Brevet FR2786503A1 — publié le 20000602

- 1 - La présente invention est relative à un cupro-alliage pour la réalisation de pièces mécaniques, notamment de fourchettes de boîte de vitesses de véhicules, présen- tant des caractéristiques mécaniques élevées en particulier en ce qui concerne la résis- tance maximale (charge de rupture) et surtout la limite élastique. Les boîtes de vitesses de type mécanique, comportent habituellement un arbre primaire solidaire du moteur par l'intermédiaire de l'embrayage et un arbre secondaire re- lié aux roues motrices. L'arbre primaire porte un pignon en prise avec un engrenage d'un arbre inter- médiaire disposé en parallèle de l'arbre principal et de l'arbre secondaire, l'arbre intermé- diaire portant autant d'engrenages que de combinaisons voulues pour la boîte de vitesses. L'arbre secondaire est muni de couronnes ou pignons dits "baladeurs" ou "manchons" qui peuvent coulisser le long de l'arbre tout en restant entraînés par lui au moyen de cannelures. Par action sur le levier de changement de vitesse, on sélectionne un baladeur ou manchon correspondant au rapport de vitesses souhaité, ce baladeur étant alors ver- rouillé sur un engrenage de l'arbre intermédiaire assurant la prise avec l'arbre moteur. Cette sélection du baladeur ou manchon s'effectue par l'intermédiaire d'une pièce appelée fourchette, mobile le long d'un axe parallèle aux arbres portant les pignons de la boîte de vitesses. La fourchette comporte habituellement deux bras au bout de chacun desquels se situe un patin ou bec qui assure le contact avec le baladeur ou manchon lors du passage de la vitesse. Les fourchettes doivent présenter de bonnes propriétés mécaniques, notam- ment en ce qui concerne la charge de rupture, la limite élastique et les possibilités d'al- longement pour éviter la casse en fonctionnement et en outre présenter une bonne résistance au frottement notamment au niveau des patins. Pour la réalisation de fourchettes dans les véhicules modernes, aussi bien les véhicules automobiles que les véhicules industriels ou à deux roues, on utilise des four- chettes en des alliages métalliques tels que des fontes, du laiton H.R., des alliages légers d'aluminium et des cupro-alliages, notamment des alliages cuivre/aluminium. Les fourchettes en ces cupro-alliages sont réalisées par moulage en étant coulées par gravité dans un moule métallique ou "coquille". -2 - Dans le cadre du développement de boîtes de vitesses à commande assistée de type "TIPTRONIC" il s'est révélé nécessaire de mettre au point des fourchettes aptes à fléchir dans des proportions importantes lors de l'application d'une charge, en particulier pour "encaisser" la puissance des vérins mis en oeuvre pour la commande assistée. Pour assurer une flexibilitésatisfaisanteil s'est avéré nécessaire de pouvoir disposer pour la réalisation de fourchettes, de matériaux présentant une limite élastique au moins de moitié supérieure à celle des matériaux couramment utilisés y compris les allia- ges cuivre/aluminium, du type CuAlIl0FesNi5 ou CuAll1 Fe6Ni6 notamment tels que définis dans le projet de norme européenne EN1982. Dans le cadre de ses recherches et développements, la Société déposante a découvert de façon tout à fait surprenante que le but recherché, à savoir une très forte augmentation de la limite élastique, pouvait être atteint en sélectionnant de manière pré- cise les composants d'un cupro-alliage de type cuivre/aluminium de composition générale proche de CuAllo0FesNis ou CuAllFe6Ni6 tels que définis par le projet de norme rappelé 1 5 ci-dessus. Le cupro-alliage selon la présente invention se caractérise par le fait qu'il pré- sente la composition suivante, en pourcentage en poids: - A1.................................................................. ...................................................................9,7 à 1 0,4..DTD: - F e.................................................................. ........................................................3,7 à 4,4 2 0 - N i....................................................DTD: ....................................................................5, 7à6,3 - M n............................................................. DTD: .....................................................0 à 0,5 0 - P b....................................................................... .DTD: ..................à,30................................ 0,3 0 - S i.... DTD: ......................................................................... DTD: .....................................o à 0,5 0 - Z n.................DTD: ......................................................................... DTD: ..................................0 à 1,5 0..DTD: le reste étant constitué par du cuivre et des impuretés inévitables. On a représenté en figure 1 les caractéristiques mécaniques et plus précisé- ment la limite élastique et la charge maximale d'un cupro-alliage selon l'invention, de cu- pro-alliages de formule générale CuAl1oFesNis et CuAlIlFe6Ni6, ainsi que du laiton H.R. et de la fonte GS 600. Plus précisément l'alliage selon l'invention désigné par Alliage 1 sur la ligne I avait la composition indiquée dans l'exemple 1 ci-après, exprimée en pourcentage en -3 - poids: EXEMPLE 1: - A I............................................................... .......................................... 1 0..DTD: - F e.......................................4........................... ............................................................4 - N i....................................................................... .DTD: .........................................................6 - M n......................................................................... .DTD: ...................................0,1 0 - P b......................DTD: ......................................................... ............... DTD: .................................. 0,0 5 - S i......................DTD: ................................................................ 0,10....................................................0, 1 0 1 0 - Z n........................................................DTD: ......................................................................... DTD: ...........0,2 0..DTD: le reste étant constitué par du cuivre et des impuretés inévitables. Les cupro-alliages CuAll0Fe5Ni5 et CuAlIlFe6Ni6 avaient respectivement les compositions suivantes exprimées en poids: - A1............................................................... ............................................................ 8,5..DTD: 1 5 - F e.................................................. ......................................................................... DTD: ...............4 - N i.............................................DTD: ......................................................................... DTD: ......4 - M n.....................................................DTD: ..................................................0 - P b..........DTD: ......................................................................... DTD: ..........................................0 - S i...................DTD: ......................................................................... DTD: ........................0 - Z n..........................DTD: ......................................................................... DTD: ............................ 0..DTD: le reste étant constitué par du cuivre et des impuretés inévitables. - A 1......................................................... .................................................1 0..DTD: - F e............................................................... ................................. 4 - N i.......................DTD: ......................................................................... DTD: .................4 - M n.................................DTD: ...................................................................0 - P b....................................................................... .DTD: .....................0 - S i. ..........o...........................DTD: ......................................................................... DTD: ........ 0 - Z n. ...................................................DTD: ..................................0..DTD: le reste étant constitué par du cuivre et des impuretés inévitables. -4- On constate de l'examen de la figure 1 que la résistance maximale de l'alliage selon l'invention est bien supérieure à la résistance maximale des matériaux comparatifs utilisés mais que surtout l'accroissement de la limite élastique spectaculaire atteignant 600 Mpa pour moins de 400 Mpa pour les matériaux comparatifs soit une augmentation supérieure à 50 %. Les mesures des caractéristiques mécaniques ont été effectuées conformé- ment aux normes NFA 53709. Cette augmentation de la limite élastique se traduit par des propriétés améliorées de flexion sous charge des fourchettes réalisées en un matériau se- lon l'invention. Les résultats d'essais de flexion sous charge de fourchettes de boîtes de vites- ses réalisées selon l'invention par rapport à des fourchettes de dimensions identiques réa- lisées en alliage CuAl10Fe5Ni5 mentionnés ci-dessus sont indiqués aux figures 2 et 3. Le graphique de la figure 2 représente le déplacement sous charge du grand bras de la fourchette en fonction de la force appliquée, et le graphique de la figure 3 re- présente le déplacement du petit bras de la fourchette. Les fourchettes utilisées pour les essais ont été coulées par gravité en coquille et ont été éjectées dès solidification et re- froidies à la température ambiante. Les fourchettes ainsi réalisées ont les dimensions des fourchettes 3/4 de la boîte de vitesses JB de RENAULT. Les essais ont été effectués en bloquant la fourchette au niveau du fût et en appliquant la charge au sommet du bombé du patin. Les résultats rapportés aux figures 2 et 3 mettent en évidence une augmenta- tion spectaculaire de la limite élastique. Des résultats comparables ont été obtenus avec des cupro-alliages selon l'in- vention présentant les compositions suivantes, en pourcentage en poids: EXEMPLE 2: - A I................................................................. ......................................................................... DTD: . 1 0,2..DTD: Fe 3,7Fe............................................................... ......................................................................... DTD: ........ 3,7Fe 3,7 3 0 - N i...........................DTD: ......................................................................... DTD: .............................. 5,8 - M n.............................DTD: ......................................................................... DTD: ................................... 0,2 -5- - P b....................DTD: ......................................................................... DTD: ...................... 0, 1 0 - S i....................-.-........DTD: ......................................................................... DTD: .................................0,2 0 - Si......0,20 - Z n..........DTD: ......................................................................... DTD: .......................... 0,2 0..DTD: le reste étant constitué par du cuivre et des impuretés inévitables. EXEMPLE 3: - A I.................................................................... ...........................................................9,7..DTD: Fe..................................................................... .................................................................... 4, 4 - Ni.......................................................DTD: ......................................................................... DTD: ................6,2 - M n...........................................DTD: ............................................................ -........... DTD: ..........................0 - P b.......................--...........DTD: ......................................................................... DTD: ................................0,2 5 - S i...... ...................DTD: ................................................... - -.................. DTD: ................................... -...........0 - Z n..............DTD: ......................................................................... DTD: .............................................. 0..DTD: i 5 le reste étant constitué par du cuivre et des impuretés inévitables. - Ai 9,7 - Fe. 4,4 - Ni. 6,2 - Mn O. - Pb. 0,25 - Si.0. - Zn O. le reste étant constitué par du cuivre et des impuretés inévitables. -6- REVENDICATIONS 1. Cupro-alliage pour la réalisation de pièces mécaniques présentant des caractéristiques mécaniques, notamment de limite élastique, améliorées, caractérisé par le fait qu'il présente la composition suivante en pourcentage en poids: - A l.................. ......................................................................... CLMF: 9,7 à 1 0,4 - F e.................................................CLMF: .........................3,7 à 4,4 - N i..........................CLMF: ......................................................5,7 à 6,3 - M n....... à........................................................... CLMF: ....................................... 0,5 0 1 0 - P b..à.................................................................... CLMF: ................................0,30 - S i..... à..................... CLMF: ......................................................................... CLMF: ..........0 0,5 0 - Z n..à..........................................CLMF: ....................................................................... 0 1, 5 0..CLMF: le reste étant constitué par du cuivre et des impuretés inévitables. 2. Fourchette de boîtes de vitesses de véhicules, caractérisée par le fait qu'elle est réalisée en cupro-alliage selon la revendication 1.