Brevet FR3092840A1 — publié le 20200821

Description Titre de l'invention : Pièce de fonderie en alliage d'aluminium [0001] L'invention concerne une pièce de fonderie pour véhicule automobile comprenant un alliage d'aluminium. L'invention concerne également une pièce de fonderie, notamment pour véhicule automobile tel un carter de cylindres ou un carter de boîte de vitesse, et un véhicule comprenant une telle pièce de fonderie. [0002] Dans un environnement soumis à de fortes contraintes mécaniques comme une pièce de véhicule automobile, la performance mécanique de l'alliage métallique utilisé est très importante. Pour répondre à cette contrainte, il est connu d'utiliser des alliages à base d'aluminium comprenant du cuivre. [0003] Le but de l'invention est de fournir un nouvel alliage d'aluminium à faible coût pour une pièce de fonderie réalisée avec un procédé sous-pression dont les caractéristiques mécaniques sont optimisées [0004] A cet effet, l'invention porte sur une pièce de fonderie pour véhicule automobile comprenant un alliage d'aluminium. Ledit alliage d'aluminium comprend en masse au moins 75% d'aluminium, un taux de silicium compris entre 8% et 12% inclus, un taux de cuivre compris entre 1.5% et 3.5% inclus, et un taux de magnésium compris entre 0.30% et 0.50% inclus. [0005] Dans un mode de réalisation, le taux de magnésium est compris entre 0.35%m et 0.50%m inclus, voire entre 0.38%m et 0.50%m inclus, voire entre 0.40%m et 0.50%m inclus. [0006] Dans un mode de réalisation, l'alliage d'aluminium comprend du cuivre selon un taux compris entre 1.5%m et 3%m inclus, ou entre 1.5%m ou 2.5%m inclus. [0007] Dans un mode de réalisation, que l'alliage d'aluminium comprend du zinc, selon un taux inférieur ou égal à 3.0%m ; et/ou du fer, selon un taux compris entre 0.3% et 1.5%m ; et/ou du manganèse, selon un taux inférieur ou égal à 0.6%m ; et/ou du nickel, selon un taux inférieur ou égal à 0.6%m ; et/ou d'autres éléments, selon un taux inférieur ou égal à 0.3%m. [0008] Dans un mode de réalisation, l'alliage d'aluminium comprend au maximum 13%m, voire 10%m, d'éléments hors l'aluminium, le silicium, le cuivre et le magnésium. [0009] Dans un mode de réalisation, l'alliage d'aluminium consiste en de l'aluminium, du silicium, du cuivre, du magnésium, et optionnellement un ou plusieurs éléments parmi le zinc, le fer, le manganèse et le nickel, et optionnellement un ou plusieurs autres éléments selon un taux inférieur ou égal à 0.3%m. [0010] Dans un mode de réalisation, l'alliage d'aluminium consiste en de l'aluminium, du silicium, du cuivre, du magnésium, et optionnellement un ou plusieurs éléments parmi le zinc, le fer, le manganèse et le nickel. 2 [0011] Dans un mode de réalisation, la pièce de fonderie est totalement formée dudit alliage d'aluminium ou comprend au moins 90% en masse dudit alliage d'aluminium. [0012] Dans un mode de réalisation, la pièce de fonderie est dans une liste comprenant un carter, comme un carter de cylindres, un carter de boîte de vitesses ou un carter d'huile, ou un support moteur. [0013] L'invention concerne également un véhicule comprenant une telle pièce de fonderie. [0014] Ces objets, caractéristiques et avantages de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante d'un mode d'exécution particulier fait à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : [0015] [fig.1] La figure 1 représente l'effet du taux de cuivre sur les performances mé- caniques d'un alliage d'aluminium. [0016] [fig.2] La figure 2 représente l'effet du taux de magnésium et l'effet du taux de cuivre sur les performances mécaniques d'un alliage d'aluminium selon l'invention. [0017] L'invention s'intéresse donc à une pièce de fonderie pour un composant d'un véhicule automobile. Selon le mode de réalisation, la pièce de fonderie comprend un alliage d'aluminium, c'est-à-dire que l'aluminium est le composant principal de l'alliage. La composition de l'alliage d'aluminium comprend de préférence au moins 75% massique (%m) d'aluminium, voire au moins 77%m, voire au moins 80%m. Préférentiellement, l'alliage d'aluminium comprend entre 77%m et 89%m inclus d'aluminium, voire entre 80%m et 85%m inclus d'aluminium. [0018] L'alliage d'aluminium comprend du silicium. Le silicium permet principalement d'améliorer la coulabilité du métal. Le silicium permet également de limiter les risques de criques, caractérisées par une fissuration intercristalline, résultant de l'action combinée de contraintes mécaniques et de corrosion. L'alliage d'aluminium selon le mode de réalisation de l'invention comprend entre 8 %m et 12%m de silicium. [0019] Ensuite, en vue d'atteindre une performance mécanique optimisée, des expériences ont été réalisées pour évaluer les effets mécaniques du cuivre et du magnésium sur un alliage d'aluminium. [0020] Des essais de tractions ont été réalisés sur des éprouvettes constituées de différents alliages d'aluminium, comprenant du silicium. La performance mécanique est évaluée par l'intermédiaire de la mesure de la limite d'élasticité à 0.2% dite « Rp0.2 », qui correspond à la tension exercée pour produire une déformation plastique de l'éprouvette de 0.2%. [0021] La figure 1 représente les limites d'élasticité en fonction de la température pour quatre alliages d'aluminium comprenant respectivement des taux de cuivre de 0%m, de 1%m, de 2%m et de 3%m. Les résultats illustrent que plus le taux de cuivre augmente, de 0%m à 3%m, plus la limite d'élasticité augmente. Dans cette plage de valeur, nous en déduisons donc que l'augmentation du cuivre augmente la performance mécanique 3 de l'alliage d'aluminium notamment la limite d'élasticité de l'alliage. [0022] La figure 2 représente les limites d'élasticité en fonction du taux de cuivre pour deux alliages d'aluminium comprenant respectivement des taux de magnésium de 0.1%m et 0.2%m. Les résultats confirment que plus le taux de cuivre augmente, de 1.5%m à 3.5%m, plus la limite d'élasticité augmente. En complément, ces résultats illustrent un effet combiné du taux de magnésium avec le taux de cuivre. En effet, plus le taux de magnésium augmente, quel que soit le taux de cuivre, plus la limite d'élasticité augmente. Selon la figure 2, on voit que le taux de Magnésium augmente la limite d'élasticité en combinaison avec le Cuivre. Il a pu être constaté que ce principe se vérifie aussi quand le taux de magnésium augmente jusqu'à 0.5%m pour décroître derrière. Dans la plage de valeur d'un taux de magnésium compris entre 0.1%m et 0.5%m et d'un taux de cuivre compris entre 1.5%m à 3.5%m, nous en déduisons donc que la performance mécanique de l'alliage d'aluminium augmente avec l'augmentation du taux de cuivre et du taux de magnésium. Cette conclusion permet aussi de conclure qu'une augmentation du taux de magnésium peut par exemple compenser une baisse de taux de cuivre vis-à-vis de la performance mécanique de l'alliage d'aluminium considéré. [0023] Ainsi, en application des principes décrits ci-dessus dans le domaine des composants pour véhicules automobiles, tout en prenant en compte les contraintes de coûts et de procédés de fabrication, il a été déterminé qu'un compromis optimisé consiste à ajouter à l'alliage d'aluminium susmentionné du cuivre, selon un taux compris entre 1.5%m et 3.5%m, ainsi que du magnésium, selon un taux compris entre 0.30 %m et 0.50%m. En variante, le taux de cuivre peut être entre 1.5%m et 3%m ou 2.5%m inclus. De plus, préférentiellement, l'alliage d'aluminium comprend au moins 0.35%m de magnésium, voire au moins 0.4%m. Dans un mode de réalisation, l'alliage d'aluminium comprend entre 0.35%m et 0,50%m inclus, voire entre 0.38%m et 0.50%m inclus ou entre 0.40%m et 0.50%m inclus de magnésium. Selon l'invention, l'alliage d'aluminium comprendra une proportion de cuivre avec une augmentation du taux de magnésium en compensation pour atteindre une même limite d'élasticité. [0024] Selon le mode de réalisation de l'invention, l'alliage d'aluminium peut comprendre en outre du zinc. L'alliage d'aluminium peut comprendre au plus 3.0%m de zinc. Préférentiellement, l'alliage d'aluminium comprend un taux massique de zinc supérieur ou égal à 0.5%m, voire supérieur ou égal à 1.0%m. L'alliage d'aluminium peut comprendre entre 1.5%m et 3.0%m inclus de zinc. [0025] Selon le mode de réalisation de l'invention, l'alliage d'aluminium peut comprendre du fer, préférentiellement selon un taux inférieur ou égal à 1.3%m. [0026] Selon le mode de réalisation de l'invention, l'alliage d'aluminium peut comprendre du manganèse, préférentiellement selon un taux inférieur ou égal à 0.5%m. [0027] Selon le mode de réalisation de l'invention, l'alliage d'aluminium peut comprendre du nickel, préférentiellement selon un taux inférieur ou égal à 0.5%rn. [0028] Selon le mode de réalisation de l'invention, l'alliage d'aluminium peut comprendre encore d'autres éléments, préférentiellement selon un taux inférieur ou égal à 0.3%m. [0029] Dans un mode de réalisation, l'alliage d'aluminium consiste en un alliage d'aluminium, de silicium, de cuivre, de magnésium, et optionnellement d'au moins un élément parmi le zinc, le fer, le manganèse, le nickel, ainsi qu'optionnellcment un ou plusieurs autres éléments selon un taux inférieur ou égal à 0.3%m. [0030] Avantageusement, l'alliage d'aluminium selon l'invention comprend au maximum 13%m, voire 10%m, d'éléments hors l'aluminium, le silicium, le cuivre et le magnésium. [0031] Dans un mode de réalisation, la pièce de fonderie est totalement constituée dudit alliage d'aluminium. En variante, elle comprend au moins 90% en poids dudit alliage d'aluminium. [0032] La pièce de fonderie selon la présente invention permet avantageusement d'obtenir des caractéristiques mécaniques suffisantes pour son utilisation. La pièce de fonderie forme préférentiellement une enveloppe protégeant un organe mécanique. Dans un mode de réalisation, la pièce de fonderie est réalisée en une seule pièce comprenant l'alliage d'aluminium décrit ci-dessus ou une pièce de fonderie comprenant le dit alliage d'aluminium et intégrant une ou plusieurs pièces contenant un autre alliage métallique. [0033] La pièce de fonderie est préférentiellement fabriquée par une étape de fonderie d'un alliage d'aluminium décrit ci-dessus. Dans un mode de réalisation, la pièce de fonderie est réalisée par un procédé à haute pression de moulage métallique (« HPDC » en anglais pour « Hight Pressure Die Casting »). [0034] L'invention porte également sur un carter ou tout autre organe comprenant une telle pièce de fonderie. [0035] En variante, la pièce de fonderie peut également être un support moteur. [0036] La pièce de fonderie selon l'invention peut être comprise dans un moteur thermique ou électrique et/ou dans un véhicule, notamment un véhicule automobile. 5