EP0955113A1 - Procédé pour fabriquer des pièces en alliages coulés, et notamment en aluminium - Google Patents

Procédé pour fabriquer des pièces en alliages coulés, et notamment en aluminium Download PDF

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EP0955113A1
EP0955113A1 EP99420105A EP99420105A EP0955113A1 EP 0955113 A1 EP0955113 A1 EP 0955113A1 EP 99420105 A EP99420105 A EP 99420105A EP 99420105 A EP99420105 A EP 99420105A EP 0955113 A1 EP0955113 A1 EP 0955113A1
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EP
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casting
preform
temperature
shells
mold
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Withdrawn
Application number
EP99420105A
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German (de)
English (en)
Inventor
Emile Di Serio
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Saint Jean Industries SAS
Original Assignee
Emile Di Serio
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J5/00—Methods for forging, hammering, or pressing; Special equipment or accessories therefor
    • B21J5/002—Hybrid process, e.g. forging following casting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J5/00—Methods for forging, hammering, or pressing; Special equipment or accessories therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D31/00—Cutting-off surplus material, e.g. gates; Cleaning and working on castings
    • B22D31/002—Cleaning, working on castings

Definitions

  • the invention relates to the technical sector of the production of parts in cast alloys and in particular in aluminum, magnesium, copper or other obtained in foundry, forging and similar processes.
  • EP 119 365 discloses a specific process called COBAPRESS which combines the techniques of foundry and forging of parts, in particular aluminum or aluminum alloy.
  • This process consists in casting aluminum or aluminum alloy in a mold, and after casting, in unmolding the still hot part at a temperature of the order of 400 to 500 ° C and placing it between two shells d '' a matrix defining an imprint of dimensions slightly smaller than that of the mold, the two shells being strongly pressed one against the other to exert, on the casting put between the shells, a combined effect of core pressing and wrought superficial.
  • COBAPRESS process is widely used for multiple applications for automotive parts such as connecting rods, triangles, pivots or suspension spindles, engine mounts and others, for cycle parts such as cranks.
  • the parts are cooled to room temperature.
  • a heat treatment can then follow at a temperature of 540 ° C. approximately for the soaking operation. It then returns to room temperature.
  • the aim sought after according to the invention was to optimize the process described in the aforementioned patent EP 119 365 in order to reduce the time necessary for the production of parts for all treatments combined, to eliminate the final operation of heat treatment by dipping.
  • the temperature homogenization time corresponding to the heating time for obtaining the same criteria for the part is in a variable duration depending on the desired mechanical characteristics of at least 30 minutes.
  • the oven used after the first casting of the part is a tunnel oven.
  • the heating time at 540 ° C. or substantially, and corresponding to the quenching temperature of the part dissolved, is within a range of 40 minutes to 2 hours and advantageously 1 hour.
  • the method thus described according to the invention makes it possible to eliminate the heat treatment and straightening operations initially necessary to avoid and correct the deformations of the part according to the prior art.
  • the intermediate treatment operation in the tunnel oven for a period of approximately 1 hour makes it possible to eliminate the operations which were carried out according to the previous technique downstream from the cast-forged operations and which took place during a period of 6 to 8 hours, and while obtaining characteristics substantially equal to those of the prior art.
  • the method according to the invention thus makes it possible to optimize the COBAPRESS method described in patent EP 119,365.
  • Another development of the invention consists in carrying out other operational phases if the performance of the invention is to be further refined.
  • the three casting operations, treatment in a tunnel oven at 540 °, then pressing are carried out as indicated above and are then extended by a fourth operating phase at the pressing outlet consisting in carrying out a complementary operation. re-solution of the part in another tunnel oven at 540 ° approximately for a period of 40 minutes to 2 hours and preferably 1 hour. This fourth operation is followed by a fifth soaking operation, then the parts obtained are cooled to room temperature. Parts in final operation undergo an income treatment.
  • This process allows the results to be refined and the parts treated to be homogenized.
  • FIG. 1 shows the different temperature stages.
  • the period x corresponds to the waiting time at room temperature of the part obtained according to patent EP 119 365 before the subsequent soaking operation.
  • the period y ( Figures 2 and 3) corresponds to the time taken for the solution to pass through the tunnel oven.
  • the improved method according to the invention in its two alternative embodiments makes it possible to substantially reduce the production time and the manufacturing cost by an approximate value of the order of 8 to 10% while obtaining the same characteristics of the parts compared to the COBAPRESS process described in EP 119 365.

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

Le procédé pour fabriquer des pièces en alliages coulés, notamment en aluminium, du type consistant à couler de l'aluminium ou alliage d'aluminium dans un moule, et après la coulée, à démouler la pièce encore chaude à une température de l'ordre de 400 à 500° C et à la placer entre deux coquilles d'une matrice définissant une empreinte de dimensions légèrement inférieure à celle du moule, les deux coquilles étant fortement pressées l'une contre l'autre pour exercer, sur la pièce coulée mise entre les coquilles, un effet combiné de pressage à coeur et de corroyage superficiel, est remarquable en ce qu'il consiste à introduire une étape intermédiaire entre la phase de fonderie et d'obtention de la solution des produits et celle du forgeage, la solution issue de la coulée de fonderie étant transférée dans un four préchauffé à haute température pour améliorer l'homogénéité du produit pendant une période de temps prédéterminée, la solution étant ensuite transférée vers la zone de pressage pour forgeage de la pièce à obtenir, puis pour refroidissement à température ambiante. <IMAGE>

Description

  • L'invention se rattache au secteur technique de la fabrication de pièces en alliages coulés et notamment en aluminium, magnésium, cuivre ou autre obtenus en fonderie, forgeage et procédés similaires.
  • On connaît par le brevet EP 119 365 un procédé spécifique dénommé COBAPRESS qui combine les techniques de fonderie et de forgeage de pièces, notamment en aluminium ou alliage d'aluminium.
  • Ce procédé consiste à couler de l'aluminium ou alliage d'aluminium dans un moule, et après la coulée, à démouler la pièce encore chaude à une température de l'ordre de 400 à 500° C et à la placer entre deux coquilles d'une matrice définissant une empreinte de dimensions légèrement inférieure à celle du moule, les deux coquilles étant fortement pressées l'une contre l'autre pour exercer, sur la pièce coulée mise entre les coquilles, un effet combiné de pressage à coeur et de corroyage superficiel.
  • Ce procédé dit COBAPRESS est largement exploité pour de multiples applications pour pièces automobiles du type bielles, triangles, pivots ou fusées de suspension, supports moteurs et autres, pour des pièces de cycles telles que les manivelles.
  • Après la mise en oeuvre du procédé précité et l'opération de forgeage en particulier, les pièces sont refroidies à température ambiante.
  • Il est nécessaire de procéder à une opération de détourage et de redressement par suite dans certains cas de déformation de la pièce. Un traitement thermique peut suivre ensuite à une température de 540° C environ pour l'opération de trempage. On revient ensuite à température ambiante.
  • Les phases successives au procédé coulé-forgé présentent des inconvénients de par le temps complémentaire nécessaire, l'absence de maîtrise de ce temps résiduel après la phase de forgeage et de retour à température ambiante et correspondant au stockage des pièces en l'état pendant un temps indéterminé avant le traitement final de trempe.
  • Le but recherché selon l'invention était d'optimiser le procédé décrit dans le brevet EP 119 365 précité pour réduire le temps nécessaire à la production des pièces tous traitements confondus, de supprimer l'opération finale de traitement thermique par trempage.
  • Différentes recherches ont ainsi été menées essentiellement en aval de l'opération de forgeage pour limiter les temps morts. Les études n'ont pas donné de résultats satisfaisants en continu et sur une longue période par suite de la trop grande difficulté à maîtriser le temps entre la phase finale de forgeage du procédé et celle de traitement thermique par trempage.
  • L'originalité de l'invention a consisté à introduire une étape intermédiaire entre la phase de fonderie et d'obtention de la préforme coulée et celle du forgeage, le procédé étant remarquable en ce que, après coulage de la préforme, à une température de l'ordre de 250° à 500°C, transfert de la préforme coulée obtenue dans un four assurant la mise en solution de ladite préforme coulée à la température de mise en solution au matériau constitutif,
    • transfert de la préforme traitée et portée à la température de mise en solution dans une matrice définissant une empreinte de dimensions légèrement inférieures à celles du moule, les deux coquilles de la matrice étant fortement pressées l'une contre l'autre pour exercer l'effort de forgeage/matriçage pour l'obtention de la pièce brute finale,
    • refroidissement de la pièce brute obtenue à température ambiante ou accélérée ou trempée.
  • Selon une autre caractéristique, le procédé et remarquable en ce qu'il met en oeuvre les opérations suivantes :
    • coulage de la préforme en alliage, notamment en aluminium, dans un moule à une température de l'ordre de 400 à 500° C ;
    • transfert de la préforme coulée obtenue à la température de sortie du moule dans un four assurant la mise en solution de ladite préforme coulée à une température de l'ordre de 540° C ;
    • transfert de la solution traitée et portée à 540° C environ entre deux coquilles d'une matrice définissant une empreinte de dimensions légèrement inférieures à celles du moule, les deux coquilles étant fortement pressées l'une contre l'autre pour exercer l'effort de pressage par forgeage ;
    • refroidissement de la pièce à température ambiante.
  • Ces caractéristiques et d'autres encore ressortiront bien de la suite de la description.
  • Pour la compréhension de l'invention, on a illustré sous forme de graphiques les différentes phases opératoires et de montées en température correspondant à la mise en oeuvre du procédé COBAPRESS décrit dans le brevet EP 119 365 (figure 1), puis selon la présente invention dans une première version du procédé incluant une phase intermédiaire entre la fonderie et le forgeage de la pièce (figure 2), puis une seconde version du procédé de l'invention incluant d'autres phases opératoires après forgeage de la pièce.
  • Plus spécifiquement, le procédé de fabrication des pièces en alliage coulés, notamment en aluminium, est remarquable en ce qu'il met en oeuvre les opérations suivantes :
    • coulage de la préforme en alliage, notamment en aluminium et alliage d'aluminium, dans un moule à une température de l'ordre de 400 à 500° C ;
    • la préforme coulée obtenue à la température de sortie du moule est transférée immédiatement dans un four assurant la mise en solution de ladite préforme coulée à une température de l'ordre de 540° C ;
    • la solution traitée et portée à 540° C environ est ensuite transférée entre deux coquilles d'une matrice définissant une empreinte de dimensions légèrement inférieures à celles du moule, les deux coquilles étant fortement pressées l'une contre l'autre pour exercer l'effort de pressage par forgeage ;
    • puis, on laisse refroidir la pièce à température ambiante, celle-ci étant obtenue sans qu'il soit nécessaire d'effectuer comme selon l'art antérieur à un traitement thermique final par trempage.
  • Le temps d'homogénéisation en température correspondant au temps de chauffage pour l'obtention des mêmes critères de la pièce se situe dans une durée variable selon les caractéristiques mécaniques souhaitées d'au moins 30 minutes.
  • Selon l'invention, le four utilisé après la première coulée de la pièce est un four à tunnel. Le temps de chauffage à 540° C ou sensiblement, et correspondant à la température de trempe de la pièce mise en solution, se situe dans une fourchette de 40 minutes à 2 heures et avantageusement de 1 heure.
  • En sortie du four à tunnel, se produit un choc thermique de la pièce avec la température environnante tendant à une baisse de la température de l'ordre d'une dizaine de degrés pendant le temps de transfert vers le poste de forgeage. Ce transfert s'effectue de toute manière appropriée à l'aide de moyens de manipulation appropriés. La température de pressage reste cependant à un niveau de l'ordre de 530°, ce qui permet de conférer à la pièce toutes les qualités requises de caractéristiques mécaniques.
  • Le procédé ainsi décrit selon l'invention permet de supprimer les opérations de traitement thermique et de redressage initialement nécessaires pour éviter et corriger les déformations de la pièce selon l'art antérieur.
  • Ainsi, selon l'invention, l'opération intermédiaire de traitement dans le four à tunnel pendant une durée de 1 heure environ permet de supprimer les opérations qui s'effectuaient selon la technique précédente en aval des opérations coulées-forgées et qui se déroulaient pendant une période de 6 à 8 heures, et tout en obtenant des caractéristiques sensiblement égales à celles de l'art antérieur.
  • Des expérimentations ont été effectuées et ont donné les résultats suivants, sur un alliage AS7G03 ou A356 dans sa correspondance américaine ou LM25 dans sa correspondance anglaise :
    Procédé de l'invention Procédé classique EP 119 365 suivant des opérations de coulage forgeage et traitement thermique
    Rp 0,2 limite élastique moyenne 210 moyenne 212
    RM résistance matériaux moyenne 290 moyenne 298
    Limite allongement élastique moyenne 8,8 moyenne 9,5
  • Le procédé selon l'invention permet ainsi d'optimiser le procédé COBAPRESS décrit dans le brevet EP 119 365.
  • Un autre développement de l'invention consiste à procéder à d'autres phases opératoires si l'on veut affiner encore les performances de l'invention.
  • Ainsi, selon la variante complémentaire, les trois opérations de coulage, de traitement dans un four tunnel à 540°, puis de pressage sont effectuées comme indiqué précédemment et sont ensuite prolongées par une quatrième phase opératoire en sortie de pressage consistant à réaliser une opération complémentaire de remise en solution de la pièce dans un autre four tunnel à 540° environ pendant une durée de 40 minutes à 2 heures et de préférence 1 heure. Cette quatrième opération est suivie d'une cinquième opération de trempage, puis les pièces obtenues sont refroidies jusqu'à la température ambiante. Les pièces en opération finale subissent un traitement de revenu.
  • Ce procédé permet d'affiner les résultats et d'homogénéiser les pièces traitées.
  • On a représenté aux figures 1, 2 et 3 les différentes étapes de température. La période x (figure 1) correspond au temps d'attente à température ambiante de la pièce obtenue selon le brevet EP 119 365 avant l'opération de trempage ultérieur. La période y (figures 2 et 3) correspond au temps de passage de la solution dans le four à tunnel. Le procédé perfectionné selon l'invention dans ses deux variantes d'exécution permet d'une manière substantiel de réduire le temps de production et le coût de fabrication dans une valeur approximative de l'ordre de 8 à 10 % tout en obtenant les mêmes caractéristiques des pièces par rapport au procédé COBAPRESS décrit dans EP 119 365.

Claims (8)

  1. Procédé pour fabriquer des pièces en alliages coulés, notamment en aluminium ou alliage d'aluminium dans un moule et après la coulée, à démouler la pièce constituant la préforme encore chaude et à la placer entre deux coquilles d'une matrice définissant une empreinte de dimensions légèrement inférieures à celle du moule, les deux coquilles étant fortement pressées l'une contre l'autre pour exercer sur la pièce coulée mise entre les deux coquilles un effet combiné de pressage à coeur et de convoyage superficiel,
    caractérisé en ce que, après coulage de la préforme, à une température de l'ordre de 250° à 500°C, transfert de la préforme coulée obtenue dans un four assurant la mise en solution de ladite préforme coulée à la température de mise en solution au matériau constitutif,
    - transfert de la préforme traitée et portée à la température de mise en solution dans une matrice définissant une empreinte de dimensions légèrement inférieures à celles du moule, les deux coquilles de la matrice étant fortement pressées l'une contre l'autre pour exercer l'effort de forgeage/matriçage pour l'obtention de la pièce brute finale,
    - refroidissement de la pièce brute obtenue à température ambiante ou accélérée ou trempée.
  2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il met en oeuvre les opérations suivantes :
    - coulage de la préforme en alliage, notamment en aluminium, dans un moule à une température de l'ordre de 400 à 500° C ;
    - transfert de la préforme coulée obtenue à la température de sortie du moule dans un four assurant la mise en solution de ladite préforme coulée à une température de l'ordre de 540° C ;
    - transfert de la solution traitée et portée à 540° C environ entre deux coquilles d'une matrice définissant une empreinte de dimensions légèrement inférieures à celles du moule, les deux coquilles étant fortement pressées l'une contre l'autre pour exercer l'effort de pressage par forgeage ;
    - refroidissement de la pièce à température ambiante.
  3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le temps d'homogénéisation en température correspondant au temps de chauffage pour l'obtention des mêmes critères de la pièce, se situe dans une durée variable selon les caractéristiques mécaniques souhaitées d'au moins 30 minutes..
  4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 3, caractérisé en ce que le temps de chauffage à 540° C ou sensiblement, et correspondant à la température de trempe de la pièce mise en solution, se situe dans une fourchette de 40 minutes à 2 heures et avantageusement de 1 heure.
  5. Procédé selon les revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le four utilisé après la première coulée de la pièce est un four à tunnel.
  6. Procédé selon les revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les trois opérations de coulage de la préforme, de mise en solution de la préforme puis de matriçage trempage sont prolongées par une quatrième phase, consistant à réaliser une remise en solution complémentaire pour obtenir les caractéristiques mécaniques recherchées, cette opération étant suivie d'un trempage.
  7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les trois opérations de coulage, de traitement dans un four tunnel à 540°, puis de pressage sont prolongées par une quatrième phase opératoire en sortie de pressage consistant à réaliser une opération complémentaire de remise en solution de la pièce dans un autre four tunnel à 540° environ pendant une durée de 40 minutes à 2 heures et de préférence 1 heure, et en ce que cette quatrième opération est suivie d'une cinquième opération de trempage, puis les pièces obtenues sont refroidies jusqu'à la température ambiante.
  8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que les pièces en opération finale subissent un traitement de revenu.
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