WO2010112725A1 - Procede de traitement thermique et piece en alliage d'aluminium coulee sous-pression - Google Patents

Procede de traitement thermique et piece en alliage d'aluminium coulee sous-pression Download PDF

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WO2010112725A1
WO2010112725A1 PCT/FR2010/050505 FR2010050505W WO2010112725A1 WO 2010112725 A1 WO2010112725 A1 WO 2010112725A1 FR 2010050505 W FR2010050505 W FR 2010050505W WO 2010112725 A1 WO2010112725 A1 WO 2010112725A1
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WO
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heat treatment
treatment process
temperature
parts
alloy
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Application number
PCT/FR2010/050505
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Inventor
Sébastien DAVID
Original Assignee
Peugeot Citroën Automobiles SA
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Publication date
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/04—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon
    • C22F1/043—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon of alloys with silicon as the next major constituent
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C21/00—Alloys based on aluminium
    • C22C21/02—Alloys based on aluminium with silicon as the next major constituent
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C21/00—Alloys based on aluminium
    • C22C21/02—Alloys based on aluminium with silicon as the next major constituent
    • C22C21/04—Modified aluminium-silicon alloys

Definitions

  • the present invention relates to a heat treatment process of a die-cast aluminum alloy casting.
  • the invention further relates to a die-cast aluminum alloy part then thermally treated, and a vehicle comprising such a treated part.
  • aluminum alloy parts are preferred to steel or cast iron parts.
  • the aluminum alloy parts are generally obtained by die-casting.
  • such pieces of aluminum alloys do not have mechanical properties comparable to those of steel or cast iron. These differences in mechanical properties prevent substitution of all steel or cast iron parts by die-cast aluminum alloy parts.
  • WO-A-2006/066314 discloses a heat treatment process of aluminum alloy parts cast under pressure. These parts, by the molding process, are likely to have internal defects in which gases are occluded. These defects are liable to form blisters during a conventional hardening heat treatment.
  • the treatment method which is described in the document WO-A-2006/066314 comprises a dissolution step lasting less than 30 minutes. Such a method, however, does not allow a gain in terms of mechanical properties for all aluminum alloy cast parts under pressure.
  • the invention provides a heat treatment process of a die-casting aluminum alloy part comprising the steps of dissolving the part in an oven preheated to a temperature below the solidus. alloy; tempering the room and tempering the room; characterized in that during the dissolving step, the workpiece is maintained at an isothermal temperature for a duration of at least 10 minutes.
  • the invention makes it possible to obtain mechanical properties for parts made of aluminum alloys approaching those of other materials such as steel or cast iron.
  • the furnace used in the dissolution step has a heat transfer coefficient greater than 300 Wm -2 .K -1 , preferably between 500 and 1800 Wm -2 .K -1 , and more particularly between 500 and 700 Wm -2 .K -1 .
  • the oven used in the dissolving step is a furnace selected from the group comprising a fluidized bed furnace, a salt bath furnace, a lead-bath furnace and a bath furnace. oil.
  • the dissolution step has a duration of less than 45 minutes, preferably less than 30 minutes.
  • the furnace used in the dissolution step is at a temperature between 20 ° C and 150 ° C below the solidus of the alloy.
  • the quenching step of the part is carried out from the dissolution temperature of the alloy at a temperature between 0 ° C and 100 ° C.
  • the tempering step of the quenched part is carried out at a temperature between 130 ° C. and 200 ° C. for a few hours.
  • the part is made of aluminum alloy, preferably of the type AISi9Cu3Mg (Fe) (Zn).
  • the subject of the present invention is also an aluminum alloy part obtained by die-casting, characterized in that it is then heat-treated by the heat treatment process defined above.
  • the piece has a mass greater than 500g, preferably between 500g and 15kg.
  • the part is selected from the group comprising housings with ferrous inserts such as crankshaft bearing housings.
  • the invention relates to a vehicle comprising at least one such aluminum alloy part.
  • the heat treatment process firstly contains a step of dissolving the piece in an oven.
  • the solution furnace is maintained at a temperature below the solidus of the alloy.
  • the piece is then kept at an isothermal temperature for a period of at least 10 minutes.
  • the dissolution step is followed by a quenching step of the workpiece.
  • the quenching step of the piece is followed by a step of the coin's return.
  • This heat treatment provides mechanical properties for aluminum alloy parts approaching those of other materials such as steel or cast iron.
  • This method also allows to replace the presence of ferrous inserts in parts already made of aluminum alloy but insufficiently resistant. Of these parts are then completely replaced by heat-treated aluminum alloy parts according to the method. The replacement of parts with inserts with parts entirely made of aluminum alloy makes it possible to reduce the mass of these parts.
  • the method is proposed for parts made of aluminum alloys.
  • the aluminum alloy parts advantageously replace the iron alloy parts for a purpose of lightness.
  • the method is further provided for underpressure casting.
  • Die casting is a preferred method for bulk and low cost production of parts having good dimensional accuracy.
  • the heat treatment process comprises a dissolution step. This dissolution is carried out in an oven at a temperature below the solidus of the alloy. The lower dissolution temperature of the solidus of the alloy avoids the melting of the part during the heat treatment.
  • a piece obtained by die casting can have defects in its raw state of foundry.
  • the dissolution step further causes a solid solution of the alloying elements of the molded part.
  • Solid dissolution makes it possible, for example, to dissolve various addition elements, which make up the aluminum alloy. The piece is left in the solution furnace for the time necessary to obtain the desired structure and homogenization of the aluminum alloy.
  • This isothermal holding time allows a homogeneous thermal configuration of the workpiece.
  • This homogeneous thermal configuration of the part makes possible a uniform improvement of the mechanical properties of the alloy of the part.
  • the uniformity of the mechanical properties of the alloy results in an improvement in the mechanical properties of the part as a whole.
  • the dissolution step is followed by a quenching step of the workpiece.
  • This quenching is a brutal cooling of the room. Such a sudden cooling makes it possible to freeze the particular structure obtained during dissolution.
  • the combination of dissolution and quenching ultimately provides a special structure for the aluminum alloy part. Such a combination makes it possible for example to maintain at room temperature a solid solution of aluminum alloy supersaturated with additive elements. Such a supersaturated solution is normally metastable at room temperature. This particular structure obtained serves as a base state for another step of the heat treatment.
  • the heat treatment process finally comprises a maturation step or income.
  • a quenched aluminum alloy piece has low mechanical properties.
  • the income stage makes it possible to obtain an improvement in the mechanical properties of this part.
  • the income stage can be performed at room temperature (maturation).
  • the income step can be further performed according to the heat treatment of type T6, that is to say that the income makes it possible to obtain the optimal mechanical properties.
  • the die-casting of aluminum alloy parts causes the formation of defects inside the parts .. In these defects can be occluded air type gases or decomposition residues of the poteyage.
  • the gases present in these occlusions are dilated.
  • the expansion of the gases can then cause the deformation of the outer wall of the parts by the formation of blisters. For example from a temperature of 400 ° C, the strength of some aluminum alloys can be weakened enough does not prevent the formation of blisters.
  • the solution step is carried out in an oven having a better heat transfer coefficient than conventional air furnaces.
  • furnaces whose heat transfer coefficient is greater than 300 Wm -2 .K -1 .
  • the use of a furnace with a thermal coefficient greater than 300 W.m- 2 K.sub.- 1 makes it possible to increase the temperature of the part faster during the solution-settling phase, resulting in a low risk of blistering. .
  • Such a faster rise in temperature leads to a decrease in the total charging time during the dissolution stage.
  • the dissolution step is then shorter while leaving an isothermal holding time of the upper piece to 10 minutes. Maintaining the minimum isothermal holding time makes it possible to ensure the improvement of the mechanical properties.
  • a solution furnace with a heat transfer coefficient between 500 and 1800 Wm “2 .K " 1 will be used .
  • the use of such an oven allows an even faster temperature rise of the room during the dissolution.
  • furnaces with a thermal transfer coefficient of between 500 and 700 W. m- 2 K -1 .
  • Such specific furnaces are for example fluidized bed furnaces.
  • a preheated oven will be used at the desired solution dissolution temperature.
  • the dissolution time will be the total duration of charging of the part in the solution furnace.
  • the duration of the dissolution step is less than 45 minutes.
  • the dissolution step can be reduced to 30 minutes.
  • Such a reduction in the duration of this step makes it possible to heat-treat underpressure castings which have a poor internal health, that is to say parts with a larger number of defects containing gases. It is therefore useful to provide a shorter dissolution time for these parts which present a greater risk of blistering during the heat treatment.
  • the temperature of completion of the dissolution step is preferably between 20 ° C and 150 ° C below the solidus of the alloy.
  • the dissolution temperature above 150 ° C below the solidus of the alloy allows an improvement in mechanical properties and a good homogenization of the room.
  • Such a dissolution temperature also makes it possible to obtain the improvement of the mechanical properties and / or the desired homogenization with a duration of the relatively short dissolution stage.
  • the solution temperature lower than the temperature of 20 ° C below the solidus of the alloy avoids the formation of burns at the level of the alloy. Indeed, if the solution temperature is too close to the solidus, the alloy can reach a partial melting temperature of one of the constituents of the alloy. These burns alter the mechanical properties of the alloy and therefore the part made in such an alloy. Such a limitation of the temperature of the dissolution of the alloy also makes it possible to prevent the formation of blisters which is too rapid due to a greater expansion of the gases present in the part.
  • the quenching step may be performed using a quenching fluid.
  • the quenching step is preferably carried out at the temperature of dissolution of the alloy at a temperature between 0 ° C and 100 ° C. Quenching at a temperature between 0 ° C and 100 ° C allows better freezing of the structure obtained during the dissolution.
  • the use of a quenching temperature between 0 ° C. and 100 ° C. also makes it possible to use water as a quenching fluid.
  • the use of water is preferable to a quenching fluid such as oil or water additivée. Indeed the use of water as a quenching fluid leads to an improvement in the costs of the quenching step. Then the use of water as a quenching fluid also allows better compliance with environmental constraints.
  • the tempering step of the quenched part is preferably carried out at a temperature between 130 ° C and 200 ° C.
  • This range of tempering temperature allows a faster improvement of the mechanical properties of the alloy than maturation performed at room temperature.
  • this temperature range is limited to 200 ° C to prevent excessive expansion of the gases contained in the alloy.
  • the use of this temperature range allows an improvement of sufficient mechanical properties without the risk of seeing blistering on the returned coin.
  • the aluminum alloy is preferably of the family of Aluminum Silicon.
  • the aluminum alloys of the aluminum silicon family have particularly blistering problems during heat treatment. Indeed the presence of Si induces during heat treatment a particularly rapid globulization. This rapid globulization of Si particles prevents the use of conventional heat treatments of aluminum alloy.
  • the heat treatment process described above is therefore particularly suitable for aluminum alloy parts of the aluminum silicon family.
  • the use of the heat treatment process is also particularly advantageous for aluminum alloys of the type AISi9Cu3Mg (Fe) (Zn). Indeed, such alloys are alloys having good intrinsic mechanical properties. Alloys of this type are also alloys whose manufacturing cost is economical.
  • an aluminum alloy part obtained by heat-treated die-casting under the previously described heat treatment method is then proposed.
  • the use of these parts treated according to the method described above allows the replacement of parts generally made of iron alloy, for example steel or cast iron.
  • the whole of the die-cast aluminum alloy part treated in this way benefits from the increase in mechanical properties. It is thus also possible to locally reduce the thicknesses of the part while keeping the same resistance at the level of the structure.
  • the gain in lightening the aluminum alloy parts thus treated may be of the order of several kilograms. In the end, these treated pieces allow a gain in mass for mechanical properties approaching those of ferrous materials.
  • the parts will be massive parts, that is to say parts whose mass is greater than 500g. Indeed the more the parts are massive and the more it is useful to seek to gain mass when designing such parts.
  • the process described above is particularly suitable for massive parts in that it provides isothermal holding of the part for a period of at least 10 minutes. These massive pieces have greater minimum thicknesses than lighter pieces. These larger thicknesses generally prevent obtaining an isothermal holding of the entire room during the dissolution phases. This isothermal holding of the part is then difficult to obtain when applying the conventional heat treatments to massive parts.
  • the treated parts are preferably parts with a mass of less than 15kg allowing the use of known furnace without requiring an adaptation of these particular furnaces to parts of too large mass and / or too large.
  • the heat-treated parts according to the method described above are in particular the parts subjected to demanding criteria during mechanical dimensioning.
  • the heat-treated parts according to the method previously cited then have the mechanical properties sufficient to allow economic design.
  • the treated parts are parts of the crankcase type bearing crankshaft bearings, whose static dimensioning and fatigue is particularly sought after. These pieces can be made mainly aluminum alloy for light weight issues. However, some parts of these parts are subject to such constraints that we may prefer the addition of ferrous inserts on these places.
  • the use of aluminum alloy parts treated according to the invention then makes it possible to dispense with the use of ferrous inserts in this type of parts. The production of these parts is then facilitated in terms of time and cost of manufacture.
  • the crankshaft bearing housing casings have in operation risk areas such as the crankshaft bearing area.
  • ferrous inserts cast iron or sintered steel inserted in the casting is then avoided resulting in gains in weight and price of the piece.
  • Increasing the mechanical properties of the aluminum alloy replacing the ferrous inserts in the crankshaft bearing housings is also beneficial to the other mechanically stressed areas of the workpiece.
  • a vehicle comprising one or parts made of aluminum alloy cast under pressure is a vehicle whose time and manufacturing costs are reduced.
  • such a vehicle is lighter and therefore has a more economical consumption.

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Abstract

L'invention se rapporte à un procédé de traitement thermique d'une pièce en alliage d'aluminium coulée sous-pression comprenant les étapes de mise en solution de la pièce dans un four préalablement préchauffé à une température en dessous du solidus de l'alliage; de trempe de la pièce et de revenu de la pièce trempée; l'étape de mise en solution, la pièce est maintenue à une température isotherme pour une durée d'au moins 10 minutes + montée en température suffisamment rapide grâce à un four spécifique qui présente un coefficient d'échange thermique plus élevé que celui d'un four conventionnel à air. L'invention permet l'obtention de propriétés mécaniques pour des pièces en alliages d'aluminium se rapprochant de celles d'autres matériaux tels que l'acier ou la fonte.

Description

PROCEDE DE TRAITEMENT THERMIQUE ET PIECE EN ALLIAGE D'ALUMINIUM COULEE SOUS-PRESSION
[0001] La présente invention revendique la priorité de la demande française 0952133 déposée le 02 avril 2009 dont le contenu (texte et revendications) est ici incorporé par référence.
[0002] 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.
[0003] 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. En outre pour des raisons de coût de fabrication, de production de masse et de précision dimensionnelle, les pièces en alliage d'aluminium sont généralement obtenues par moulage sous-pression. Cependant de telles pièces en alliages d'aluminium ne possèdent pas de propriétés mécaniques comparables à celles de l'acier ou de la fonte. Ces différences de propriétés mécaniques empêchent la substitution de toutes les pièces en acier ou en fonte par des pièces en alliage d'aluminium coulées sous-pression.
[0004] Le document WO-A-2006/066314 décrit un procédé de traitement thermique de pièces en alliage d'aluminium coulées sous-pression. Ces pièces , de part 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 terme de propriétés mécaniques pour toutes pièces en alliage d'aluminium coulés sous-pression.
[ooo5] II existe donc un besoin pour un procédé permettant l'obtention de pièces en alliage d'aluminium coulées sous-pression et ayant des propriétés mécaniques se rapprochant de celles de l'acier ou de la fonte. [0006] Pour cela, l'invention propose un procédé de traitement thermique d'une pièce en alliage d'aluminium coulée sous-pression comprenant les étapes de mise en solution de la pièce dans un four préalablement préchauffé à une température en dessous du solidus de l'alliage ; de trempe de la pièce et de revenu de la pièce trempée ; caractérisé en ce que lors de l'étape de mise en solution, la pièce est maintenue à une température isotherme pour une durée d'au moins 10 minutes.
[0007] L'invention permet l'obtention de propriétés mécaniques pour des pièces en alliages d'aluminium se rapprochant de celles d'autres matériaux tels que l'acier ou la fonte.
[oooδ] Dans une variante, le four utilisé dans l'étape de mise en solution a un coefficient de transfert thermique supérieur à 300 W.m"2.K"1, de préférence entre 500 et 1800 W.m"2.K"1, et plus particulièrement entre 500 et 700 W.m"2.K"1.
[0009] Dans une variante, le four utilisé dans l'étape de mise en solution est un four choisi dans le groupe comprenant un four à lit fluidisé, un four à bain de sel, un four à bain de plomb et un four à bain d'huile.
[ooio] Dans une variante, l'étape de mise en solution a une durée inférieure à 45 minutes, de préférence inférieure à 30 minutes.
[0011] Dans une variante, le four utilisé dans l'étape de mise en solution est à une température entre 20 °C et 150°C en dessous du solidus de l'alliage.
[0012] Dans une variante, l'étape de trempe de la pièce s'effectue de la température de mise en solution de l'alliage à une température entre 0°C et 100°C.
[0013] Dans une variante, l'étape de revenu de la pièce trempée s'effectue à une température entre 130°C et 200 °C pendant quelques heures.
[0014] Dans une variante, la pièce est en alliage d'aluminium, de préférence du type AISi9Cu3Mg(Fe)(Zn). [ooi5] La présente invention a également pour objet une pièce en alliage d'aluminium obtenue par moulage sous-pression caractérisée en ce qu'elle est ensuite traitée thermiquement par le procédé de traitement thermique défini plus haut.
[0016] Dans une variante, la pièce a une masse supérieure à 500g de préférence entre 500g et 15kg.
[0017] Dans une variante, la pièce est choisie dans le groupe comprenant les carters avec des inserts ferreux comme les carters chapeau de paliers vilebrequin.
[0018] Enfin, l'invention a pour objet un véhicule comportant au moins une telle pièce en alliage d'aluminium.
[0019] D'autres propriétés 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.
[0020] II est proposé un procédé de traitement thermique d'une pièce en alliage d'aluminium coulée sous-pression. Le procédé de traitement thermique contient tout d'abord une étape de mise en solution de la pièce dans un four. Le four de mise en solution est maintenu à une température inférieure au solidus de l'alliage. La pièce est alors maintenue à une température isotherme pour une durée d'au moins 10 minutes. Puis l'étape de mise en solution est suivie d'une étape de trempe de la pièce. Et l'étape de trempe de la pièce est suivie d'une étape de revenu de la pièce.
[0021] Ce traitement thermique permet l'obtention de propriétés mécaniques pour des pièces en alliages d'aluminium se rapprochant de celles d'autres matériaux tels que l'acier ou la fonte.
[0022] Ces pièces en alliage d'aluminium traitées selon l'invention remplacent alors les pièces traditionnellement en acier ou en fonte. 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.
[0023] Ce procédé permet en outre de remplacer la présence d'inserts ferreux dans des pièces déjà réalisées en alliage d'aluminium mais insuffisamment résistantes. De telles pièces sont alors entièrement remplacées par des pièces en alliage d'aluminium traitées thermiquement suivant le procédé. Le remplacement de pièces avec des inserts par des pièces entièrement en alliage d'aluminium permet de diminuer la masse de ces pièces.
[0024] Le procédé 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.
[0025] Le procédé est en outre proposé pour des pièces coulées sous-pression. Le moulage sous-pression est un procédé préféré pour la production en masse et à moindre coût de pièces ayant une bonne précision dimensionnelle.
[0026] Le procédé de traitement thermique comprend une étape de mise en solution. Cette mise en solution s'effectue dans un four à une température inférieure au solidus de l'alliage. La température de mise en solution inférieure au solidus de l'alliage permet d'éviter la fusion de la pièce lors du traitement thermique.
[0027] Une pièce obtenue par moulage sous-pression peut présenter des défauts dans son état brut de fonderie.
[0028] Dans le cadre d'un traitement thermique de durcissement conventionnel, l'étape de mise en solution entraîne en outre une mise en solution solide des éléments d'alliage de la pièce moulée. La mise en solution solide permet par exemple de dissoudre différents éléments d'addition, composant l'alliage d'aluminium. La pièce est laissée dans le four de mise en solution le temps nécessaire pour obtenir la structure et l'homogénéisation voulues de l'alliage d'aluminium.
[0029] Cette durée de maintien isotherme permet une configuration thermique homogène de la pièce. Cette configuration thermique homogène de la pièce rend possible une amélioration uniforme des propriétés mécaniques de l'alliage de la pièce. L'uniformité des propriétés mécaniques de l'alliage entraîne une amélioration des propriétés mécaniques de la pièce dans son ensemble.
[0030] 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. Un tel refroidissement brutal permet de figer la structure particulière obtenue lors de la mise en solution. La combinaison de la mise en solution et de la trempe permet en définitive de conférer une structure particulière à la pièce en alliage d'aluminium. Une telle combinaison permet par exemple de maintenir à la température ambiante une solution solide d'alliage d'aluminium sursaturée en éléments d'addition. Une telle solution sursaturée est normalement métastable à température ambiante. Cette structure particulière obtenue sert d'état de base pour une autre étape du traitement thermique.
[0031] Le procédé de traitement thermique comprend enfin une étape de maturation ou de revenu. Une pièce en alliage d'aluminium brut de trempe a de faibles propriétés mécaniques. L'étape de revenu permet d'obtenir une amélioration des propriétés mécaniques de cette pièce. L'étape de revenu, peut être effectuée à température ambiante (maturation). L'étape de revenu peut encore être effectuée selon le traitement thermique de type T6, c'est-à-dire que le revenu permet d'obtenir les propriétés mécaniques optimales.
[0032] Le moulage sous-pression de pièces en alliage d'aluminium entraîne la formation de défauts à l'intérieur des pièces.. Dans ces défauts peuvent être occlus des gaz du type air ou résidus de décomposition du poteyage. Lors de l'application d'un traitement thermique conventionnel de durcissement d'un alliage d'aluminium, les gaz présents dans ces occlusions sont dilatés. La dilatation des gaz peut alors entraîner la déformation de la paroi extérieure des pièces par la formation de cloques. Par exemple à partir d'une température de 400 °C, la résistance mécanique de certains alliages d'aluminium peut être suffisamment affaiblie n'empêche plus la formation de cloques.
[0033] La combinaison de l'ensemble des étapes du procédé de traitement thermique tel que précédemment décrit limite la formation de cloques dues à la présence de gaz dans la pièce coulée en sous-pression. Ces cloques ont un impact néfaste sur la stabilité dimensionnelle et sur les propriétés mécaniques des pièces coulées et par conséquent sur la tenue mécanique des pièces. L'apparition de telles cloques empêche ainsi l'amélioration des propriétés mécaniques normalement conférée par le traitement thermique de la pièce. Ce procédé de traitement thermique permet en définitive l'amélioration globale des propriétés mécaniques de la pièce en alliage d'aluminium coulée sous-pression. [0034] En particulier ce procédé permet une amélioration des propriétés mécaniques telles que la résistance à la rupture, la résistance élastique à 0,2% et l'allongement à la rupture. Plus particulièrement, ce procédé permet une amélioration de l'ordre de 100% de la résistance élastique à 0,2%.
[0035] De préférence l'étape de mise en solution s'effectue dans un four possédant un meilleur coefficient de transfert thermique que les fours conventionnels à air. Ainsi on préférera utiliser des fours dont le coefficient de transfert thermique est supérieur à 300 W.m"2.K"1. L'utilisation d'un four à coefficient thermique supérieur à 300 W. m"2. K"1 permet une montée en température plus rapide de la pièce lors de la phase de mise en solution d'où un risque faible de formation de cloques. Une telle montée en température plus rapide entraîne une diminution de la durée totale d'enfournement lors de l'étape de mise en solution. L'étape de mise en solution est alors plus courte tout en laissant une durée de maintien isotherme de la pièce supérieure à 10 minutes. Le maintien de la durée minimum de maintien isotherme permet de s'assurer de l'amélioration des propriétés mécaniques.
[0036] De préférence encore on utilisera un four de mise en solution avec un coefficient de transfert thermique entre 500 et 1800 W.m"2.K"1. L'utilisation d'un tel four permet une montée en température encore plus rapide de la pièce lors de la mise en solution.
[0037] On préférera enfin l'utilisation d'un four à coefficient à transfert thermique compris entre 500 et 700 W. m"2. K"1. De tels fours spécifiques sont par exemple des fours à lit fluidisé,.
[0038] On utilisera dans l'étape de mise en solution un four préchauffé à la température voulue de mise en solution. La durée de mise en solution sera la durée totale d'enfournement de la pièce dans le four de mise en solution.
[0039] De préférence la durée de l'étape de mise en solution est inférieure à 45 minutes. Une telle limitation de la durée de l'étape de mise en solution permet d'éviter la dilatation des gaz contenus dans des occlusions de la pièce moulée en sous- pression. La limitation de la durée de l'étape de mise en solution prévient ainsi la formation de cloques diminuant les propriétés mécaniques de la pièce en alliage d'aluminium coulée en sous-pression. [0040] L'étape de mise en solution peut être réduite à 30 minutes. Une telle réduction de la durée de cette étape permet de traiter thermiquement des pièces coulées en sous-pression qui présentent une santé interne moins bonne, c'est-à-dire des pièces présentant un plus grand nombre de défauts renfermant des gaz. Il est donc utile de prévoir une durée de mise en solution plus courte pour ces pièces qui présentent un plus grand risque de formation de cloques lors du traitement thermique.
[0041] La température de réalisation de l'étape de mise en solution est de préférence comprise entre 20°C et 150°C en dessous du solidus de l'alliage. La température de mise en solution supérieure à 150°C en dessous du solidus de l'alliage permet une amélioration des propriétés mécaniques et une bonne homogénéisation de la pièce. Une telle température de mise en solution permet en outre d'obtenir l'amélioration des propriétés mécaniques et/ou l'homogénéisation voulue avec une durée de l'étape de mise en solution relativement courte.
[0042] La température de mise en solution inférieure à la température de 20 °C en dessous du solidus de l'alliage permet d'éviter la formation de brûlures au niveau de l'alliage. En effet, si la température de mise en solution est trop proche du solidus, l'alliage peut atteindre une température de fusion partielle d'un des constituants de l'alliage. Ces brûlures altèrent les propriétés mécaniques de l'alliage et donc de la pièce réalisée dans un tel alliage. Une telle limitation de la température de la mise en solution l'alliage permet en outre d'éviter la formation trop rapide de cloques due à une plus grande dilatation des gaz présents dans la pièce.
[0043] L'étape de trempe peut être réalisée à l'aide d'un fluide de trempe. L'étape de trempe s'effectue de préférence de la température de mise en solution de l'alliage à une température entre 0°C et 100°C. La trempe à une température entre 0°C et 100°C permet un meilleur figeage de la structure obtenue lors de la mise en solution. 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. L'utilisation de l'eau est préférable à un fluide de trempe tel que l'huile ou eau additivée. En effet l'utilisation de l'eau comme fluide de trempe entraîne une amélioration des coûts de l'étape de trempe. Ensuite l'utilisation d'eau comme fluide de trempe permet aussi un meilleur respect des contraintes environnementales. [0044] L'étape de revenu de la pièce trempée s'effectue de préférence à une température entre 130°C et 200°C. Cet intervalle de température de revenu permet une amélioration plus rapide des propriétés mécaniques de l'alliage qu'une maturation effectuée à température ambiante. De plus cet intervalle de température est limitée à 200 °C permettant d'éviter une dilatation trop importante des gaz contenus dans l'alliage. En définitive l'utilisation de cet intervalle de température permet une amélioration des propriétés mécaniques suffisantes sans risquer de voir apparaître des cloques sur la pièce revenue.
[0045] L'alliage d'aluminium est de préférence de la famille des Aluminium Silicium. Les alliages d'aluminium de la famille aluminium silicium présentent particulièrement des problèmes de cloquage lors de traitement thermique. En effet la présence de Si induit lors de traitement thermique une globulisation particulièrement rapide. Cette globulisation rapide des particules de Si empêche l'utilisation de traitements thermiques conventionnels d'alliage d'aluminium. Le procédé de traitement thermique précédemment décrit est donc particulièrement adapté aux pièces en alliage de d'aluminium de la famille des aluminium silicium.
[0046] L'utilisation du procédé de traitement thermique est en outre particulièrement avantageux pour les alliages d'aluminium du type AISi9Cu3Mg(Fe)(Zn). En effet de tels alliage sont des alliages ayant de bonnes propriétés mécaniques intrinsèques. Les alliages de ce type sont de plus des alliages dont le coût de fabrication est économique.
[0047] II est ensuite proposé une pièce en alliage d'aluminium obtenue par moulage sous-pression traitée thermiquement selon le procédé de traitement thermique précédemment décrit. L'utilisation de ces pièces traitées selon le procédé précédemment décrit permet le remplacement de pièces réalisées 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 des propriétés mécaniques. On peut ainsi également réduire localement les épaisseurs de la pièce tout en gardant la même résistance au niveau de la structure. 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. En définitive ces pièces traitées permettent un gain de masse pour des propriétés mécaniques se rapprochant de celles des matériaux ferreux.
[0048] 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. En outre le procédé décrit précédemment s'adapte particulièrement bien aux pièces massives en ce qu'il assure un maintien isotherme de la pièce pour une durée d'au moins 10 minutes. Ces pièces massives présentent des épaisseurs minimales plus importantes que des pièces plus légères. Ces épaisseurs plus importantes empêchent généralement l'obtention d'un maintien isotherme de toute la pièce lors des phases de mise en solution. Ce maintien isotherme de la pièce est alors difficile à obtenir lorsque l'on applique les traitements thermiques conventionnels à des pièces massives.
[0049] Les pièces traitées sont de préférence des pièces de masse inférieure à 15kg permettant l'utilisation de four connu sans obliger à une adaptation de ces fours particulière aux pièces de trop grande masse et/ou trop grande taille.
[0050] Les pièces traitées thermiquement selon le procédé précédemment décrit sont en particulier les pièces soumises à des critères exigeants lors du dimensionnement mécanique. Les pièces traitées thermiquement selon le procédé précédemment cité possèdent alors les propriétés mécaniques suffisantes pour permettre un dimensionnement économique.
[0051] Plus particulièrement les pièces traitées sont des pièces du type carter chapeau paliers 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 de pièces en alliages d'aluminium traités selon l'invention permet alors de s'affranchir de l'utilisation d'inserts ferreux dans ce type de pièces. La réalisation de ces pièces est alors facilitée en terme de temps et de coût de fabrication. [0052] Particulièrement les carters chapeau de paliers 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 fritte insérés à la coulée est alors évitée entraînant des gains en poids et en prix de la pièce. L'augmentation des propriétés mécaniques de l'alliage d'aluminium remplaçant les inserts ferreux dans les carters chapeau de paliers vilebrequin est aussi profitable aux autres zones sollicitées mécaniquement de la pièce.
[0053] Enfin un véhicule comportant une ou des pièces réalisées en alliage d'aluminium coulées en sous-pression est un véhicule dont le temps et les coûts de fabrication sont diminués. De plus un tel véhicule est plus léger et possède donc une consommation plus économique.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de traitement thermique d'une pièce en alliage d'aluminium coulée sous-pression comprenant les étapes de mise en solution de la pièce dans un four préalablement préchauffé à une température en dessous du solidus de l'alliage ; de trempe de la pièce ; et de revenu de la pièce trempée ; caractérisé en ce que lors de l'étape de mise en solution, la pièce est maintenue à une température isotherme pour une durée d'au moins 10 minutes.
2. Procédé de traitement thermique selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le four utilisé dans l'étape de mise en solution a un coefficient de transfert thermique supérieur à 300 W.m"2.K"1, de préférence entre 500 et 1800 W.m"2.K"1, et plus particulièrement entre 500 et 700 W. m"2. K"1.
3. Procédé de traitement thermique selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que le four utilisé dans l'étape de mise en solution est un four choisi dans le groupe comprenant un four à lit fluidisé, un four à bain de sel, un four à bain de plomb et un four à bain d'huile.
4. Procédé de traitement thermique selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'étape de mise en solution a une durée inférieure à 45 minutes, de préférence inférieure à 30 minutes.
5. Procédé de traitement thermique selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le four utilisé dans l'étape de mise en solution est à une température entre 20 °C et 150°C en dessous du solidus de l'alliage.
6. Procédé de traitement thermique selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'étape de trempe de la pièce s'effectue de la température de mise en solution de l'alliage à une température entre 0°C et 100°C.
7. Procédé de traitement thermique selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la pièce est en alliage d'aluminium, de préférence du type AISi9Cu3Mg(Fe)(Zn).
8. Pièce en alliage d'aluminium obtenue par moulage sous-pression caractérisée en ce qu'elle est ensuite traitée thermiquement par le procédé de traitement thermique selon l'une des revendications 1 à 7.
9. Pièce selon la revendication 8 caractérisé en ce que la pièce a une masse supérieure à 500g de préférence entre 500g et 15kg.
10. Véhicule caractérisé en ce qu'il comporte au moins une pièce selon la revendication 8 ou la revendication 9.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2994194A1 (fr) * 2012-08-01 2014-02-07 Peugeot Citroen Automobiles Sa Procede de traitement thermique d'une piece en alliage d'aluminium
CN104105565A (zh) * 2011-09-27 2014-10-15 斯奈克玛 利用脉冲电流和脉冲填充焊丝的mig法对铝制金属部件进行焊接和沉积的方法

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20180320259A1 (en) * 2017-05-02 2018-11-08 GM Global Technology Operations LLC Method of increasing tensile strength of aluminum castings
CN110042277A (zh) * 2019-05-07 2019-07-23 东莞市石碣华丰金属有限公司 一种压铸锌铝合金配方及其制作工艺
CN112553509A (zh) * 2020-11-13 2021-03-26 泰州市天宇交通器材有限公司 一种用于动力转向泵支架的合金铸造工艺

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2588017A1 (fr) * 1985-09-27 1987-04-03 Ube Industries Alliage d'aluminium
JPH1129843A (ja) * 1997-07-09 1999-02-02 Hitachi Metals Ltd アルミダイカスト品の熱処理方法
EP1253210A1 (fr) * 2001-03-28 2002-10-30 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Matériau à base Al résistant à la chaleur, coulé sous pression
US20040011437A1 (en) * 2002-02-28 2004-01-22 Lin Jen C. AI-Si-Mg-Mn casting alloy and method
WO2006066314A1 (fr) * 2004-12-23 2006-06-29 Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation Traitement thermique d'articles coules en alliage d'aluminium, moules sous haute pression

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001316747A (ja) * 1999-08-31 2001-11-16 Asahi Tec Corp 非Ｃｕ系鋳造Ａｌ合金とその熱処理方法
US20040011434A1 (en) * 2000-08-08 2004-01-22 Takayuki Sakai Aluminum alloy formed by precipitation hardening and method for heat treatment thereof
JP2002275567A (ja) * 2001-03-19 2002-09-25 Asahi Tec Corp 析出硬化型Ａｌ合金、及び、析出硬化型合金の熱処理方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2588017A1 (fr) * 1985-09-27 1987-04-03 Ube Industries Alliage d'aluminium
JPH1129843A (ja) * 1997-07-09 1999-02-02 Hitachi Metals Ltd アルミダイカスト品の熱処理方法
EP1253210A1 (fr) * 2001-03-28 2002-10-30 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Matériau à base Al résistant à la chaleur, coulé sous pression
US20040011437A1 (en) * 2002-02-28 2004-01-22 Lin Jen C. AI-Si-Mg-Mn casting alloy and method
WO2006066314A1 (fr) * 2004-12-23 2006-06-29 Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation Traitement thermique d'articles coules en alliage d'aluminium, moules sous haute pression

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
APELIAN D ET AL: "Fluidized bed heat treatment of aluminum cast components", JOURNAL DE PHYSIQUE IV, EDITIONS DE PHYSIQUE. LES ULIS CEDEX, FR, vol. 120, 1 January 2004 (2004-01-01), pages 555 - 562, XP009111067, ISSN: 1155-4339 *
LUMLEY R N ET AL: "HEAT TREATMENT OF HIGH-PRESSURE DIE CASTINGS", METALLURGICAL AND MATERIALS TRANSACTIONS A: PHYSICAL METALLURGY & MATERIALS SCIENCE, ASM INTERNATIONAL, MATERIALS PARK, OH, US, vol. 38A, no. 10, 1 October 2007 (2007-10-01), pages 2564 - 2574, XP001508189, ISSN: 1073-5623 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104105565A (zh) * 2011-09-27 2014-10-15 斯奈克玛 利用脉冲电流和脉冲填充焊丝的mig法对铝制金属部件进行焊接和沉积的方法
CN104105565B (zh) * 2011-09-27 2017-03-08 斯奈克玛 利用脉冲电流和脉冲填充焊丝的mig法对铝制金属部件进行焊接和沉积的方法
FR2994194A1 (fr) * 2012-08-01 2014-02-07 Peugeot Citroen Automobiles Sa Procede de traitement thermique d'une piece en alliage d'aluminium

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