un coussinet comprenant un support en métal et une couche de garniture, caractérisé en ce que la couche de garniture est formée d'un alliage comprenant de 9 à 12 % en poids de silicium et de 2 à 12 % en poids de zinc, le complément étant de l'aluminium. 2 Un coussinet selon la revendication 1, caracté- risé en ce que la teneur en zinc est d'environ 5 % en poids. 3 Un coussinet selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la teneur en silicium est d'environ 10 % en poids. 4 Un coussinet selon l'une des revendications précé- dentes, caractérisé en ce qu'il comprend aussi jusqu'à 3 % en poids de plomb. 5 Un coussinet selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend aussi jusqu'à 0,5 % en poids de cuivre.