FR2980215B1 - Procede de traitement thermique d'une piece en alliage d'aluminium coulee sous pression - Google Patents
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Abstract
L'invention se rapporte à un procédé de traitement thermique d'une pièce (20) en alliage d'aluminium coulée sous pression comprenant la mise en solution d'au moins une portion (26) de la pièce (20) à une température en dessous du solidus de l'alliage, pendant laquelle l'au moins une portion (26) de la pièce est maintenue à une température de mise en solution isotherme, la mise en solution de l'au moins une portion (26) de la pièce (20) étant réalisée par induction électromagnétique.
Description
PROCEDE DE TRAITEMENT THERMIQUE D’UNE PIECE EN ALLIAGE D’ALUMINIUM COULEE SOUS PRESSION [oooi] La présente invention concerne un procédé de traitement thermique d’une pièce en alliage d’aluminium coulée sous pression. L’invention concerne en outre une pièce en alliage d’aluminium coulée sous pression puis traitée thermiquement, et un véhicule comportant une telle pièce traitée.
[ooo2] Pour des problèmes de masse des pièces, par exemple dans le domaine de l’automobile, des pièces en alliage d’aluminium sont préférées aux pièces en acier ou en fonte. En outre pour des raisons de coût de fabrication et de précision dimensionnelle, les pièces en alliage d’aluminium sont de préférence obtenues par coulage sous pression au lieu d’un moulage gravité. Cependant de telles pièces en alliages d’aluminium coulées sous pression ne possèdent pas de propriétés mécaniques comparables à celles de l’acier ou de la fonte. Le tableau I ci-dessous résume les caractéristiques mécaniques moyennes d’un alliage du type AISi9Cu3Mg coulé sous pression.
| Résistance à rupture Rm | = 230 MPa |
| Résistance élastique Rp0,2 | =135 MPa |
| Allongement | 1 à 2 % |
Tableau I : Caractéristiques mécaniques moyennes à température ambiante de l’alliage AISi9Cu3Mg coulé sous pression [ooo3] Ces faibles propriétés mécaniques empêchent la substitution de toutes les pièces en acier ou en fonte par des pièces en alliage d’aluminium coulées sous pression.
[ooo4] Dans le but d’une amélioration des caractéristiques mécaniques d’un alliage, on peut recourir à l’utilisation de traitements thermiques classiques, tel qu’un traitement thermique de type T6 (Mise en solution, trempe, revenu). Toutefois dans le cas d’alliage d’aluminium coulé sous pression, un phénomène d’apparition de cloques interdit tout traitement thermique T6 conventionnel. La figure 1A montre une éprouvette 90 en alliage d’aluminium coulée sous pression et à l’état brut de fonderie, c'est-à-dire sans traitement ultérieur au coulage de l’éprouvette. La figure
1B montre la même éprouvette 90 après un traitement thermique conventionnel : un maintien à 16h à 545°C. Des cloques 98 sont apparues. Ces cloques résultent de la dilatation des gaz présents dans les défauts qui préexistent à l’intérieur de la pièce, tel que de l’air ou des gaz de décomposition du poteyage. A partir de 400°C, la résistance mécanique de l'alliage est suffisamment affaiblit et les gaz dilatés pour déformer la paroi extérieure des pièces et former des cloques à leur surface. La présence de ces cloques n'est pas acceptable car ces défauts ont des impacts néfastes sur la stabilité dimensionnelle et sur les propriétés mécaniques de l’alliage et par conséquent sur la tenue mécanique des pièces.
[ooo5] Des techniques particulières de moulage ou coulage sous pression permettent d’améliorer la santé interne des pièces obtenues. Il s’agit notamment du moulage sous vide, du forgeage liquide (aussi connu sous l’expression anglaise squeeze casting), ou encore du thixomoulage. La meilleure santé interne de ces pièces par rapport aux pièces obtenues par un moulage ou coulage sous pression classique autorise l’application d’un traitement thermique conventionnel. Cependant ces techniques engendrent un surcoût important sur le prix de la pièce, du fait de la complexité de la mise en oeuvre de ces techniques particulières de moulage ou coulage sous pression.
[ooo6] Le document WO-A-2006/066314 décrit un procédé de traitement thermique de pièces en alliage d’aluminium coulées sous pression. Ce procédé de traitement 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 et notamment pas pour les pièces massives qui présentent une forte inertie thermique.
[ooo7] Il existe donc un besoin pour un autre procédé permettant l’obtention de pièces en alliage d’aluminium coulées sous pression et ayant des propriétés mécaniques comparables à celle de l’acier ou de la fonte.
[ooo8] Pour cela, l’invention propose un procédé de traitement thermique d’une pièce en alliage d’aluminium coulée sous pression comprenant la mise en solution d’au moins une portion de la pièce à une température en dessous du solidus de l’alliage, pendant laquelle l’au moins une portion de la pièce est maintenue à une température de mise en solution isotherme, la mise en solution de l’au moins une portion de la pièce étant réalisée par induction électromagnétique.
[ooo9] Selon une variante, à la suite de la mise en solution, le procédé comprend :
• la trempe de la pièce, de préférence à une température entre 0°C et 100°C ;
• le revenu de la pièce trempée, de préférence à une température entre 130°C et 200 °C.
[ooio] Selon une variante, l’au moins une portion de la pièce est maintenue à une température de mise en solution isotherme pour une durée d’au moins 5 minutes, de préférence d’au moins 10 minutes, la mise en solution ayant une durée totale inférieure à 45 minutes, de préférence inférieure à 30 minutes.
[ooii] Selon une variante, la mise en solution isotherme est effectuée à une température entre 20°C et 150°C en dessous du solidus de l’alliage, l’alliage étant de préférence un alliage du type AISi9Cu3Mg.
[0012] Selon une variante, la pièce est un carter chapeau de palier vilebrequin, l’au moins une portion de la pièce mise en solution étant au moins un palier de vilebrequin du carter chapeau de palier vilebrequin, de préférence la totalité des paliers de vilebrequin du carter chapeau de palier vilebrequin.
[0013] Selon une variante, la mise en solution par induction électromagnétique est réalisée à l’aide d’un moyen d’induction choisi dans le groupe comprenant :
• un inducteur de forme adaptée à l’au moins un palier de vilebrequin du carter chapeau de palier vilebrequin, l’inducteur étant de préférence équipé de concentrateurs magnétiques ;
• un ensemble d’inducteurs comprenant un inducteur pour chaque palier de vilebrequin du carter chapeau de palier vilebrequin, chaque inducteur ayant une forme adaptée à un palier de vilebrequin respectif, les inducteurs étant de préférence équipés de concentrateurs magnétiques ;
• un inducteur et un suscepteur intermédiaire entre l’inducteur et l’au moins un palier de vilebrequin, le suscepteur étant adapté à la géométrie de l’au moins un palier de vilebrequin, le suspecteur étant de préférence un barreau métallique reçu par des paliers de vilebrequin du carter chapeau de palier vilebrequin.
[0014] Selon une variante, au moins une portion de la pièce autre que l’au moins une portion à mettre en solution est refroidie par immersion ou arrosage à l’aide d’eau ou d’eau additivée.
[0015] Selon une variante, la totalité de la pièce est mise en solution par induction électromagnétique, la mise en solution par induction électromagnétique étant de préférence réalisée à l’aide d’un des moyens d’induction suivants :
• d’un inducteur de type solénoïde ; ou • d’un ou de plusieurs inducteurs entourant un tunnel métallique, le tunnel métallique entourant la pièce à mettre en solution ; ou • d’un ou de plusieurs inducteurs entouré(s) d’un tunnel métallique, l’induction ou les plusieurs inducteurs entourant, dans le tunnel, la pièce (20) à mettre en solution.
[0016] L’invention propose en outre une pièce en alliage d’aluminium obtenue par coulage sous pression d’un alliage d’aluminium, la pièce étant traitée thermiquement par le procédé de traitement thermique précédent.
[0017] L’invention propose en outre un moteur à combustion interne comportant au moins la pièce précédente.
[0018] L’invention a également pour objet le véhicule intégrant un tel moteur, ou une pièce hors moteur et obtenue selon le procédé décrit plus haut.
[ooi9] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit des modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemple uniquement et en référence aux dessins qui montrent :
• figures 1A et 1 B, des vues d’une éprouvette en alliage d’aluminium coulée sous pression avant et après l’application d’un traitement thermique conventionnel ;
• figure 2, une vue en perspective d’un carter chapeau de palier vilebrequin en alliage d’aluminium présentant des inserts ferreux au niveau des paliers ;
• figures 3 et 4, des vues schématiques de modes de sollicitation mécanique des paliers de carter chapeau de palier vilebrequin ;
• figures 5 et 6, des répartitions de températures dans une pièce en aluminium en fin de chauffage par induction électromagnétique locale sous différentes conditions ;
• figure 7, une vue en perspective d’un inducteur de forme adaptée à un palier de vilebrequin du carter chapeau de palier vilebrequin ;
• figure 8, une vue en perspective d’un inducteur et d’un suscepteur sous la forme d’un barreau métallique reçu par des paliers de vilebrequin.
[0020] Il est proposé un procédé de traitement thermique d’une pièce en alliage d’aluminium coulée sous pression.
[0021] Le procédé de traitement thermique comprend la mise en solution d’au moins une portion de la pièce dans un four. La mise en solution s’effectue à une température en dessous du solidus de l’alliage. L’au moins une portion de la pièce est alors soumise à une mise en solution isotherme à une température inférieure au solidus de l’alliage. L’au moins une portion de la pièce mise en solution peut correspondre à la totalité de la pièce. Dans la suite de ce document, les expressions “l’au moins une portion de la pièce” et “la portion de la pièce” sont utilisées indifféremment et peuvent concerner la totalité de la pièce, sauf mention explicitement contraire.
[0022] Selon le procédé proposé la mise en solution de la portion de la pièce est réalisée par induction électromagnétique. L’induction électromagnétique permet d’obtenir un temps de montée en température de mise en solution très court. Or la totalité de l’étape de mise en solution comprend la montée en température et la mise en solution isotherme proprement dite, où la température est maintenue sensiblement constante. La montée en température rapide permise par l’induction électromagnétique permet la diminution de la durée totale de la mise en solution pour une durée de mise en solution isotherme identique. Par exemple, la mise en solution peut avoir une durée totale inférieure à 45 minutes. La réduction de la durée totale de la mise en solution permet de diminuer voire d’empêcher la formation de cloques dans la portion de la pièce en alliage d’aluminium mise en solution. De manière générale, il est préféré que la durée totale de la mise en solution soit inférieure à 30 minutes.
[0023] De manière générale, la mise en solution isotherme est effectuée à une température entre 20°C et 150°C en dessous du solidus de l’alliage, afin d’éviter les brûlures. Pour un alliage du type AISi9Cu3Mg, la plage de température idéale pour la mise en solution est la plage de 480°C à 500°C. Ainsi après une montée en température dans un temps compris, par exemple entre 2 et 4 minutes, la température de mise en solution peut être maintenue à une température de l’ordre 500°C. Un maintien à cette température permet la mise en solution du cuivre et du magnésium ainsi que la globulisation de l’eutectique tout en évitant les risques de cloquage. Ce maintien de la température est par exemple permis par une régulation de température à l’aide d’un capteur de température de la portion de la pièce mise en solution. Du fait de cette régulation, la température peut être maintenue sensiblement constante. Le cycle de régulation de la température, peut par exemple maintenir la température de la zone chauffée dans une fourchette de 10° autour de la valeur de consigne qui est choisie.
[0024] Il est préférable de maintenir la mise en solution isotherme pour une durée de 5 minutes pour obtenir de bonnes performances pour la pièce à traiter. Des performances améliorées peuvent être obtenues pour une durée de mise en solution isotherme de 10 minutes. Les meilleures performances peuvent être obtenues pour une durée de mise en solution isotherme de 20 minutes.
[0025] La mise en solution proposée peut s’inscrire dans un traitement thermique de type T6. Ainsi le procédé proposé peut comprendre une trempe à la suite de la mise en solution. La trempe permet de figer la structure de l’alliage à la suite de la mise en solution. La trempe peut par exemple être effectuée à une température entre 0°C et 100°C. L’utilisation d’une température de trempe entre 0°C et 100°C permet en outre l’utilisation de l’eau comme fluide de trempe. De façon préférée, la température de trempe est choisie entre la température ambiante et 100°C. Le procédé peut aussi comprendre le revenu de la pièce à la suite de la trempe. Ce revenu s’effectue de préférence à une température entre 130°C et 200°C. Le four utilisé pour le revenu est par exemple un four à convection forcée.
A titre d’exemple, selon un mode de réalisation du procédé de traitement thermique, pour un alliage AISi9Cu3Mg, le temps de montée en température peut être de deux minutes suivi d’un maintien isotherme à 490° pendant 20 minutes, puis d’une trempe à l’eau et d’un revenu à 180°C pendant deux heures dans un four. Selon ce traitement, les caractéristiques mécaniques de l’alliage peuvent être les suivantes :
| Résistance à rupture Rm | = 350 MPa |
| Résistance élastique Rp0,2 | = 280 MPa |
| Allongement | = 0,5 à 0,8% |
Tableau II : Caractéristiques mécaniques obtenus selon un mode de réalisation du traitement thermique avec mise en solution par induction électromagnétique.
[0026] En définitive, le procédé de traitement thermique proposé permet l’obtention de propriétés mécaniques pour un alliage d’aluminium coulé sous pression qui soit comparable aux propriétés mécaniques d’un acier.
[0027] Le procédé est avantageusement mis en oeuvre pour les pièces en alliage d’aluminium du type AISi9Cu3Mg coulé sous pression. Ce type d’alliage comprend les alliages de la composition suivante : en pourcentage massique, en plus de l’aluminium :
• 4,5 à 20% de Si ;
• 0,05 à 5,5% de Cu ;
• 0,1 à 2,5% de Fe ;
• 0,01 à 1,5% de Mg ;
• Ni inférieur à 1,5% ;
• Mn inférieur à 1% ;
• Zn inférieur à 3,5%.
[0028] L’obtention de propriétés mécaniques comparables à celles de l’acier permet de remplacer des pièces traditionnellement en acier ou en fonte, par des pièces en alliage d’aluminium. Le remplacement de pièces en acier ou en fonte 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. Ce procédé permet en outre de remplacer la présence d’inserts ferreux dans des pièces déjà réalisées en alliage d’aluminium mais insuffisamment résistantes. La figure 2 montre une vue en perspective d’un carter chapeau de palier vilebrequin 20 comprenant des inserts ferreux au niveau des paliers. En effet, les paliers de carter chapeau de palier vilebrequin sont particulièrement sollicités dans leur utilisation au sein d’un moteur thermique. Les figures 3 et 4 montrent différents modes de sollicitation des paliers de carter chapeau de palier vilebrequin au cours de la vie de ces pièces. Dans le cas de la figure 3, le serrage des paliers 96 à l’aide de tiges filetées 84 sur le carter cylindres 82 et le frettage des coussinets entraîne des efforts répartis sur l’ensemble du palier de vilebrequin. Dans le cas de la figure 4, la pression de combustion entraîne un effort particulier sur la partie du palier qui fait partie du palier 96 du carter chapeau de palier vilebrequin. Ces paliers du carter chapeau de palier vilebrequin représentent alors des zones à risque ce qui explique que le carter en alliage d’aluminium soit classiquement renforcé à l’aide d’inserts insérées à la coulée en fonte ou en acier fritée présentant de bonnes caractéristiques mécaniques.
[0029] De telles pièces avec inserts ferreux peuvent alors être entièrement remplacées par des pièces en alliage d’aluminium traitées thermiquement suivant le procédé proposé. Dans le cas précis des carters chapeau de palier vilebrequin, compte-tenu de la différence de densité entre les matériaux ferreux et l'alliage d’aluminium (notamment les alliages du type AISi9Cu3Mg, la suppression des inserts permet un gain de masse de l’ordre de 2Kg, ainsi qu’un gain en coût de la pièce en évitant des insertions à la coulée. En outre, l’augmentation des caractéristiques mécaniques de l’alliage du carter chapeau de palier vilebrequin au niveau des paliers de vilebrequin est également profitable aux autres zones sollicitées mécaniquement de la pièce, notamment à la zone de liaison avec le carter d’embrayage ou aux diverses fixations de composants sur le carter chapeau de palier vilebrequin.
En plus des avantages précédents, les caractéristiques mécaniques obtenues pour l’alliage d’aluminium peuvent avantageusement être comparées avec les caractéristiques mécaniques présentées ci-dessous au tableau III. Ces caractéristiques mécaniques ont été obtenues pour le même alliage AISi9Cu3Mg avec un traitement thermique de type T6 mais dont la mise en solution de durée totale inférieure à 30 minutes est réalisée à l’aide d’un four en lit fluidisé. Un tel traitement thermique correspond à un mode de réalisation décrit dans la demande de brevet FR 09 52133.
| Résistance à rupture Rm | = 300 MPa |
| Résistance élastique Rp0,2 | = 270 MPa |
| Allongement | = 0,5 à 1,5% |
Tableau III : Caractéristiques mécaniques obtenue selon un mode de réalisation de la demande de brevet FR 09 52133.
[0030] Le procédé proposé correspond ainsi à une amélioration par rapport au procédé proposé dans la demande de brevet FR 09 52133.
[0031] L’invention se rapporte en outre à une pièce en alliage d’aluminium obtenue par coulage en sous-pression, la pièce étant traitée thermiquement à l’aide du procédé proposé. En effet en plus, des applications au carter chapeau de palier vilebrequin, d’autres applications peuvent être envisagées telles que le renforcement de pièces de structure de la voiture ou de pièces mécaniques comme les carters cylindres. L’invention se rapporte encore à un véhicule automobile comprenant une telle pièce traitée. Le véhicule comprenant un moteur ou groupe moto-propulseur, par exemple du type à combustion interne, la pièce traitée peut avantageusement faire partie de ce moteur ou groupe-motopropulseur. L’invention se rapporte encore un moteur à combustion interne comprenant une telle pièce traitée.
[0032] Les figures 5 et 6 illustrent notamment la rapidité de la montée en température d’une pièce en aluminium chauffée par induction électromagnétique. Les figures 5 et 6 montrent des répartitions de températures dans une pièce 92 à la suite d’un chauffage par induction électromagnétique locale à l’aide d’un inducteur 88 et sous différentes conditions. Les figures 5 et 6 ont été obtenues à l’aide d’un logiciel de calcul par éléments finis dédié à la simulation des phénomènes couplés électromagnétiques et thermiques. La pièce 92 est un cylindre de diamètre 100mm et de hauteur 200mm. L’inducteur 80 est sous la forme des deux anneaux, chacun avec un diamètre intérieur de 104mm et une section de carré de côté 20mm. La pièce 92 et l’inducteur 80 présente des symétries : l’axe horizontal correspond à un plan de symétrie alors que l’axe vertical correspondant à un axe de symétrie de révolution. Ainsi seul un quart de la coupe de la pièce 92 et de l’inducteur 80 est représenté en figures 5 et 6.
[0033] Pour les deux figures, la fréquence du courant électrique auquel est soumis l’inducteur est de 150 Hz. Les propriétés électromagnétiques et thermiques utilisées pour la simulation sont les propriétés répertoriées dans le tableau IV ci-dessous. Pour la simulation, il a été considéré que ces propriétés sont indépendantes de la température alors que les propriétés réelles dépendent de la température. Les propriétés répertoriées sont comparées aux propriétés moyennes d’un acier.
| Aluminium | Acier | |
| Perméabilité magnétique relative | 1 | 100-1000 (fonction du champ magnétique) |
| Résistivité électrique (Ω.ιίί) | 0.3 e-7 | 2 e-7 |
| Masse volumique (kg/m3) | 2700 | 7850 |
| Conductivité thermique (W/m/°C) | 230 | 40 |
| Chaleur massique (J/kg/°C) | 900 | 550 |
Tableau IV : propriétés moyennes à 20°C [0034] Il faut noter que pour l’alliage AISi9Cu3Mg, la conductivité thermique est de l’ordre de 105W/m/K.
[0035] Dans le cas de la figure 5, la tension utilisée pour l’inducteur est de 160 V pour une durée d’application de 10 secondes. Dans le cas de la figure 6, la tension utilisée pour l’inducteur est de 120 V pour une durée d’application de 20 secondes. Les figures 5 et 6 montrent différents niveaux de températures pour la pièce 92 à la suite de l’application de la tension pendant les durées respectivement indiquées. La pièce 92 peut alors monter en température très rapidement, les températures en surface de la pièce 92 de la figure 5 étant supérieure à environ 500°C (première zone 62) et celles de la pièce 92 de la figure 6 étant supérieure à environ 420°C (première zone 72). Les figures 5 et 6 montrent aussi les lignes 88 d’isovaleurs de flux magnétiques (en traits pointillés) créés par l’inducteur lors de l’application des tensions respectives. Les différentes valeurs de ces lignes isovaleurs sont répertoriées en légende des figures 5 et 6, les valeurs les plus fortes en valeur absolue étant les plus proches de l’inducteur 80.
[0036] Ces simulations montrent qu’il est possible de chauffer l'aluminium jusqu’à des températures de l’ordre de 500 à 600°C sur une profondeur de quelques millimètres avec un temps de chauffage relativement court de l’ordre de 10 à 20 secondes. Ainsi un traitement plus profond est envisageable avec des temps de chauffage plus longs, comme des temps de chauffage de l'ordre de quelques minutes. Cependant pour ces temps de chauffage plus longs, le profil de chauffage est plus difficile à contrôler compte tenu de la conduction thermique dans la pièce. Les paramètres de chauffage (fréquence, géométrie d'inducteur...) peuvent être affinés en fonction notamment de la température et de la profondeur visée ainsi que du temps de chauffage préconisé. Ces paramètres peuvent notamment être déterminés par calcul. En tout état de cause, les simulations illustrées en figure 5 et 6 démontrent la montée en température très rapide du chauffage par induction électromagnétique de l’aluminium.
[0037] Ainsi, du fait de la rapidité de la montée en température, on peut, en plus des avantages précédents, viser des cadences de traitement thermique, qui soient nettement meilleures comparativement à celles d’un traitement thermique utilisant un four en lit fluidisé tel que décrit dans la demande de brevet FR 09 52133.
[0038] Par ailleurs cette montée en température rapide peut contribuer à une mise en solution de portion massive de pièce en alliage d’aluminium, telle que les paliers de carter chapeau de palier vilebrequin ou même la totalité du carter chapeau de palier vilebrequin.
[0039] Le traitement d’une portion seulement de la pièce à traiter permet avantageusement d’améliorer les propriétés mécaniques au niveau des zones de la pièce subissant le plus de contraintes mécaniques. Ainsi pour le cas où la pièce à traiter est un carter chapeau de palier vilebrequin, la portion de la pièce mise en solution peut correspondre à l’un au moins ou la totalité des paliers du carter.
[0040] Concernant l’exemple d’application du procédé de traitement thermique à une portion seulement du carter chapeau de palier vilebrequin, différents modes de réalisation de moyens d’induction peuvent être envisagés.
[0041] Ainsi, le moyen d’induction peut être un inducteur de forme adaptée à l’au moins un palier de vilebrequin du carter chapeau de palier vilebrequin. Ainsi l’inducteur est de forme permettant le chauffage uniquement d’un des paliers 26 tel qu’illustré en figure 7. La forme ici illustrée de l’inducteur 30 correspond à un premier arc de cercle 32 correspondant au diamètre intérieur du palier 26 et à deux deuxièmes arcs de cercle 34 disposés de part et d’autre du palier 26, les deux deuxièmes arcs de cercle 34 ayant un diamètre supérieur au diamètre intérieur du palier. Cette forme de l’inducteur est adaptée de sorte à obtenir la meilleure homogénéité possible en température au niveau du palier 26. La forme ci-dessus reste un exemple d’une variante géométrique possible et donnant des résultats acceptables.
[0042] Le moyen d’induction peut aussi être un ensemble d’inducteurs. Cet ensemble d’inducteurs comprend alors un inducteur pour chaque palier de vilebrequin du carter chapeau de palier vilebrequin. Ainsi le carter chapeau de palier vilebrequin ayant cinq paliers dans le cas d’un moteur quatre cylindres, l’ensemble d’inducteurs comprend cinq inducteurs. Le chauffage de chaque palier peut se faire simultanément mais de façon indépendante. Chaque inducteur est relié à sa propre source d’énergie qui est piloté et régulé par son propre capteur de température. Chaque palier est placé dans un environnement différent et peuvent donc avoir une géométrie différente, les inducteurs étant adaptés à leur palier respectif. L’adaptation de la forme de chaque inducteur à son palier respectif peut être réalisée conformément à la forme d’inducteur 30 illustré en figure 7 ci-dessus. Les inducteurs peuvent être équipés de concentrateurs magnétiques.
[0043] Le moyen d’induction peut aussi être un inducteur et un suscepteur intermédiaire. Le suscepteur est alors placé de façon intermédiaire entre l’inducteur proprement dit et le palier de vilebrequin que l’on veut mettre en solution. Le principe de ce mode de réalisation est d’induire des courants dans une pièce intermédiaire, le suscepteur, qui à son tour induit des courants dans la zone de la pièce à chauffer, ici un palier de carter chapeau de palier vilebrequin. En tant que suscepteur, il est possible d’utiliser un barreau en acier spécial résistant à la chaleur et à la corrosion. D’autres barreaux métalliques peuvent être utilisés. La figure 8 montre une vue en perspective de l’inducteur 30 et du suscepteur 40 sous la forme d’un barreau métallique reçu par des paliers de vilebrequin. La forme en barreau est adaptée à la forme des paliers lorsque le barreau est reçu par des paliers 26 du carter chapeau de palier vilebrequin. Il est préférable de prévoir des intercalaires 24 en cuivre ou alliage de cuivre entre le suscepteur et les paliers du carter 20 recevant le suscepteur 40 en forme de barreau.
[0044] Pour tous les moyens d’induction précédemment décrits, il peut être avantageux de prévoir qu’au moins une portion de la pièce qui soit autre que la portion à mettre en solution soit refroidie. En effet, de par la conductibilité élevée du matériau du carter, la diffusion de la chaleur provoque réchauffement de toute la pièce. Pour réduire ce phénomène, il est possible d’immerger une partie du carter. Une autre solution consiste à arroser une portion ou toutes les portions de la pièce non mises en solution. Ce refroidissement par immersion ou arrosage peut être effectué à l’aide d’eau ou d’eau additivée. L’eau additivée correspond à de l’eau à laquelle a été rajouté un produit ralentissant les vitesses de refroidissement. Dans les deux cas, eau additivée ou non, il s’agit d’une solution aqueuse.
[0045] De façon alternative, d’autres moyens d’induction peuvent être prévus dans le cas où la totalité de la pièce est à mettre en solution. Une telle alternative permet d’améliorer les caractéristiques mécaniques de l’ensemble de la pièce. Différents modes de réalisation peuvent être proposés.
[0046] Ainsi la mise en solution de la pièce peut être réalisée à l’aide d’un inducteur de type solénoïde. La pièce à traiter est ainsi placée dans le volume intérieur du solénoïde. Les courants induits superficiellement circulent dans la pièce et chauffent la surface de la pièce. La conduction thermique favorisée par les qualités électriques de d’aluminium permet une mise en solution de l’ensemble de la pièce.
[0047] La mise en solution de la pièce peut aussi être réalisée à l’aide d’un ou de plusieurs inducteurs entourant un tunnel métallique. Le tunnel métallique fait alors office de suscepteur, le tunnel métallique étant sujet aux forces électro magnétiques délivrées par le ou les inducteurs et retransmettant par induction ces dites forces à la pièce à l’intérieur du tunnel. La pièce est alors disposée de sorte à être entourée par le tunnel. Pour faciliter la mise en place de la pièce à l’intérieur du tunnel, on peut placer un convoyeur à translation horizontal dans le tunnel. L’utilisation d’un tel convoyeur permet de diminuer l’espace nécessaire à l’intérieur du tunnel pour mettre en place la pièce. La diminution de cet espace assure une température à l’intérieur du tunnel plus homogène du fait des moindres pertes par convection. Cette plus grande homogénéité de la température facilite l’obtention d’une mise en solution isotherme.
[0048] Dans les modes de réalisations précédemment décrits des moyens d’induction, l’énergie fournie aux inducteurs peut provenir d’une source de puissance électromagnétique telle qu’un onduleur, permettant par exemple de chauffer une ou plusieurs parties de la pièce simultanément. Les fréquences de ces sources peuvent être choisies dans les moyennes fréquences telles que les fréquences de l’intervalle de 10 à 50 KHz.
[0049] Dans le cas d’un chauffage global de la pièce, l’augmentation des caractéristiques mécaniques obtenues, permet avantageusement de réduire localement les épaisseurs de la pièce tout en gardant la même résistance au niveau de la structure. Il s’agit alors d’effectuer d’un dimensionnement adéquat de la pièce. Par exemple, dans le cas d’une pièce comme le carter chapeau de palier vilebrequin, le dimensionnement peut se faire :
• à rupture, en utilisant les caractéristiques mécaniques en traction, notamment module d’élasticité E, limite d’élasticité Rp0,2, contrainte à rupture Rm, et allongement à rupture A ; et • en fatigue, où les gains procurés par le procédé proposé sont prévus pour être proportionnels aux gains que l’on obtient sur la limite à rupture Rm.
Claims (8)
- REVENDICATIONS1. Procédé de traitement thermique d’une pièce (20) en alliage d’aluminium coulée sous pression comprenant la mise en solution d’au moins une portion (26) de la pièce (20) à une température en dessous du solidus de l’alliage, pendant laquelle l’au moins une portion (26) de la pièce est maintenue à une température de mise en solution isotherme, le procédé étant caractérisé en ce que la mise en solution de l’au moins une portion (26) de la pièce (20) est réalisée par induction électromagnétique à l’aide d’un moyen d’induction comprenant un inducteur et un suscepteur intermédiaire placé entre l’inducteur et la pièce.
- 2. Procédé de traitement thermique selon la revendication 1, caractérisé en ce que, à la suite de la mise en solution, le procédé comprend :• la trempe de la pièce (20), de préférence à une température entre 0Ό et 10012 ;• le revenu de la pièce (20) trempée, de préférence à une température entre 130Ό et 200Ό.
- 3. Procédé de traitement thermique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l’au moins une portion (26) de la pièce est maintenue à une température de mise en solution isotherme pour une durée d’au moins 5 minutes, de préférence d’au moins 10 minutes, la mise en solution ayant une durée totale inférieure à 45 minutes, de préférence inférieure à 30 minutes.
- 4. Procédé de traitement thermique selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la mise en solution isotherme est effectuée à une température entre 20Ό et 150Ό en dessous du solid us de l’alliage, l’alliage étant de préférence un alliage du type AISi9Cu3Mg.
- 5. Procédé de traitement thermique selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la pièce (20) est un carter chapeau de palier vilebrequin, l’au moins une portion (26) de la pièce mise en solution étant au moins un palier de vilebrequin du carter chapeau de palier vilebrequin, de préférence la totalité des paliers de vilebrequin du carter chapeau de palier vilebrequin.
- 6. Procédé de traitement thermique selon la revendication 5, caractérisé en ce que la mise en solution par induction électromagnétique est réalisée à l’aide d’un moyen d’induction comprenant un inducteur (30) et un suscepteur (40) intermédiaire entre l’inducteur et l’au moins un palier (26) de vilebrequin, le suscepteur (40) étant adapté à la géométrie de l’au moins un palier (26) de vilebrequin, le suspecteur (40) étant de préférence un barreau métallique reçu par des paliers de vilebrequin du carter chapeau de palier vilebrequin.
- 7. Procédé de traitement thermique selon la revendication 1 à 6, caractérisé en ce qu’au moins une portion (26) de la pièce autre que l’au moins une portion à mettre en solution est refroidie par immersion ou arrosage à l’aide d’eau ou d’eau additivée.
- 8. Procédé de traitement thermique selon revendication 1 à 5, caractérisé en ce que la totalité de la pièce (20) est mise en solution par induction électromagnétique, la mise en solution par induction électromagnétique étant de préférence réalisée à l’aide d’un des moyens d’induction suivants :• d’un ou de plusieurs inducteurs entourant un tunnel métallique faisant office de suscepteur, le tunnel métallique entourant la pièce (20) à mettre en solution ; ou • d’un ou de plusieurs inducteurs entouré(s) d’un tunnel métallique faisant office de suscepteur, l’induction ou les plusieurs inducteurs entourant, dans le tunnel, la pièce (20) à mettre en solution.
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