Brevet FR2947745A1 — publié le 20110114

PROCEDE DE FABRICATION DE PIECES EN ALLIAGE D'ALUMINIUM [0001 La présente invention concerne un procédé de fabrication de pièce en alliage d'aluminium coulée sous-pression présentant localement des caractéristiques mécaniques plus élevées ainsi que la pièce en alliage d'aluminium obtenue. L'invention concerne en outre un moteur pour véhicule ainsi qu'un véhicule comportant de telles pièces. [0002] Pour des problèmes de masses de pièces, par exemple dans le domaine de l'automobile, des pièces en alliage d'aluminium sont préférées aux pièces en acier ou en fonte bien que ces pièces ne présentent pas de caractéristiques mécaniques équivalentes à celles des pièces en acier ou en fonte. [0003] On propose ainsi de réaliser en alliage d'aluminium des pièces telles que des carters chapeaux de paliers de vilebrequin. Ces pièces sont généralement obtenues par moulage par gravité ou sous-pression. [0004 Cependant comme déjà évoqué, de telles pièces en alliages d'aluminium ne possèdent pas de propriétés mécaniques comparables à celles de l'acier ou de la fonte et ces différences de propriétés mécaniques empêchent la substitution de toutes les pièces en acier ou en fonte par des pièces uniquement en alliage d'aluminium. Par ailleurs, il est connu qu'un traitement thermique de type T6 ou T7 comprenant la mise en solution, la trempe et le revenu/sur revenu d'une pièce en alliage d'aluminium permet de conférer des propriétés mécaniques renforcées aux pièces ainsi traitées. [0005] Toutefois, la réalisation de pièces en alliage d'aluminium par coulée gravité suivie d'un traitement thermique nécessite des aménagements en termes d'épaisseur de pièce par rapport à une pièce réalisée par moulage sous-pression, afin de remplir correctement le moule et de limiter les déformations générées par le traitement thermique. Ceci a alors un impact sur la masse de la pièce. [0006] Aussi, pour des raisons de coût de fabrication, de production de masse et de précision dimensionnelle, les pièces en alliage d'aluminium sont généralement 30 obtenues par moulage sous-pression. [0007] De manière à renforcer de telles pièces, on a proposé de mettre en place des inserts ferreux en fonte, en acier ou en acier fritté au sein de pièces en alliage d'aluminium. Cependant une telle insertion a pour conséquence d'augmenter significativement le poids. [000s] De manière à permettre la suppression de tels inserts ferreux, il est nécessaire de pouvoir renforcer les pièces en alliage d'aluminium. Un traitement thermique T6 ou T7 de mise en solution, trempe et revenu/sur revenu est connu pour conférer des propriétés mécaniques renforcées aux pièces en alliage d'aluminium ainsi traitées. [0009] Ainsi, le document WO-A-2006/066314 décrit un procédé de traitement thermique de pièces en alliage d'aluminium coulées sous-pression. Ces pièces, de par le procédé de moulage, sont susceptibles de présenter des défauts internes dans lesquels des gaz sont occlus. Ces défauts sont susceptibles de former des cloques lors d'un traitement thermique de durcissement conventionnel. Le procédé de traitement qui est décrit dans le document WO-A-2006/066314 comprend une étape de mise en solution d'une durée inférieure à 30 minutes. Un tel procédé ne permet cependant pas un gain en termes de propriétés mécaniques pour toutes pièces en alliage d'aluminium coulées sous-pression. [0010] Le document FR 2 588 017 propose également un procédé de fabrication de pièces en alliage d'aluminium moulé en fonderie sous pression, qui sont ensuite renforcées par le biais d'un traitement thermique T6. [0011] Le document US 6 035 923 propose quant à lui un procédé de fabrication de pièces en alliage d'aluminium comportant une partie en matériau composite constituée d'un matériau poreux imprégné de l'alliage d'aluminium. Une telle pièce est ensuite soumise à un traitement thermique T6. [0012] Cependant, lorsqu'on réalise une pièce totalement en aluminium par moulage sous pression, traité thermiquement à l'aide d'un traitement T6 ou même T7, on génère des déformations importantes de la pièce complète. Ceci implique alors des géométries particulières avec des épaisseurs accrues de l'aluminium dans ladite pièce. [0013] En outre, le procédé de fonderie par coulée sous-pression engendre une santé interne des pièces moins bonne qu'en fonderie gravité ce qui peut générer des problèmes de formation de cloques lors d'un traitement thermique des pièces. [0014] Il existe donc un besoin pour un procédé permettant l'obtention de pièces en alliage d'aluminium présentant des caractéristiques mécaniques au moins localement plus élevées et ce, sans insert ferreux. [0015] Aussi, la présente invention a pour objet un procédé de fabrication de pièce en alliage d'aluminium par coulée sous-pression, caractérisé en ce qu'on incorpore, lors de la coulée sous pression de ladite pièce, au moins un insert de renfort constitué d'une pièce d'alliage d'aluminium moulée par gravité et ayant subi un traitement thermique de mise en solution, trempe et revenu/sur revenu. [0016] L'invention permet donc avantageusement l'obtention de pièces en alliage d'aluminium coulées sous-pression qui présente en tant qu'inserts de renfort des pièces en alliage d'aluminium présentant des caractéristiques mécaniques élevées. Ces inserts de renfort plus légers que les inserts ferreux confèrent localement à ladite pièce en alliage d'aluminium leurs caractéristiques mécaniques élevées sans augmenter autant la masse de la pièce finale que les inserts ferreux. Par ailleurs, ces inserts de renfort éliminent les risques de déformations induites classiquement par un traitement thermique puisque celui-ci n'intervient qu'au niveau des pièces d'inserts de dimensions plus réduites que la pièce finale réalisée et non plus sur l'ensemble de cette pièce finale. [0017] De plus, le procédé selon l'invention permet l'utilisation d'alliages d'aluminium de compositions différentes pour réaliser d'une part le ou les inserts et d'autre part la pièce intégrant le ou lesdits inserts. Il est ainsi permis d'utiliser des alliages pouvant être moulés ou coulés facilement par gravité pour former des inserts alors que pour des raisons de coulabilité en moulage sous pression, ils ne peuvent être choisis pour réaliser la pièce principale intégrant ces inserts. On utilisera des alliages d'aluminium tels que AICu4Ni2Mg1.5, AISi7Mg0.3Cuo.5 pour les inserts et tels que AISi9Cu3, AISi11Cu2 pour la pièce coulée sous pression. [0018] Le procédé selon la présente invention permet donc de réaliser des pièces en alliage d'aluminium obtenues par coulée sous pression, présentant des caractéristiques mécaniques améliorées localement (au niveau des inserts) tout en s'affranchissant des problèmes liés aux porosités présentes au sein desdites pièces coulées sous pression. De ce fait, on propose selon l'invention un procédé de fabrication de pièces en alliage d'aluminium par coulée sous pression dans lequel les risques de déformation liés aux traitements thermiques de mise en solution, trempe puis revenu de type T6, T7 (sur revenu) permettant de renforcer la pièce sont éliminés sur ladite pièce finale. [0019] En outre, lors de la coulée sous-pression de la pièce en alliage d'aluminium, survient une légère fusion superficielle de l'aluminium des inserts, de sorte qu'il s'ensuit une cohésion intime entre les inserts et le reste de la pièce. On élimine ainsi les risques de lame d'air ou de défauts à l'interface qui étaient jusque là constatés lors de l'utilisation des inserts ferreux. [0020] La présente invention a également pour objet une pièce en alliage d'aluminium obtenue par moulage sous-pression caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un insert de renfort constitué d'une pièce en alliage d'aluminium moulée par gravité et ayant subi un traitement thermique de mise en solution, trempe et revenu/sur revenu, de type T6, T7. [0021] Une pièce réalisée selon le procédé de l'invention peut avantageusement être une pièce choisie dans le groupe comprenant les carters habituellement avec des inserts ferreux tels que les carters chapeaux de paliers de vilebrequin, les inserts de renfort présents dans le carter ainsi formé constituant des demi-paliers inférieurs de caractéristiques mécaniques élevées. [0022] Enfin, l'invention a pour objet un moteur comportant une telle pièce en alliage d'aluminium ainsi qu'un véhicule comportant au moins une telle pièce en alliage d'aluminium. [0023] D'autres propriétés et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit d'un mode de réalisation de l'invention, donné à titre d'exemple uniquement. [0024] II est proposé un procédé de fabrication d'une pièce en alliage d'aluminium coulée sous-pression telle qu'un carter chapeau de paliers de vilebrequin présentant localement des caractéristiques mécaniques améliorées au niveau desdits demi-paliers inférieurs. Ces paliers sont à cet effet constitués d'inserts en alliage d'aluminium obtenus par coulée gravité et ayant subi un traitement thermique de type T6 ou T7. [0025] Ainsi, le procédé de fabrication selon l'invention propose d'obtenir une pièce en alliage d'aluminium renforcée localement à savoir un carter chapeau de paliers de vilebrequin, en coulant par gravité au moins une première pièce en alliage d'aluminium en forme de demi-palier inférieur, puis en traitant la ou lesdites premières pièces en alliage d'aluminium, c'est-à-dire chaque demi-palier inférieur coulé par gravité par un traitement thermique de type T6, T7. Puis, on coule sous pression une seconde pièce en alliage d'aluminium formant un carter chapeau de paliers de vilebrequin incorporant la ou lesdites premières pièces en tant qu'inserts de renfort locaux. Les demi-paliers inférieurs de vilebrequin renforcés sont donc réalisés par coulée gravité. [0026] Le moulage d'aluminium par gravité peut être classiquement du type sable, coquille, PMP (procédé modèle perdu) ou encore par moulage à cire perdue. [0027] La coulée par gravité est ensuite suivie d'un parachèvement comprenant par exemple une étape de démasselotage, d'ébavurage. [0028] La pièce ainsi obtenue est ensuite soumise à un traitement thermique du type T6 ou T7. Le procédé de traitement thermique comporte d'abord une étape de mise en solution de la pièce dans un four. L'étape de mise en solution est suivie d'une étape de trempe de la pièce. Cette trempe est un refroidissement brutal de la pièce qui permet de figer la structure particulière obtenue lors de la mise en solution. [0029] Le procédé de traitement thermique comprend enfin une étape de revenu ou de sur revenu. Une pièce en alliage d'aluminium brut de trempe a de faibles propriétés mécaniques. L'étape de revenu / sur revenu permet d'obtenir une amélioration des propriétés mécaniques de cette pièce. L'ensemble de ces étapes sont classiques en soi et sont définies par rapport à l'alliage utilisé et ne font pas l'objet d'une description plus détaillée. [0030] L'utilisation du procédé de traitement thermique est en outre particulièrement avantageuse pour les alliages d'aluminium à durcissement structural du type AICu4Ni2Mg1.5 ou AISi7Mg0.3Cuo.5. En effet de tels alliages sont des alliages ayant de bonnes propriétés mécaniques intrinsèques. [0031] Le traitement thermique permet l'obtention de propriétés mécaniques élevées pour les pièces en alliage d'aluminium ainsi réalisées qui pourront servir d'inserts de renfort dans une autre pièce en alliage d'aluminium. [0032] Une fois la pièce traitée thermiquement, celle-ci est soumise à une étape de finition par usinage. Cette étape de finition permet d'atténuer les déformations qui auraient pu intervenir lors du traitement thermique de l'insert et confère à la pièce ses caractéristiques dimensionnelles finales. [0033] De telles pièces en alliage d'aluminium présentant des caractéristiques mécaniques élevées sont alors utilisables en tant qu'inserts de renfort pour remplacer les inserts ferreux traditionnellement utilisés. Le remplacement des inserts ferreux permet un gain en masse tout en assurant des propriétés mécaniques équivalentes. Ce gain en masse est particulièrement utile lorsque de telles pièces sont embarquées ou composent un véhicule. [0034] En outre, le procédé selon l'invention permet de réaliser le traitement thermique sur un plus grand nombre d'inserts (demi-paliers) que si ce traitement thermique devait être appliqué à une pièce plus grande comme le carter chapeau de paliers de vilebrequin. [0035] La ou les pièces ainsi obtenues constituant des inserts de renfort sont alors insérées dans une pièce en alliage d'aluminium lors de la réalisation de cette pièce par coulée sous-pression, lesdits inserts étant ainsi enveloppés par la pièce coulée sous pression et renforçant celle-ci localement aux emplacements où ils sont implantés. [0036] Le procédé selon l'invention est proposé pour des pièces réalisées en alliages d'aluminium. Les pièces en alliage d'aluminium remplacent avantageusement les pièces en alliage de fer dans un objectif de légèreté. [0037] II est ensuite proposé une pièce en alliage d'aluminium obtenue par moulage sous-pression incorporant des inserts coulés par gravité traités thermiquement selon un procédé de traitement thermique précédemment décrit. L'utilisation de ces pièces traitées selon le procédé précédemment décrit permet le remplacement d'inserts réalisés généralement en alliage de fer, par exemple en acier ou en fonte. De plus l'ensemble de la pièce en alliage d'aluminium coulée sous-pression ainsi traitée bénéficie de l'augmentation locale des propriétés mécaniques. En outre le gain au niveau de l'allégement des pièces en alliage d'aluminium ainsi traitées peut être de l'ordre de plusieurs kilogrammes, par exemple deux kilogrammes sur un carter chapeau de paliers de vilebrequin pour un moteur 4 cylindres. En définitive ces pièces traitées permettent un gain de masse pour des propriétés mécaniques se rapprochant de celles des matériaux ferreux. [0038] De préférence les pièces seront des pièces massives, c'est-à-dire des pièces dont la masse est supérieure à 500g. En effet plus les pièces sont massives et plus il est utile de chercher à gagner de la masse lors de la conception de telles pièces. [0039] Plus particulièrement les pièces traitées sont des pièces du type carter chapeau de paliers de vilebrequin, dont le dimensionnement en statique et fatigue est particulièrement recherché. Ces pièces peuvent être réalisées principalement en alliage d'aluminium pour des questions de légèreté. Cependant certaines parties de ces pièces sont soumises à des contraintes telles que l'on peut préférer l'adjonction d'inserts ferreux sur ces endroits. L'utilisation d'inserts en alliage d'aluminium selon l'invention permet alors de s'affranchir de l'utilisation d'inserts ferreux dans ce type de pièces. [0040] Particulièrement les carters chapeau de paliers de vilebrequin présentent en fonctionnement des zones à risques comme la zone de paliers de vilebrequin. L'utilisation d'inserts ferreux en fonte ou en acier fritté insérés à la coulée est alors évitée entraînant des gains en poids. [0041] Enfin un véhicule comportant une ou des pièces réalisées en alliage d'aluminium coulées en sous-pression est un véhicule plus léger et qui possède donc 30 une consommation plus économique. [0042] L'invention n'est bien entendu nullement limitée à l'exemple donné mais englobe en outre l'ensemble de variantes possibles. REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication de pièce en alliage d'aluminium par coulée sous-pression caractérisé en ce qu'on incorpore, lors de la coulée sous pression de ladite pièce, au moins un insert de renfort constitué d'une pièce d'alliage d'aluminium moulée par gravité et ayant subi un traitement thermique de mise en solution, trempe et revenu/sur revenu. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moulage par gravité est choisi parmi un moulage gravité du type sable, coquille, PMP (procédé modèle 10 perdu), moulage à cire perdue. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le traitement thermique de l'insert de renfort est du type T6 et comprend les étapes de mise en solution de la pièce moulée par gravité, de trempe de la pièce ; et de revenu de la pièce trempée. 15 4. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le traitement thermique de l'insert de renfort est du type T7 et comprend les étapes de mise en solution de la pièce moulée par gravité; de trempe de la pièce ; et de sur revenu de la pièce trempée. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'un insert est 20 constitué d'un alliage d'aluminium à durcissement structural tel que AICu4Ni2Mg1.5, AISi7Mg0.3Cuo.5. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la pièce coulée sous pression est constituée d'un alliage d'aluminium tel que AlSi9Cu3, AISi11Cu2. 25 7. Pièce en alliage d'aluminium obtenue par un moulage sous-pression caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un insert de renfort constitué d'une pièce en alliage d'aluminium moulée par gravité et ayant subi un traitement thermique de mise en solution, trempe et revenu/sur revenu. 8. Pièce selon la revendication 7, caractérisée en ce que la pièce a une masse supérieure à 500g. 9. Moteur pour véhicule, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une pièce selon la revendication 7 ou 8. 10. Véhicule caractérisé en ce qu'il comporte au moins une pièce selon la revendication 7 ou la revendication 8.