Brevet FR2604186A1 — publié le 19880325

Procédé de fabrication de pièces en alliage d'aluminium hypersilicié obtenu à partir de poudres refroidies à très grande vitesse de refroidissement. L'invention concerne un procédé de fabrication de pièces en alliage d'alu- minium hypersilicié dont la composition en poids est comprise Cans les four- chettes suivantes: Fe O,5 à 5% Zn O à 0,5% Ni O,5 à 5 % Ti O à 0,3% P O à 1 % Si 19 à 30% Mo O,5 à 2% PbO àO,2% CoO,5à 5 % Cu 0,5 à 3 % Mn 0,2 à 1% SnO àO,5 % MgO à 1,5 % Les différents additifs intervenant dans cette composition exerçent les fonctions suivantes et pourraient être remplacés par d'autres agissant de manière équiva- lente. Le Si durcit, réduit le coefficient de dilatation, augmente la résistance à l'usure et améliore le frottement, renforce la structure et relève le module élastique. Zn, Cu, Mg, Fe sont desdurcisseurs. Co, Ti, Mo, W, Va, B, Ta, Ca, P sont des affinants. C, Sn améliorent le frottement. L'alliage ainsi défini présente une faible densité, un faible coefficient de dilatation et de bonnes caractéristiques mécaniques. Il trouve des applications dans les pièces chaudes et en mouvement des moteurs automobiles telle que pis- tons, chemises, bielles, axes de pistons, insert de culasse etc... On sait que l'eutectique de l'alliage AI - Si se situe aux environs de 12 % de silicium et que le surplus de silicium cristallise en général pendant la solidi- fication et le refroidissement, sous forme de cristaux de silicium très durs qui sont d'autant plus gros que la vitesse de refroidissement est plus faible. Les cristaux de silicium quand ils sont trop gros présentent des inconvé- nients évidents pour l'usinabilité, I'homogénéité et les caractéristiques mécani- ques des pièces. 260418B6. Le procédé qui fait l'objet de l'invention permet de réaliser des pièces en alliage d'aluminium hypersilicié comportant des cristaux de sili- cium de taille inférieure à 1 t soit 1 millième de millimètre ou du sili- cium à l'état de solution solide. On connait des procédés de fabrication de pièces en alliage d'aluminium hypersilicié utilisant les techniques de la métallurgie des poudres. Ces techniques consistent à transformer les lingots d'alliage en poudre par cen- trifugation et atomisation. Les grains de poudre dont les dimensions sont de l'ordre de 500 refroidissent plus vite que les lingots de telle sorte que les cristaux de silicium ont des dimensions allant de 5 à 25,.. Lorsque les poudres sont forgées ou filées à chaud les grains grossissent dans un rapport 2 et atteignent 10 à 50r. Le procédé qui fait l'objet de l'invention définit d'une part des moyens pour obtenir une poudre dont les dimensions des grains varient de O à 120p avec des cristaux de silicium inférieurs à 1 ou de silicium en solution solide; et d'autre part des moyens pour extruder des pièces à partir de cette poudre sans grossir les cristaux de silicium. Le procédé selon l'invention comporte les étapes suivantes. On fait fondre l'alliage et on le porte à une température plus élevée que- la température de fusion d'environ 80 à 180 C de manière à obtenir une visco- sité appropriée. On forme à partir du liquide un jet qui traverse une buse ca- librée. Le jet est ensuite pris en compte par une tuyère supersonique o il est soumis à des zones d'accélération et des zones de dépression provoquées par des jets de gaz inertes sous hautes pression. Les particules métalliques sont sur-refroidies par contact avec un gaz sous haute pression ou un solide. La vitesse de refroidissement varie entre 106 et 1080 C/s. On obtient ainsi une poudre dont les dimensions de grains varient de O à 50à ou de O à 120à selon les paramètres. La poudre obtenue selon le procédé décrit ci-dessus avec une vitesse de refroidissement supérieure à 106 C/s comporte des grains de silicium de moins de 1 ou de silicium à l'état de solution solide. La production de poudre s'effectue dans une enceinte hermétique à double parois afin d'éviter l'oxycdation. La poudre ainsi obtenue est recueillie dans un récipient en aluminium ou alliage à paroi très fine sans précompression, sous vide. On procède ensuite à l'extrusion dans une filière en chauffant exclusive- ment l'outil à une température au plus égale à 350 C. La poudre avec son pot sont engagés conjointement dans la filière et extrudés en tubes ou en barres. Le pot qui est en aluminium pur ou en alliage réalisé par le même procédé n'intro- duit pas de perturbation dans la composition de l'alliage et surtout n'introduit pas de grains de silicium de dimension supérieure à 1 e. La dimension du pot est choisiepouruncoefficient de réduction dans la filière compris entre 10 et 20 préférentiellement pour un coefficient de réduction de 13. On peut citer à titre d'exemple les caractéristiques mécaniques et physiques obtenues pour unalliageà l'étatbrut defilageà la température ambiante. composition AI: 72 % Si: 22 % Cu: 1,5 % Ni: 1, %. Co: 1% Mg:0,35% Fe:0, 35% Mn:0,45% autres 0,85% Dureté Vickers (HV: 5kg) 130 Résistance à la traction (Rm) 450' M Pa Limite élastique fiRe) 400 M Pa Module élastique (E) 82000 MPa Allongement à la rupture (A %) 2 Fatigue en flexion rotative (Gcà 108 cycles) 180 MPa Coefficient de dilatation entre 20 et 300 C 4 17,5xo10-6 m/m/ k résilience: 8 Joules/cm2 Revendications 1 - Procédé de fabrication de pièces en alliage d'aluminium hypersilicié de composition. Si: 19 à 30 % Fe: 0,5 à 5.% Ou: 0,5à 3 % Mo: 0,5 à 2 % Ni: 0,5à 3 % Mn: 0, 2 à 1% Ou: 0,5à 5 % Mg:0 à.1,5% additionés ou non d'éléments ducissants et/ou affinants jusqu'à 1 % chacun, tels que B, C, Cb, Ce, Li, P, Pb, Sn, Ta, Ti, Va, W, Zn caractérisé en ce qu'il comporte - une opération d'atomisation pour transformer les lingots en poudre, cette opération comprenant: La fusion des lingots L'écoulement du jet liquide à travers une buse calibrée. L'accélération des particules par un jet de gaz inertes. Le refroidissement à la vitesse de 106 à 108o C/ s par un contact forcé particule solide ou particule gaz sous haute pression. - une opération de récupération et de conditionnement des poudres sous vide, en pots à parois fines, d'aluminium ou d'alliage - une opération d'extrusion à travers une filière préchauffée. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'opération de récupération des poudres sous vide en pots, se fait sans précompression. 3 - Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les pots de conditionnement-sont dimensionnés pour une réduction par la filière comprise entre 10 et 20. 4 - Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les poudres sont extrudées dans une filière dont seul l'outil est porté à une température au plus égale à 350 C0, la poudre restant à température ambiante.