Brevet FR2513153A1 — publié le 19830325

La présente invention concerne les pistons des moteurs à combustion interne. On sait qu'un piston d'alliage léger, par exemple d'alliage d'aluminium et notamment un piston de moteur diesel ayant une cuvette de combustion, peut présenter une fissu- ration à son sommet, dans certains cycles de fonctionnement. Une telle fissuration est surtout importante autour du bord de la cuvette de combustion et elle peut être particulièrement importante lorsque cette cuvette est du type rentrant. On sait aussi qu'on peut éliminer une telle fis- suration par utilisation d'un organe de renforcements enrobé lors du moulage et formé d'alliages de cuivre ayant une ré- sistance mécanique élevée et une conductibilité thermique élevée, par exemple d'alliages de cuivre au beryllium et de bronze du type cuivre-nickel-silicium, le bord de la cu- vette de combustion, susceptible de se fissurer, étant usiné dans l'alliage de cuivre. Comme la résistance mécanique de l'alliage d'alu- minium placé au sommet du piston, autour de l'organe de ren- forcement d'alliage de cuivre, ne peut pas supporter les contraintes imposées par les forces d'inertie de l'organe de renforcement d'alliage de cuivre, on doit habituellement fixer l'organe de renforcement par des pieds en saillie (qui peuvent être formés d'acier inoxydable ou d'alliage de cuivre), pénétrant dans les parties plus froides du piston. Cependant, la fabrication d'un tel piston pose des problèmes Ceux-ci sont essentiellement les suivants a) la précision du positionnement lorsque le piston est réalisé par les techniques classiques de moulage avec le sommet en position haute, et b) la suppression de toute porosité dans la jupe lorsque le moulage est exécuté avec le sommet vers le bas, cette disposition facilitant le positionnement précis de l'organe de renforcement et des pieds de fixation. L'invention concerne un procédé de fabrication d'un piston d'alliage léger ayant un soetim-et renfrs ce qui ne présente pas le problème de la fissuration du somliîilet du piston ou qui l'élimine pratiquement, sans mise en oeuvre de pied de fixation ou d'une liaison intermétallique pour le maintien de l'organe de renforcement contre 1 'alliage du piston, ce procédé augmentant simultanément les propriétés mécaniques de l'alliage moulé correspondant par élimination pratiquement totale de la porosité, surtout dans les parties minces des pièces L'invention concerne aussi un piston d'al- liage léger ayant un sommet renforcé et ayant les excellentes caractéristiques précitées de structure. Un procédé de fabrication selon l'invention d'un piston d'alliage léger ayant un sommet renforcé comprend les opérations suivantes: a) la disposition d'un moule de piston ou d'une empreinte dans la position de moulage avec sommet vers le bas, c'est-à-dire que la partie du moule ou de l'empreinte qui forme le sommet du piston est la plus basse, b) la disposition d'un feutre de trichites ou de fibres d'une matière de renforcement à la face inférieure du moule ou de l'empreinte afin que la totalité ou une ou plusieurs parties choisies de la surface soient recouvertes, c) l'introduction dans le moule ou l'empreinte d'une masse fondue d'alliage léger afin qu'elle recouvre le feutre et remplisse le moule ou l'empreinte, d) l'application, à la masse fondue placée dans le moule ou l'empreinte, d'une pression suffisante pour que les forces de tension superficielle qui s'exercent entre le feutre et la masse fondue soient dépassées si bien que la masse fondue pénètre dans le feutre et en remplit les interstices, et e) la solidification de l'alliage fondu au contact du feutre de trichites ou de fibres afin qu'il forme une pièce composite dans laquelle les trichites ou fibres sont enrobé dans l'alliage léger - La pièce composite moulée est usinée afin qu'elle forme le piston terminé. L'invention concerne aussi un piston d'alliage léger ayant un sommet renforcé, dans lequel le renforcement comprend une couche ou un feutre de trichites ou de fibres de matière de renforcement, enrobé dans l'alliage léger ou dont les interstices sont remplis par cet alliage léger. L'alliage léger est de préférence un alliage d'aluminium, par exemple du type aluminium-silicium On peut aussi utiliser de l'aluminium pratiquement pur. Les trichites ou fibres sont de préférence for- méesd'alumine A 1203 ou de carbure de silicium Si C Le dia- mètre des trichites ou desfibres est de préférence compris entre environ 2 et 5 microns Le feutre peut être formé par mise en oeuvre du procédé décrit dans le brevet britannique n'1 489 346 D'autres oxydes réfractaires ou d'autres com- posés peuvent être utilisés; en outre, on peut utiliser des métaux ayant une résistance mécanique et une conducti- bilité thermique élevées par exemple les alliages de cuivre au beryllium et un bronze de type cuivre-nickel-silicium. Le feutre placé à la face inférieure du moule ou de l'empreinte peut avoir une épaisseur de 6 à 10 mm et une porosité telle que, lorsqu'il est imprégné d'alliage métallique, les fibres ou trichites occupent 5 à 40 % du volume, de préférence environ 20 % du volume. Le feutre est simplement placé à la face infé- rieure du moule ou de l'empreinte et il y est maintenu par l'alliage fondu introduit par la partie supérieure du moule ou de l'empreinte, par exemple à une température d'environ 670-7400 C, si bien qu'aucun dispositif de positionnement du feutre dans le moule ou l'empreinte n'est nécessaire. Le feutre peut être placé sur toute la face inférieure du moule ou de l'empreinte, ou il peut être sous forme d'un anneau si bien que la partie centrale du sommet qui est reti- rée par usinage pour la formation de la cuvette de combustion est essentiellement formée d'alliage léger, le renforcement étant disposé autour du bord de la cuvette Il n'est pas nécessaire qu'un feutre annulaire atteigne la périphérie externe du sommet. Une pression peut être appliquée au métal fondu par un piston placé audessus de la cavité dans le moule ou l'empreinte Le vérin est chassé au contact du métal fon- du si bien que celui-ci descend et remplit les interstices du feutre tout en améliorant les propriétés mécaniques de l'alliage et en réduisant la porosité de la pièce moulée, surtout dans la jupe et les autres parties minces de la pièce. La pression de moulage appliquée peut être comprise entre 315 et 3150 bars suivant la dimension du piston, la pression pouvant être maintenue pendant un temps compris entre 55 s et 2 min, suivant la dimension de la pièce coulée. Les trichites ou fibres du feutre peuvent former un arrangement aléatoire ou peuvent être orientéesen direc- tion particulière, la résistance mécanique étant alors accrue. Le cas échéant, les trichâtes ou fibres peuvent être pré- chauffées,par exemple à 200-3500 C. La-figure unique du dessin annexé représente un mode de réalisation de piston selon l'invention dans le- quel un feutre annulaire 1 de trichites ou de fibres est enrobé au sommet du piston formé d'alliage léger 2. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art au dispositif et au pro- cédé qui viennent d'être décrits uniquemeht à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Procédé de fabrication d'un piston d'alliage léger, ayant un sommet renforcé, caractérisé en ce qu'il comprend: a) la disposition d'un moule ou d'une empreinte de piston de manière que la partie du moule ou du piston qui forme le sommet du piston soit la plus basse, b) la disposition d'un feutre de trichites ou de fibres d'une matière de renforcement à la face inférieure du moule ou de l'empreinte afin que la totalité de la surface ou une ou plusieurs parties choisies de cette surface soient recouvertes, c) l'introduction dans le moule et l'empreinte d'une masse fondue d'alliage léger afin que le feutre soit recouvert et que le moule ou l'empreinte soit rempli, d) l'application à la masse fondue placée dans le moule ou dans l'empreinte, d'une pression suffisantapour que les forces de tension superficielle qui s'exercent entre le feutre et la masse fondue soient dépassées et que la masse fondue pénètre dans le feutre et remplisse ses interstices, et e) la solidification de l'alliage fondu au con- tact du feutre de trichites ou de fibres afin qu'il se forme une pièce composite moulée dans laquelle les trichites ou fibres sont enrobéesdans l'alliage léger. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie centrale du sommet du piston est retirée par usinage afin qu'une cuvette de combustion soit formée avec un bord renforcé par les trichites ou fibres. 3 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pression est appliquée au métal fondu par un piston placé au-dessus de la cavité du moule ou de l'em- preinte, cette pression étant de préférence comprise entre 315 et 3150 bars. 4 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la couche ou le feutre de tri- chites ou de fibres a une porosité telle que, apres imprégna- tion par l'alliage métallique, les trichites ou-fîbres occupent à 40 % du volume. Piston d'alliage léger ayant un sommet renforcé, caractérisé en ce que son renforcement est assuré par une couche ou un feutre ( 1) de trichites ou de fibres d'une ma- tière de renforcement, enrobé dans l'alliage léger ( 2) et dont les interstices sont remplis par l'alliage léger. 6 Piston selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'alliage léger ( 2) est un alliage d'aluminium, notamment d'aluminium et de silicium. 7 Piston selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisa en ce que les trichites ou fibres ( 1) sont choi- sies dans le groupe qui comprend l'alumine, le carbure de silicium, les alliages de cuivre au beryllium, et les bronzes du type cuivre-nickel-silicium. 8 Piston selon à 7, caractérisé en ce ont un diamètre compris 9 Piston selon à 8, caractérisé en ce trichites ou de fibres a Piston selon à 9, caractérisé en ce vette de combustion dont chites ou fibres. l'une quelconque des revendications que les trichites ou fibres ( 1) entre 2 et 5 microns. l'une quelconque des revendications que la couche ou le feutre ( 1) de une forme annulaire. l'une quelconque des revendications que le sommet du piston a une cu- le bord est renforcé par les tri-