Brevet FR2888297A1 — publié le 20070112

L'invention concerne un disque de frein composite comprenant un disque porteur en fonte grise, et au moins un anneau de friction qui est relié de manière fixe au disque porteur et qui est différent de celui-ci sur le plan de la matière, ainsi que des procédés de fabrication préférés pour l'assemblage des deux composants, tels que le soudage par friction et le surmoulage. Les freins à disque sont très largement répandus dans les véhicules automobiles. Les freins à disque courants sont formés, suivant la puissance ou le rendement de freinage souhaités, en partie de manière massive, ou présentent une ventilation intérieure. Les freins à disque mis en oeuvre dans les voitures automobiles sont de façon tout à fait prépondérante réalisés en des alliages de fonderie ferreux. En font par exemple partie des fontes à graphite lamellaire (par exemple GG 20 ou GG 25), des fontes à graphite sphéroïdal (par exemple GGG 40, GGG 50 ou GGG 60), des fontes aciérées (par exemple GS60) ou de l'acier de construction (par exemple St52-3). Plus rarement on utilise également des aciers de traitement, respectivement des aciers fortement alliés (par exemple C45 ou 42 CrMo4). Les aciers de traitement ou respectivement les aciers fortement alliés sont toutefois nettement plus chers que des aciers non traités ou non fortement alliés. Les matériaux de fonte grise courants présentent toutefois l'inconvénient d'une tenue ou résistance insuffisante à la corrosion. Cela se traduit de manière négative notamment sous la forme d'une corrosion par des 2 agents de salage de chaussée. Pour améliorer la tenue à la corrosion, il est proposé dans les documents DE 197 35 217 B4 ou DE 198 57 557 Al, d'utiliser pour les disques de frein, un matériau de fonderie du groupe ternaire Fe/Al/C. En raison de la teneur élevée en Al, le disque de frein est relativement cher. Une autre possibilité de protection contre la corrosion est l'application de revêtements, par exemple un revêtement de Zn, tel que décrit dans le document EP 0 040 054 Al. A l'aide de revêtements, la corrosion ne peut être empêchée que de manière partielle, parce que les revêtements n'adhèrent en principe qu'un temps limité sur la surface de friction. Ils sont en effet éliminés relativement rapidement par abrasion par les garnitures de frein, en cours de fonctionnement. Aussi, le but de l'invention consiste-t-il à fournir un disque de frein d'un coût avantageux, dans lequel notamment la surface de friction présente une protection durable contre la corrosion. Conformément à l'invention, ce but est atteint grâce à un disque de frein composite à tenue ou résistance élevée à la corrosion, notamment à résistance à la corrosion par des agents de salage de chaussée, comprenant un disque porteur en fonte grise, et au moins un anneau de friction qui est relié de manière fixe au disque porteur, qui est différent de celui-ci sur le plan de la matière, et qui couvre au moins la zone sensiblement en regard d'une garniture de frein, ce disque de frein étant caractérisé en ce que l'anneau de friction est réalisé en un matériau de friction qui est formé par une fonte grise hautement alliée, une fonte grise du type "Ni-resist" (alliée nickel), un acier Ni/Cr ou un acier hautement allié ou un matériau IMC (composites intermétalliques de "InterMetallic Composites") essentiellement d'aluminures de titane et d'oxyde d'aluminium, et qui présente une tenue ou résistance plus élevée à la corrosion que le disque porteur en fonte grise. Selon une configuration de l'invention, le disque porteur en fonte grise et l'anneau de friction sont reliés ou assemblés mutuellement sur le plan métallurgique. D'après une autre caractéristique de l'invention, l'anneau de friction peut être rapporté par surmoulage sur le disque porteur en fonte grise. Par ailleurs, le disque porteur en fonte grise peut être ventilé intérieurement. Dans cette optique, le disque porteur en fonte grise peut présenter des canaux de refroidissement ou des évidements, qui ne sont pas délimités par l'anneau de friction, ou bien qui sont partiellement délimités par l'anneau de friction. Il est possible que le disque porteur en fonte grise et l'anneau de friction ne soient essentiellement reliés ou assemblés que par l'intermédiaire d'ailettes ou de nervures, qui sont des délimitations de canaux de refroidissement. Selon une autre configuration de l'invention, l'anneau de friction et/ou le disque porteur peu(ven)t présenter des protubérances et/ou des évidements pour l'ancrage mécanique avec la pièce respectivement opposée. Par ailleurs, la surface extérieure du disque porteur en fonte grise peut porter un revêtement de protection contre la corrosion. L'invention se rapporte en outre à un procédé de fabrication d'un disque de frein composite du type de celui qui vient d'être décrit, par liaison ou assemblage d'un disque porteur en fonte grise avec au moins un anneau de friction. Conformément à l'invention, la liaison peut s'effectuer par soudage par friction de l'anneau de friction sur le disque porteur, ou bien par surmoulage du disque porteur sur au moins un anneau de friction. Dans ce dernier cas, le procédé peut par exemple se dérouler de la manière suivante, à savoir que deux anneaux de friction sont disposés en regard l'un de l'autre dans un moule de coulée en étant espacés par des noyaux de moulage, le disque porteur est coulé dans le moule de coulée, et les noyaux de moulage sont retirés, de sorte que les évidements des noyaux de moulage forment des canaux de refroidissement dans le disque porteur, et l'anneau de friction et le disque porteur sont liés l'un à l'autre sur le plan métallurgique lors du surmoulage. Selon une configuration particulière de l'invention, la surface de liaison ou d'assemblage du disque porteur et/ou de l'anneau ou disque de friction sont revêtues d'un matériau du genre brasure avant l'assemblage. Ce matériau du genre brasure peut être conçu à partir d'un alliage à base de Sn. Selon une configuration particulière du procédé selon l'invention, le disque porteur présente au moins un évidement correspondant à un anneau de friction et formant une délimitation latérale pour l'anneau de friction après l'assemblage. D'après une autre configuration avantageuse du procédé de fabrication selon l'invention, le disque porteur et/ou l'anneau ou disque de friction présentent, avant le surmoulage, dans ladite au moins une surface de liaison ou d'assemblage, des protubérances ou des évidements qui, après le surmoulage, produisent une rétention de l'anneau ou disque de friction. La zone de l'anneau de friction, qui est en regard de la garniture de frein, est également désignée par surface de friction dans la suite. Pour la présente invention, il s'avère essentiel que le disque de frein soit d'une construction à deux matériaux différents. La plus grande partie du disque de frein est réalisée en des matériaux de fonte grise conventionnels peu coûteux, et seule une petite partie du disque de frein limitée à un anneau de friction est réalisée en un matériau de friction de grande qualité et coûteux, qui présente une bonne tenue à la corrosion. Le disque de frein conforme à l'invention se décompose donc en un disque porteur en fonte grise et en un anneau de friction. Le disque porteur en fonte grise est comparable aux disques de frein conventionnels en fonte grise. Notamment en ce qui concerne la qualité du matériau et la protection contre la corrosion, il est possible de se référer aux technologies ayant fait leurs preuves. Pour expliciter l'invention de manière plus détaillée, on se référera aux dessins schématiques annexés, qui montrent: Fig. 1 un disque de frein comprenant un disque porteur 1, des anneaux de friction 2, des canaux de refroidissement 3, des ailettes ou nervures 4, des protubérances 5, des évidements 6 et une délimitation latérale 7, Fig. 2 un disque de frein comprenant un disque porteur 1 en fonte grise, des anneaux de friction 2, des canaux de refroidissement 3 et des ailettes ou nervures 4. Tandis que le disque porteur est d'une construction conventionnelle, l'anneau de friction est réalisé en un matériau de friction de haute qualité, qui même sous l'effet d'une sollicitation de friction prolongée ou durable, présente une stabilité suffisante à la corrosion. Pour le choix du matériau de l'anneau de friction, il faut veiller à ce que celui-ci soit compatible sur le plan chimique et physique avec le matériau de fonte grise du disque ou de l'anneau porteur. Cela signifie que les propriétés thermomécaniques, notamment la dilatation thermique, présentent des valeurs similaires, et qu'il ne puisse pas apparaître de corrosion de contact électrochimique, préjudiciable. Le disque de frein conforme à l'invention présente l'avantage de permettre de conserver les matériaux de fonte grise peu coûteux et ayant fait leurs preuves pour la plus grande partie du disque de frein. Comme seule une moindre part du disque de frein classique est remplacée par un anneau de friction, les disques de frein classiques peuvent être remplacés, sans autres adaptations de construction, dans des séries déjà en cours, par des disques de frein conformes à l'invention. Le matériau de qualité et de coût élevé de l'anneau de friction n'a qu'une faible influence de coût sur le disque de frein. En conservant le disque porteur en fonte grise, il est possible de reprendre en partie les procédés de fabrication usuels. Pour l'anneau de friction, il est en principe possible d'utiliser des matériaux de friction les plus divers. D'après une première configuration de l'invention, on met en oeuvre en guise de matériaux pour l'anneau de friction, des composites intermétalliques ("InterMetallic Composites", IMC), des matériaux composites à matrice ceramique ("Ceramic Matrix Composites", CMC), des matériaux composites métal-métal ("Metal-Metal Composites", MMC) ou des céramiques renforcées de fibres ("Fiber Reinforced Ceramics", FRC). Dans le cas de ces matériaux composites, il faut veiller de manière tout à fait particulière à la compatibilité chimique et physique. Cela est par exemple obtenu par une teneur ou part en métal élevée dans les matériaux composites IMC et MMC. Dans le cas des matériaux IMC, ce sont notamment les composites fabriqués à base d'aluminure de titane et d'oxyde d'aluminium, qui présentent ici une bonne compatibilité avec le disque porteur en fonte grise. D'après une configuration préférée de l'invention, l'anneau de friction est formé par un matériau de friction métallique, de manière particulièrement préférée par un alliage ferreux. On atteint ainsi un degré de compatibilité le plus élevé. En outre, ces alliages sont d'un coût très favorable par rapport aux IMC, CMC, MMC ou FRC. L'anneau de friction est de manière particulièrement préférée réalisé en fonte grise hautement alliée, en fonte grise du type "Ni-resist" (alliée nickel), en acier Ni/Cr ou en acier hautement allié. Les alliages ferreux préférés présentent une tenue suffisante à la corrosion tout en affichant de bonnes propriétés de friction. A l'inverse des matériaux de fonte grise ordinaires, une protection particulière contre la corrosion n'est pas nécessaire. Le disque porteur 1 en fonte grise et l'anneau de friction 2 sont reliés ou assemblés de manière fixe l'un à l'autre. De manière particulièrement préférée, le disque porteur 1 en fonte grise et l'anneau de friction 2 sont reliés ou assemblés sur le plan métallurgique. Entre les deux corps se trouve alors une couche de liaison métallique. La couche de liaison comporte des éléments d'alliage du matériau de l'anneau de friction et du matériau de fonte grise du disque ou de l'anneau porteur. Les procédés d'assemblage métallurgiques englobent entre autres le soudage, le brasage et le moulage. Selon une configuration préférée, l'un des deux composants du disque de frein est rapporté sur l'autre par surmoulage. De manière particulièrement préférée, l'anneau de friction 2 est rapporté par surmoulage sur le disque porteur 1 en fonte grise. Cela produit une liaison par continuité de matière et métallurgique. Des modes de réalisation préférés de disques de frein conformes à l'invention, sont représentés schématiquement sur les figures 1 et 2. L'anneau de friction est représenté avec une épaisseur plus importante que nécessaire, pour des raisons de clarté de représentation. La figure 1 montre de manière schématique un disque de frein ventilé intérieurement. On a représenté ici des caractéristiques de construction différentes sur le côté supérieur et sur le côté inférieur. Le côté supérieur montre un anneau de friction 2 qui est enserré de chaque côté latéral, à savoir au niveau des surfaces latérales, par l'anneau porteur en fonte grise. Vers le bas, l'anneau de friction 2 est en contact avec des nervures 4 du disque ou de l'anneau porteur, et forme le côté supérieur des canaux de refroidissement 3 s'étendant dans le disque de frein. Grâce aux délimitations latérales de l'anneau de friction, celuici est encastré dans le disque ou l'anneau porteur en y étant maintenu de manière particulièrement résistante. La surface de friction n'est ici pas limitée à la surface supérieure libre de l'anneau de friction, mais peut au contraire également s'étendre, dans certaines limites, sur la surface supérieure du disque porteur adjacent. En vue de représenter de manière schématique d'autres caractéristiques de construction préférées, sur la figure 1, le côté inférieur du disque de frein n'est délimité que d'un côté latéral. La délimitation se situe avantageusement sur le côté du raccordement à la cloche de disque de frein. Le côté inférieur présente, au niveau des nervures 4, des protubérances 5 qui produisent un ancrage mécanique entre l'anneau de friction et le disque porteur. De manière particulièrement préférée, les protubérances 5 présentent des surfaces inclinées ou des contredépouilles. Une autre variante préférée pour l'ancrage mécanique, prévoit, dans les nervures 4, des évidements 6 qui sont remplis par du matériau de l'anneau de friction. Il peut s'avérer avantageux de protéger la surface extérieure du disque porteur en fonte grise, par un revêtement s'opposant à la corrosion. A cet effet, il est possible d'utiliser des revêtements de protection contre la corrosion, qui sont connus. Un autre aspect de l'invention concerne des procédés avantageux pour la fabrication de disques de frein composites constitués d'un disque porteur en fonte grise et d'au moins un anneau de friction. D'après une première configuration avantageuse, le disque de frein composite est fabriqué par assemblage ou liaison d'un disque porteur 1 en fonte grise avec au moins un anneau de friction 2, par soudage par friction de l'anneau de friction 2 sur le disque porteur 1. En ce qui concerne l'anneau de friction, il s'agit ici de manière particulièrement préférée, d'un alliage ferreux déjà décrit auparavant. Le soudage par friction présente, par rapport à beaucoup d'autres procédés de soudage, l'avantage de permettre aux deux corps de s'assembler sur une grande surface, également dans les zones inaccessibles situées à l'intérieur. Le soudage par friction peut ici, pour un assemblage sûr, être réalisé par l'intermédiaire de la totalité de la surface du disque porteur, ou bien également uniquement par l'intermédiaire des nervures 4. Pour la technique d'assemblage par soudage par friction, on prévoit selon une configuration préférée, de réaliser sur la surface d'assemblage ou de liaison du disque porteur et/ou de l'anneau ou disque de friction, avant l'assemblage, un revêtement en un matériau du genre brasure. De manière particulièrement préférée, on réalise un revêtement à l'aide d'un alliage à base de Sn ou Ni. Les revêtements contribuent, lors du soudage, à la formation d'une couche de liaison métallurgique très résistante et uniforme. D'après une autre variante particulièrement préférée du procédé, l'assemblage ou la liaison du disque porteur 1 en fonte grise avec au moins un anneau de friction 2, est effectué en rapportant le disque porteur 1 sur ledit au moins un anneau de friction 2 par surmoulage. En règle générale, on fabrique des disques de frein symétriques avec deux anneaux de friction. Pour réaliser le moulage composite, les anneaux de friction sont prévus sous forme d'inserts placés dans un moule de coulée. Des évidements éventuellement prévus dans le disque porteur, peuvent être obtenus de façon connue par des noyaux dans le moule de coulée. D'après une configuration préférée, lors de la fabrication de disques de frein ventilés intérieurement, les anneaux de friction sont tout d'abord reliés aux noyaux de moulage des canaux de ventilation, puis insérés en tant qu'ensemble dans le moule de coulée, et fixés. Grâce à cela il est en particulier également possible de fabriquer des disques de frein dans lesquels le disque porteur en fonte grise et l'anneau de friction 2 ne sont reliés essentiellement que par l'intermédiaire d'ailettes ou de nervures 4 qui sont des délimitations de canaux de refroidissement 3. Une autre variante de procédé du moulage composite 30 prévoit les étapes essentielles suivantes: - Deux anneaux de friction 2 sont disposés en regard l'un de l'autre dans un moule de coulée en étant espacés par des noyaux de moulage. Le disque porteur 1 est coulé dans le moule de 35 coulée. - Après la coulée, les noyaux de moulage sont retirés. Les évidements des noyaux de moulage deviennent ainsi des canaux de refroidissement 3 du disque porteur. L'anneau de friction 2 et le disque porteur 1 sont assemblés de manière fixe et résistante sur le plan métallurgique, lors du surmoulage. Les canaux de refroidissement formés sont ainsi délimités partiellement, sur au moins un de leurs côtés, par le matériau de l'anneau de friction. Une autre variante de procédé prévoit de fabriquer tout d'abord le disque porteur, notamment par des techniques de moulage connues, puis de rapporter sur le disque porteur, par surmoulage, un ou deux anneaux de friction. Dans le cas du moulage composite, il s'avère avantageux, avant l'assemblage, de réaliser sur la surface de liaison ou d'assemblage du disque porteur ou de l'anneau ou disque de friction, suivant laquelle de ces pièces n'est pas rapportée par surmoulage, un revêtement avec un matériau du genre brasure. Pour le revêtement, il s'avère notamment adapté de mettre en uvre un revêtement de pulvérisation thermique d'alliages de Sn ou de Ni. Par rapport au soudage par friction, le moulage composite présente l'avantage suivant, à savoir que le disque porteur ou l'anneau ou disque de friction peut comporter, avant le surmoulage, dans ladite au moins une surface d'assemblage ou de liaison, des protubérances 5 et/ou des évidements 6 qui, après le surmoulage produisent une rétention de l'anneau ou disque de friction. Les évidements peuvent être produits selon des dimensions microscopiques, par exemple par sablage ou traitement par jet d'eau haute pression. Mais de la même manière, il est également possible de prévoir de manière simple des évidements ou protubérances macroscopiques, par des moules de coulée appropriés, lors du moulage des pièces. Les dimensions macroscopiques se situent dans le domaine du millimètre, notamment dans la plage de 0,5 à 5 mm. REVENDICATIONS 1. Disque de frein composite à tenue ou résistance élevée à la corrosion, notamment à résistance à la corrosion par les agents de salage de chaussée, comprenant un disque porteur (1) en fonte grise, et au moins un anneau de friction (2) qui est relié de manière fixe au disque porteur, qui est différent de celui-ci sur le plan de la matière, et qui couvre au moins la zone sensiblement en regard d'une garniture de frein, caractérisé en ce que l'anneau de friction (2) est réalisé en un matériau de friction qui est formé par une fonte grise hautement alliée, une fonte grise du type "Ni-resist" (alliée nickel), un acier Ni/Cr ou un acier hautement allié ou un matériau IMC (composites intermétalliques de "InterMetallic Composites") essentiellement d'aluminures de titane et d'oxyde d'aluminium, et qui présente une tenue ou résistance plus élevée à la corrosion que le disque porteur (1) en fonte grise. 2. Disque de frein composite selon la revendication 1, caractérisé en ce que le disque porteur (1) en fonte grise et l'anneau de friction (2) sont reliés ou assemblés mutuellement sur le plan métallurgique. 3. Disque de frein composite selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'anneau de friction (2) est rapporté par surmoulage sur le disque porteur (1) en 30 fonte grise. 4. Disque de frein composite selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le disque porteur (1) en fonte grise est ventilé intérieurement. 5. Disque de frein composite selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le disque porteur (1) en fonte grise présente des canaux de refroidissement (3) ou des évidements, qui ne sont pas délimités par l'anneau de friction (2). 6. Disque de frein composite selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le disque porteur (1) en fonte grise présente des canaux de refroidissement (3) ou des évidements, qui sont partiellement délimités par l'anneau de friction (2). 7. Disque de frein composite selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le disque porteur (1) en fonte grise et l'anneau de friction (2) ne sont essentiellement reliés ou assemblés que par l'intermédiaire d'ailettes ou de nervures (4), qui sont des délimitations de canaux de refroidissement (3). 8. Disque de frein composite selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'anneau de friction (2) et/ou le disque porteur (1) présente(nt) des protubérances (5) et/ou des évidements (6) pour l'ancrage mécanique avec la pièce respectivement opposée. 9. Disque de frein composite selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la surface extérieure du disque 35 porteur (1) en fonte grise porte un revêtement de protection contre la corrosion. 10. Procédé de fabrication d'un disque de frein composite présentant les caractéristiques de la revendication 1, par liaison ou assemblage d'un disque porteur (1) en fonte grise avec au moins un anneau de friction (2), caractérisé en ce que la liaison s'effectue par soudage par friction de l'anneau de friction (2) sur le disque porteur (1). 11. Procédé de fabrication d'un disque de frein composite présentant les caractéristiques de la revendication 1, par liaison ou assemblage d'un disque porteur (1) en fonte grise avec au moins un anneau de friction (2), caractérisé en ce que la liaison s'effectue par surmoulage du disque porteur (1) sur au moins un anneau de friction (2). 12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que -deux anneaux de friction (2) sont disposés en regard l'un de l'autre dans un moule de coulée en étant espacés par des noyaux de moulage, - le disque porteur (1) est coulé dans le moule de coulée, et - les noyaux de moulage sont retirés, - de sorte que les évidements des noyaux de moulage forment des canaux de refroidissement (3) dans le disque porteur (1), et l'anneau de friction (2) et le disque porteur (1) sont liés l'un à l'autre sur le plan métallurgique lors du surmoulage. 13. Procédé selon l'une des revendications 10 à 12, caractérisé en ce que la surface de liaison ou d'assemblage du disque porteur (1) et/ou de l'anneau ou disque de friction (2) sont revêtues d'un matériau du genre brasure avant l'assemblage. 14. Procédé selon la revendication 13, 5 caractérisé en ce que le matériau du genre brasure est conçu à partir d'un alliage à base de Sn. 15. Procédé selon l'une des revendications 11 à 14, caractérisé en ce que le disque porteur (1) présente au moins un évidement correspondant à un anneau de friction (2) et formant une délimitation latérale (7) pour l'anneau de friction (2) après l'assemblage. 16. Procédé selon l'une des revendications 11 à 15, caractérisé en ce que le disque porteur (1) et/ou l'anneau ou disque de friction (2) présentent, avant le surmoulage, dans ladite au moins une surface de liaison ou d'assemblage, des protubérances (5) ou des évidements (6) qui, après le surmoulage, produisent une rétention de l'anneau ou disque de friction (2) .