Brevet FR2699933A1 — publié le 19940701

L'invention se rapporte à un bloc-cylindres en matériau à base d'aluminium hypoeutectique, comprenant des chemises de cylindre réalisées séparément, ainsi qu'à un procédé pour sa fabrication. Les blocs-cylindres en matériau hypoeutectique à base d'aluminium ne conviennent pas à former directement des surfaces de glissement des cylindres qui puissent être suffisamment résistantes à l'usure provoquée par les segments de piston en fonte grise Il est en conséquence courant actuellement d'introduire des chemises par coulée ou par emmanchement dans ces blocs-cylindres afin de garantir la résistance nécessaire à l'usure L'utilisation de chemises en fonte grise rapportées par coulée complique le recyclage des blocs-cylindres réalisés de cette manière dans la production d'aluminium après leur fusion Les chemises emmanchées de fonte grise nécessitent une extraction coûteuse avant qu'il soit possible de faire fondre des blocs reformés et de les recycler dans le circuit de production d'aluminium. Lorsque les blocs sont découpés en bandes avec les composants métalliques à base de fer, puis que les tôles de récupération sont mises en paquets, il faut un processus supplémentaire de séparation avant de les faire fondre. En outre, il peut être prévu de recouvrir les blocs-cylindres par des surfaces de glissement de cylindres résistantes à l'usure, déposée par galvanisation (marque déposée "Nikasil") A cette fin, il faut un traitement galvanique avec un grand nombre de processus de nettoyage, de recouvrement de protection et d'immersion. En plus de ceux qui ont été mentionnés, il existe aussi des blocs- cylindre en aluminium hypoeutectique dont les surfaces de glissement des cylindres qui doivent résister à l'usure peuvent être réalisées à l'aide de particules primaires de silicium noyées dans la matière et qui sont ensuite partiellement dégagées par honage et attaque à l'acide de la surface de glissement des cylindres Les blocs sont alors aptes à être recyclés La surface de glissement des cylindres de ces blocs s'est révélée avoir une bonne résistance à l'usure L'inconvénient des blocs de ce type réside dans le processus galvanique de fabrication de ces surfaces de glissement. Des blocs-cylindres présentant des surfaces de glissement de cylindres ayant une certaine teneur en particules de silicium peuvent par ailleurs se fabriquer de la manière suivante: des pièces préalablement moulées sous pression et formées de corps fibreux de céramique sont montées avant la coulée dans le moule du bloc-cylindres, ces corps moulés étant infiltrés lors du remplissage du moule par de l'aluminium hypo- eutectique, de sorte qu'il se forme dans l'alésage des cylindres une surface fibreuse qui offre la résistance souhaitée à l'usure L'inconvénient dans ce cas réside dans le procédé supplémentaire de fabrication des pièces moulées sous pression qu'il faut réaliser séparément. L'invention a pour objet un bloc-cylindres en aluminium hypo- eutectique, qui présente une surface de recouvrement de cylindre résistante à l'usure, qui est recyclable sans problème et qui peut se réaliser par des procédés connus qui conviennent à la fabrication en série. Selon une particularité essentielle de l'invention, les chemises des cylindres sont en alliage d'aluminium ayant une certaine teneur en particules de Si C Il est préférable que cette teneur soit d'au moins 10 % et elle peut s'élever jusqu'à 20 % Les chemises de cylindre selon l'invention dans lesquelles sont réparties les particules de céramique peuvent avoir éventuellement une meilleure résistance à l'usure que celles qui contiennent des particules primaires de silicium se trouvant dans un alliage hypereutectique ou que les fibres de céramique des pièces nmoulées qui sont infiltrées par un alliage hypoeutectique Le bloc-cylindres selon l'invention a l'avantage sur ceux qui sont connus que leur fabrication est considérablement simplifiée et qu'elle peut se limiter à des processus classiques de coulée. Suivant un mode de réalisation avantageux de l'invention, un alliage hypoeutectique qui se coule dans des conditions avantageuses peut être utilisé pour le bloc-cylindres lui-même. Suivant un premier procédé avantageux, les chemises mentionnées sont réalisées par coulée dans le bloc-cylindres Il est possible dans ce cas de renoncer avantageusement à un réchauffage des chemises en raison de leur faible masse, au contraire de ce qui est le cas par exemple pour des chemises en fonte grise Il est cependant possible aussi sans inconvénient, suivant un second procédé avantageux, de fixer les chemises du type mentionné dans les cylindres du bloc en aluminium hypoeutectique par emmanchement ou par contraction thermique. Le bloc-cylindres peut se réaliser de manière avantageuse et simple par coulée uniquement par gravité Ceci n'est pas possible dans le cas de l'infiltration des pièces mentionnées, moulées sous pression, selon le procédé de fabrication de l'art antérieur. A part les particules de Si C qui créent la résistance à l'usure, l'alliage d'aluminium des chemises de cylindre peut être identique à celui du bloc-cylindres En d' autres termes, les chemisees sont aussi en matériau hypoeutectique qui se coule facilement à partir de la masse fondue Il est possible d'utiliser pour le bloc-cylindres lui-même un alliage par exemple de Al Si 6 Cu 4 ou de Al Si 9 Cu 3 La grosseur des particules de Si C est de préférence de 20 à 60,tm. Si une coulée intérieure ou une refusion des chemises réalisées séparément a lieu, celles-ci simultanément subir un traitement thermique par la chaleur qui leur est apportée pendant la coulée et pendant le refroidissement du bloc-cylindres La refusion des chemises peut produire un durcissement à chaud dont on sait qu'il améliore les caractéristiques mécaniques, en particulier qu'il peut accroître la dureté, notamment lorsqu'on procède à un recuit de recuit à une température de l'ordre de 5300 C. Lorsqu'en variante les chemises sont fixées par emmanchement ou par contraction thermique, leur traitement thermique s'effectue avantageusement de manière séparée et totalement indépendante pour permettre d'obtenir des caractéristiques mécaniques optimales. Le bloc-cylindres selon l'invention se distingue de ceux qui sont équipés de chemises en fonte grise selon l'art antérieur par un moindre poids, une fabrication simple, une bonne facilité de recyclage avec de bonnes caractéristiques de résistance à l'usure des surfaces de glissement. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description détaillée et qui suit de modes de réalisation préférés de l'invention, description devant être lue avec les dessins annexés sur lesquels: * la Figure 1 est une vue en coupe partielle d'un bloc-cylindres et d'un carter-cylindre d'un moteur, le bloc- cylindres présentant des chemises-cylindres conformément à l'invention * la Figure 2 est une vue élargie de détail d'une chemise de cylindre de la Figure 1; * la Figure 3 est une vue en coupe élargie avec arrachée illustrant une chemise de cylindre venant juste d'être coulée, conformément à l'invention, dans un cylindre-bloc; et * la Figure 4 est une vue en coupe élargie avec arrachée illustrant une chemise de cylindre venant juste emmanchée dans un cylindre-bloc, conformément à l'invention. La Figure 1 montre un bloc-cylindres 1 qui, conformément à l'invention, est de façon avantageuse réalisé en un matériau ou un alliage hypoeutectique, facilement coulable Par exemple, le bloc- cylindres 1 est réalisé en Al Si 5 Cu 3, Al Si 6 Cu 4, AI Si 9 Cu 3, Al Si 7 Mg Le bloc-cylindres 1 présente un ou plusieurs cylindres 2 et est d'une pièce avec un carter- moteur 3. L'ensemble bloc-cylindres/carter-moteur 1, 3 peut être réalisé par coulée La fabrication du bloc-cylindres et du carter-moteur 1,3 peut être en particulier réalisée au moyen d'un procédé de coulée par alimentation par simple gravité Ceci n'est pas possible avec les procédés de fabrication de l'art antérieur qui mettent en oeuvre une infiltration d'un corps moulé. Chaque cylindre du bloc-cylindres 1 présente une chemise- cylindre 4 qui est fabriquée séparément Les chemises de cylindre 4 sont en un matériau ou un alliage d'aluminium comprenant des particules Si C, assurant la résistance à l'usure Ceci est illustré sur la Figure 2, sur laquelle la référence numérique 5 indique la matrice d'alliage d'aluminium et la référence numérique 6 indique les particules Si C inclues dans cette matrice 5 Les particules Si C constituent de façon préférentielle au moins 10 % et au plus 20 % du matériau La taille des particules est avantageusement comprise entre 20 et 60 g m. Les particules Si C mises à part, l'alliage d'aluminium des chemises de cylindres 4 peut être le même que celles du bloc-cylindres 1 En d' autres termes, de même que pour le bloc-cylindres 1, les chemises de cylindres 4 sont réalisées en un alliage d'aluminium hypoeutectique pouvant facilement être coulées. Une façon de disposer les chemises de cylindres 4 dans le bloc- cylindres consiste à couler les chemises 4 toutes faites dans les cylindres 2 du bloc-cylindres 1, lorsque l'on coule le bloc-cylindres Du fait de leur faible masse, un prétraitement thermique 4 n'est pas nécessaire, contraitement par exemple, aux chemises en fonte grise La Figure 3 illlustre une chemise de cylindre 4 qui a été coulée dans le bloc-cylindres 1. Lorsque les chemises de cylindre 4 sont coulées dans le bloc- cylindre 1, l'énergie calorifique fournie aux chemises 4 pendant l'opération de coulée et également pendant le refroidissement du bloc- cylindre 1, permet de réaliser un traitement thermique des chemises 4 Si les chemises 4 atteignent une température de l'ordre de 530 'C, lorsqu'elles sont introduites dans le bloc-cylindres 1, ce qui correspond à un traitement de recuit,un durcissement par trempé des chemises 4 Comme on le sait, le durcissement par trempé améliore les propriétés mécaniques et en particulier augmente la dureté, des chemises 4. Une autre manière de réaliser un blocs-cylindre avec les chemises de cylindre 4 est de fabriquer les chemises 4 et le bloc-cylindres séparément, puis d'insérer les chemises 4 déjà toutes faites dans le cylindre 2 du blocs-cylindres L'insertion des chemises 4 dans les cylindres 2 peut être réalisée par emmanchement des chemises 4 dans les cylindres 2 ou par contraction thermique des chemises 4, de façon qu'elles puissent être glissées dans les cylindres 2 La Figure 4 montre une chemise de cylindre 4 qui a été insérée dans le bloc- cylindres 1 par emmanchement ou par un procédé de contraction thermique Les chemises 4 peuvent être soumises à un traitement thermique complètement indépendant de façon à ce que l'on obtienne les propriétés mécaniques optima Un tel traitement thermique impliquera à nouveau un traitement de recuit suivi par un durcissement par trempé. On peut utiliser pour réaliser les chemises de cylindres 4 un matériau tout préparé consistant principalement en un alliage d'aluminium dans lequel sont dispersées les particules 6 de Si C Ce matériau peut être préparé en ajoutant des particules 6 de Si C à l'alliage. Le matériau peut être fondu, en cas de chemises coulées, ou être obtenu par extrusion, dans le cas de chemises extrudées Lorsque les chemises 4 sont coulées, les conditions de coulée sont contrôlées de telle sorte que les P particules 6 de Si C ne se liquéfient pas Dans l'état solide, les particules 6 de Si C sont totalement encastrées dans la matrice d'alliage d'aluminium. Contrairement au blocs-cylindres de l'art antérieur, qui présente des chemises de cylindres en fonte grise, le bloc-cylindres de l'invention est léger, de fabrication simple et facile à fabriquer Il possède également des surfaces de glissement présentant une grande résistance à l'usure. REVENDICATIONS 1. Bloc-cylindres en un matériau hypoeutectique à base d'aluminium et comprenant des chemises de cylindre réalisées séparément, caractérisé en ce que les chemises des cylindres sont en un alliage d'aluminium ayant une certaine teneur en particules de Si C. 2. Bloc- cylindres selon la revendication 1, caractérisé en ce que la teneur en Sic est d'au moins 10 % et peut atteindre avantageusement 20 %. 3 Bloc-cylindres selon la revendication 1, caractérisé en ce que la grosseur des particules de Sic est comprise entre 20 et 60 j m. 4. Bloc-cylindres selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'alliage hypoeutectique utilisé pour le bloc- cylindres consiste en Al Si 6 Cu 4 ou en Al Si 9 Cu 3. 5 Bloc-cylindres selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les chemises des cylindres sont également en un alliage hypoeutectique d'aluminium. 6. Procédé de fabrication d'un bloc-cylindres en matériau hypoeutectique à base d'aluminium, comprenant des chemises de cylindre réalisées séparément selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les chemises des cylindres sont réalisées totalement à partir de la masse fondue par coulée d'un matériau à base d'aluminium ayant une teneur en Si C d'au moins 10 % et pouvant s'élever jusqu'à 20 %. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que les chemises de cylindres sont réalisées par coulée dans le bloc-cylindres. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que les chemises de cylindre atteignent, après la coulée, au niveau de leur surface interne, une température provoquant un durcissement thermique. 9. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que les chemises sont fixées dans les cylindres du bloc-cylindres par emmanchement ou par contraction. 10. Procédé selon l'une ou l'autre des revendications 8 et 9, caractérisé en ce que les chemises des cylindres sous soumises à un recuit de recuit avant leur fixation par emmanchement ou contraction.