Brevet FR2555503A1 — publié le 19850531

Corps composite métal-métal renforcé par fibres et son procédé de fabrication. L'invention se rapporteà un corps composite renforcé par fibres et à son procédé de fabrication. L'ayant-droit de cette invention a déjà proposé un corps composite dont la production comportait une étape consistant à répartir partiellement et à lier ensemble des fibres inorganiques, comme par exemple des fibres en acier inoxydable, ceci au moyen d'un matériau de soudure du type en cuivre ou bien en formant un article en forme de fibres, et une étape consistant à remplir le faisceau de fibres avec un alliage léger formant la masse principale par moulage et solidification à haute pression, le matériau composite étant ainsi moulé et en même temps renforcé par les fibres sur une portion déterminée au préalable. La méthode de moulage et de solidification à haute pression peut être tenue pour une méthode efficace de production de matériau composites renforcés par fibres de ce type, parce qu'elle permet de remplir suffisamment le faisceau de fibres avec le matériau de la masse principale pour obtenir un composite. Les auteurs de la présente invention ont effectué des études approfondies sur les propriétés du matériau composite, et ont constaté que la fibre, du fait des hautes températures auxquelles elle est soumise durant le brasage et le frittage, est recuite et que sa résistance tend à diminuer, ce qui diminue la résis- tance du matériau composite obtenu. En consequence, la présente invention a pour but de fournir un matériau composite renforcé par fibres ayant une résistance accrue, ceci en utilisant des fibres faites d'un acier inoxydable du type à dur- cissement par précipitation et en appliquant un traite- ment thermique spécifique aux fibres et au matériau composite lui-même. Le matériau composite de la présente invention comprend un faisceau de fibres en acier SR 2615 JP/GL inoxydable du type à durcissement par précipitation, soumis à un traitement de durcissement par précipitation après un recuit de mise en solution, et une matrice ou masse principale en alliage d'aluminium qui remplit le faisceau de fibres après un moulage et une solidifica- tion à haute pression, ce qui forme le matériau compo- site qui est soumis à un traitement de vieillissement artificiel après le recuit de mise en solution. Une réalisation de la présente invention, concernant une bielle de liaison de moteur à combustion interne, va être décrite ci-dessous. On décrit maintenant l'invention en réfé- rence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe longi- tudinale d'une bielle de liaison suivant l'invention, - la figure 2 est une vue en coupe prise le long de la ligne II-II de la figure 1, et - la figure 3 est une illustration graphique montrant les variations de la limite d'élasticité propor- tionnelle pour différents matériaux sous certaines conditions. Les figures 1 et 2 représentent une bielle de liaison pouvant servir dans un moteur à combustion interne, et utilisant un alliage d'aluminium pour masse principale. La bielle de liaison comprend une tige 1. Une petite extrémité 2 en forme d'anneau et une grande extrémité 3 semicirculaire formant une seule pièce avec la tige 1, sont disposées de part et d'autre de cette tige. La tige 1 est renforcée par un corps F de fibres en acier inoxydable à durcissement par précipi- tation, disposées parallèLement à l'axe de la tige. La bielle de liaison est fabriquée comme suit: D'abord, des fibres en acier inoxydable à durcissement par précipitation du tye JIS SUS 631J1 de diamètre 80p (appelées ci-dessous "fibres en acier DP") sont insérées avec un matériau de soudure en cuivre dans un tube de verre résistant à la chaleur et sont soumises pendant 15 minutes à une température de 1120 C pour fondre le matériau de soudure et pour diffuser localement et lier ensemble les fibres pour donner un faisceau de fibres F. Le faisceau de fibres F obtenu est refroidi à la vitesse de 10 C/sec. La température de 1120 C, citée ci-dessus, est le point de fusion du matériau de soudure en cuivre et le point de mise en solution des fibres en acier DP. Ainsi, lorsqu'on le refroidit à partir de cette tempé- rature à la vitesse citée ci-dessus, le faisceau de fibres F est soumis à un recuit de mise en solution et durcit. Le faisceau de fibres F présente une masse volumique de 2,65 g/cm et une bonne aptitude à conserver sa forme. Ensuite le faisceau de fibres F est placé dans la cavité d'un moule destiné à mouler la tige dans sa direction axiale, et la bielle de liaison est moulée dans un alliage d'aluminium (JIS AC8B) formant la masse principale. Durant cette phase, la masse principale M remplit le faisceau de fibres F dans la tige 1 de la bielle de liaison et devient solidaire de celui-ci pour former une pièce composite d'un seul tenant. On laisse ensuite la bielle de liaison se refroidir. Après un chauffage à 500 C pendant 5 heures, la bielle de liaison est refroidie par immersion dans de l'eau chaude stockée dans un réservoir à une tempéra- ture d'au moins 60 C. Grâce à ce traitement thermique, l'alliage d'aluminium formant la masse principale M est soumis à un traitement de recuit de mise en solution, tandis que les fibres en acier DP constituant le faisceau de fibres F sont soumises à un traitement de durcissement par précipitation. SR 2615 JP/GL La température du traitement de recuit de mise en solution et du traitement de durcissement par précipitation peut être située entre 4500C et 5100C. Si cette température est inférieure à 450 C, le durcis- sement par précipitation des fibres en acier DP ne s'effectue pas, et si elLe est supérieure à 510 C l'alliage d'aluminium et les fibres en acier DP sont susceptibles de réagir entre eux. Après les traitements décrits ci-dessus, la bielle de liaison est chauffée à 170 C pendant heures, puis refroidie dans de l'air à température ambiante pour assurer un vieillissement artificiel de l'alliage d'aluminium et augmenter sa résistance. La figure 3 représente la limite d'élasti- cité proportionnelle de la fibre en acier DP(I) et d'une fibre en acier inoxydable (II) désignée JIS SUS 27. La lettre A correspond aux limites élastiques des deux fibres avant le traitement thermique, B correspond aux limites élastiques après le recuit de mise en solution et C correspond aux limites élastiques après le durcis- sement par précipitation. Comme on le voit sur la figure 3, la résistance de la fibre en acier DP(I) peut être fortement augmentée par le traitement thermique, comparée à celle de ta fibre en acier inoxydable (II). La limite d'élasticité de la tige 1 de la bielle de liaison avec la fibre en acier DP devient 7,5.106.fPa grace à l'augmentation de résistance de cette fibre et à l'augmentation de résistance de l'alliage d'aluminium due au recuit de mise en solution et au traitement de vieillissement artificiel, et cette valeur constitue une amélioration spectaculaire par rapport à la valeur de 5,5.10.MPa correspondant à l'élasticité de la tige faite avec une fibre en acier inoxydable (II). Comme on l'a décrit ci-dessus, la présente invention fournit un matériaucomposite renforcé par SR 2615 JP/GL fibres, léger, qui présente une résistance améliorée, et qui peut être utilisé avec profit pour des pièces d'automobile, comme par exempte une bielle de liaison pour moteur à combustion interne. La présente invention présente aussi l'avantage, en ce qui concerne le procédé de fabrication, de regrouper le durcissement par préci- pitation du faisceau de fibres et le recuit de mise en solution de la masse principale en une seule étape de fabrication, grâce à la combinaison d'un faisceau de fibres en acier inoxydable du type à durcissement par précipitation avec une masse principale en alliage d'aluminium. Bien que l'invention ait été décrite en relation avec une réalisation particulière, il apparai- tra à l'homme de l'art que de nombreuses modifications et variantes peuvent être effectuées ou imaginées sans sortir ni du cadre ni de l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1. Corps composite renforcé par fibres comprenant un faisceau de fibres F en acier inoxydable durci par précipitation ayant subi un traitement de durcissement par précipitation après recuit en solution, et une masse principale M en alliage d'aluminium remplis- sant ledit faisceau de fibres et constituant une seule pièce avec celui-ci grâce à un moulage par solidification à haute pression et à un traitement de vieillissement artificiel après recuit en solution. 2. Corps composite renforcé par fibres suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le faisceau de fibres est durci par précipitation in situ dans ledit corps, en même temps que la masse principale subit son traitement de recuit en solution. 3. Procédé de fabrication d'un corps en un matériau composite renforcé par fibres, comprenant les étapes suivantes: - moulage d'un faisceau de fibres à haute température à partir de fibres en acier inoxydable à durcissement par précipitation, - refroidissement dudit faisceau de fibres pour assurer un recuit de mise en solution dudit faisceau de fibres, - remplissage dudit faisceau de fibres avec un alliage d'aluminium formant la masse principale, par moulage et solidification à haute pression pour réunir la masse principale et le faisceau de fibres tout en donnant sa forme au corps, puis refroidissement dudit corps après un chauffage de ce corps, assurant un dur- cissement par précipitation dudit faisceau de fibres en même temps qu'un recuit en solution de ladite masse principale. 4. Procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le corps est chauffé puis refroidi après le durcissement par précipitation du faisceau de fibres et le recuit en solution de la masse principale, pour assurer un vieillissement artificiel de la masse principale. 5. Procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le corps est chauffé à une température comprise entre 450 C et 510 C pendant heures lors du durcissement par précipitation des fibres en acier inoxydable et du recuit en solution de la masse principale en alliage d'aluminium.