Brevet FR2537484A1 — publié le 19840615

Procédé pour le traitement par fusion, notamment de pistons de moteur au moyen d'un faisceau électronique. L'invention concerne un procédé pour le traite- ment local par fusion de la région des flancs d'une rainure devant être découpée suivant le traitement par fusion, de préférence d'une rainure annulaire de pistons pour des mo- teurs à combustion interne au moyen de faisceaux électroni- ques dans le procédé dit du faisceau sauteur, éventuelle- ment également pour l'amélioration des propriétés d'un ma- tériau déterminant l'usure lorsque des régions soumises à une faible sollicitation sont immédiatement voisines de la surface soumise à l'usure qui doit être fabriquée ou que la surface soumise à une sollicitation est creusée dans le ma- tériau par un usinage mécanique suivi du traitement par fusion. Il est connu, dans le cas de matériaux appro- priés, d'augmenter localement, par fusion limitée locale- ment d'une pièce d'oeuvre, par exemple à l'aide de fais- ceaux lasers ou électroniques, les propriétés du matériau déterminant l'usure, la dureté, la-résistance à la flexion alternée ou d'autres propriétés du matériau Le traitement par fusion a lieu de manière que la surface particulière- ment sollicitée devant être creusée ultérieurement se trouve dans la région de matériau fondu L'effet à la base des améliorations des propriétés repose sur le refroidissement extrêmement rapide, impliqué par la conduction de chaleur, de la région en fusion, qui conduit à la formation de for- mes de structure nettement différentes du matériau de base. Pour la fabrication de rainures soumises à l'usure, comme par exemple la première rainure annulaire de pistons de moteurs à combustion interne, il est connu de produire deux 25374 ô 4 zones en fusion associées aux flancs de la rainure et sui- vant au-?dessus du fond de la rainure Il est également connu de réaliser ces deux zones en fusion, s'étendant parallèle- ment, quasi-simultanément par déviation du faisceau par sauts périodiques dans des positions de déviation détermi- nées associées aux flancs de la rainure Un défaut détermi- nant de ce procédé réside dans le fait qu'en fonction de la teneur et du type d'impuretés contenues dans le matériau, il peut se former dans la région en fusion des pores qui peu- vent se traduire par des perturbations dans les surfaces des flancs de la rainure En outre, il peut se produire entre les deux zones en fusion, en raison des contraintes de re- trait qui apparaissent, des fissures qui pénètrent dans la rainure creusée lorsque la profondeur de fusion nécessaire dépasse une valeur déterminée Un autre défaut qui apparait notamment lors du traitement par fusion de pièces coulées, réside dans le fait que des retassures existant lors de la coulée laissent derrière elles dans la région en fusion des espaces creux qui peuvent également conduire à des surfaces défectueuses de la rainure. L'invention se propose de fournir un procédé qui évite les inconvénients décrits lors du traitement par fu- sion avec des faisceaux électroniques et qui permet la fa- brication de surfaces résistant à l'usure, notamment dans le cas de pistons de moteurs à combustion interne. Le problème à la base de l'invention est de déve- lopper un procédé pour le traitement local par fusion, notam- ment de la région de la première rainure annulaire de pis- tons pour des moteurs à combustion interne, ce procédé étant conçu de manière à éviter la formation de pores dans la ré- gion en fusion, qu'aucune fissure pénétrant dans la rainure creusée ne puisse apparaître et que l'apparition de retassu- res dans la région des flancs de la rainure soit largement évitée. Ce problème est résolu suivant l'invention grâce au fait que les régions en fusion associées aux flancs de la rainure sont formées par sections de même longueur qui se chevauchent les unes les autres, s'étendent suivant la direction longitudinale de la rainure et se font alternati- vement face, le bain de fusion qui s'étend sur la longueur d'une section étant respectivement guidé, à partir du plan des flancs de la rainure et parallèlement à celui-ci, en direction du milieu de la rainure avec une profondeur de fusion qui décroît de façon monotone. Ceci est obtenu grâce au fait que le faisceau électronique est dévié périodiquement par sauts et alter- nativement dans les plans des flancs des rainures qui se font face, transversalement par rapport à la direction longitudinale de la rainure, et de là est guidé en direction du milieu de la rainure avec une vitesse de déviation crois- sant de façon monotone à partir de zéro, et qu'à cette dé- viation du faisceau est superposée de façon additive une oscillation pendulaire bidimensionnelle du faisceau avec une fréquence nettement plus importante que la fréquence de la fonction de saut, l'amplitude de l'oscillation pendu- laire du faisceau correspondant à la longueur desdites sec- tions suivant la direction longitudinale de la rainure et étant importante par rapport au diamètre du faisceau, et l'amplitude de la composante de l'oscillation pendulaire qui y est perpendiculaire étant plus faible que la compo- sante suivant la direction longitudinale de la rainure. Il est avantageux d'utiliser comme dessin de l'oscillation pendulaire un " 8 " disposé suivant la direc- tion longitudinale de la rainure ou une double parabole ouverte en direction du milieu de la rainure Il est en outre avantageux de superposer de façon additive une fonc- tion en dents de scie à la déviation du faisceau suivant la direction longitudinale de la rainure, de sorte que pendant le temps de séjour dans une section suivant la direction longitudinale de la rainure, le faisceau électronique effec- 25374 b 4 tue un dessin d'oscillation permanent par rapport à la sur- face déplacée de la pièce d'oeuvre. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante d'un mode de mise en oeuvre préféré mais non limitatif illustré au dessin annexé sur lequel -la figure unique est une coupe du développement d'une région de surface d'un piston de moteur à combustion interne qui est traitée par fusion dans la région des flancs de la rainure annulaire du piston. Dans la section représentée 1 de la pièce d'oeu- vre doit être fabriquée une rainure annulaire 2 indiquée par la ligne en pointillés La résistance à l'usure du maté- riau doit être augmentée dans la région des deux flancs 2 a et 2 b de la rainure par fusion locale au moyen du faisceau électronique 3 Une fois le traitement par fusion effectué, la rainure 2 doit être creusée de manière que les flancs 2 a et 2 b de la rainure se trouvent dans le matériau traité par fusion Le traitement par fusion a lieu de manière que les régions en fusion 4 a et 4 b associées aux flancs 2 a et 2 b de la rainure soient produites à l'aide du faisceau électronique 3 Dans ce but, le faisceau électronique 3 agit alternativement dans des sections 5 de même longueur qui se chevauchent mutuellement et sont situées les unes en face des autres Ce faisant, le bain de fusion 6 qui s'étend sur la longueur de la section 5 est guidé, en partant res- pectivement des flancs 2 a ou 2 b de la rainure, en direction du-milieu de la rainure, avec une profondeur de fusion qui décroît de façon monotone Le faisceau électronique 3 peut être dévié suivant la direction longitudinale et transver- salement par rapport à la rainure annulaire prévue 2 Pour la mise en oeuvre du traitement par fusion, le faisceau électronique 3 est dévié, transversalement par rapport à la direction longitudinale de la rainure annulaire 2, par sauts périodiques et alternativement dans les plans se fqi- sant face des flancs 2 a et 2 b de la rainure, et de là est 25374 u 4 -5 dévié en direction des flèches 7, avec une vitesse crois- sant de façon monotone à partir de zéro. A cette déviation du faisceau électronique 3 est superposée de façon additive une oscillation pendulaire bidimensionnelle du faisceau avec une fréquence nettement plus importante que la fréquence de la fonction de saut - L'amplitude de la composante de l'oscillation pendulaire suivant la direction longitudinale de la rainure, caracté- risée par la double flèche 8, est importante par rapport au diamètre du faisceau électronique 3 et correspond à la longueur des sections-5, et détermine donc l'étendue longi- tudinale du bain de fusion 6. La composante transversale de l'oscillation pen- dulaire, caractérisée par la double flèche 9, est plus fai- ble que la composante longitudinale et est faible par rap- port à la largeur de la rainure annulaire 2 A la déviation suivant la direction longitudinale de la rainure annulaire 2 est superposée de façon additive une fonction en dents de scie supplémentaire présentant une fréquence double de celle de la fonction de saut et de même phase, de sorte que pendant le temps de séjour dans une section 5 suivant la direction longitudinale de la rainure 2, le faisceau élec- tronique 3 effectue un dessin pendulaire permanent par rap- port à la surface du matériau déplacée en direction de la flèche 10, Par conséquent, lors d'une oscillation pendu- laire calme, le faisceau électronique 3 est guidé en perma- nence le long des flèches 7 sur les sections 5 et saute le long des flèches hachurées d'une section 5 à la suivante. Comme il va de soi, et comme il résulte d'ail- leurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nul- lement à ceux de ses modes de réalisation et d'application qui ont été plus spécialement envisagés elle en embrasse, aucontraire, toutes les variantes. 25374 X 4 REVENDICATIONS 1 Procédé par le traitement local par fusion de la région des flancs d'une rainure devant être découpée sui- vant le traitement par fusion, de préférence d'une rainure annulaire de pistons pour des moteurs à combustion interne au moyen de faisceaux électroniques dans le procédé dit du faisceau sauteur, caractérisé en ce que les régions en fu- sion ( 4 a, 4 b) associées aux flancs ( 2 a, 2 b) de la rainure sont formées par sections ( 5) de même longueur qui se che- vauchent les unes les autres, s'étendent suivant la direc- tion longitudinale de la rainure et se font alternativement face, le bain de fusion ( 6) qui s'étend sur la longueur d'une section ( 5) étant respectivement guidé, à partir du plan des flancs de la rainure et parallèlement à celui-ci, en direction du milieu de la rainure avec une profondeur de fusion qui décroît de façon monotone. 2 Procédé suivant la revendication 1, caractéri- sé en ce qu'on utilise comme dessin pendulaire un " 8 " dispo- sé suivant la direction longitudinale de la rainure ou éven- tuellement une parabole ouverte en direction du milieu de la rainure. 3 Procédé suivant la revendication 1, caractéri- sé en ce qu'à la déviation du faisceau suivant la direction longitudinale de la rainure est superposée en outre de façon additive une fonction en dents de scie, de sorte que pendant le temps de séjour dans une section ( 5) suivant la direction longitudinale de la rainure, le faisceau électronique effec- tue un dessin d'oscillation -rermanent par rapport à la sur- face déplacée du matériau.