Brevet FR2588017A1 — publié le 19870403

La préser te irvertior corcerre ur, alliage d'alumi- r, iumrn, plus particulièremer t ur, alliage d'alumin[ium à haute résistarce pour moulage sous pressior,, tel que moulage eri matrice sous pressiorn, moulage er, matrice par gravité, et moulage par compressiorn. L'alliage d'aluminium est traité thermiquemert pour obterir ses proprié tés m cariques maxi- mal oes. Or, sait réaliser des élémerts ou pièces er, alliage AI-Si-Cu-Mg comprerart 5 à 13% em poids de silicium, 1 à 5% 1.0 er poids de cuivre, et 0,1 à 0,5% er, poids de magrnésium, qui sort mis er, forme par moulage sous pressiorn et soumis erssui- te à unr traitemernt thermique T6, ce qui corduit à ur,ne résis- tarce à la tractior d'erviror 4nkg/mm2 et à ur, allorgemert de 5 à 10.". De telles pièces corviernrernt airsi pour la 'réalisatior, de pièces de moteurs d'automobiles et de bat- eaux, de pièces de sécurité, de pièces mécariques, etc... Danrs le traitemert T6, les élémernts sornt soumis à ur, traitemert thermique de mise ern solutiorn,, au cours duquel ils sornt mairnternus à ure température de 4800C à 5400C per- dar-t 4 à 10 heures et ernsuite trempés, puis à ur, vieillisse- mernt artificiel h urne température de l51oC à 2000C perdart 3 à 8 heures. Le temps de traitemernt est dornc relativement lorg et irdésirable er termes d'efficacité de productior,. Ur, alliage typique AI-Si-Cu-Mg utilisé actuellemert, irci- demmert, est le AC4D corresporndarnt au AA355.0 (suivart la rorme.aporaise JIS H 5202 de 1977). Ur, but de la préserte irverntior, est de fourrir unr alliage amélioré du système A1-Si-Cu-Mg adapté au traite- mert thermique et au moulage sous pressior. Ur autre but de la préserte irvertior, est d'amélio- rer les propriétés mécarniques, spécialemernt la résistarce, c'est-h-dire la résistance à la tractior, et l'allorngemert, d'u, élémert d'alliage AlSi-Cu-Mg mis er forme par moulage sous pressior et soumis à ur, traitemert T6. lir autre but de la préserte ijrvertior est de rac- courcir le temps du traitemernt thermique de mise er solu- tJior, dars le traitemert T6. Ces buts et les autres buts de la présernte irverntior, sort obternus avec ur. alliage d'almirJum,3 haute résis- tarce pour moulage sous pressiorn, comprerart 5 à 13%" er poids de silicium, 1 à 5% er, poids de cuJivre, 0,1 à 0,5- er, poids de magrnésium, 0,005 à 0,3J er poids de strontium, le solde se composarnt d'aiumijri jum et des impuretés inrévitables. La préserte iJrvertior devierdra plus apparernte à partir de la desceiptiorn des exemples et de l'exemple compa- ratif faite ci-dessous er référer.ce aux dessir s arnrexés, darns lesquels: La figure 1 est urn graphique mortrarat la relation ertre le temps de traitemernt de mise ern solutionr, et l'al- lorgemert; La figure 2 est ur, graphique mort.rar.t la relatior erntre le temps de traitemernt de mise er solutionr, la résis- tarce à la tractiorn et la limite élastique; La figure 3 est ur, graphique mortrart la relatiorn ertre la pressior d'irjectior dars le moulage sous pressiorn, et l'allorgemert; et La figure 4 est ur graphique mortrarnt la relatior, ertre la prcessiorn d'irjectior,, la résistarce à la tractior' et la limite élastique. Corformémert à la présernte irnvertiorn, l'additiorn de strorntium (Sr) dars l'alliage AI-Si-Cu-Mg réduit le temps de traitemernt thermique de mise er solutiorn et augmente les propriétés mécarniques. Les raiJsors pour limiter les tereurs des composarnts de l'alliage AI-SiCu-Mg à l'ir,térieur des plages irndiquées plus haut sort expliquées ci-dessous. Les plages er pourcerntage de 5%" à 13% de silicium, 1% à 5.% de cuivre, et n,lJ à 0,5% de magr,ésium sornt celles d'urn alliage corverntiorrel AlSi-Cu-Mg. Le silicium est ur, des prinrcipaux élémerts d'additior, dars la plupart des al- liages d'alumiriuJm pour moulage. I1 rerforce la matrice de l'alliage et améliore la fluidité du métal for,duj, réduiL le retrait, évite les fissujres de moulage,etc... - - - Ls de S; ue eiliciu,-,or, vtnefficaces, et plus de 13% de silicium dimiruert de façor remarquable la dureté. Le cuivre peut produire urne augmerntatiorn rema.rquable de la rési. starce due au durcissemernt par vieillissemernt lorsque l'alliage d'alumirium subit le traitemernt thermique. Moirs de 1% du cuivre sort irnefficaces; et plus de 5% dimi- ruert la dureté. Le magnésium rernforce la matrice de l'alliage du fait de la précipitatior de Mg2si lors du traitemer:t ther.- mique. Il faut ajouter plus de 0,1% de magrésium pour obte- rnir ur tel effet darns l'alliage Al-Si-Cu-Mg. Ceperdart il rn'est pas souhaitable d'ajouter plus de 0,5% de magr,ésium puisque cela di.mirnue la dureté. L'additiorn de 0,005% à 0,3% de strontium (Sr) dimi- rue sersiblemert le temps de traitement thermique de mise en solutionr lorsqu'unr, élémert d'alliage d'alumirnium mis er, forme par moulage sous pression est soumis à ur, traitemernt T6 pour améliorer la dureté. L'effet de dimirsutior, est ré- duit pour moirns de 0,005%, et or n'robtienrt aucurn effet de dimirutior, supplémentaire des temps de traitement au-delà de 0,3%. Il est préférable d'ajouter 0,05% à 0,5% de titanre, ou bienr d'ajouter 0,05% à 0,5% de titane et 0,05% à 0,3% de bore, dars ur, alliage d'alumirium du système Al-Si-Cu-Mg pour obternir ure augmerntatior, supplémentaire de la dureté. Etart dorr,é que le fer (Fe), qui est uire impureté gér,éralemernt corternue dars les alliages d'alumirium, dimirue la dureté, il est préférable de mairnterir la tereur er, fer e, dessous de 0,5%. De plus,il est possible d'ajouter jus- qu'a 0,05% de béryllium (Be), pour empêcher un-e oxydation du magnésium perndart la fusiorn des matières premières, cette additiron n'affectanrt pas les effets de la préserte invver- ti or,. Dars le traitement thermique de l'alliage d'alumi- rnium suivart la présente irnverti.or, les températures pour le traitemert de mise er, solutiorn et de vieillissement artifi-- ciel sort respectivement de 4800C à 5400C et de 14noC à 2000C. Ces plages de température sornt celles adoptées ordi- rnairemer,t pour les alliages corvertiornrels AI-Si-Cu-tlg. Selorn la présernte irvertior, le temps de traitemerbt thermique de mise er, solutior, peut aller d'ervirorn n,5 à 2 heures, ce qui est ur, temps corsidêrablemerit plus court que les 4 à 10 heures récessaires pour obterir la résistarnce à la tractior et l'allorngemernt maximum des alliages corver- tiorrels AI-Si.-Cu-Mg, et cor;dui t sersiblemert aux mêmes résistarnce et allorgemert. Le temps de chauffage pour le vieillissemert aetificiel de i'alliage d'alumirnium selorn la présernte irvertior, peut être légèrement dimirué par compa- raisor, avec le temps ocdiraire de chauffage pour le vieil- Ilissemer t artificiel des alliages cornvertiorrels Ai-Si-Cu- Mg. De plus, il est possible d'adopter unr vieillissement à températjure ordiraire (c'est-à-dire ur, vieillissemernt raturel) ou urn p.evieilliJssemernt h ure température allart de 6noC à 120oC perdarnt plusieurs heures avart 1-e vieill.is- semernt artificiel. Orn adopte souvert le seul pré-traitemernt pour les alliages corvertiornrbels Al-Si-Cu-Mg. Pour er, vernir maJir terart à quelques exemples spéci- fiques, or, a préparé des métaux ern fusior, d'alliage d'alu- mirnium ayarnt les compositiors chimiques (pourcerntage er, poids) représerntées sur le tableau 1. TABLEAU 1 Alliage Compositiorn (% er, poids) d'alumirium Cu Si Mg Fe Ti Sr B échartilIjor, No Exemple comparatif Nol 3,82 8,62 0,38 0,18 - - - P.rser te i rver tiorn N 2 N 3 NO 4 3,87 3,85 3,80 8,62 0,37 8,59 0,35 8,65 0,34 0,18- - 0,20 n,18 0,19 0,19 0,02 - 0,02 - 0,02 0,13 Dars chaque cas, le métal ern fusiorn a été moulé darns ur, moule métallique d'ure machire de moulage er, matrice à ure pressior, d'irnjectior, de 1000 bars et ur, taux d'irjectior, de 5cm/s pour former ur, élémernt d'alliage d'alumirnium. Le moule métallique avait la forme d'urne coupe ayart ur diamè- tre d'ernviror lOOm100m, ure épaisseur de lOmm et ure hauteur de 12rmm. Les élémerts d'alliage obterus ort été soumis à ur, traitement de mise ern solutior à 5000C perdart ur temps prédétermir,é, à -ure trempe à l'eau, et ersuite à ur; vieil- lissemert artificiel à 1800C perndarnt 2 heures. Chacur des élémerts d'alliage traités a fait l'objet d'ure mesure de f0 ré si star, ce la tractior sur r, e machine d'essai ur iversel- le. La relatiorn ertre le temps de traitemernt de mise er solutior et l'allorgemert de ces élémerts obternue à par- tir des dor,ées cecuej.llies est représertée sur la figure 1. La relatior ertre le temps de traitemernt de mise er, solutiorn et la résistarnce h la tractior, 65B et la limite élasti.que'y n n limi te dlastique pou.c cédage 0,2'l) est représer.tée sur la figure 2. La lettre "F" sur les figures 1 et 2 ir dique l'é- tat "brut de fabricatiorn,". Comme or, peut le voir sur les figures i et 2, par exemple, or, peut obterir urn allorgemert de 8% dars les al- liages d'alumirjiJ.m selor, la présernte jrventiorn (échartilloros NO 3,4 et 2) par ur, traitemert de mise er, solutior, d'ervi- ror, 20 mirlutes à I heure alors que le même allorgemert re peut être obternu dars l'alliage d'aluminium comparatif (écharti.llor, NOl), c'està-dire urn alliage cornverntiornrnel AI-Si-Cu-Mg, qu'après erviror 10 heures de traitemernt. Comme le mortre -la figure 1, or peut dornrner aux alliages d'alumi.- r,i.m de la préserte irvertiJor des allorngemerts élevés par des traitemerts de mise er, solutiorn plus courts que pour des alliages d'alumirium corvertiorrels. De plus,comme le mortre la figure 2, la résistarnce à la tractior et la limite élastique des alliages d'alumirium de la présernte irvertiorn sort supérieures h celles des alliages d'alumirium cornver- tiornrnels. Pour clarifier la relatior ertre la pressior d'ir,- jectior, et les propriétés mécarniques, or, a utilisé les échartillors NO 1 et 3 pour faire des 5lémerts er, alliage d'alumirnium. Chacur, des métaux er fusiorn a été coulé dars le moulje métallique dars des cor di tior,s d'inr jectior, prédéter- mir,és pour corstituer unr élémernt d'alliage d'alumirium. Les élémernts obternus ort été soumis à uJr traitemernt de mise er solutiorn à 5nIoC perndarnt 4 heures, à urne trempe h l'eau et ernsuite à urn vieillissemernt artificiel à n1800C perndarnt 2 heures. Ur, test de traction a été effectué sur chacuJr, de ces élémernts. La relatior obterue ertre la pressiorn d'irjectior, de moulage sous pressiorn et l'allorngemert est reprêser tée sur la figure 3. La relatior ertre la pressior, d'irnjectior, et la résistarnce à la tractiorn et la limite élastique est repré- sertde sur la figure 4. Il apparaît sur les figujres 3 et 4 que l'allorgemerst, la résistarce à la tractior, et la limite élastique de l'alliage d'alumirium (écharntillorn N03) de la préserte irvertJior, sort biern meilleurs que ceux de l'alliage d'altumirn.ium comparatif (corveitiorrel) (échartillor, Nol) Comme irdiqué ci-dessus, orn peut dorrer à l'alliage d'alumir, ium de la préserte irvertiorn ur)e résistarce élevée et urn allorgemert trbs élevé par moulage sous pression, traitemernt de mise er, solutiorn court, et vieillissemernt artificiel. C'est pourquoi l'alliage d'alumirnium est avar- tageux er, termes d'applicatiors, de productivité, et de In coGts de productiorn,. Il esL évidert que la préserte irtverntiorn n'est pas limit6e aux modes de réalisatior, i.rdiqués ci-dessus et que de rombreeuses vaarintes peuvernt être réalisées par des hom- mes du métier sars sortir du domairne de la préserte i.rver- tior,. REVENDICATIONS 1.- Alliage d'a]umiri.um à haute résJistar ce pour moulage sous pressior, comprereart 5 à 13Z er' poids de sili- cium, 1 à 5% er, poids de cuivre, f,1 à 0,5% er, poids de magrnésium, 0, 005 à 0,3% er. poids de strorntium, le solde se composarnt d'alumirnium et des impuretés ir,évitables. 2.- Alliage d'alumirnium selorn la reverdicatior 1, comprerarnt de plus 0,05 à 0,5% er, poids de titare. 3.- Alliage d'alumirniJ.m selor, la reveradicatior 2, comprernarnt de plus 0,05 àO, de bore. 4.- Alliage d'alumirium selor, la reversdicatiorn 1 dars lequel l'urne des impuretés est cornstituée par moirns de 0,5% ern poids de fer. 5.- Alliage d'aluminiuJm suivart 1'ure quelcorque des reverdicatiors précédertes, soumis à ur, traitemernt thermi- que de mise er, solutiorn et à.ur, vieillissemernt artificiel.