CA1106265A

CA1106265A - Procede de traitement thermique et de trempe des pieces forgees

Info

Publication number: CA1106265A
Application number: CA299,811A
Authority: CA
Inventors: Georges Lacoste; Jean-Marie A. Bouvaist
Original assignee: POUR LE FORGEAGE ET L'ESTAMPAGE DES ALLIAGES LEGERS FORGEAL Ste
Current assignee: POUR LE FORGEAGE ET L'ESTAMPAGE DES ALLIAGES LEGERS FORGEAL Ste
Priority date: 1977-03-31
Filing date: 1978-03-28
Publication date: 1981-08-04
Also published as: FR2385809A1; DE2813510A1; IT7821599A0; BE865571A; NL7803344A; GB1599814A; IL54359A0; SE7803613L; IT1094290B; IL54359A; US4177086A; FR2385809B1

Abstract

Un procédé de traitement thermique et de trempe des pièces forgées en alliages susceptibles de durcissement structural. Le procédé consiste à combiner un traitement thermique une température supérieure à celle du solidus d'équilibre de l'alliage avec l'application d'un revêtement isolant sur les pièces avant le traitement de mise en solution précédant la trempe. On obtient, alors, des caractéristiques mécaniques élevées même à coeur, tout en maintenant un niveau de contraintes résiduelles faible en surface. Le procédé s'applique, en particulier, au traitement des pièces forgées en alliages d'aluminium destinées à l'industrie aéronautique.

Description

6~

L'inventlon concerne un nouveau procédé de traitement thermique e-t de trempe des alliages d'aluminiùm à durcissement structural s'appliquant en particulier aux pièces forgées.
Il s'applique à toutes les catégories d'alliages pré-sentant cette possibilité de durcissement, c'est-à-dire essentiel-lement aux alliages:
- de la série 2000: alliages Al-Cu Al-Cu-Mg Al-Cu-Mg-Si tel l'A-U4Gl: 2024 ou l'A-.U4SG: 2014 .

- de la série 6000: alliages Al-Mg-Si - de la série 7000: alliages Al-Zn-Mg et Al-Zn-Cu-Mg C'est pour ces alliages, largement utilisés dans la construction aéronautique en raison cle leurs caractéristiques élevées, que le.traitement, objet de l'invention, présente le plus ~
d'intérêt et, en particulier pour les alliages 7075, 7175, 7475 et 7050 dont les compositions nominales sont indiquées ci-après: ::
_ _ _ i __ ALLIAGE Si ~e Cu r~n ;~ Cr Zn Ti ~r _~________ _ ___ ___ ________ ____ ________ _____ ______ _~___. _ _ _._ _ . . ..
7075 0,40 0,5 ¦1,2-2,0 0,3v 2,1-2,9 -0135 5,1-6,1 Ti 0,~ 25Zr ~ .
7175 0,15 0,20 1,2-2,0 0,10 2,1-2,9 0,18 5,1-6,1 0,10 _ :~ . ~ l _ -0 30 _ 7475 0,10 0,12 1,2-1,9 0,06 1,9-2,6 0,18- 5,2-6,2 0,06 _ . .
__ . -n,~s . _ ;
. 70S0 0,12 0,15 2,0-2,6 0,10 1,9_2,6 0,04 5,7-6,7 ~,06 0,08 :~

Les valeurs sont indiquées en % poids, une seule valeur dans la ::
: .
case indiquant une teneur maximale. ~ :

La trempe des pièces en alliages d'aluminium et plus particulièEement des pièces de forme évolutive et de section variable telles que celles obtenues par forgeage ou matricage se heurte a des difficultés.
..

Selon la présente invention, il'est prévu un procédé
de traitement de pièces forgées à partir de billettes ou de pla-ques coulées, en alliages d'aluminium à durcissement structural des séries 2000, 6000 ou 7000,caractérisé en ce que, ~ un moment quelconque du cycle de fabrication, on soumet le demi-produit ou le produit fini à un traitement thermique à une température com-prise entre Tl, température de solidus d'équilibre et T2, tempé-rature de liquidus, pendant une durée de 0,5 heure à 12 heures, en ce que, avant la mise en solution précédant la trempe sur le produit fini, le produit est revêtu, sur toute sa surface, d'un revêtement isolant et en ce qu'il est ensuite trempé à l'eau chaude ou bouillante.
Les inconvénients de l'art antérieur, ainsi que les avantages et les caractéristiques de la présente invention vont être décrits ci-après en ayant comme références les dossiers, -dans lesquels: ~ -la Figure 1, montre des vitesses de refroidissement à .
coeur selon l'art antérieur variant selon l'épaisseur locale ' d'une pièce, ' la Figure 2, représente des caractéristiques mécaniques . :
d'un alliage illustrés par la dureté Vickers selon l'art antérieur, la Figure 3, représente la variation de la limite élas-tique en hbar en fonction de la température d'un alliage selon ' .
l'art antérieur, les Figures 4,'S, 6 et 7 représente selon la présente : .
. invention, la variation, en fonction du temps, de la différence de température ~T entre coeur et centre des pièces au cours de :' la période de trempe, '~
la Figure 8, montre la variation de température super-' ficielle pendant les premières'secondes de la trempe d'un alliage.
la Figure 9 représente une vue en perspective d'une ~' piece d'essais, ''

-2- : ;
.' , :; , ' ' .. . , ,. . . - - .-la Figure 10, est une coupe suivant xy de la Figure 9, les Figures 11 et 12 représentent respectivement une vue de dessous`selon la direction z et une vue de droite selon la direction w après un usinage permettant la mesure des défor-mations.
Une première difficulté réside dans le fait que, selon l'épaisseur locale de la pièce, les vitesses de refroidissement à coeur varient dans des proportions considérables. Ceci est illustré par le graphique de la figure 1 tiré de l'ouvrage "Aluminium", volume I édité par Kent R. Van Horn, sous l'égide de l'American Society for Metals, et dont les unités anglo-saxonnes: épaisseur en Inch et température en degré Fahrenheit, ont été -transformées en unités internationales.
Sur ce graphique sont portées en abscisse les vitesses moyennes de refroidissement en C/seconde entre 39~ C et 288 C du coeur d'une tôle dont l'épaisseur est donnée en ordonnées pour diEférentes températures de l'eau de trempe, la courbe en traits interrompus étant la limite théorique en supposant que la sur-~ace de la tôle se refroidisse instantanément à 99C au moment .
'~ 20 de la trempe.
.:
L'examen de ce tableau montre que, dans le cas de pièces d'épaisseur 150 mm, la vitesse de refroidissement à coeur varie entre 0,3 et 0,4C/seconde dans l'eau bouillante, à 4C/seconde dans l'eau froide à 24C, la vitesse limite due à la conductibi-lité thermique du métal, et en supposant que la peau se refroi-,~ disse instantanément à 99C, étan-t de l'ordre de 6 à 7C/seconde.
, Les chiffres correspondants pour une épaisseur de 75 mm ` sont les suivants:
- dans l'eau bouillante, 0,6 à 0,7C/seconde, - dans l'eau froide, environ 10C/seconde, .. . .
- vitesse limité théorique, environ 30C/seconde.

Cette différence entre les vitesses limites théoriques n s et les vitesses observées par l'expérience tient à ce que la surface de la pièce trempée, après avoir subi dans les premiers instants de la trempe, un refroidissement extrêmement rapide, une hypertrempe, s'entoure immédiatement d'une gaine de vapeur d'eau diminuant considérablement les échanges thermiques avec, comme conséquence, une température de surface bien supérie~e à 100C, ce qui limite donc le flux de chaleur dû ~ la conduc-tibilité à l'intérieure de la pièce.
Or, il est bien connu que les alliages d'aluminium durcissement structural, pour réagir au revenu, doivent être trempés à une vitesse de refroidissement suffisante pour que les élément~ durcissants restent en solution solide sursaturée.
Pour l'alliage 7075 par exemple, cette vitesse critique de trempe est de l'ordre de 40C/seconde. Il est clair que, dans ces conditions, même une pièce de 75 mm d'épaisseur ne sera pas parfaitement trempée.
Le certificat d'addition fran,cais n 2.293.496, "Procédé
d'abaissement de la vitesse critique de trempe d'alliages d'Alu-minium à caractéristiques élevées", décrit un procédé permettant d'utiliser des moyens de trempe moins énergiques que l'eau froide tels que liair calme ou l'eau bouillante sans perte notable de caractéristiques mécaniques. Ce procédé consiste ~ faire un traitement thermique à une température Tt comprise entre la tem-pérature du solidus Tl et celle du liquidus T2 de l'alliage, pendant une durée comprise entre 0,5 h et 12h. ;
Dans ces conditions, les caractéristiques mécaniques il-lustrées par la dureté Vickers sont représentées par la figure 2 extraite du Certificat d'addition en référence.
. .
La courbe A représente l'alliage traité selon l'art antérieur et la courbe ~, l'alliage traité selon l'invention du certificat d'addition n 2.293.496.

On constante que, pour une vitesse de refroidissement _~_ . :

.:

de l'ordre de 40C/seconde qui, d'après le tableau de Van Horn, correspond à une trempe à l'eau froide d'une pièce pas trop épaisse (entre 25 et 50 mm), les caxactéristiques obtenues so~t très proches des caractéristiques maximales sur pièce -traitée selon l'art antérieur et comparables à celles obtenues sur une pièce traitée selon l'invention avec une vitesse de trempe de 8C/seconde seulement.
Cette amélioration est dûe à la diminution de la vitese critique de trempe obtenue par le procédé revendiqué. Or, le tableau de Van EIorn montre que, pour des épaisseurs de 75 mm, cette vitesse de 8C/seconde n'est atteinte à coeur qu'à condi-tion de tremper à l'eau froide, et ne peut être atteinte à coeur pour les epaisseurs de 150 mm. Mais, une deuxième difficulté ap-paraît alors: la trempe, par des moyens très énergiques tels que l'eau froide est une source de tensio~s résiduelles, donc de déformation des pièces après usinage, en raison précisément ~
du refroidissement extrêmement brutal de la seule zone externe ~ `
des pièces puisque, déjà, à une faible distance sous la surface, l'évacuation de chaleur est freinée par la résistance thermique de l'aluminium et, surtoutj par le film de vapeur qui s'établit presque instantanément. On arrive ainsi à une situation où la vitesse de trempe est beaucoup trop élevée en surface et trop faible à l'intérieur des pièces.

.
Or, il se trouve malheureusement que le traitement thermique à une température supérieure à celle du solidus vrai de l'alliage en-traine une plus grande sensibilité à cet effet de -~' création de contraintes résiduelles provoquées par un refroidis- -sement brutal.
L'exp~ication est la suivante-En première approximation, la déformation totale créée par la trempe est proportionnelle à ~T, différence de température entre le coeur et la surface des pièces:

~5~

~T = deformatlon totale = aGT
Or, cette déformation ET est la somme d'une déformation élastique et une déformation plastique, cette derniere étant per-manente:

ET = Eelast. ~Eplastique La deformation élastique est égale a ~0 ou ~O représente la limi-te élastique du métal et E le module d'elasticite.
Sur les courbes de la figure 3 est representée la varia-tion de la limite élastique en hbar en fonction de la température.
La courbe A représente l'évolution de la limite elastique oo d'un alliage ayant subl un traitement de mise en solution normal en-dessous de la température Tl.
La courbe B, l'évolution de la limite élastique oO d'un alliage ayant subi le traitement thermique a une température supé-rieure à Tl.
Ces deux courbes sont pratiquement confondues aux basses `
températures. En revanche, on note un décrochement au-dela de 300C, les limites élastiques de la courbe B étant lfigerement inférieures a celles de la courbe A.
Ce phénomene s'explique par le fait que, aux hautes tempe-ratures, l'alliage ne doit plus ses caractéristiques mécaniques aux zones de Guinier-Preston qui ont été resorbees dans la matrice, mais aux dispersoides qui subsistent (durcissement par phases di-persées). Or, dans le métal traité au-dela de Tl, ces dispersoides ont coalescé, c'est-a-dire qu'ils sont plus gros et plus distants ~ -les uns des aùtres que dans le métal ayant subi une mise en solu-tion classique.
La limite élastique étant ainsi plus faible et E, module .
d'élasticité dont la valeur est liée a la matrice et non aux phases dispersées, ne variant pas par rapport au métal traité
classiquement, ~O/~ va etre plus faible, de même que Eélastique Comme:

~6-, ~ T Eelastique t plastique' elastique P
~plast sera plus fort, donc la deformation permanente de l'allia-ge sera plus élevée.
Le proc~dé de traitement découvert par la demanderesse combine:
- le traitement thermique à haute temperature, - l'enduction des pieces prealablement à la trempe à
l'aide d'un revêtement isolant, - la trempe des pièces à l'eau chaude ou bouillante.
Si l'on enduit, avant le traitement de mise en solution précédant la trempe, les pièces à tremper d'un revêtement isolant et réfractaire, l'on constate que, paradoxalement, la vitesse de refroidissement pendant la trempe dans l'eau s'accroit. Ceci s'explique de la facon suivante: l'enduit étant isolant, un gra-dient important de température est créé à l'intérieur de ce reve-tement dont la surface externe au contact avec l'eau est donc à
plus basse température que ne le serait la surface de la pièce non revêtue. Or, l'ébullition nucléée à ëchanges thermiques élevées remplace l'ébullition en film en-dessous d'une certaine température de paroi.
Dans ces conditions, on atteindra très vite l'ébullition nucleée et la vitesse de refroidissement globale de la pièce s'en trouvera accrue.
En dépit de cette augmentation globale de la vitesse de -~
trempe, les déformations ne se trouveront pas accrues car, ainsi qu'il a été indiqué, ces deformations sont proportionnelles à ~T, différence de température entre coeur et surface des pièces. Or, :
si le ~T moyen, dans le cas des pièces revetues, est supérieur à
celui des pièces non revêtues, sa variation, au cours de la période de trempe, est très différente. Ce phénomène est illustré sur les figures 4, 5, 6 et 7.
La figure 4 représente la variation, en fonction du temps, depuis le début de la trempe, de la température au centre d'un cylindre de diamètre 50 mm (courbe I), de la température en sur-face du mêm cylindre (courbe II), de la difference de température entre le centre et la surface (courbe III), dans le cas d'une trempe à l'eau à 20C, la pièce en A-U4SG (2014) n'ayant pas été
enduite d'un revêtement isolant.
La figure 6 représente avec les mêmes repères, I, II, III, les mêmes variations de température en fonction du temps, dans le cas d'un même cylindre du même alliage, trempé cette Eois-ci a l'eau à 100C, la pièce ayant été enduite d'un revêtement isolant.
La difference essentielle réside dans l'allure de la courbe de ~T en fonction du temps qui présente, dans le cas de la trempe sans revêtement, un maximum marqué aux environs des toutes premières secondes de la trempe, alors que, dans le cas de la trempe avec revêtement, on n'observe pas de maximum, mais une sorte de plateau pendant la majeure partie de la trempe avec un ~T sen-siblement constant.
Les courbes I, II, III, dans le cas de la trempe à l'eau a 20C avec revêtement et à lOO~C sans revêtement, non représentées, 20- montreraient que l'existence du maximum dans la courbe de ~T
-(courbe III) est liée a l'absence de revêtement: il est donc ob-servé, avec une amplitude certes plus faible, dans le cas de la .
trempe a l'eau bouillante sans revatement alors que le plateau à

QT sensiblement constant est observé pendant la trempe à l'eau à

20C de pièces revêtues.

Sur les courbes des figures 5 et 7, on a représenté: ~-Courbes IV et IV', la variation de la limite élastique de l'alliage en surface du cylindre en fonction du temps de trempe. La courbe IV a été tracee d'apres la courbe de refroidissement II en mesurant la limite élastique de l'alliage en fonction de la température.

La courbe IV' est symétrique de lacourbe IV par rapport à l'axè

des temps; elle a eté tracée afin de mettre en evidence les points ;26~i o~ la contrainte tangentielle en surface représentée par la courbe V dépasse en valeur absolue la limite élastique puise cette con-trainte, d'abord positive, devient ensuite négative.
Les courbes V et VI représentent les contraintes tangen--tielles en surface et au centre respectivement; elles sont calcu-lées à partir des courbes de refroidissement et des caractéris-tiques mécaniques expérimentales de l'alliage en fonction de la température.
La comparaison des figures 5 et 7 met en évidence deux phénomènes:
a) dans le cas de la trempe à l'eau froide sans revêtement, la courbe des contraintes en surface dépasse la limite élastique en deux points, l'un à proximite du maximum de ~T, l'autre vers la dixième seconde, ce qui donne naissance à deux deformations plas-tiques de sens inverse. En outre, la différence des contraintes après trempe entre surface et centre s'élève, dans ce cas à
25,2 hbars.
b) dans le cas de la trempe ~ l'eau bouillante avec revêtement, la courbe des contraintes en surface ne dépasse que tres peu la courbe de la limite ~lastique: elle lui est approximativement tangente.
La différence des contraintes après trempe entre surface et coeur n'est plus que 16,5 hbars.
L'application d'un revêtement isolant a également un autre effet qui peut être decrit de la façon suivante:
La courbe II de la figure 4 n'a en realité pas de signifi-cation physique car, pendant les premières secondes de la trempe, la variation de temperature superficielle subit des variations - desordonnées due a l'instabilite du film de vapeur, telle qu'elle peut etre illustrée par la courbe en traits interrompus de la figure 8.- Ces variationsi qui sont trop rapides pour être decelees par un thermocouple,sont tres funestes à un double point de vue:

_9_ 626~i tout d'abord, elles contribuent a augmenter le niveau des con-traintes residuelles qui se cumulent et, surtout, chaque refroi-dissement élémentaire constitue une phase de germination des phases durcissantes, le réchauffement ultérieur, une phase de croissance, ce qui diminue la sensibilité de l'alliage au revenu, une partie des éléments durcissants ayant déja précipité et co-alescé au cours de la trempe.
L'invention apparait donc comme la combinaison des trois moyens qui réagissent mutuellement pour corriger leurs inconvénients respectifs et parvenir à un compromis de caractéristiques et de contraintes résiduelles satisfaisant.
Le traitement thermique a haute température permet de diminuer la vitesse critique de trempe, donc de rendre la vites-se de refroidissement suffisante au coeur des pieces épaisses;
mais, augmentant les contraintes résiduelles, il nécessite des moyens de trempe plus doux: eau chaude ou bouillante et le re-vêtement permet d'augmenter la vitesse globale de refroidissement tout en évitant une différence de température coeur surface trop elevée au début de la trempe, ce qui remonterait le niveau des contraintes.
La combinaison de ces trois moyens est susceptible de -deux variantes selon l'objectif que l'on se donne:
- si, sur des pieces relativement épaisses, par exemple jusqu'a 75 mm environ, on veut conserver à coeur les caracteris-tiques maximales, on u*ilisera une trempe a l'eau chaude, ~ 70C, par exemple.
La combinaison des trois moyens: traitement thermique, enduction et trempe assurera a coeur l'obtention des caractéris-tiques mécaniques élevées par diminution de la vitesse critique de trempe (caractéristiques intrinsaques de l'allia~e), et par augmentation simultanee de la vitesse de refroidissement a coeur.

Le niveau de contraintes résiduelles, bien que notable, sera ce--10-- ' ' .

pendant inférieur à celui des pIaces trempees à l'eau froide.
- s~, sur des pièces sens~blement plus epaisses Ide l'ordre de 150 mm par exemple), on veut avant tout eviter les contraintes résiduelles, on trempera a l'eau bouillante, la pré-sence de revêtement e-t le traitement thermique assurant des carac-téristiques suffisantes bien ou inferieures à ce qu'elles seraient avec une trempe à 70C, tandis que la trempe à l'eau bouillante di-minuera fortement les contraintes residuelles.
Il faut ici remarquer que, si le traitement thermique a haute temperature etait pratique seul, on obtiendrait dans ces deux cas des caracteristiques a coueur plus faibles, et insu~-fisantes dans le cas de la trempe à l'eau bouillante.
Si, en revanche, on utilisait le revêtement et la trempe a l'eau bouillante seuls, les contraites residuelles seraient fortement diminues mais, en depit de l'augmentation globale de vitesse de refroidissement a coeur provoquee par le revêtement, les caracteristiques seraient insufEisantes car la vitesse de re-froidissement, bien qu'augmentée, resterait inférieure à la vites-se critique de trempe.
En outre, un écaillage local du revêtement aurait, dans ce cas, un effet sur les caractéristiques locales catastro-phique, au contraire, avec l'àpplication du traitement thermique à haute temperature, cet effet est plus attenue puisque la pente de la courbe des caractaristiques, en fonction de la vitesse de refroidissement, est plus faible~
Le traitement thermique a haute température, qui est un des éléments de la combinaison objet de l'invention, est decrit dans les brevets français 2.256,960 et 2.293.496; il consiste a porter une piace en alliage d'aluminium au-dessus de la tempéra-ture du solidus d'aquilibre Tl tout en restant au-dessous de la température du liquidus T2 et a l'y maintenir de 0,5 heure a 12 heures, a condition que, au moment du traitement, la teneur du métal en hydrogene susceptible de se dégager sous forme gazeuse jusqu'a la température T2 soi-t inférieure a 0,5 ppm et, de préférence, inférieure a 0,2 ppm ou mame 0,1 ppm.
Dans le cadre de la présente invention, deus parti-cularités doivent être notées concernant ce traitement thermique:
1 ) Il peut être pratiqué à n'importe quel moment dans le cycle de fabrication des pieces forgées:
a) sur les produits de fonderie, billettes, lopins ou plateaux destinés à la forge, b) sur des ébauches ayant déja subi un préfor-geage ou un pétrissage, c) sur le produit fini, donc immédiatement avant -la trempe.
Il peut être éventuellement répété au cours de cycle:
il est,par exemple, possible de faire la gamme suivante: homo- `i généisation normale d'une billette, préforgeage, premier traite-ment, à haute température au-delà de Tl, forgeage, enduction, deuxième traitement à haute température au-dela de Tl, trempe a l'eau bouillante et revenu.
2~ 2) Il n'est pas suivi obligatoirement d'un maintien à température plus basse inférieure à Tl, sauf s'il précède directement la trempe, car on ne peut tremper un produit présen-tant une phase liquide sans l'endommager irrémédiablement.
- L'enduction des pieces par un revêtement isolant consiste à déposer par un moyen quelconque une couche provisoire-ment adhérente de produit réfractaire isolant par un moyen quel-conque: pinceau, pistolet, trempé. Cette opération, dont l'effet se fait sentir 3 la trempe, doit être faite avant le traitement thermique de mise en solution.
Les revêtements lsolants sont choisis, à la fois, pour leur propriétés d'isolation thermique, de tenue à la tempéra-ture et aux chocs thermiques, d'adhérence a la piace au moment de ~12-l'application, puis de la mise en solution et, enfin de la trempe.
On a obtenu d'excellents résultats en utilisant un mélange en proportions convenables de sulfat de baryum, d'oxyde de titane, de silicate de soude et d'eau (revêtement RFl).
On peut egalement utiliser un mélange réalisé au moment de l'emploi d'une première mixture comprenant de la colle cellulosi-que, du glycérol, du ciment réfractaire et du rutile en suspen-sion, avec une deuxième comprenant du plâtre en suspension dans une solution de silicate de soude (revêtement RFX).
Ces formules ne sont indiquées qu'à titre d'exemple et l'on peut uti~liser bien d'autres types de revêtement isolants sans sortir du cadre de l'invention.
Ces revêtements sont appliqués de façon la plus uniforme possible sur toute la surface exterieure des pièces à traiter. On se contente, le plus souvent, d'appliquer une seule couche dont l'épaisseur, non critique, est de l'ordre de quelques dizièmes de mm, pouvant atteindre exceptionnellement 1 mm s'il s'agit de produits visqueux.
La trempe ~ l'eau chaude ou bouillante~ne présente pas de particularités par rapport a l'art antérieur: elle consiste en une immersion des pièces immédiatement à la sortie du four de mise en solution.
L'exemple qui suit sert à mieux faire comprendre l'invention, sans en restreindre la portée:

~Pour la fabrication d'une pièce forgée massive affectant la -~
forme générale d'un cylindre de 152 mm de diamètre, on a utllisé
des billettes d'alliage 7075 dont la composition nominale est:
' Si C 0,15 96 Fe C 0,20 %
Cu = 1,2-2,0 %

Mn ~ 0,10 %
': ' . ' " .

., i . . ~ . . . . . . . . . . . ..

Mg = 2,1-2,9 %
Cr = 0,18-0,30 %
Zn = 5,1-6,1 %
La température de solidus d~équilibre (point de fusion commen,cante à l'équilibre) de cet alliage est d'environ 532C.
La moitié des b~llettes a subi,avant forgeage, un traitement d'homogénéisation de type classique, c'est-à-dire 4 h à 467C (lot A) tandis que l'autre moitié subissait un traitement d'homogénéisation à haute température au delà du point de fusion commencante,soit 4 heures à 540C (lot B). Les billettes sont en~
sui.te forgées de fa,con à obtenir les pièces forgées définies. La moitié de chacun des deux lots A et B est revêtu d'un enduit com-posé d'une suspension d'oxyde de titane et de sulfate de baryum dans une solution de silicate de soude, l'autre moitié des pièces ~ :
- est laissée sans revêtement.
Nous obtenons, ainsi, deux lots de pièces revêtues Al et Bl et deux lots de pièces non revêtues A2 et s2.
Toutes les pièces sont alors soumises à un traitement de mise en solution de 3 heures à 470C.
Chacun des quatre lots est ensuite trempé soit à l'eau bouillante, soit ~ l'eau chaude à 70C, ce qui donne huit lots différents.
Sur chacun de ces lots on pratique alors un traitement de revenu en deux étapes de 6 heures à 105C, puis de 8 heures à
177C. Le tableau ci-après indique, pour chacune des huit condi-tions expérimentées, le niveau des contraintes résiduelles mesu-rées en hbar à coeur du cylindre dans le sens axial ainsi que les caractéristiques mécaniques à coeur dans le sens travers-court:

. .

., j , . .. .
-14- ;

- .. . .. .. . .. , , . . .. .. . . , . . .:

HOMOGENEISATION REVETEMENT TREMPE CARACTE.MECANI- CONTRAIN-QUES hbar TES RESI-DUELLES
. .__ _ Classique Hte OUI NON 70C 100C LE R A coeur sens Tem~
. .. __ _ X X X 37,9 46,2 8,8 18 .

X X X 10,8 25,7 20,7 2,5 . . _ X X X 40,0 47,5 ~,3 13 ..: '~
X X X 32,5 41,3 9,6 6 ~ . .
. ~ .... ._ _ ' X X X 45,3 51,9 7,5 22 . _ X X X 20,2 33,1 11,0 3,5 ~ ~_ : ' X X X 45,8 52,4 8,1 16 . _ l X X X 41,2 49,3 10,0 7,5 LE = limite élastique R = résistance à la rupture A = allongement I1 est clair que le procédé de l'invention illustré dans les deux dernières lignes du tableau produit les meilleurs compromis carac-téristiques mécaniques-contraintes. Selon le cas, on choisira la trempe a 70 C si on désire obtenir les caractéristiques maximales ou, au contraire, la trempe à 100C si l'on désire les contraintes minimales.

- Une pièce ayant la forme générale représentée sur la planche VII a comme dimensions approximatives 400 mm x 333 mm x 30 98 mm. La figure 9 représente une vue en perspective de cette pièce. La figure 10, une coupe xy. Les figures 11 et 12 repré-sentent respectivement une vue de dessous selon la direction z et - 15 - :
,, une vue de droite selon la direction w après un usinage permettant . .
la mesure des déformations.
Deux pièces de ce type repérées N ont subi une suite de traitements thermiques classique avec une trempe à l'eau à 65.
Deux pièces repérées E ont subi la même suite de -traitements ther-miques classique suivie d'une trempe à l'eau à 65. Elles avaient été, avant trempe, enduite d'un premier revêtement isolant RFl.
Deux pièces repérées X ont subi la même suite de traitements ther-miques classique suivie d~une trempe à l'eau à 65~. Elles avaient été avant trempe enduites d'un deuxième revêtement isolant RFX. .
Enfin, une pièce repérée T a subi un traitement thermique à haute température puis, après application du revetement isolant RFl et mise en solution, une trempe à l'eau bouillante. . : .
Afin de mettre en évidence les contraintes résiduel- :
les, on procède sur ces pièces à deux usinages successifs: le premier consiste à éliminer par enlèvement de copeaux la toile intérieure (6) qui constitue le fond.de la chape (7). Les deux bras de la chape ont alors tendance à se déformer et on mesure la variation de distance entre ces deux bras avant et après élimina-tion de la tôle.
On usine ensuite complètement la face supérieure de la pièce de façon à faire disparaitre toutes les nervures formant les parois de la chape et des caissons constituant la partle supé-rieure de la pièce qui a alors la forme représentée sur la figure 11 en vue de dessous et sur la figure 12 en vue de droite.
On fait ensuite reposer la pièce sur la face 8 et on - la bride sur la partie plane restant sur la face 9, puis on mesure les variations de cotes aux points repérés, a,.b, c, d, e, f sur :
la figure 11.
Le résultat de ces mesures figure dans le tableau ci-dessous où l'on a porté les déformations moyennes relevées dans le :

cas où.deux pièces identiques ont été traitées:

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On constate que les déformations des bras de la chape sont divisées par 2 par l~application du revêtement RFl et par 4 par l'application du revetement RFX ou par la combinaison de l'invention avec trempe à l'eau bouillante.
En ce qui concerne les déformations aux points a à f, seul le traitement selon l'invention a une influence considérable sur les déformations. L'amélioration apportée par les revête-ments seuls n'a qu'une influence favorable plus limitée. Les caractéristiques mécaniques mesurées en différents points des pièces sont du même ordre de grandeur.

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Claims

Les réalisations de l'invention, au sujet desquelles un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué, sont définies comme il suit:

1. Procédé de traitement de pièces forgées à partir de billettes ou de plaques coulées, en alliages d'aluminium à
durcissement structural des séries 2000, 6000 ou 7000, caractérisé
en ce que, à un moment quelconque du cycle de fabrication, on soumet le demi-produit ou le produit fini à un traitement ther-mique à une température comprise entre T1, température de solidus d'équilibre et T2, température de liquidus, pendant une durée de 0,5 heure à 12 heures, en ce que, avant la mise en solution précédant la trempe sur le produit fini, le produit est revêtu, sur toute sa surface, d'un revêtement isolant et en ce qu'il est ensuite trempé à l'eau chaude ou bouillante.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le traitement thermique à une température comprise entre T1 et T2 est fait sur la billette ou le plateau brut de fonderie avant toute opération de forgeage.

3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé
en ce que le traitement thermique à une température comprise entre T1 et T2 est fait à un stade intermédiaire sur un produit déjà
ébauché.

4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le traitement thermique à une température comprise entre T1 et T2 est fait sur le produit fini au moment de la mise en solution et est suivi immédiatement avant la trempe, d'un palier à une température inférieure à T1.

5. Application du procédé de la revendication 1, à
un traitement de pièces à forme évolutive présentant des parties très épaisses (supérieures à 75 mm) en alliages de la série 7000, caractérisé en ce que la trempe est faite à l'eau bouillante.

6. Application du procédé de la revendication 1 au traitement de pièces à forme évolutive présentant des parties relativement épaisses, mais inférieures à 75 mm, en alliages de la série 7000, caractérisé en ce que la trempe est faite à l'eau chaude.