EP1815036A2 - Aluminium alloy for component with high hot process mechanical strength - Google Patents

Aluminium alloy for component with high hot process mechanical strength

Info

Publication number
EP1815036A2
EP1815036A2 EP05820753A EP05820753A EP1815036A2 EP 1815036 A2 EP1815036 A2 EP 1815036A2 EP 05820753 A EP05820753 A EP 05820753A EP 05820753 A EP05820753 A EP 05820753A EP 1815036 A2 EP1815036 A2 EP 1815036A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
content
alloy according
alloys
magnesium
less
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP05820753A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Siegfried Mielke
Gérard Laslaz
Charlotte Gautier-Picard
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
KS Kolbenschmidt GmbH
PSA Automobiles SA
Rio Tinto France SAS
Original Assignee
KS Kolbenschmidt GmbH
Aluminium Pechiney SA
Peugeot Citroen Automobiles SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by KS Kolbenschmidt GmbH, Aluminium Pechiney SA, Peugeot Citroen Automobiles SA filed Critical KS Kolbenschmidt GmbH
Publication of EP1815036A2 publication Critical patent/EP1815036A2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C21/00Alloys based on aluminium
    • C22C21/02Alloys based on aluminium with silicon as the next major constituent

Definitions

  • the invention relates to aluminum alloys for parts subjected to high thermal and mechanical stresses, in particular the pistons of internal combustion engines, and more particularly turbo-charged gasoline or diesel engines.
  • aluminum alloys with a high silicon content (10 to 24%) are usually used to facilitate their moldability and to give them good wear resistance.
  • their composition systematically includes an addition of magnesium and copper hardeners, soluble at high temperature, but poorly soluble at room temperature. This double addition gives the alloy, by a complete heat treatment in the T6 or T7 state or a simple T5 state, good mechanical strength at room temperature.
  • the typical magnesium contents are between 0.3 and 1.5% and those in copper between 0.3 and 5%.
  • patent FR 2690927 in the name of the applicant, filed in 1992 describes creep resistant aluminum alloys containing from 4 to 23% of silicon, at least one of magnesium elements (0.1 - 1%) , copper (0.3-4.5%) and nickel (0.2-3%), and 0.1 to 0.2% titanium, 0.1 to 0.2% zirconium and 0.2 to 0.4% vanadium.
  • An improvement in the creep resistance at 300 ° C was observed without significant loss of elongation measured at 250 ° C.
  • Another patent, filed by Toyota in 1996 discloses an alloy for application to a piston of an internal combustion engine, composed of 13 to 25% of silicon and particularly charged with copper and magnesium (8 to 22% copper, 0.2 to 1.5% magnesium) with additionally 0.3 to 1.5% iron, 0.1 to 2.5% manganese, 0.01 to 1.5% titanium, 1 to 5% nickel, 0.002 to 0.4% phosphorus, other impurities , aluminum balance.
  • a patent application also filed by Toyota, but in 1998 JP2000 / 054053 discloses a method of manufacturing alloy for piston leading to a maximum grain size of 200 microns, and a composition also loaded both copper and aluminum. 'magnesium (3.0 to 10.0% copper and 0.7 to 1.3% magnesium with 1.5 to 3.0% nickel, 1.0% iron at most, 0.5 to 1.0% manganese, 0.05 to 0.3% vanadium and 12 to 14% of silicon).
  • NASH has more recently filed several patents also on alloy compositions with high silicon content, copper and magnesium also containing titanium, zirconium, vanadium ....
  • the application US 2001/0010242 A1 relates to a process for manufacturing a part molded from an alloy of composition: Si: 14.0-25.0%, Cu: 5.5-
  • Another route is the selection of low magnesium alloys associated with relatively moderate levels of copper.
  • the object of the present invention is to further improve the mechanical strength and the creep resistance, in the temperature range 230-380 ° C., of parts subjected locally to such temperatures, in particular the pistons of internal combustion engines, including turbo-charged and direct injection engines.
  • the subject of the invention is an aluminum alloy for a piece having to have a high mechanical resistance when hot, of composition (% by weight):
  • FIG. 1 shows a section of a piston with the piston head at 1, the piston skirt at 2, the piston bowl at 3, the bowl edge at 4, and the spindle boss at 5.
  • FIG. 2 represents the percentage of pistons having a crack of more than 1.5 mm at the edge of the bowl (in the ordinate), as a function of the number N of thermal cycling of 380 to 150 ° C. (in the abscissa) during the simulator tests. the thermal fatigue stress at the edge of the bowl.
  • FIG. 2 represents the percentage of pistons having a crack of more than 1.5 mm at the edge of the bowl (in the ordinate), as a function of the number N of thermal cycling of 380 to 150 ° C. (in the abscissa) during the simulator tests. the thermal fatigue stress at the edge of the bowl.
  • FIG. 3 shows in ordinate the limit pressure, in bars (10 5 N / m 2 ), deduced from the simulation of mechanical stress stressing of the pin bosses (in English "pin boss pulsator") on pistons cast with the various alloys indicated on the abscissa, these being maintained at a temperature of 250 ° C. for 20 h.
  • Figure 4 shows the mechanical tensile characteristics at room temperature, obtained on dissecting specimens in pistons poured with the various alloys indicated on the abscissa, on the ordinate and in N / mm 2 on the left for the yield strength, in% and in the right for the elongations at break.
  • the invention is based on the finding made by the applicant that it is possible to obtain heat-resistance properties, especially between 230 ° C. and 430 ° C., which are significantly improved over existing alloys by combining, in an alloy Al-Si type molding, 4 to 9% copper content and low magnesium content.
  • the alloys according to the invention have, as their main characteristics, a relatively moderate silicon content of 8 to 13%, associated with a high copper content (4 to 9%), a relatively high nickel content (1.5 to 4% ) and a very limited zirconium content. More specifically, the alloys according to the invention have the following composition: Si: 8 to 13%, Fe ⁇ 1.0%, Cu: 4 to 9%, Mg: ⁇ 0.5%, Mn ⁇ 1%, Zn ⁇ 1, 0%, Ni: 1 to 4%, Ti ⁇ 0.3%, P: 0.001 to 0.05%, V ⁇ 0.3%, Zr ⁇ 0.05%.
  • composition compared to those described in the prior art, in particular in the case of application to pistons, provides a solidification structure of the eutectic intermetallic phases AlCuNi, A13Ni, ... little segregated and good homogeneity throughout the room and, with the conventional addition of phosphorus, a hypereutectic structure of primary silicon of slightly elongated shape and distributed regularly.
  • this type of composition also significantly improves the resistance to hot mechanical fatigue, which is necessary in particular in the regions of the axis bosses, by virtue of obtaining, during the heat treatment, a microstructure comprising phases metastable copper type ⁇ '- ⁇ "derived from the precipitation system Al 2 Cu.
  • phase phases are more stable at moderate and high temperatures (180 to 300 ° C.) than the ⁇ ' ⁇ "binary phases based on Mg 2 Si and the quaternary phases ⁇ ' ⁇ " AlCuMgSi, which are formed during the incipient income. high amounts of magnesium and limited copper contents.
  • the copper content is kept below 1%, which means that they may be alloys of first or second fusion; this limit can be lowered below 0.3% (first melting), and preferably below 0.2% when a high elongation at break is desired.
  • the titanium content is maintained between 0.03 and 0.3%, which is quite usual for this type of alloy.
  • compositions chosen according to the invention is indeed the possibility of obtaining ⁇ -Al dendritic structures that are varied and controllable according to the zones of the piston.
  • an equiaxed dendritic structure refined at the bottom of the piston favors the resistance to hot mechanical fatigue of this zone.
  • the alloys according to the invention make it possible, by adapting the local dendritic structure, to optimize the resistance of the piston both in thermal fatigue and mechanical fatigue (bowl edge and axis boss).
  • the zirconium content is kept below 0.05%, since this element refines the grain and prevents obtaining a columnar or herbaceous structure precisely sought in hot areas.
  • the alloy contains nickel at a high level of 1 to 4%, which contributes to the heat resistance. It may also comprise vanadium at a content of less than 0.30%, and preferably between 0.04 and 0.20%. At a content of more than 0.1%, manganese has a positive effect on the mechanical strength between 230 ° C and 43O 0 C, but this effect then caps, which explains its limitation to 1% maximum.
  • the limitation of the magnesium content to less than 0.5%, preferably 0.4% and even more advantageously 0.3% has the advantage of substantially reducing the oxidation of the alloy, this facilitating 1 Obtaining particularly sound parts (few inclusions of oxides, shrinkage, gassing porosity), resulting in a much better consistency of performance in thermal fatigue and mechanical fatigue
  • the limitation of the magnesium content to less than 0.1% confers additional advantages: -It allows obtaining at the top of the piston, subjected to high loads of thermal fatigue at high temperature (350 ° C-430 ° C), a structure comprising a large fraction of eutectic phases Al-Cu and Al-Ni-Cu without magnesium, particularly favorable to good mechanical behavior at high temperature. With the choice of a high copper content according to the invention, it has no negative impact on the level of curing at room temperature, nor on the fatigue strength, thermal and mechanical.
  • the alloys with a very low magnesium content have a solidus temperature and a temperature of burn above 507 ° C. They can therefore be heat treated in the T6 or T7 state with a dissolution temperature of between 515 and 525 ° C. depending on the copper content, and this without any particular precaution, that is to say without necessity. a slow rise in temperature or an intermediate stage, while the alloys of the same type with more than 0.5% magnesium form a quaternary eutectic invariant with the risk of a burn at 508 ° C.
  • the possibility of carrying out a heat treatment at more than 515 ° C has several advantages: it is possible to obtain a further homogenization of the copper phases, a better globulization of the silicon phases and a more complete precipitation of the titanium and vanadium peritectic phases. .
  • the alloys according to the invention are suitable for the usual molding processes, in particular gravity mold casting and low pressure shell molding, but also sand casting, squeeze casting (particularly in the case of insertion of composites) and lost-foam molding. They may be suitable for other forming processes such as, but not limited to, stamping, forging, "casting-molding" (Cobapress®) or molding in the semi-solid state.
  • the heat treatment of the T7 type may comprise dissolution typically from 15 minutes to 10 hours at a temperature of between 515 and 525 ° C., quenching preferably with cold water or softened quenching, and over-tempering. 0.5 to 10 h at a temperature between 220 and 28O 0 C. If, for particular reasons, it is desired to avoid too much globulization of the eutectic silicon network, it is preferable to carry out the dissolution at a lower temperature, between 490 and 515 ° C.
  • the alloys according to the invention and in particular in the case of application to pistons of automobile or aircraft engines, have excellent mechanical resistance to heat and creep resistance greater than that of the alloys of the prior art in the temperature range 230-430 ° C.
  • the alloys according to the invention can obviously contain impurities at the level encountered either in first fusion (alloys resulting from electrolysis without recycling), second melting (alloys resulting from recycling), or at a purity level. intermediate between the two previous ones.
  • compositions have been used to produce, by molding according to the process
  • the temperature is generally set at 50 ° C.
  • a calculation makes it possible to determine the maximum combustion pressure at which the bosses can withstand. It is the latter which appears on the ordinate in FIG. 3, in this case for a hold of 20 h at 250 ° C.
  • the pistons were previously subjected to a heat treatment involving solution with a plateau of 60 minutes at 500 ° C., quenching and tempering for 5 hours at 230 ° C.
  • Figure 4 shows the tensile test results at room temperature on dissection specimens.
  • the alloy C according to the invention has characteristics of the same level as those of the standard alloy A reference.

Abstract

The invention concerns an aluminium alloy for a component having to exhibit high hot process mechanical resistance in the 230-430 °C temperature range consisting (in wt. %) of: Mg: < 0.5; Si: 8.0 - 13; Cu: 4.0 9.0; Ni: 1.0 4.0; Fe: < 1.0; Mn: < 1.0; Zn: < 1.0; V: < 0.3; Ti < 0.3; Zr < 0.05; P: 0.001 0.05; other elements < 0.15 each and < 0.30 in total, the rest being aluminium. More particularly, the invention concerns alloys for internal combustion engine pistons.

Description

Alliage d'aluminium pour pièce à haute résistance mécanique à chaud Aluminum alloy for high mechanical resistance parts
Domaine de l'inventionField of the invention
L'invention concerne les alliages d'aluminium pour pièces soumises à des contraintes thermiques et mécaniques élevées, notamment les pistons de moteurs à combustion interne, et plus particulièrement de moteurs turbo-chargés à essence ou diesel.The invention relates to aluminum alloys for parts subjected to high thermal and mechanical stresses, in particular the pistons of internal combustion engines, and more particularly turbo-charged gasoline or diesel engines.
Etat de la techniqueState of the art
Sauf mention contraire, toutes les valeurs relatives à la composition chimique des alliages sont exprimées en pourcent massique.Unless otherwise stated, all values relating to the chemical composition of alloys are expressed in percent by weight.
Dans la fabrication des pistons de moteurs, on utilise habituellement des alliages d'aluminium à forte teneur en silicium (10 à 24 %) pour faciliter leur aptitude au moulage et leur conférer une bonne résistance à l'usure. Pour permettre un durcissement structural, leur composition comporte systématiquement une addition des éléments durcissants magnésium et cuivre, solubles à haute température, mais peu solubles à la température ambiante. Cette double addition confère à l'alliage, par un traitement thermique complet à l'état T6 ou T7 ou un simple revenu à l'état T5, une bonne résistance mécanique à la température ambiante. Les teneurs typiques en magnésium se situent entre 0,3 et 1.5 % et celles en cuivre entre 0,3 et 5 %.In the manufacture of engine pistons, aluminum alloys with a high silicon content (10 to 24%) are usually used to facilitate their moldability and to give them good wear resistance. To allow structural hardening, their composition systematically includes an addition of magnesium and copper hardeners, soluble at high temperature, but poorly soluble at room temperature. This double addition gives the alloy, by a complete heat treatment in the T6 or T7 state or a simple T5 state, good mechanical strength at room temperature. The typical magnesium contents are between 0.3 and 1.5% and those in copper between 0.3 and 5%.
Il est connu également d'ajouter des éléments moins solubles tels que le nickel entre 0.5 et 4 %, le cobalt, le zirconium, le vanadium, voire l'argent, pour tenter d'améliorer les propriétés mécaniques à chaud. Les alliages les plus courants sont 1Α-S12UNG et 1Α-S12U3-5N3G. Des publications plus ou moins récentes indiquent des variantes de composition, notamment à très fortes teneurs en cuivre associées à des teneurs conséquentes en magnésium.It is also known to add less soluble elements such as nickel between 0.5 and 4%, cobalt, zirconium, vanadium, or even silver, in an attempt to improve the mechanical properties when hot. The most common alloys are 1Α-S12UNG and 1Α-S12U3-5N3G. More or less recent publications indicate compositional variants, in particular with very high levels of copper associated with significant levels of magnesium.
Ainsi, le brevet FR 2690927 au nom de la demanderesse, déposé en 1992, décrit des alliages d'aluminium résistant au fluage contenant de 4 à 23 % de silicium, au moins l'un des éléments magnésium (0,1 - 1 %), cuivre (0,3 - 4,5 %) et nickel (0,2 - 3 %), et de 0,1 à 0,2 % de titane, de 0,1 à 0,2 % de zirconium et de 0,2 à 0,4 % de vanadium. On observe une amélioration de la tenue au fluage à 300°C sans perte notable de l'allongement mesuré à 250°C.Thus, patent FR 2690927 in the name of the applicant, filed in 1992, describes creep resistant aluminum alloys containing from 4 to 23% of silicon, at least one of magnesium elements (0.1 - 1%) , copper (0.3-4.5%) and nickel (0.2-3%), and 0.1 to 0.2% titanium, 0.1 to 0.2% zirconium and 0.2 to 0.4% vanadium. An improvement in the creep resistance at 300 ° C was observed without significant loss of elongation measured at 250 ° C.
Un autre brevet, déposé par Toyota en 1996 (JP9272939), décrit un alliage pour application à un piston de moteur à combustion interne, composé de 13 à 25 % de silicium et particulièrement chargé en cuivre et magnésium ( 8 à 22 % de cuivre, 0.2 à 1.5 % de magnésium) avec en outre, 0.3 à 1.5 % de fer, 0.1 à 2.5% de manganèse, 0.01 à 1.5 % de titane, 1 à 5 % de nickel, 0.002 à 0.4 % de phosphore, autres éléments en impuretés, balance aluminium. Une demande de brevet déposée également par Toyota, mais en 1998, (JP2000/054053) décrit une méthode de fabrication d'alliage pour piston conduisant à une taille de grain maximale de 200 μm, et d'une composition également chargée tant en cuivre qu'en magnésium (3.0 à 10.0 % de cuivre et 0.7 à 1.3% de magnésium avec 1.5 à 3.0 % de nickel , 1.0 % de fer au maximum, 0.5 à 1.0 % de manganèse, 0.05 à 0.3 % de vanadium et 12 à 14 % de silicium).Another patent, filed by Toyota in 1996 (JP9272939), discloses an alloy for application to a piston of an internal combustion engine, composed of 13 to 25% of silicon and particularly charged with copper and magnesium (8 to 22% copper, 0.2 to 1.5% magnesium) with additionally 0.3 to 1.5% iron, 0.1 to 2.5% manganese, 0.01 to 1.5% titanium, 1 to 5% nickel, 0.002 to 0.4% phosphorus, other impurities , aluminum balance. A patent application also filed by Toyota, but in 1998 (JP2000 / 054053) discloses a method of manufacturing alloy for piston leading to a maximum grain size of 200 microns, and a composition also loaded both copper and aluminum. 'magnesium (3.0 to 10.0% copper and 0.7 to 1.3% magnesium with 1.5 to 3.0% nickel, 1.0% iron at most, 0.5 to 1.0% manganese, 0.05 to 0.3% vanadium and 12 to 14% of silicon).
La « NASA » a plus récemment déposé plusieurs brevets portant également sur des compositions d'alliages à forte teneur en silicium , cuivre et magnésium comportant également du titane, zirconium, vanadium...."NASA" has more recently filed several patents also on alloy compositions with high silicon content, copper and magnesium also containing titanium, zirconium, vanadium ....
- Ainsi la demande US 2001/0010242 Al est relative à un procédé de fabrication d'une pièce moulée à partir d'un alliage de composition : Si : 14.0-25.0 %, Cu : 5.5-Thus, the application US 2001/0010242 A1 relates to a process for manufacturing a part molded from an alloy of composition: Si: 14.0-25.0%, Cu: 5.5-
8.0 %, Mg : 0.5-1.5 %, Ni : 0.05-1.2 % Ti : 0.05-1.2 %, Zr : 0.12-1.2 %, V : 0.05-1.2 %, P : 0.001-0.1 %, balance aluminium ; le rapport %Si / %Mg est compris entre 15 et 35 ; le rapport %Cu / %Mg est compris entre 4 et 15.8.0%, Mg: 0.5-1.5%, Ni: 0.05-1.2% Ti: 0.05-1.2%, Zr: 0.12-1.2%, V: 0.05-1.2%, P: 0.001-0.1%, aluminum balance; the ratio% Si /% Mg is between 15 and 35; the ratio% Cu /% Mg is between 4 and 15.
- Le brevet US 6.399.020 donne quant à lui une autre variante de composition, à savoir : Si : 11.0-14.0 %, Cu : 3.6-8.0 %, Fe : 0-0.8 %, Mg : 0.5-1.5 %, Ni : 0.05-0.9- US Pat. No. 6,399,020 for its part gives another variant of composition, namely: Si: 11.0-14.0%, Cu: 3.6-8.0%, Fe: 0-0.8%, Mg: 0.5-1.5%, Ni: 0.05-0.9
%, Mn : 0-1.0 %, Ti : 0.05-1.2 %, Zr : 0.12-1.2 %, V : 0.05-1.2 %, Sr : 0.001-0.1 %. D'autres brevets antérieurs portent sur des alliages à forte teneur en cuivre et magnésium ainsi qu'en nickel : c'est le cas du brevet d'Alcan-Gmbh, EP0714479, qui décrit un alliage de composition : Cu : 2-6 %, Ni : 2-6 %, Si : 11-16 %, Mg : 0.5 - 2.0 %, Fe < 0.7 %, Mn < 0.5% ,...%, Mn: 0-1.0%, Ti: 0.05-1.2%, Zr: 0.12-1.2%, V: 0.05-1.2%, Sr: 0.001-0.1%. Other prior patents relate to alloys with a high content of copper and magnesium as well as nickel: this is the case of the Alcan-Gmbh patent, EP0714479, which describes an alloy of composition: Cu: 2-6% , Ni: 2-6%, Si: 11-16%, Mg: 0.5 - 2.0%, Fe <0.7%, Mn <0.5%, ...
Une autre voie consiste dans le choix d'alliages à basse teneur en magnésium associée à des teneurs relativement modérées en cuivre.Another route is the selection of low magnesium alloys associated with relatively moderate levels of copper.
Ainsi, la demande de brevet récente de Toyota ( JP2002/249840 ) porte sur un alliage à teneurs faible en magnésium et modérée en cuivre , et d'une taille de grain α-Al limitée, de composition : Mg < 0.2%, Ti : 0.1-0.3 %, Si : 11-15 %, Cu : 2-3.5Thus, the recent patent application of Toyota (JP2002 / 249840) relates to an alloy with low magnesium content and moderate copper, and a grain size α-Al limited, of composition: Mg <0.2%, Ti: 0.1-0.3%, Si: 11-15%, Cu: 2-3.5
%, Fe : 0.2-1 %, Mn : 0.2-1 %, Ni : 1-3%, P : 0.001-0.015 % , reste aluminium et impuretés, et de structure hypereutectique.%, Fe: 0.2-1%, Mn: 0.2-1%, Ni: 1-3%, P: 0.001-0.015%, remains aluminum and impurities, and hypereutectic structure.
Une demande encore plus récente, toujours de Toyota, mais déposée aux USA et en Allemagne (US 2004/057865 Al) est relative à un piston constitué également d'un alliage d'aluminium à teneurs faible en magnésium et modérée en cuivre, mais sans précision sur la taille de grain : Mg < 0.2 %, Ti : 0.05-0.3 %, Si : 10-21 % , Cu : 2- 3.5 %, Fe : 0.1-0.7 %, Ni 1-3 %, P : 0.001-0.02 %.An even more recent request, still from Toyota, but filed in the USA and Germany (US 2004/057865 A1) relates to a piston also made of an aluminum alloy with low magnesium and moderate copper contents, but without accuracy on grain size: Mg <0.2%, Ti: 0.05-0.3%, Si: 10-21%, Cu: 2- 3.5%, Fe: 0.1-0.7%, Ni 1-3%, P: 0.001- 0.02%.
Le but de la présente invention est d'améliorer encore la résistance mécanique et la tenue au fluage, dans le domaine de température 230-380°C, de pièces soumises localement à de telles températures, en particulier les pistons de moteurs à combustion interne, notamment des moteurs turbo-chargés et à injection directe.The object of the present invention is to further improve the mechanical strength and the creep resistance, in the temperature range 230-380 ° C., of parts subjected locally to such temperatures, in particular the pistons of internal combustion engines, including turbo-charged and direct injection engines.
Objet de l'inventionObject of the invention
L'invention a pour objet un alliage d'aluminium pour pièce devant posséder une grande résistance mécanique à chaud, de composition (% massique) :The subject of the invention is an aluminum alloy for a piece having to have a high mechanical resistance when hot, of composition (% by weight):
Mg < 0,5Mg <0.5
Si : 8,0 - 13 Cu : 4,0 - 9,0Si: 8.0 - 13 Cu: 4.0 - 9.0
Ni: 1,0 - 4,0Ni: 1.0 - 4.0
Fe < 1,0Fe <1.0
Mn < 1,0Mn <1.0
Zn < 1,0 V < 0,3Zn <1.0 V <0.3
Ti < 0,3Ti <0.3
Zr < 0,05Zr <0.05
P : 0,001 - 0,05 autres éléments < 0,15 chacun et 0,30 au total, balance aluminium.P: 0.001 - 0.05 other elements <0.15 each and 0.30 in total, aluminum balance.
Description des figuresDescription of figures
La figure 1 représente une coupe d'un piston avec la tête de piston en 1, la jupe de piston en 2, le bol de piston en 3, l'arête de bol en 4, et le bossage d'axe en 5. La figure 2 représente le pourcentage de pistons présentant une fissure de plus de 1,5 mm en arête de bol (en ordonnée), en fonction du nombre N de cyclages thermiques de 380 à 150°C (en abscisse) lors des essais sur simulateur de la sollicitation en fatigue thermique en arête de bol. La figure 3 représente en ordonnée la pression limite, en bars (105 N/m2), déduite de la simulation de sollicitation en fatigue mécanique des bossages d'axes ( en anglais « Pin boss pulsator ») sur pistons coulés avec les divers alliages indiqués en abscisse, ceux-ci étant maintenus à une température de 250°C pendant 2Oh. La figure 4 présente les caractéristiques mécaniques de traction à température ambiante, obtenues sur éprouvettes en dissection dans les pistons coulés avec les divers alliages indiqués en abscisse, en ordonnée et en N/mm2 en partie gauche pour la limite d'élasticité, en % et en partie droite pour les allongements à rupture.Figure 1 shows a section of a piston with the piston head at 1, the piston skirt at 2, the piston bowl at 3, the bowl edge at 4, and the spindle boss at 5. FIG. 2 represents the percentage of pistons having a crack of more than 1.5 mm at the edge of the bowl (in the ordinate), as a function of the number N of thermal cycling of 380 to 150 ° C. (in the abscissa) during the simulator tests. the thermal fatigue stress at the edge of the bowl. FIG. 3 shows in ordinate the limit pressure, in bars (10 5 N / m 2 ), deduced from the simulation of mechanical stress stressing of the pin bosses (in English "pin boss pulsator") on pistons cast with the various alloys indicated on the abscissa, these being maintained at a temperature of 250 ° C. for 20 h. Figure 4 shows the mechanical tensile characteristics at room temperature, obtained on dissecting specimens in pistons poured with the various alloys indicated on the abscissa, on the ordinate and in N / mm 2 on the left for the yield strength, in% and in the right for the elongations at break.
Description de l'inventionDescription of the invention
L'invention repose sur la constatation faite par la demanderesse qu'il est possible d'obtenir des propriétés de tenue à chaud, notamment entre 230°C et 430°C, nettement améliorées par rapport aux alliages existants, en associant, dans un alliage de moulage de type Al-Si, une teneur de 4 à 9 % en cuivre et une faible teneur en magnésium.The invention is based on the finding made by the applicant that it is possible to obtain heat-resistance properties, especially between 230 ° C. and 430 ° C., which are significantly improved over existing alloys by combining, in an alloy Al-Si type molding, 4 to 9% copper content and low magnesium content.
Les alliages selon l'invention ont, comme principales caractéristiques, une teneur en silicium relativement modérée, de 8 à 13 %, associée à une forte teneur en cuivre (4 à 9 %), une assez forte teneur en nickel (1.5 à 4 %) et une teneur très limitée en zirconium. Plus précisément, les alliages selon l'invention présentent la composition suivante: Si : 8 à 13 %, Fe < 1.0 %, Cu : 4 à 9 %, Mg : < 0,5 %, Mn < 1%, Zn < 1,0 %, Ni : 1 à 4 %, Ti < 0.3%, P : 0.001 à 0.05 %, V < 0.3 %, Zr < 0.05%.The alloys according to the invention have, as their main characteristics, a relatively moderate silicon content of 8 to 13%, associated with a high copper content (4 to 9%), a relatively high nickel content (1.5 to 4% ) and a very limited zirconium content. More specifically, the alloys according to the invention have the following composition: Si: 8 to 13%, Fe <1.0%, Cu: 4 to 9%, Mg: <0.5%, Mn <1%, Zn <1, 0%, Ni: 1 to 4%, Ti <0.3%, P: 0.001 to 0.05%, V <0.3%, Zr <0.05%.
Ce type de composition par rapport à celles décrites dans l'art antérieur, en particulier dans le cas d'application à des pistons, confère une structure de solidification des phases eutectiques intermétalliques AlCuNi, A13Ni, ... peu ségrégée et d'une bonne homogénéité dans l'ensemble de la pièce ainsi que, moyennant l'addition classique de phosphore, une structure hypereutectique de silicium primaire de forme peu allongée et répartie régulièrement. ,This type of composition compared to those described in the prior art, in particular in the case of application to pistons, provides a solidification structure of the eutectic intermetallic phases AlCuNi, A13Ni, ... little segregated and good homogeneity throughout the room and, with the conventional addition of phosphorus, a hypereutectic structure of primary silicon of slightly elongated shape and distributed regularly. ,
5 Ces structures améliorent le comportement en fatigue thermique à très hautes températures ( 300 à 430°C ) des arêtes de bol en tête de piston. Qui plus est, ce type de composition améliore aussi de façon très sensible la tenue en fatigue mécanique à chaud, nécessaire en particulier dans les zones des bossages d'axe, grâce à l'obtention lors du traitement thermique d'une microstructure comportant des phases métastables au cuivre du type θ'- θ" dérivées du système de précipitation Al2Cu.These structures improve the thermal fatigue behavior at very high temperatures (300 to 430 ° C) of the bowl edges at the top of the piston. What is more, this type of composition also significantly improves the resistance to hot mechanical fatigue, which is necessary in particular in the regions of the axis bosses, by virtue of obtaining, during the heat treatment, a microstructure comprising phases metastable copper type θ'- θ "derived from the precipitation system Al 2 Cu.
Ces phases sont plus stables à des températures modérées et élevées ( 180 à 3000C ) que les phases binaires β'β " à base de Mg2Si et les phases quaternaires λ'λ" AlCuMgSi, qui se forment lors du revenu en présence de fortes quantités de magnésium et de teneurs limitées en cuivre..These phases are more stable at moderate and high temperatures (180 to 300 ° C.) than the β'β "binary phases based on Mg 2 Si and the quaternary phases λ'λ" AlCuMgSi, which are formed during the incipient income. high amounts of magnesium and limited copper contents.
Par le choix de la teneur en cuivre, il est possible d'accéder à des compromis différents entre les propriétés mécaniques à chaud et la ductilité. Comme la plus grande partie des alliages destinés à la fabrication des pistons de moteurs, la teneur en fer est maintenue en dessous de 1 %, ce qui veut dire qu'il peut s'agir d'alliages de première ou de deuxième fusion; cette limite peut être abaissée en dessous de 0.3 % (première fusion), et de préférence en dessous de 0,2 % lorsqu'on souhaite un allongement à la rupture élevé. La teneur en titane est maintenue entre 0,03 et 0,3 %, ce qui est assez habituel pour ce type d'alliage.By choosing the copper content, it is possible to access different compromises between the mechanical properties at high temperature and the ductility. As most of the alloys for the manufacture of engine pistons, the iron content is kept below 1%, which means that they may be alloys of first or second fusion; this limit can be lowered below 0.3% (first melting), and preferably below 0.2% when a high elongation at break is desired. The titanium content is maintained between 0.03 and 0.3%, which is quite usual for this type of alloy.
Un avantage des compositions choisies selon l'invention est en effet la possibilité d'obtenir des structures dendritiques α-Al variées et contrôlables selon les zones du piston.An advantage of the compositions chosen according to the invention is indeed the possibility of obtaining α-Al dendritic structures that are varied and controllable according to the zones of the piston.
La demanderesse a vérifié la possibilité de favoriser, en jouant sur la thermique de solidification et sur la composition, soit des structures colonnaires, voire herbacées, soit au contraire, équiaxes :The Applicant has verified the possibility of promoting, by playing on the solidification thermal and on the composition, either columnar structures, even herbaceous, or on the contrary, equiaxes:
- Si l'on souhaite une structure équiaxe en toutes zones du piston, les additions de titane ( élément ralentisseur de croissance et affinant ) jusqu'à 0,3 %, éventuellement combinées à des additions d'affinants à base de titane et/ou de bore sont préférées. - Si, au contraire, on souhaite obtenir, dans certaines parties de la pièce, telles que la tête et l'arête de bol, une structure colonnaire, voire herbacée, et ailleurs, en particulier dans les bossages d'axe, une structure équiaxe, il importe de limiter la teneur en éléments péritectiques , soit Ti < 0,10 %, préférentiellement < 0.05%, et Zr < 0,05 %. Les meilleurs résultats d'essais de fatigue thermique à ce jour ont été obtenus avec des structures colonnaires en arête de bol.If an equiaxed structure is desired in all zones of the piston, the additions of titanium (growth retarding and refining element) up to 0.3%, possibly combined with additions of titanium-based refining agents and / or boron are preferred. - If, on the contrary, it is desired to obtain, in certain parts of the room, such as the head and the bowl edge, a columnar structure, even herbaceous, and elsewhere, especially in the axis bosses, an equiaxial structure. it is important to limit the content of peritectic elements, ie Ti <0.10%, preferentially <0.05%, and Zr <0.05%. The best results of thermal fatigue tests to date have been obtained with columnar structures at the edge of the bowl.
Par contre, une structure dendritique équiaxe affinée en partie basse du piston (bossages d'axe) favorise la tenue en fatigue mécanique à chaud de cette zone. Ainsi, les alliages selon l'invention permettent, en adaptant la structure dendritique locale, d'optimiser la résistance du piston tant en fatigue thermique qu'en fatigue mécanique (arête de bol et bossage d'axe).On the other hand, an equiaxed dendritic structure refined at the bottom of the piston (axis bosses) favors the resistance to hot mechanical fatigue of this zone. Thus, the alloys according to the invention make it possible, by adapting the local dendritic structure, to optimize the resistance of the piston both in thermal fatigue and mechanical fatigue (bowl edge and axis boss).
La teneur en zirconium est maintenue inférieure à 0,05 %, car cet élément affine le grain et empêche l'obtention d'une structure colonnaire ou herbacée précisément recherchée dans les zones chaudes.The zirconium content is kept below 0.05%, since this element refines the grain and prevents obtaining a columnar or herbaceous structure precisely sought in hot areas.
L'alliage contient, comme de nombreux alliages pour pistons, du nickel à une teneur élevée de 1 à 4 %, qui contribue à la résistance à chaud. Il peut comporter également du vanadium à une teneur inférieure à 0,30 %, et de préférence entre 0,04 et 0,20 %. A une teneur de plus de 0,1 %, le manganèse a un effet positif sur la résistance mécanique entre 230°C et 43O0C, mais cet effet plafonne ensuite, ce qui explique sa limitation à 1 % au maximum.As with many piston alloys, the alloy contains nickel at a high level of 1 to 4%, which contributes to the heat resistance. It may also comprise vanadium at a content of less than 0.30%, and preferably between 0.04 and 0.20%. At a content of more than 0.1%, manganese has a positive effect on the mechanical strength between 230 ° C and 43O 0 C, but this effect then caps, which explains its limitation to 1% maximum.
Outre ses effets sur la structure, la limitation de la teneur en magnésium à moins de 0,5 %, préférentiellement 0,4 % et encore plus avantageusement 0,3 %, présente l'intérêt de réduire sensiblement Poxydabilité de l'alliage, ceci facilitant 1 Obtention de pièces particulièrement saines (peu d'inclusions d'oxydes, de retassures, de porosités de gazage), d'où une bien meilleure constance des performances en fatigue thermique et en fatigue mécaniqueIn addition to its effects on the structure, the limitation of the magnesium content to less than 0.5%, preferably 0.4% and even more advantageously 0.3%, has the advantage of substantially reducing the oxidation of the alloy, this facilitating 1 Obtaining particularly sound parts (few inclusions of oxides, shrinkage, gassing porosity), resulting in a much better consistency of performance in thermal fatigue and mechanical fatigue
Selon un mode de réalisation préférentielle, la limitation de la teneur en magnésium à moins de 0,1 % confère des avantages supplémentaires : -Elle permet l'obtention en tête du piston, soumise à de fortes sollicitations de fatigue thermique à forte température (350°C-430°C), d'une structure comportant une forte fraction de phases eutectiques de type Al-Cu et Al-Ni-Cu sans magnésium, particulièrement favorable à un bon comportement mécanique à haute température. -Moyennant le choix d'une teneur en cuivre élevée selon l'invention, elle n'a pas d'incidence négative sur le niveau de durcissement à température ambiante, ni sur la résistance à la fatigue, thermique et mécanique.According to a preferred embodiment, the limitation of the magnesium content to less than 0.1% confers additional advantages: -It allows obtaining at the top of the piston, subjected to high loads of thermal fatigue at high temperature (350 ° C-430 ° C), a structure comprising a large fraction of eutectic phases Al-Cu and Al-Ni-Cu without magnesium, particularly favorable to good mechanical behavior at high temperature. With the choice of a high copper content according to the invention, it has no negative impact on the level of curing at room temperature, nor on the fatigue strength, thermal and mechanical.
Par ailleurs, contrairement aux alliages pour pistons habituels, où la présence de magnésium est souhaitée ou admise, les alliages à très basse teneur en magnésium, selon l'invention préférentielle, ont une température de solidus et une température de brûlure supérieures à 507°C. Elles peuvent de ce fait être traitées thermiquement à l'état T6 ou T7 avec une température de mise en solution comprise entre 515 et 5250C selon la teneur en cuivre, et ce sans précaution particulière, c'est-à-dire sans nécessité d'une montée en température lente ou d'un palier intermédiaire, alors que les alliages du même type à plus de 0,5% de magnésium forment un eutectique quaternaire invariant avec le risque d'une brûlure à 5080C.Moreover, unlike conventional piston alloys, where the presence of magnesium is desired or allowed, the alloys with a very low magnesium content, according to the preferred invention, have a solidus temperature and a temperature of burn above 507 ° C. They can therefore be heat treated in the T6 or T7 state with a dissolution temperature of between 515 and 525 ° C. depending on the copper content, and this without any particular precaution, that is to say without necessity. a slow rise in temperature or an intermediate stage, while the alloys of the same type with more than 0.5% magnesium form a quaternary eutectic invariant with the risk of a burn at 508 ° C.
La possibilité d'effectuer un traitement thermique à plus de 515°C présente plusieurs avantages : on peut obtenir une homogénéisation plus poussée des phases au cuivre, une meilleure globulisation des phases au silicium et une précipitation plus complète des phases péritectiques au titane et au vanadium.The possibility of carrying out a heat treatment at more than 515 ° C has several advantages: it is possible to obtain a further homogenization of the copper phases, a better globulization of the silicon phases and a more complete precipitation of the titanium and vanadium peritectic phases. .
-Enfin, un autre avantage non négligeable de la combinaison de fortes teneurs en cuivre et de faibles teneurs en magnésium est de rendre le durcissement structural moins sensible à la vitesse de trempe après mise en solution que dans le cas des alliages du type Al-Si-Mg ou Al-Si-Cu-Mg. De ce fait, bien que trempables à l'eau selon les techniques usuelles, ces alliages autorisent la pratique de traitements thermiques T6 ou T7 avec des vitesses de trempe nettement ralenties par rapport à celles habituellement exploitées (notamment par trempe à l'eau), permettant ainsi de réduire les contraintes internes dans les pièces. Ceci est également vrai pour les états T5 puisque le durcissement dans ce cas ne requiert pas de trempe rapide au démoulage.Finally, another significant advantage of the combination of high levels of copper and low magnesium contents is to make the structural hardening less sensitive to quenching speed after dissolution than in the case of alloys of the Al-Si type. -Mg or Al-Si-Cu-Mg. Therefore, although water-hardenable according to the usual techniques, these alloys allow the practice of heat treatments T6 or T7 with quenching speeds significantly slowed compared to those usually used (especially by quenching with water), thus reducing the internal stresses in the rooms. This is also true for the T5 states since curing in this case does not require rapid quenching at the mold.
Les alliages selon l'invention sont adaptés aux procédés habituels de moulage, notamment le moulage en coquille par gravité et le moulage en coquille par basse pression, mais également le moulage au sable, le squeeze casting (en particulier dans le cas d'insertion de composites) et le moulage à mousse perdue (« Lost-foam »). Ils peuvent convenir à d'autres procédés de mise en forme tels que, de façon non exclusive, le matriçage, le forgeage, le « moulage-matriçage » (Cobapress®) ou le moulage à l'état semi-solide.The alloys according to the invention are suitable for the usual molding processes, in particular gravity mold casting and low pressure shell molding, but also sand casting, squeeze casting (particularly in the case of insertion of composites) and lost-foam molding. They may be suitable for other forming processes such as, but not limited to, stamping, forging, "casting-molding" (Cobapress®) or molding in the semi-solid state.
Enfin, ils peuvent également être utilisés pour des inserts dans les parties chaudes d'une pièce en alliage traditionnel, ou pour les parties chaudes de pièces réalisées en deux alliages différents (« Dual casting »).Finally, they can also be used for inserts in the hot parts of a traditional alloy part, or for the hot parts of parts made of two different alloys ("dual casting").
Le traitement thermique du type T7 peut comporter une mise en solution typiquement de 15 mn à 10 h à une température comprise entre 515 et 5250C, une trempe de préférence à l'eau froide ou une trempe adoucie, et un sur-revenu de 0,5 à 10 h à une température comprise entre 220 et 28O0C. Si, pour des raisons particulières, on souhaite éviter une globulisation trop poussée du réseau de silicium eutectique, il est préférable d'effectuer la mise en solution à une température plus faible, entre 490 et 515°C.The heat treatment of the T7 type may comprise dissolution typically from 15 minutes to 10 hours at a temperature of between 515 and 525 ° C., quenching preferably with cold water or softened quenching, and over-tempering. 0.5 to 10 h at a temperature between 220 and 28O 0 C. If, for particular reasons, it is desired to avoid too much globulization of the eutectic silicon network, it is preferable to carry out the dissolution at a lower temperature, between 490 and 515 ° C.
Les alliages selon l'invention, et notamment dans le cas d'application à des pistons de moteurs d'automobile ou d'avion, présentent une excellente résistance mécanique à chaud et une résistance au fluage supérieure à celle des alliages de l'art antérieur dans le domaine de température 230-430°C.The alloys according to the invention, and in particular in the case of application to pistons of automobile or aircraft engines, have excellent mechanical resistance to heat and creep resistance greater than that of the alloys of the prior art in the temperature range 230-430 ° C.
Il convient enfin de noter que les alliages selon l'invention peuvent évidemment contenir des impuretés au niveau rencontré soit en première fusion (alliages issus de l'électrolyse sans recyclage), seconde fusion (alliages issus du recyclage),ou à un niveau de pureté intermédiaire entre les deux précédents.Finally, it should be noted that the alloys according to the invention can obviously contain impurities at the level encountered either in first fusion (alloys resulting from electrolysis without recycling), second melting (alloys resulting from recycling), or at a purity level. intermediate between the two previous ones.
ExemplesExamples
On a élaboré dans un four industriel, 7 alliages dont la composition (%massique) est indiquée au tableau 1. Ces compositions ont été mesurées par spectrométrie d'émission par étincelle.In an industrial furnace, 7 alloys were prepared whose composition (% by mass) is indicated in Table 1. These compositions were measured by spark emission spectrometry.
Tableau 1Table 1
Ces compositions ont été utilisées pour produire, par moulage selon le procédé These compositions have been used to produce, by molding according to the process
« coquille par gravité », des pistons de type « turbo diesel » pour des moteurs de véhicules particuliers. Lesdits pistons ont fait l'objet :"Gravity shell" means "turbo diesel" type pistons for passenger car engines. Said pistons have been:
- d'une caractérisation mécanique (découpe d'éprouvettes de dissection dans les têtes des pistons et essais de traction à température ambiante),- a mechanical characterization (cutting of dissection specimens in the heads of the pistons and tensile tests at ambient temperature),
- de caractérisations structurales (taille des grains, examen des phases intermétalliques),- structural characterizations (grain size, examination of intermetallic phases),
- d'expérimentations sur un simulateur de la sollicitation en fatigue thermique ( en anglais « Thermo-shock » ou encore « Test of the résistance of the bowl rim »): Ce test, via un système de chauffage par induction et un refroidissement régulé des jupes en bain d'eau, provoque un cyclage thermique entre 350°C et 15O0C dans les arêtes de bol. L'inducteur de chauffage a un diamètre de 1 à 2 mm inférieur à celui de l'arête de bol dans lequel il est positionné. Le chauffage s'effectue généralement pendant 3 à 4 secondes et le refroidissement pendant 6 à 10 secondes. Cette sollicitation génère des contraintes successivement en compression et en traction sur l'arête de bol et permet ainsi de comparer la résistance à la fatigue thermique des alliages de différentes compositions. Le critère de ruine est l'apparition d'une fissure de plus de 1.5 mm à partir de l'arête de bol.- Experiments on a simulator of the stress in thermal fatigue (in English "Thermo-shock" or "Test of the resistance of the bowl rim"): This test, via an induction heating system and a controlled cooling of skirts in water bath, causes a thermal cycling between 350 ° C and 15O 0 C in the bowl edges. The heating inductor has a diameter of 1 to 2 mm smaller than that of the bowl edge in which it is positioned. Heating is usually done for 3 to 4 seconds and cooling for 6 to 10 seconds. This stress generates successively compressive and tensile stresses on the bowl edge and thus makes it possible to compare the thermal fatigue resistance of the alloys of different compositions. The criterion of ruin is the appearance of a crack of more than 1.5 mm from the edge of the bowl.
- d'expérimentations sur un simulateur (en anglais « Pin boss pulsator ») de la sollicitation en fatigue mécanique des bossages d'axes. Le piston est positionné dans une chambre cylindrique étanche ajustée à ses dimensions latérales extérieures. Une pression d'huile alternée, à une fréquence de 20 à 30 Hz, pendant 2.106 cycles, est appliquée en tête de piston pour obtenir une pression de réaction en bas de jupe constante (généralement de 40 bars soit 40 105 N/m2). La température est généralement fixée à 50°C. En fonction des valeurs moyenne et maximum de pression en tête de piston et des températures habituellement rencontrées dans les bossages, un calcul permet de déterminer la pression maximum de combustion à laquelle les bossages peuvent résister. C'est cette dernière qui figure en ordonnée à la figure 3, dans ce cas pour un maintien de 20 h à 250°C. Pour les différentes caractérisations et expérimentations, les pistons ont été au préalable soumis à un traitement thermique comportant une mise en solution avec palier de 60 mn à 500°C, une trempe et un revenu de 5 h à 2300C.- Experiments on a simulator (in English "Pin boss pulsator") of the stress in mechanical fatigue axis bosses. The piston is positioned in a sealed cylindrical chamber adjusted to its outer lateral dimensions. An alternating oil pressure, at a frequency of 20 to 30 Hz, during 2.10 6 cycles, is applied at the piston head to obtain a reaction pressure at the bottom of the constant skirt (generally 40 bars or 40 10 5 N / m 2 ). The temperature is generally set at 50 ° C. Depending on the average and maximum pressure values at the piston head and the temperatures usually encountered in the bosses, a calculation makes it possible to determine the maximum combustion pressure at which the bosses can withstand. It is the latter which appears on the ordinate in FIG. 3, in this case for a hold of 20 h at 250 ° C. For the various characterizations and experiments, the pistons were previously subjected to a heat treatment comprising a dissolution solution with a plateau of 60 minutes at 500 ° C., quenching and a tempering of 5 h at 230 ° C.
Les résultats des tests de fatigue thermique sont indiqués sur la figure 2 et ceux des tests de fatigue des bossages d'axe sur la figure 3 : les meilleurs résultats sont appliquée en tête de piston pour obtenir une pression de réaction en bas de jupe constante (généralement de 40 bars soit 40 105 N/m2).The results of the thermal fatigue tests are shown in FIG. 2 and those of the fatigue tests of the axis bosses in FIG. 3: the best results are applied at the top of the piston to obtain a reaction pressure at the bottom of the constant skirt (generally 40 bars or 40 10 5 N / m 2 ).
La température est généralement fixée à 50°C. En fonction des valeurs moyenne et maximum de pression en tête de piston et des températures habituellement rencontrées dans les bossages, un calcul permet de déterminer la pression maximum de combustion à laquelle les bossages peuvent résister. C'est cette dernière qui figure en ordonnée à la figure 3, dans ce cas pour un maintien de 20 h à 2500C, Pour les différentes caractérisations et expérimentations, les pistons ont été au préalable soumis à un traitement thermique comportant une mise en solution avec palier de 60 mn à 500°C, une trempe et un revenu de 5 h à 2300C.The temperature is generally set at 50 ° C. Depending on the average and maximum pressure values at the piston head and the temperatures usually encountered in the bosses, a calculation makes it possible to determine the maximum combustion pressure at which the bosses can withstand. It is the latter which appears on the ordinate in FIG. 3, in this case for a hold of 20 h at 250 ° C. For the various characterizations and experiments, the pistons were previously subjected to a heat treatment involving solution with a plateau of 60 minutes at 500 ° C., quenching and tempering for 5 hours at 230 ° C.
Les résultats des tests de fatigue thermique sont indiqués sur la figure 2 et ceux des tests de fatigue des bossages d'axe sur la figure 3 : les meilleurs résultats sont obtenus en fatigue mécanique pour les compositions C et F (figure 3) qui seules entrent dans le champ de composition des alliages selon l'invention, ces deux compositions conduisant par ailleurs à d'excellents résultats en fatigue thermique.The results of the thermal fatigue tests are shown in FIG. 2 and those of the fatigue tests of the axis bosses in FIG. 3: the best results are obtained in mechanical fatigue for the compositions C and F (FIG. in the composition field of the alloys according to the invention, these two compositions also leading to excellent results in thermal fatigue.
La figure 4 indique les résultats d'essai de traction à l'ambiante sur éprouvettes de dissection. L'alliage C selon l'invention présente des caractéristiques du même niveau que celles de l'alliage classique A de référence. Figure 4 shows the tensile test results at room temperature on dissection specimens. The alloy C according to the invention has characteristics of the same level as those of the standard alloy A reference.

Claims

Revendications claims
1. Alliage d'aluminium pour pièce devant posséder une grande résistance mécanique à chaud, de composition (% massique) : Mg < 0,5 Si : 8,0 - 13 Cu : 4,0 - 9,0 Ni: 1,0 - 4,01. Aluminum alloy for a part with high mechanical resistance to heat, of composition (% by weight): Mg <0.5 Si: 8.0 - 13 Cu: 4.0 - 9.0 Ni: 1.0 - 4.0
Fe < 1,0 Mn < 1,0 Zn < 1,0 V < 0,3 Ti < 0,3Fe <1.0 Mn <1.0 Zn <1.0 V <0.3 Ti <0.3
Zr < 0,05 P : 0,001 - 0,05 autres éléments < 0,15 %chacun et 0,30% au total, balance aluminium.Zr <0.05 P: 0.001 - 0.05 other elements <0.15% each and 0.30% in total, aluminum balance.
2. Alliage selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la teneur en magnésium est inférieure à 0,4 %.2. Alloy according to claim 1, characterized in that the magnesium content is less than 0.4%.
3. Alliage selon la revendication 1, caractérisé en ce que la teneur en magnésium est inférieure à 0,3%.3. Alloy according to claim 1, characterized in that the magnesium content is less than 0.3%.
4. Alliage selon la revendication 1, caractérisé en ce que la teneur en magnésium est inférieure à 0,1 %.4. An alloy according to claim 1, characterized in that the magnesium content is less than 0.1%.
5. Alliage selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la teneur en fer est inférieure à 0,60 % et la teneur en Zn inférieure à 0.40%.5. Alloy according to one of claims 1 to 4, characterized in that the iron content is less than 0.60% and the Zn content less than 0.40%.
6. Alliage selon l'une des revendications 1 à 5, destiné à présenter une structure équiaxe dans la quasi-totalité de la pièce, caractérisé en ce que la teneur en titane est comprise entre 0,10 et 0,20 %.6. Alloy according to one of claims 1 to 5, intended to present a structure equiaxed in almost the entire room, characterized in that the titanium content is between 0.10 and 0.20%.
7. Alliage selon l'une des revendications 1 à 5, destiné à présenter une structure colonnaire marquée en certaines zones choisies de la pièce et éventuellement équiaxes dans d'autres zones, caractérisé en ce que la teneur en titane est inférieure à 0,10 %.7. Alloy according to one of claims 1 to 5, for presenting a marked columnar structure in selected areas of the room and optionally equiaxed in other areas, characterized in that the titanium content is less than 0.10 %.
8. Alliage selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la teneur en vanadium est comprise entre 0,04 et 0,20 %.8. Alloy according to one of claims 1 to 7, characterized in that the vanadium content is between 0.04 and 0.20%.
9. Alliage selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la teneur en manganèse est comprise entre 0,15 et 0,40 %.9. An alloy according to one of claims 1 to 8, characterized in that the manganese content is between 0.15 and 0.40%.
10. Alliage selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il est utilisé pour un insert de partie chaude d'une pièce moulée.10. Alloy according to one of claims 1 to 9, characterized in that it is used for a hot part insert of a molded part.
11. Alliage selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il est utilisé pour un piston de moteur à combustion interne. 11. Alloy according to one of claims 1 to 10, characterized in that it is used for an internal combustion engine piston.
EP05820753A 2004-11-26 2005-11-23 Aluminium alloy for component with high hot process mechanical strength Withdrawn EP1815036A2 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR0412579A FR2878534B1 (en) 2004-11-26 2004-11-26 ALUMINUM ALLOY FOR HIGH HARD MECHANICAL RESISTANCE PIECE
PCT/FR2005/002909 WO2006056686A2 (en) 2004-11-26 2005-11-23 Aluminium alloy for component with high hot process mechanical strength

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP1815036A2 true EP1815036A2 (en) 2007-08-08

Family

ID=35079460

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP05820753A Withdrawn EP1815036A2 (en) 2004-11-26 2005-11-23 Aluminium alloy for component with high hot process mechanical strength

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP1815036A2 (en)
FR (1) FR2878534B1 (en)
WO (1) WO2006056686A2 (en)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011083967A1 (en) * 2011-10-04 2013-04-04 Federal-Mogul Nürnberg GmbH Method for producing an engine component and engine component
DE102011083969A1 (en) * 2011-10-04 2013-04-04 Federal-Mogul Nürnberg GmbH Method for producing an engine component and engine component
DE102011083972A1 (en) * 2011-10-04 2013-04-04 Federal-Mogul Nürnberg GmbH Method for producing an engine component and engine component
DE102011083970A1 (en) * 2011-10-04 2013-04-04 Federal-Mogul Nürnberg GmbH Method for producing an engine component and engine component
DE102011083968A1 (en) * 2011-10-04 2013-04-04 Federal-Mogul Nürnberg GmbH Method for producing an engine component and engine component
JP5910206B2 (en) * 2012-03-16 2016-04-27 いすゞ自動車株式会社 Aluminum alloy
CN102676889B (en) * 2012-05-17 2014-01-08 天津立中合金集团有限公司 High-performance eutectic aluminum silicon alloy piston material of vehicle engine
CN106282691B (en) * 2016-06-02 2018-04-24 天津大学 A kind of Al3CuNi REINFORCED Als-Mg2Si based composites and preparation method thereof
DE102020205193A1 (en) 2019-05-16 2020-11-19 Mahle International Gmbh Process for producing an engine component, engine component and the use of an aluminum alloy

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2529062A1 (en) * 1975-06-30 1977-02-03 Schmidt Gmbh Karl Hypo-eutectic aluminium silicon alloy - contg. zirconium for improved creep strength
JPS53115407A (en) * 1977-03-17 1978-10-07 Mitsubishi Keikinzoku Kogyo Kk Engine cylinder block and the manufacture thereof
AU536976B2 (en) * 1980-09-10 1984-05-31 Comalco Limited Aluminium-silicon alloys
US4648918A (en) * 1984-03-02 1987-03-10 Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho Abrasion resistant aluminum alloy
JPH01180938A (en) * 1988-01-12 1989-07-18 Ryobi Ltd Wear-resistant aluminum alloy
FR2690927B1 (en) * 1992-05-06 1995-06-16 Pechiney Aluminium ALUMINUM-BASED MOLDING ALLOYS HAVING GOOD RESISTANCE TO HOT CREAM.
DE4326978A1 (en) * 1993-08-11 1995-02-16 Alcan Gmbh Pistons for internal combustion engines, in particular for diesel engines
JPH08104937A (en) * 1994-10-03 1996-04-23 Nippon Light Metal Co Ltd Aluminum alloy for internal combustion engine piston excellent in high temperature strength and its production
JPH08165537A (en) * 1994-12-12 1996-06-25 Hitachi Metals Ltd Low thermal expansion aluminum alloy for die casting and automobile part
JPH1112674A (en) * 1997-06-30 1999-01-19 Aisin Seiki Co Ltd Aluminum alloy for internal combustion engine piston, and piston made of aluminum alloy
JP2000054053A (en) * 1998-08-03 2000-02-22 Toyota Motor Corp Aluminum-base alloy excellent in heat resistance, and its production
JP3765707B2 (en) * 1999-03-31 2006-04-12 神鋼アルコア輸送機材株式会社 Brazing flux and brazing flux of aluminum or aluminum alloy material
KR100485400B1 (en) * 2000-04-10 2005-04-27 쇼와 덴코 가부시키가이샤 Forged scroll part and production method therefor
JP4691799B2 (en) * 2001-02-21 2011-06-01 株式会社豊田中央研究所 Aluminum casting alloy for piston and manufacturing method of piston
US7682469B2 (en) * 2002-07-22 2010-03-23 Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho Piston made of aluminum cast alloy and method of manufacturing the same

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO2006056686A3 *

Also Published As

Publication number Publication date
WO2006056686A3 (en) 2007-02-15
FR2878534B1 (en) 2007-10-19
FR2878534A1 (en) 2006-06-02
WO2006056686A2 (en) 2006-06-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1815036A2 (en) Aluminium alloy for component with high hot process mechanical strength
CN103540809B (en) Cast aluminium alloy gold for structure member
EP2329053B1 (en) Casting made from aluminium alloy, having high hot creep and fatigue resistance
CA2489349C (en) Part cast from aluminium alloy with high hot strength
CA2633420C (en) Sheet made of high-toughness aluminium alloy containing copper and lithium for an aircraft fuselage
FR2818288A1 (en) METHOD OF MANUFACTURING AN AL-Si ALLOY SAFETY PART
CA2812236C (en) Copper aluminum alloy molded part having high mechanical strength and hot creep resistance
FR2857378A1 (en) Cast component of an aluminium with a high resistance to flow when subjected to elevated thermal and mechanical stress, notably a cylinder head for an internal combustion engine
FR2489846A1 (en) ALUMINUM ALLOYS OF HIGH MECHANICAL AND WEAR RESISTANCE AND METHOD OF MAKING THE SAME
EP0756017B1 (en) Aluminium-copper-magnesium alloy with high creep resistance
EP0478479A1 (en) Process for the improvement of microshrinkage behaviour of magnesium alloys
JP3164587B2 (en) Alloys with excellent thermal fatigue resistance, aluminum alloys with excellent thermal fatigue resistance, and aluminum alloy members with excellent thermal fatigue resistance
FR2859484A1 (en) Cast aluminum alloy component with high flow resistance for use in turbo-charged petrol and diesel engines, e.g. pistons for internal combustion engines
JPH11246925A (en) Aluminum alloy casting with high toughness, and its manufacture
Zainon et al. The effects of Mg2Si (p) on microstructure and mechanical properties of AA332 composite
JP2006161103A (en) Aluminum alloy member and manufacturing method therefor
EP1118457B1 (en) Bimetallic component made from aluminium alloy with a bulk insert of titanium or titanium alloy
JP2002249840A (en) Aluminum cast alloy for piston and production method of piston
JP3195392B2 (en) Method for producing high strength and high toughness aluminum alloy casting
EP3610048A1 (en) Low-density aluminium-copper-lithium alloy products
JP2004068152A (en) Piston made of aluminum cast alloy and method for producing the same
JP2004225134A (en) Aluminum alloy material for diesel engine cylinder head, production method therefor, and diesel engine
FR2515214A1 (en) ALUMINUM ALLOY FOR MOLDING
Hossain et al. Effects of heat treatment on the microstructure, impact toughness and fracture strength of Al-6Si-2Cu cast alloy
WO2023144492A1 (en) Improved thin sheet made of aluminium-copper-lithium alloy

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20070328

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IS IT LI LT LU LV MC NL PL PT RO SE SI SK TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: AL BA HR MK YU

DAX Request for extension of the european patent (deleted)
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20090602