Brevet FR3018824A1 — publié le 20150925

Procédé de fabrication d'une pièce mécanique décolletée et anodisée en alliage 6xxx présentant une faible rugosité après anodisation Domaine de l'invention L'invention concerne les pièces décolletées obtenues à partir de produits filés de type barre ou tige, en alliage d'aluminium de la série AA6xxx, et en particulier leur 10 procédé de fabrication comprenant un usinage et un traitement d'anodisation. Etat de la technique Le décolletage désigne un domaine de fabrication par usinage, en grandes séries, de 15 pièces mécaniques typiquement de révolution (vis, boulon, axe, piston, etc.) par enlèvement de matière à partir de barres ou tiges de métal. Celles-ci, notamment dans le cas des alliages d'aluminium, sont généralement obtenues par filage à partir de billettes. Les pièces sont ainsi produites à des cadences élevées sur des machines de coupe à 20 commande manuelle ou numérique. La productivité et l'état de surface ainsi que la précision dimensionnelle de la pièce finale sont les objectifs principaux attachés à ce type de fabrication. Après usinage, les pièces peuvent subir un traitement de surface de protection, typiquement par anodisation. L'anodisation dite dure, typiquement réalisée à basse température (0 - 25 5°C), forte densité de courant en présence d'acide sulfurique permet d'obtenir des revêtements particulièrement résistants. Les pièces ainsi produites trouvent leur application dans des domaines variés, de l'horlogerie au matériel médical, en passant par les domaines du transport (aéronautique, ferroviaire, automobile) et industriel (électrique, électronique, 30 hydraulique...). Il existe une demande croissante pour des pièces mécaniques obtenues par décolletage présentant simultanément une faible rugosité après anodisation et un revêtement résistant. En particulier pour certaines applications telles que les pistons de freins ou les éléments de boite de vitesse, diminuer la rugosité tout en réalisant un revêtement résistant permettrait d'améliorer le contact entre la pièce mécanique et son joint et d'ainsi diminuer l'usure et prolonger la durée de vie des pièces. Cependant les alliages ayant une bonne aptitude au décolletage présentent généralement de nombreuses phases intermétalliques qui lors de l'anodisation dure génèrent une importante rugosité. Ainsi il est très difficile d'obtenir un produit filé présentant simultanément une bonne aptitude au décolletage et une rugosité de surface faible après anodisation. La demande internationale W02005/100623 décrit des alliages, préférentiellement sous forme filée, aptes au décolletage et de composition en % en poids Si 0,6 - 2,0; Fe 0,2 - 1,0; Mg 0,5 - 2,0, Cu max 1,0, Mn max 1,5, Zn max 1,0, Cr max 0,35, Ti max 0,35 et Zr 0,04 - 0,3. La demande internationale WO 2007/027629 décrit un procédé de tempe sur presse de l'alliage 6020. Le produit obtenu ayant une bonne aptitude au décolletage. La demande internationale WO 2008/112698 décrit un produit filé ayant une excellente aptitude au décolletage de composition en % en poids Si 0,8 - 1,5 ; Fe 1,0 -1,8 ; Cu Objet de l'invention Un premier objet de l'invention est un procédé de fabrication d'une pièce mécanique dans lequel successivement a. on coule une billette en alliage d'aluminium de composition, en % en poids, Si 0,4 - 3,0 ; Mg 0,6 - 2,0 ; Cu 0,20 - 1,0 ; Fe 0,15 - 1,8 ; Mn autres éléments Les présents inventeurs ont constaté que pour des alliages de décolletage connus, tels que les alliages AA6262, AA6064A ou AA6042 ou l'alliage décrit dans la demande internationale W02013/170953, la rugosité après une anodisation permettant d'obtenir une couche d'oxyde d'épaisseur d'au moins 20 1,tm et très supérieure à la rugosité avant anodisation. Typiquement même si après usinage on obtient une rugosité telle que R, Le produit filé ainsi obtenu est ensuite usiné pour obtenir une pièce mécanique décolletée. Avantageusement ledit usinage est réalisé par tournage pour obtenir une pièce mécanique décolletée de révolution. Optionnellement on met en forme la pièce mécanique ainsi obtenue. On réalise ensuite une anodisation de la pièce mécanique ainsi obtenue, à une température comprise entre 15 et 40 °C avec une solution comprenant 100 à 250 g/1 d'acide sulfurique et 10 à 30 g/1 d'acide oxalique et 5 à 30 g/1 d'au moins un polyol. Avantageusement au moins un polyol est choisi parmi l'ethylene glycol, le propylène glycol ou le glycérol. De préférence, l'anodisation est réalisée avec une densité de courant comprise entre 1 et 5 A/dm2, préférentiellement entre 1 et 3 A/dm2. Avantageusement l'épaisseur de couche d'oxyde anodique obtenue est comprise entre 20 et 40 gm. Préférentiellement la température d'anodisation est comprise entre 25 et 35 °C. Les présents inventeurs ont en effet constaté que de manière surprenante, une température d'anodisation d'environ 30 °C permet de réduire encore la rugosité des pièces après anodisation. Dans un premier mode de réalisation avantageux de l'invention, les produits filés ont une structure essentiellement recristallisée et sont obtenus avec un alliage de composition, en % en poids, que Si 0,4 - 0,8 ; Mg 0,8 - 1,2 ; Cu 0,23 - 0,4 ; Fe 0,2 - 0,4 ; Mn Dans un second mode de réalisation avantageux de l'invention, les produits filés sont de structure non recristallisée et sont en alliage de composition, en % en poids, Si : 1,3 - 3,0 ; Fe 1,35 - 1,8 ; Cu 0,25 - 1,0 ; Mg 0,6 - 2 ; Mn Avantageusement Fe + Si est supérieur à 3,2 % en poids. De préférence la teneur en Bi et/ou la teneur en Ti sont inférieures à 0,05 % en poids. L'utilisation d'une température d'anodisation comprise entre 25 et 35 °C est particulièrement avantageuse dans le second mode de réalisation. Les pièces mécaniques décolletées et anodisées obtenues par le procédé selon l'invention sont avantageuses, en particulier car elles présentent une plus faible rugosité que les pièces mécaniques obtenues par le procédé selon l'art antérieur. Préférentiellement elles présentent une rugosité Rz sur une génératrice parallèle à l'axe de filage inférieure d'au moins 10 % inférieure et de préférence d'au moins 15 % inférieure à la rugosité Rz obtenue sur une pièce mécanique anodisée de même composition, de même structure métallurgique de même forme et présentant une couche d'oxyde anodique de même épaisseur mais obtenue à une température de 5 °C avec une solution contenant 200 g/1 d'acide sulfurique avec une densité de courant de 3 A/dm2. Pour les pièces mécaniques obtenues selon le procédé du premier mode de réalisation préféré, les pièces mécaniques selon l'invention présentent avantageusement une rugosité Rz sur une génératrice parallèle à l'axe de filage inférieure à 1,7 1-1,111 et de préférence inférieure à 1,2 Pour les pièces mécaniques obtenues selon le procédé du second mode de réalisation 30 préféré, les pièces mécaniques selon l'invention présentent avantageusement une rugosité Rz sur une génératrice parallèle à l'axe de filage inférieure à 1,7 i.tm. Avantageusement, les pièces mécaniques décolletées et anodisées selon l'invention sont des d'un pistons de frein ou des éléments de boite de vitesse. Exemples Exemple 1 Dans cet exemple, on a préparé deux alliages dont la composition est donnée dans le tableau 1. Tableau 1 : Composition des alliages (% en poids) Si Fe Cu Mn Mg Cr Ti Ni Pb Bi A 0,7 0,35 0,36 0,12 1,0 0,21 0,04 0,01 Tableau 3 . Résultats des mesures de rugosité après traitement d'anodisation. Alliag Procédé Moyenne Ra Moyenne Rz Moyenne Rmax e d'anodisation (11m) (11m) (Pm) A 1 0,43 2,46 3,31 A 2 0,28 2,00 2,48 B 1 0,43 2,68 3,27 B 2 0,31 2,28 2,84 Exemple 2 Dans cet exemple, on a préparé un alliage dont la composition est donnée dans le tableau 4. Tableau 4 : Composition de l'alliage (% en poids) Si Fe Cu Mn Mg Cr Ti Zr Ni Pb Bi C 0,6 0,26 0,24 0,03 1,1 0,05 0,02 REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'une pièce mécanique dans lequel successivement a. on coule une billette en alliage d'aluminium de composition, en % en poids, Si 0,4 - 3,0 ; Mg 0,6 - 2,0 ; Cu 0,20- 1,0; Fe 0,15- 1,8 ; Mn 2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel au moins un polyol est choisi parmi l'ethylene glycol, le propylène glycol ou le glycérol. 3. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2 dans lequel l'anodisation est réalisée avec une densité de courant comprise entre 1 et 5 A/dm2et de préférence entre 1 et 3 A/dm2. 4. Procédé selon une quelconque des revendications 1 à 3 dans lequel l'épaisseur de couche d'oxyde anodique obtenue est comprise entre 20 et 40 gm. 5. Procédé selon une quelconque des revendications 1 à 4 dans lequel ladite température d'anodisation est comprise entre 25 et 35 °C. 6. Procédé selon une quelconque des revendications 1 à 5 dans lequel ledit usinage est réalisé par tournage pour obtenir une pièce mécanique décolletée de révolution. 7. Procédé selon une quelconque des revendications 1 à 6 dans lequel ledit produit filé a une structure recristallisée dans lequel la composition est en % en poids telle que Si 0,4 - 0,8 ; Mg 0,8 - 1,2 ; Cu 0,23 - 0,4 ; Fe 0,2 - 0,4 ; Mn 8. Procédé selon une quelconque des revendications 1 à 6 dans lequel ledit produit filé a une structure non recristallisée et est en alliage de composition, en % en poids, Si: 1,3 - 3,0; Fe 1,35 - 1,8; Cu 0,25 - 1,0; Mg 0,6 - 2; Mn 9. Pièce mécanique décolletée et anodisée obtenue par le procédé selon une quelconque des revendications 1 à 8. 10. Pièce mécanique selon la revendication 9 caractérisé en ce qu'elle présente une rugosité R, sur une génératrice parallèle à l'axe de filage inférieure d'au moins 10 % inférieure et de préférence d'au moins 15 % inférieure à la rugosité let, obtenue sur une pièce mécanique anodisée de même composition, de même structure métallurgique de même forme et présentant une couche d'oxyde anodique de même épaisseur obtenue à une température de 5 oc avec une solution contenant 200 g/1 d'acide sulfurique avec une densité de courant de 3 A/dm2. 11. Pièce mécanique selon la revendication 9 ou la revendication 10 caractérisée en ce que sa structure est essentiellement recristallisée et en ce que sa composition est en % en poids est telle que Si 0,4 - 0,8 ; Mg 0,8 - 1,2 ; Cu 0,25 - 0,4; Fe 0,05 - 0,4; Mn 12. Pièce mécanique selon la revendication 9 ou la revendication 10 caractérisée en ce que sa composition est en % en poids est telle que Si: 1,3 -3,0 ; Fe 1,35 - 1,8; Cu 0,25 - 1,0 ; Mg 0,6 - 2 ; Mn 13. Pièce mécanique décolletée selon une quelconque des revendications 9 à 12 caractérisée en ce qu'il s'agit d'un piston de frein ou d'un élément de boite de vitesse