FR2734195A1 - Method for fabricating aluminium@ alloy components e.g. brake drums, disk brakes, cylinder blocks - Google Patents

Method for fabricating aluminium@ alloy components e.g. brake drums, disk brakes, cylinder blocks Download PDF

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Abstract

Method for the fabrication of aluminium alloy component incorporating one or more rubbing surfaces, for use in automobiles. The method comprises the following steps, a) moulding a base component using a hypoeutectic aluminium alloy, b) welding onto base component one or more thin layers of an abrasion resistant material to form the rubbing surfaces, each layer being made up of a material chosen from the group comprising the alloys with a silicon content of between about 13 and 23% and aluminium matrix composites and with non-metallic reinforcing particles. A brake drum, a disk brake and a cylinder block for use in automobile vehicles produced by this method and incorporating one or more rubbing surfaces are also claimed.

Description

La présente invention concerne d'une façon générale les pièces à surface de frottement pour véhicules automobiles. The present invention relates generally to friction surface parts for motor vehicles.

L'une des préoccupations actuelles des constructeurs automobiles est d'alléger les véhicules pour diminuer la consommation de carburant. One of the current concerns of car manufacturers is to lighten vehicles to reduce fuel consumption.

Cette préoccupation a conduit notamment à réaliser des pièces de freins (disques ou tambours) , ou des chemises de cylindres en alliage d'aluminium. This concern led in particular to produce brake parts (discs or drums), or cylinder liners in aluminum alloy.

Ces pièces sont cependant exposées à des contraintes particulières, principalement l'abrasion et le travail à chaud, qui rendent cette solution délicate à mettre en oeuvre. These parts are however exposed to particular constraints, mainly abrasion and hot work, which make this solution difficult to implement.

Ainsi l'on utilise conventionnellement pour ces pièces soit des alliages hypersilicés, de type AS18 ou AS22 ou leurs dérivés, et plus généralement des alliages à teneur en silicium supérieure à environ 13%, soit des composites à matrice aluminium, comportant une matrice en alliage d'aluminium renforcée par des fibres ou des particules céramiques, généralement de carbure de silicium ou d'alumine. Thus, conventionally, for these parts, hypersilicate alloys, of the AS18 or AS22 type or their derivatives, and more generally alloys with a silicon content greater than about 13%, or composites with an aluminum matrix, comprising an alloy matrix, are used. aluminum reinforced by fibers or ceramic particles, generally silicon carbide or alumina.

Cependant, des pièces massives de ce type, réalisées par moulage, présentent des inconvénients. However, massive parts of this type, produced by molding, have drawbacks.

Tout d'abord, les alliages hypersilicés et les composites à matrice métallique moulables présentent une tenue aux chocs médiocre, du fait de leur faible ductilité. First of all, hypersilicate alloys and moldable metal matrix composites exhibit poor impact resistance, due to their low ductility.

Par ailleurs, le moulage de pièces composites à matrice métallique massives est coûteux tant du point de vue des matières premières que du processus de moulage. Furthermore, the molding of massive metal matrix composite parts is expensive both from the point of view of the raw materials and of the molding process.

On connaît également par le document EP-A-0 498 719 un procédé permettant, à la coulée d'une pièce en alliage d'aluminium, de réaliser des inserts qui pourraient notamment constituer des zones de frottement. Document EP-A-0 498 719 also discloses a process allowing, when a piece of aluminum alloy is cast, to produce inserts which could in particular constitute friction zones.

Toutefois, cette technique connue est difficile à maîtriser et longue à mettre en oeuvre pour des surfaces de frottement de superficie importante. However, this known technique is difficult to master and long to implement for large surface friction surfaces.

La présente invention vise donc à réaliser des pièces à surface de frottement qui soient capables de travailler à haute température, qui présentent une bonne résistance à l'abrasion, qui présentent en même temps une bonne tenue aux chocs et qui soient faciles et économiques à réaliser. The present invention therefore aims to produce parts with a friction surface which are capable of working at high temperature, which have good abrasion resistance, which at the same time have good impact resistance and which are easy and economical to produce. .

Ainsi la présente invention propose un procédé de fabrication d'une pièce en alliage d'aluminium comportant une surface de frottement, notamment utilisable dans un véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à
mouler une pièce de base à l'aide d'un alliage d'aluminium hypoteutectique, et
souder sur ladite pièce de base une couche mince résistant à l'abrasion, formant surface de frottement, cette couche étant composée d'un matériau choisi dans le groupe comprenant les alliages à teneur en silicium comprise entre environ 13 et 23% et les composites à matrice aluminium et à particules de renfort non métalliques.Thus, the present invention provides a method for manufacturing an aluminum alloy part comprising a friction surface, in particular usable in a motor vehicle, characterized in that it comprises the steps consisting in:
mold a base part using a hypoteutectic aluminum alloy, and
weld a thin abrasion-resistant layer on said base part, forming a friction surface, this layer being composed of a material chosen from the group comprising alloys with a silicon content of between about 13 and 23% and the composites with aluminum matrix and non-metallic reinforcing particles.

Ainsi, selon l'invention, on renforce localement une pièce devant travailler en frottement, et l'on confère à la pièce les qualités totalement antagonistes que sont ductilité et résistance à l'abrasion. Thus, according to the invention, locally reinforces a part having to work in friction, and the part is given the totally antagonistic qualities of ductility and abrasion resistance.

Avantageusement, l'étape de soudure est effectuée par une technique de soudage choisie parmi la soudure Tungstène
Inerte-Gaz, la soudure Métal-Inerte-Gaz et la soudure au
Laser.Advantageously, the welding step is carried out by a welding technique chosen from Tungsten welding.
Inert-Gas, Metal-Inert-Gas welding and
Laser.

La taille des particules de renfort est avantageusement de l'ordre de 5 à 20 ssm.  The size of the reinforcing particles is advantageously of the order of 5 to 20 ssm.

Typiquement, notamment pour une application du type surface de freinage pour véhicule automobile, l'épaisseur de la couche mince d'alliage d'aluminium résistant à l'abrasion est comprise entre environ 1,5 et 10 mm, de préférence entre 2,5 et 5 mm.  Typically, in particular for an application of the braking surface type for a motor vehicle, the thickness of the thin layer of abrasion-resistant aluminum alloy is between approximately 1.5 and 10 mm, preferably between 2.5 and 5 mm.

L'invention propose par ailleurs un tambour de frein pour véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il est réalisé par le procédé tel que défini ci-dessus, la couche mince d'alliage d'aluminium résistant à l'abrasion étant soudée dans un renfoncement cylindrique formé dans la pièce de base pour former une surface de contact avec des plaquettes de freinage. The invention further provides a brake drum for a motor vehicle, characterized in that it is produced by the method as defined above, the thin layer of abrasion-resistant aluminum alloy being welded in a cylindrical recess formed in the base part to form a contact surface with brake pads.

L'invention propose également un disque de frein pour véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il est réalisé par le procédé tel que défini ci-dessus, deux couches minces d'alliage d'aluminium résistant à l'abrasion étant soudées sur les deux grandes faces de la pièce de base pour former des surfaces de contact avec des plaquettes de freinage. The invention also provides a brake disc for a motor vehicle, characterized in that it is produced by the method as defined above, two thin layers of abrasion-resistant aluminum alloy being welded on the two large faces of the base part to form contact surfaces with brake pads.

L'invention propose enfin un bloc-cylindre pour moteur à combustion notamment de véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il est réalisé par le procédé tel que défini cidessus, la ou chaque couche mince résistant à l'abrasion formant un revêtement intérieur de cylindre. The invention finally provides a cylinder block for a combustion engine, in particular for a motor vehicle, characterized in that it is produced by the method as defined above, the or each abrasion-resistant thin layer forming an internal coating of the cylinder. .

Grâce à la présente invention, les inconvénients liés à la réalisation en fonderie de pièces massives à base de composites à matrice métallique sont supprimés. Plus précisément, les problèmes de décantation des renforts et de désoxydation rencontrés lors du moulage des composites à matrice métallique sont supprimés. En outre, les matériaux de base sont beaucoup moins coûteux, du fait notamment que la quantité de composites est significativement réduite. Thanks to the present invention, the drawbacks linked to the production in foundries of solid parts based on metal matrix composites are eliminated. More specifically, the problems of settling of the reinforcements and of deoxidation encountered during the molding of the metal matrix composites are eliminated. In addition, the basic materials are much less expensive, in particular because the quantity of composites is significantly reduced.

Enfin la quantité de copeaux formés de composites à matrice métallique, qui posent des problèmes de refusion, est réduite.Finally, the amount of chips formed from metal matrix composites, which pose reflow problems, is reduced.

En outre, les inconvénients des pièces massives en alliages d'aluminium hypersilicés sont également palliés. In addition, the drawbacks of massive parts made of hypersilicate aluminum alloys are also overcome.

Plus particulièrement, le renfort étant apporté par soudure sur un substrat d'aluminium, il refroidit à grande vitesse, ce qui garantit une taille des grains de silicium primaire fine et homogène (typiquement de l'ordre de 10 à 20 pn. En outre, la pièce de base moulée est constituée d'un alliage hypoeutectique, dont la qualité (dégazage, absence de défauts du type retassure) est beaucoup plus facile à maîtriser que dans le cas d'un alliage hypereutectique.More particularly, the reinforcement being provided by welding on an aluminum substrate, it cools at high speed, which guarantees a fine and uniform size of the primary silicon grains (typically of the order of 10 to 20 pn. In addition, the molded base part is made of a hypoeutectic alloy, the quality of which (degassing, absence of shrinkage type defects) is much easier to control than in the case of a hypereutectic alloy.

Enfin, aussi bien pour ce qui concerne les composites à matrice métallique que les pièces massives en alliage hypersilicé, l'usinage des matériaux résistant à l'abrasion est essentiellement limité à la surface de frottement, ce qui réduit l'usure des outils de coupe et d'usinage. Finally, for both metal matrix composites and solid parts in hypersilicate alloy, the machining of abrasion-resistant materials is essentially limited to the friction surface, which reduces the wear of the cutting tools. and machining.

On va maintenant donner à titre d'exemple non limitatif un certain nombre d'exemples de réalisation de pièces selon la présente invention, cette description étant faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels
la figure 1 est une vue en coupe axiale schématique d'une pièce de base pour tambour de frein,
la figure 2 est une vue en coupe axiale du tambour brut avant usinage,
la figure 3 représente la microstructure du tambour de la figure 2 dans la région de transition entre l'alliage de base et l'alliage apporté par soudure, et
la figure 4 représente la microstructure d'une variante de réalisation du tambour de la figure 2.We will now give, by way of nonlimiting example, a certain number of embodiments of parts according to the present invention, this description being made with reference to the appended drawings, in which
FIG. 1 is a schematic axial section view of a basic part for a brake drum,
FIG. 2 is a view in axial section of the raw drum before machining,
FIG. 3 represents the microstructure of the drum of FIG. 2 in the transition region between the base alloy and the alloy provided by welding, and
FIG. 4 represents the microstructure of an alternative embodiment of the drum of FIG. 2.

Exemple l
On a représenté sur la figure la une pièce en alliage d'aluminium brute de fonderie, sous la forme d'un tambour de frein T. Cette pièce est réalisée par exemple en alliage de type AS7G03 par un procédé de moulage par gravité en mottes sables.Example l
There is shown in the figure a piece of raw aluminum alloy foundry, in the form of a brake drum T. This piece is made for example of alloy type AS7G03 by a gravity molding process in sand clods .

Dans la face intérieure du tambour est venu de fonderie un renfoncement R d'une profondeur par exemple de 4 à 5 mm. In the inner face of the drum came from the foundry a recess R with a depth for example of 4 to 5 mm.

On rapporte dans ce renfoncement, par soudure TIG (Tungstène Inerte Gaz), un alliage hypersilicé de type
AS18UNG, cet alliage d'apport se présentant par exemple sous forme de baguettes de 5 mm de diamètre.We report in this recess, by TIG (Tungsten Inert Gas) welding, a hypersilicate alloy of the type
AS18UNG, this filler alloy, for example in the form of rods 5 mm in diameter.

La pièce brute (avant usinage) obtenue est illustrée sur la figure 2. La couche de soudure est désignée par la référence S. The blank (before machining) obtained is illustrated in Figure 2. The weld layer is designated by the reference S.

La figure 3 illustre la microstructure du tambour dans la région de transition entre l'alliage de base et l'alliage rapporté par soudure. On observe sur cette figure que la taille et la répartition des cristaux de silicium primaire (en bas sur la figure) sont très homogènes, la taille des grains de silicium étant de l'ordre de 10 à 20 Fm.  FIG. 3 illustrates the microstructure of the drum in the transition region between the base alloy and the alloy added by welding. It can be seen in this figure that the size and distribution of the primary silicon crystals (below in the figure) are very homogeneous, the size of the silicon grains being of the order of 10 to 20 Fm.

L'alliage hypersilicé est soudé sur une épaisseur au moins égale à la profondeur du renfoncement, de façon à remplir celui-ci. La surface de frottement est obtenue après une étape finale d'usinage. The hypersilicate alloy is welded to a thickness at least equal to the depth of the recess, so as to fill it. The friction surface is obtained after a final machining step.

Exemple 2
On réalise une pièce de base pour tambour identique à celle de l'exemple 1, avec le même alliage AS7G03.Example 2
A base piece for a drum identical to that of Example 1 is produced, with the same AS7G03 alloy.

On rapporte, également par soudure TIG, un alliage connu sous la dénomination commerciale Duralcan (Marque
Déposée), qui est un alliage de type AS7G contenant 20% de renforts de carbure de silicium SiC, constituant un composite à matrice métallique.An alloy known under the trade name Duralcan (Brand is also reported by TIG welding).
Filed), which is an AS7G type alloy containing 20% silicon carbide reinforcements SiC, constituting a metal matrix composite.

Le composite d'apport se présentait, comme dans le cas de l'exemple 1, sous forme de baguettes de 5 mm de diamètre. The filler composite was, as in the case of Example 1, in the form of rods 5 mm in diameter.

La figure 4 illustre la microstructure obtenue au niveau de la transition entre l'alliage de base et le composite à matrice métallique rapporté par soudure. On observe sur cette figure que la liaison métallique est satisfaisante, et que la répartition des grains de renfort en SiC est homogène. FIG. 4 illustrates the microstructure obtained at the level of the transition between the base alloy and the metal matrix composite added by welding. It can be seen in this figure that the metallic bond is satisfactory, and that the distribution of the SiC reinforcing grains is homogeneous.

Bien entendu, la présente invention n'est nullement limitée aux formes de réalisation décrites et représentées, mais l'homme de l'art saura y apporter toute variante ou modification conforme à son esprit. Of course, the present invention is not limited to the embodiments described and shown, but those skilled in the art will be able to make any variant or modification in accordance with his spirit.

En particulier, d'autres procédés de soudure que celui décrit, et notamment le procédé MIG (Métal Inerte Gaz), et le procédé au Laser, peuvent être utilisés.  In particular, other welding processes than that described, and in particular the MIG (Metal Inert Gas) process, and the Laser process, can be used.

Claims (8)

REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'une pièce en alliage d'aluminium comportant une ou plusieurs surfaces de frottement, notamment utilisable dans un véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à  1. A method of manufacturing an aluminum alloy part comprising one or more friction surfaces, in particular usable in a motor vehicle, characterized in that it comprises the steps consisting in: mouler une pièce de base à l'aide d'un alliage d'aluminium hypoteutectique, et mold a base part using a hypoteutectic aluminum alloy, and souder sur ladite pièce de base une ou plusieurs couches minces résistant à l'abrasion, formant la ou les surfaces de frottement, la ou chaque couche étant composée d'un matériau choisi dans le groupe comprenant les alliages à teneur en silicium comprise entre environ 13 et 23% et les composites à matrice aluminium et à particules de renfort non métalliques. weld on said base part one or more thin abrasion-resistant layers, forming the friction surface or surfaces, the or each layer being composed of a material chosen from the group comprising alloys with a silicon content of between approximately 13 and 23% and composites with an aluminum matrix and non-metallic reinforcing particles. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape de soudure est effectuée par une technique de soudage choisie parmi la soudure Tungstène-Inerte-Gaz et la soudure Métal-Inerte-Gaz. 2. Method according to claim 1, characterized in that the welding step is carried out by a welding technique chosen from Tungsten-Inert-Gas welding and Metal-Inert-Gas welding. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le composite à matrice d'aluminium contient des particules de renfort choisies parmi le carbure de silicium et l'alumine. 3. Method according to one of claims 1 and 2, characterized in that the aluminum matrix composite contains reinforcing particles chosen from silicon carbide and alumina. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la taille des particules de renfort est de l'ordre de 5 à 20 Clam.  4. Method according to claim 3, characterized in that the size of the reinforcing particles is of the order of 5 to 20 Clam. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'épaisseur de la couche mince d'alliage d'aluminium résistant à l'abrasion est comprise entre environ 1,5 et 10 mm, de préférence entre 2,5 et 5 mm. 5. Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the thickness of the thin layer of abrasion resistant aluminum alloy is between approximately 1.5 and 10 mm, preferably between 2 , 5 and 5 mm. 6. Tambour de frein pour véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il est réalisé par le procédé selon l'une des revendications 1 à 5, la couche mince d'alliage d'aluminium résistant à l'abrasion étant soudée dans un renfoncement cylindrique formé dans la pièce de base pour former une surface de contact avec des plaquettes de freinage. 6. Brake drum for a motor vehicle, characterized in that it is produced by the method according to one of claims 1 to 5, the thin layer of abrasion-resistant aluminum alloy being welded in a cylindrical recess formed in the base part to form a contact surface with brake pads. 7. Disque de frein pour véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il est réalisé par le procédé selon l'une des revendications 1 à 5, deux couches minces d'alliage d'aluminium résistant à l'abrasion étant soudées sur les deux grandes faces de la pièce de base pour former des surfaces de contact avec des plaquettes de freinage. 7. Brake disc for a motor vehicle, characterized in that it is produced by the method according to one of claims 1 to 5, two thin layers of abrasion-resistant aluminum alloy being welded to the two large faces of the base part to form contact surfaces with brake pads. 8. Bloc-cylindre pour moteur à combustion notamment de véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il est réalisé par le procédé selon l'une des revendications 1 à 5, la ou chaque couche mince résistant à l'abrasion formant un revêtement intérieur de cylindre.  8. Cylinder block for a combustion engine, in particular for a motor vehicle, characterized in that it is produced by the method according to one of claims 1 to 5, the or each abrasion-resistant thin layer forming an inner coating of cylinder.
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