Brevet FR2778125A1 — publié le 19991105

/À PROCEDE POUR FABRIQUER DES PIECES EN ALLIAGES COULES. ET NOTAMMENT EN ALUMINIUM L'invention se rattache au secteur technique de la fabrication de pièces en alliages coulés et notamment en aluminium, magnésium, cuivre ou autre obtenus en fonderie, forgeage et procédés similaires. On connaît par le brevet EP 119 365 un procédé spécifique dénommé 1 0 COBAPRESS qui combine les techniques de fonderie et de forgeage de pièces, notamment en aluminium ou alliage d'aluminium. Ce procédé consiste à couler de l'aluminium ou alliage d'aluminium dans un moule, et après la coulée, à démouler la pièce encore chaude à une température i 5 de l'ordre de 400 à 500 C et à la placer entre deux coquilles d'une matrice définissant une empreinte de dimensions légèrement inférieure à celle du moule, les deux coquilles étant fortement pressées l'une contre l'autre pour exercer, sur la pièce coulée mise entre les coquilles, un effet combiné de pressage à coeur et de corroyage superficiel. Ce procédé dit COBAPRESS est largement exploité pour de multiples applications pour pièces automobiles du type bielles, triangles, pivots ou fusées de suspension, supports moteurs et autres, pour des pièces de cycles telles que les manivelles. Après la mise en oeuvre du procédé précité et l'opération de forgeage en particulier, les pièces sont refroidies à température ambiante. Il est nécessaire de procéder à une opération de détourage et de redressement par suite dans certains cas de déformation de la pièce. Un traitement thermique 2 2778125 peut suivre ensuite à une température de 540 C environ pour l'opération de trempage. On revient ensuite à température ambiante. Les phases successives au procédé coulé-forgé présentent des inconvénients de par le temps complémentaire nécessaire, l'absence de maîtrise de ce temps résiduel après la phase de forgeage et de retour à température ambiante et correspondant au stockage des pièces en l'état pendant un temps indéterminé avant le traitement final de trempe. Le but recherché selon l'invention était d'optimiser le procédé décrit dans le brevet EP 119 365 précité pour-réduire le temps nécessaire à la production des pièces tous traitements confondus, de supprimer l'opération finale de traitement thermique par trempage. 1 5 Différentes recherches ont ainsi été menées essentiellement en aval de l'opération de forgeage pour limiter les temps morts. Les études n'ont pas donné de résultats satisfaisants en continu et sur une longue période par suite de la trop grande difficulté à maîtriser le temps entre la phase finale de forgeage du procédé et celle de traitement thermique par trempage. L'originalité de l'invention a consisté à introduire une étape intermédiaire entre la phase de fonderie et d'obtention de la solution des produits et celle du forgeage, cette opération intermédiaire étant remarquable en ce que la solution issue de la coulée de fonderie est transférée dans un four préchauffé à haute température pour améliorer l'homogénéité du produit pendant une période de temps prédéterminée, la solution étant ensuite transférée vers la zone de pressagc pour forgeage de la pièce à obtenir, puis pour refroidissement à température ambiante. Dans ce cas, les opérations de redressage et de traitement thermique initialement effectuées ne sont plus nécessaires. 3 2778125 Ces caractéristiques et d'autres encore ressortiront bien de la suite de la description. Pour la compréhension de l'invention, on a illustré sous forme de graphiques les différentes phases opératoires et de montées en température correspondant à la mise en oeuvre du procédé COBAPRESS décrit dans le brevet EP 119 365 (figure 1), puis selon la présente invention dans une première version du procédé incluant une phase intermédiaire entre la fonderie et le forgeage de la pièce (figure 2), puis une seconde version du procédé de l'invention incluant 1 0 d'autres phases opératoires après forgeage de la pièce. Le procédé de fabrication des pièces en alliage coulés, notamment en aluminium, est remarquable en ce qu'il met en oeuvre les opérations suivantes: - coulage de l'alliage, notamment en aluminium, dans un moule à une température de l'ordre de 400 à 500 C; - la coulée obtenue à la température de sortie du moule est transférée immédiatement dans un four assurant la mise en solution de ladite coulée à une température de l'ordre de 540 C; - la solution traitée et portée à 540 C environ est ensuite transférée entre deux coquilles d'une matrice définissant une empreinte de dimensions légèrement inférieures à celles du moule, les deux coquilles étant fortement pressées l'une contre l'autre pour exercer l'effort de pressage par forgeage; - puis, on laisse refroidir la pièce à température ambiante, celle-ci étant obtenue sans qu'il soit nécessaire d'effectuer comme selon l'art antérieur à un traitement thermique final par trempage. Selon l'invention, le four utilisé après la première coulée de la pièce est un four à tunnel. Lc temps de chauffage à 540 C ou sensiblement, et correspondant à 4 2778125 la température de trempe de la pièce mise en solution, se situe dans une fourchette de 40 minutes à 2 heures et avantageusement de 1 heure. En sortie du four à tunnel, se produit un choc thermique de la pièce avec la température environnante tendant à une baisse de la température de l'ordre d'une dizaine de degrés pendant le temps de transfert vers le poste de forgeage. Ce transfert s'effectue de toute manière appropriée à l'aide de moyens de manipulation appropriés. La température de pressage reste cependant à un niveau de l'ordre de 530 , ce qui permet de conférer à la pièce toutes les qualités requises de caractéristiques mécaniques. Le procédé ainsi décrit selon l'invention permet de supprimer les opérations de traitement thermique et de redressage initialement nécessaires pour éviter et corriger les déformations de la pièce selon l'art antérieur. Ainsi, selon l'invention, l'opération intermédiaire de traitement dans le four à tunnel pendant une durée de 1 heure environ permet de supprimer les opérations qui s'effectuaient selon la technique précédente en aval des opérations coulées-forgées et qui se déroulaient pendant une période de 6 à 8 heures, et tout en obtenant des caractéristiques sensiblement égales à celles de l'art antérieur. Des expérimentations ont été effectuées et ont donné les résultats suivants, sur un alliage AS7G03 ou A356 dans sa correspondance américaine ou LM25 dans sa correspondance anglaise: 2778125 Procédé classique EP 119 365 suivant des Procédé de l'invention opérations de coulage forgeage et traitement thermique Rp 0,2 limite élastique moyenne 210 moyenne 212 RM résistance matériaux moyenne 290 moyenne 298 Limite allongement moyenne 8,8 moyenne 9,5 élastique Le procédé selon l'invention permet ainsi d'optimiser le procédé COBAPRESS décrit dans le brevet EP 119 365. Un autre développement de l'invention consiste à procéder à d'autres phases opératoires si l'on veut affiner encore les performances de l'invention. Ainsi, selon la variante complémentaire, les trois opérations de coulage, de traitement dans un four tunnel à 540 , puis de pressage sont effectuées comme indiqué précédemment et sont ensuite prolongées par une quatrième phase opératoire en sortie de pressage consistant à réaliser une opération complémentaire de remise en solution de la pièce dans un autre four tunnel à 540 environ pendant une durée de 40 minutes à 2 heures et de préférence 1 heure. Cette quatrième opération est suivie d'une cinquième opération de trempage, puis les pièces obtenues sont refroidies jusqu'à la température ambiante. Ce procédé permet d'affiner les résultats et d'homogénéiser les pièces traitées. On a représenté aux figures 1, 2 et 3 les différentes étapes de température. La période x (figure 1) correspond au temps d'attente à température ambiantc de la pièce obtenue selon le brevet EP 119 365 avant l'opération de trempage 6 2778125 ultérieur. La période y (figures 2 et 3) correspond au temps de passage de la solution dans le four à tunnel. Le procédé perfectionné selon l'invention dans ses deux variantes d'exécution permet d'une manière substantiel de réduire le temps de production et le coût de fabrication dans une valeur approximative de l'ordre de 8 à 10 % tout en obtenant les mêmes caractéristiques des pièces par rapport au procédé COBAPRESS décrit dans EP 119 365. 7 2778125 REVENDICATIONS - 1 - Procédé pour fabriquer des pièces en alliages coulés, notamment en aluminium du type consistant à couler de l'aluminium ou alliage d'aluminium dans un moule, et après la coulée, à démouler la pièce encorechaude à une température de l'ordre de 400 à 500 C et à la placer entre deux coquilles d'une matrice définissant une empreinte de dimensions légèrement inférieure à celle du moule, les deux coquilles étant fortement pressées l'une contre l'autre pour 1 0 exercer, sur la pièce coulée mise entre les coquilles, un effet combiné de pressage à coeur et de corroyage superficiel, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il consiste à introduire une étape intermédiaire entre la phase de fonderie et d'obtention de la solution des produits et celle du forgeage, la solution issue de la coulée de fonderie étant transférée dans un four préchauffé à haute température pour améliorer l'homogénéité du produit pendant une période de temps prédéterminée, la solution étant ensuite transférée vers la zone de pressage pour forgeage de la pièce à obtenir, puis pour refroidissement à température ambiante. -2- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il met en oeuvre les opérations suivantes: - coulage de l'alliage, notamment en aluminium, dans un moule à une température de l'ordre de 400 à 500 C; transfert de la coulée obtenue à la température de sortie du moule dans un four assurant la mise en solution de ladite coulée à une température de l'ordre de 540 C; - transfert de la solution traitée et portée à 540 C environ entre deux coquilles d'une matrice définissant une empreinte de dimensions légèrement inférieures à celles du moule, les deux coquilles étant fortement pressées l'une contre l'autre pour exercer l'effort de pressage par forgeage; 8 2778125 - refroidissement de la pièce à température ambiante. -3- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le four utilisé après la première coulée de la pièce est un four à tunnel. -4- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 3, caractérisé en ce que le temps de chauffage à 540 C ou sensiblement, et correspondant à la température de trempe de la pièce mise en solution, se situe dans une fourchette de 40 minutes à 2 heures et avantageusement de 1 heure. -5- Procédé selon les revendications 1 à 4, caractérisé en ce que, les trois opérations de coulage, de traitement dans un four tunnel à 540 , puis de pressage sont prolongées par une quatrième phase opératoire en sortie de pressage consistant à réaliser une opération complémentaire de remise en solution de la pièce dans un autre four tunnel à 540 environ pendant une durée de 40 minutes à 2 heures et de préférence 1 heure. Cette quatrième opération est suivie d'une cinquième opération de trempage, puis les pièces obtenues sont refroidies jusqu'à la température ambiante.