FR2503601A1 - Procede de rechargement d'un alliage d'aluminium par une couche d'un autre metal - Google Patents

Procede de rechargement d'un alliage d'aluminium par une couche d'un autre metal Download PDF

Info

Publication number
FR2503601A1
FR2503601A1 FR8107138A FR8107138A FR2503601A1 FR 2503601 A1 FR2503601 A1 FR 2503601A1 FR 8107138 A FR8107138 A FR 8107138A FR 8107138 A FR8107138 A FR 8107138A FR 2503601 A1 FR2503601 A1 FR 2503601A1
Authority
FR
France
Prior art keywords
metal
recharging
reloading
piston
weld
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.)
Granted
Application number
FR8107138A
Other languages
English (en)
Other versions
FR2503601B1 (fr
Inventor
D M Rabkin
V R Ryabov
V N Bernadsky
A D Stretovich
V A Kirpaty
I A Koval
V F Zlobin
A B Menaker
Y I Sherman
N N Meleshko
A N Shalai
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.)
Institut Elektrosvarki Imeni E O Patona Akademii Nauk Ukrainskoi Ssr
Original Assignee
Institut Elektrosvarki Imeni E O Patona Akademii Nauk Ukrainskoi Ssr
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 Institut Elektrosvarki Imeni E O Patona Akademii Nauk Ukrainskoi Ssr filed Critical Institut Elektrosvarki Imeni E O Patona Akademii Nauk Ukrainskoi Ssr
Priority to FR8107138A priority Critical patent/FR2503601A1/fr
Priority to DE3114701A priority patent/DE3114701C2/de
Publication of FR2503601A1 publication Critical patent/FR2503601A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of FR2503601B1 publication Critical patent/FR2503601B1/fr
Granted legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/28—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 950 degrees C
    • B23K35/286—Al as the principal constituent
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K15/00—Electron-beam welding or cutting
    • B23K15/0046—Welding
    • B23K15/0093—Welding characterised by the properties of the materials to be welded
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/20—Bonding
    • B23K26/32—Bonding taking account of the properties of the material involved
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/34—Laser welding for purposes other than joining
    • B23K26/342—Build-up welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/28—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 950 degrees C
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/04—Welding for other purposes than joining, e.g. built-up welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/08—Non-ferrous metals or alloys
    • B23K2103/10—Aluminium or alloys thereof
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/18—Dissimilar materials

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)

Abstract

L'INVENTION SE RAPPORTE AUX TECHNIQUES DE SOUDAGE. LE PROCEDE CONSISTE EN CE QU'ON OPERE LE RECHARGEMENT D'UN ALLIAGE D'ALUMINIUM PAR UNE COUCHE D'UN AUTRE METAL EN UTILISANT A CET EFFET UN MATERIAU DE RECHARGEMENT COMPRENANT DES ELEMENTS D'ADDITION. AU DEBUT, LE PROCESSUS EST OPERE DE TELLE SORTE QUE LA PUISSANCE SPECIFIQUE DE LA SOURCE DE CHALEUR EST DE 10 A 10WCM ET LE MATERIAU DE RECHARGEMENT EST INTRODUIT DANS LE BAIN DE FUSION EN QUANTITE DE 20 A 98 EN POIDS, APRES QUOI ON SOUMET LE METAL DEPOSE A LA REFONTE EFFECTUEE D'UNE MANIERE TELLE QUE LE VOLUME DU BAIN DE FUSION SOIT AUGMENTE DE 1,2-10 FOIS POUR CHAQUE CYCLE DE FUSION. APPLICATIONS: FABRICATION DES MOTEURS A EXPLOSION DE TYPES DIFFERENTS, DANS LES INDUSTRIES AERONAUTIQUE ET SPATIALE.

Description

PROCEDE DE RECHARGEMENT D'UN ALLIAGE D'ALUMINIUM
PAR UNE COUCHE D'UN AUTRE METAL
La présente invention se rapporte aux techniques de soudage et, plus spécialement, concerne un procédé de rechargement d'un alliane d'aluminium par une couche d'un autre métal.
L'invention a tout particulièrement trait à la construction des moteurs à explosion de types différents et se rapporte également aux industries aéronautique et spatiale.
Les alliages d'aluminium sont largement utilisés dans les domaines men tionnés ci-dessus. En même temps, l'apparition des moteurs à explosion de grande puissance et l'accroissement permanent des puissances employées font recourir à des alliages d'aluminium toujours plus résistants. Une des conditions auxquelles doivent satisfaire les pièces et les ensembles qui, exposés à des températures élevées et à des efforts importants, sont en outre soumis aux charges de choc, est un bon pouvoir de résistance à l'usure.La résistance à l'usure, que les pièces et les ensembles faits en alliage d'aluminium doivent normalement présenter pour être conformes aux normes d'exploitation, est à l'heure actuelle si importante, c'est-à-dire que les alliages d'aluminium doivent être si riches en éléments d'addition, que les pièces ou ensembles en question ne peuvent pas être obtenus par des procédés traditionnels tels que: le moulage, le forgeage ou l'emboutissage. La technique que l'on considère, en l'occurence, la plus convenable consiste à rendre plus solides les pièces en les rechargeant par une couche d'un autre métal, plus résistant à l'usure.
Cependant, les possibilités procurées par les techniques de soudage des alliages d'aluminium sont, elles aussi, limitées du fait qu'on n'arrive alors pas à apporter, par ces procédés connus, des grandes quantités d'éléments d'addition dans le métal de rechargement.
Ainsi, on connait, par exemple, un procédé de rechargement d'un alliage d'aluminium par une couche d'un autre métal, suivant lequel on utilise en tant que métal de rechargement un fil d'aluminium composite, armé par de minces fibres (0,2 mm) de nickel (voir "Ispytania aluminievykh porshnei dizelei s isnosostoikoi naplavkoi", par N. D. Shalai, Ji. A. Vasiliev, M., Nlllnformtyazhmash, 1977).
Cependant, le procédé en question, dont la vitesse de rechargement ne dépasse pas 20 m/s donne lieu à un faible rendement. D'autre part, ce procédé ne permet pas la répartition uniforme du nickel dans la couche de métal résultant du rechargement, ce qui nuit, à son tour, à la résistance à l'usure des pièces ainsi rechar#ées. La mise en oeuvre de ce procédé exige en outre que les pièces soient portées au préalable, à 200 C, ce qui rend difficile le maniement ultérieur desdites pièces et nécessite des équipements auxiliaires.
Il est aussi à noter que le processus de fabrication du fil composite exige beaucoup de main d'oeuvre et, n'est pour le moment, réalisable qu'en laboratoire, ce qui rend la fabrication très onéreuse.
On a donc cherché à mettre au point un procédé de rechargement d'un alliage d'aluminium par une couche d'un autre métal qui, donnant lieu à un rendement élevé, permettrait d'élever les caractéristiques d'exploitation des pièces faites à partir des alliages d'aluminium en modifiant les régimes et les parametres de rechargement de sorte qu'il soit possible d'employer à cet effet un matériau de rechargement composé pour l'essentiel des éléments d'addition.
Le problème posé est résolu à l'aide d'un procédé de rechargement d'un alliage d'aluminium par une couche d'un autre métal, dans lequel on emploie un matériau de rechargement à base d'un élément d'addition, ce procédé étant carac térisé, en ce que le rechargement est opéré au début de sorte que la puissance spécifique de la source de chaleur est de 103 à 105 W/cm2 et en ce que le materiau de soudage est introduit dans le bain de fusion en quantité de 20 à 98% en poids, après quoi le dépôt de métal est soumis à une refonte avec accroissement du volume du bain de fusion de 1,2 à 10,0 fois pour chaque cycle de fusion.
La particularité principale du procédé proposé réside dans le fait que l'on y emploie un matériau de rechargement conçu à base d'éléments d'addition, y compris des éléments dont la température de fusion est supérieure à celle de l'aluminium. Ce sont des éléments tels que: le fer, le nickel, le cobalt, le manganèse et le chrome.
Lors de l'introduction du matériau susmentionné dans le bain de fusion, il est rationnel d'opérer par stades. Au début, la quantité d'éléments d'addition introduite dans le bain de fusion doit se trouver dans les limites de 20 à 98% en poids du bain. Pour que la répartition du matériau de rechargement soit uniforme dans tout le volume dudit bain de fusion, on peut recourir à une source de chaleur plus puissante que celle que l'on emploie normalement pour obtenir un bain de fusion de volume analogue.
En particulier, lorsqu'il s'agit des moyens de soudage a l'arc, l'intensite du courant de soudage est augmentée de 1,5-3 fois, avec un accroissement simultané de la vitesse de rechargement de 3 à 10 fois.
Tous les défauts qui se sont produits éventuellement lors de la formation de la couche de métal (caniveaux et analogues) sont compensés aux stades ultérieurs du processus. La teneur du matériau de rechargement en éléments d'addition étant de 20%, il suffit d'augmenter le courant de 1,5 fois et la vitesse de 3 fois. La teneur susmentionnée étant de 98%, le courant doit être augmenté de 3 fois et la vitesse de rechargement doit l'être de 10 fois. Il est â noter que l'augmentation des paramètres de rechargement n'est relative qu'au stade du processus ou l'on opère l'amenée du matériau de rechargement. La refonte ultérieure est normalement exécutée sans apport de matériau de rechargement, c'est pourquoi on a alors recours aux "régimes normaux".On entend par "régime normal" un regime de rechargement où, pour obtenir une couche de métal épaisse de 5 mm, on opère avec un courant de 250 à 300 A et à une vitesse de rechargement de 16-20 m/h
Lors de la refonte du métal déposé pendant le premier stade du processus, on est tenu d'augmenter le volume du bain de fusion de 1,2-10 fois. Cela est indispensable pour obtenir un mélange efficace du métal liquide.
Le procédé de rechargement selon l'invention permet d'augmenter la résistance à l'usure, à la chaleur et d'autres caractéristiques d'exploitation des pièces qui, exposées à des températures élevées, sont soumises à des charges locales. Cet avantage étant obtenu, on arrive, premièrement, à élever les caractéristiques économiques et techniques, par exemple, des moteurs à explosion au prix de leur surcharge, deuxièmement, à élever de 1,5-2 fois la durée de leur service et, troisièmement, a économiser des éléments d'addition chers tels que le nickel et le cobalt auxquels on recourt normalement en vue d'améliorer les caractéristiques d'exploitation des alliages d'aluminium.
L'invention sera mieux comprise, d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaîtront mieux à la lumière de la description qui va suivre des exemples non limitatifs de sa réalisation.
EXEMPLE 1
Le procédé conforme à l'invention est mis en oeuvre en vue de recharger, par une couche résistante à l'usure, un piston de moteur à explosion, dans la zone du premier segment de compression. Le diamètre du piston est de 110 mm et le matériau, dont il est forme, est un alliage d'aluminium de fonderie compre nant (! en poids):
12,1 de silicium;
2,2 de cuivre;
0,8 de magnésium;
1,3 de nickel;
0,4 de fer;
0,2 de manganèse;
0,1 de titane; le reste étant de l'aluminium.
Le rechargement a été opéré par une technique de soudage à l'arc sous atmosphère d'argon faisant emploi d'un matériau de rechargement â base de fer.
Le matériau de rechargement est un fil plein de 1,2 mm de diamètre.
Le fil susmentionné présente la composition suivante (% en poids):
0,1 de carbone;
1,9 de manganèse;
0,8 de silicium; le reste étant du fer.
La construction du piston considéré nécessite une penetration epaisse de 4-5 mm.
L'amenée du matériau de rechargement est effectuée dans les conditions de régime suivant:
puissance spécifique de l'arc 0,7.104 W/cm2
courant de soudage alternatif (50 Hz)
500 A
tension de l'arc 15-18 V
. diamètre de l'électrode en tungstène 8 mm
débit du gaz protecteur 10 1/mn
vitesse de rechargement 180 m/h
. vitesse d'amenée du fil 190 m/h
Avec ce régime de rechargement, on est arrivé à obtenir une couche de métal contenant 50% en poids d'éléments d'addition. Le dépôt de métal ainsi obtenu, le métal se présente sous forme d'un composé intermétallique fer-aluminium présentant une fragilité élevée.
Le composé intermétallique considéré est dissous dans l'alliage d'aluminium. A cet effet, le métal déposé est soumis à une refonte de sorte que, la vitesse de rechargement étant diminuée de 180 à 54 m/h, le volume du bain de fusion est augmenté de 7 fois. Ainsi traité, le métal déposé est encore refondu une fois de sorte que le volume du bain de fusion est de nouveau augmenté; cette fois le volume est quadruplé, la vitesse de rechargement étant réduite de 54 à 36 m/h.
Le métal résultant du rechargement ainsi effectué présente la composition suivante (% en poids):
11,6 de silicium;
5,3 de fer;
2,1 de cuivre;
0,8 de magnésium;
1,2 de nickel;
0,2 de manganèse;
0,1 de titane; le reste étant de l'aluminium.
Le métal déposé est soumis à des essais mécaniques en vue de déterminer sa résistance aux chocs et sa résistance a la rupture; on détermine également sa dureté Brinell.
Les résultats obtenus sont donnés ci-dessous:
résistance à la rupture, MPa 180
. dureté Brinell, HB
a 200C 125
à 2500C 80
. résistance au choc, MJ/m2 0,1
Par analyse métallographique, on constate que le métal obtenu présente une structure composite à phases hétérogènes armées intermétallique, structure assurant un haut module d'élasticité proche de celui de la fonte. Les pistons ainsi rechargés ont été essayés dnas la zone du premier segment de compression dans un moteur. Les essais ont montré que la résistance à l'usure desdits pistons était de 4 fois supérieure à celle présentée par les pistons non rechargées.En outre, on a essayé, directement dans le moteur, un piston rechargé selon le procédé de l'invention et un piston muni, dans la zone du premier segment de compression d'une insertion faite en fonte "Ni-resist", (dénomination d'une fonte résistance à la chaleur et à la corrosion à 15-36% de Ni), cela en vue de comparer leurs pouvoirs de résistance à l'usure. La résistance à l'usure des pistons rechargés selon l'invention a été de 10-20% supérieure à la résistance des pistons munis des insertions en Ni-résist.
EXEMPLE 2
Le procédé conforme à l'invention a été mis en oeuvre en vue d'obtenir une couche de métal résistant à l'usure sur la surface de séparation d'une culasse de cylindre d'un moteur à explosion. La pièce à recharger est obtenue à partir d'un alliage d'alluminium de fonderie dont la composition est la suivante (X en poids):
8,7 de silicium;
0,2 de manganèse;
0,03 de nickel;
0,03 de titane;
0,3 de magnésium;
0,6 de fer;
0,1 de cuivre; le reste étant de l'aluminium.
On opère a l'aide d'un laser, agissant en tant que source de chaleur, sous atmosphère d'argon, le matériau de rechargement se présentant sous forme de poudre d'un alliage intermédiaire à base de manganèse. L'alliage intermédiaire susmentionné présente la composition suivante ( en poids):
10,8 de fer;
15,6 de chrome;
20,3 de silicium; le reste étant du manganèse.
L'alliage intermédiaire est amené dans le bain de fusion au régime suivant:
puissance spécifique de la source laser 103 W/cm2
. diamètre d'action du rayon laser 2 mm
débit de l'argon 4-6 1/mn
. vitesse de rechargement 80 m/h
Le métal résultant du rechargement ainsi effectué comprend 20% en poids de l'alliage intermédiaire à base de manganèse. Les éléments d'addition se présentent, au sein du métal déposé, sous forme d'inclusions intermétalliques fragiles.
Afin de répartir uniformément les éléments d'addition dans le métal de rechargement déposé, celui-ci a été soumis a une refonte avec augmentation du volume du bain de fusion de 10 fois. Cela a été obtenu par une baisse de la vitesse de rechargement de 80 a 10 m/h.
Ainsi traité, le métal de rechargement présente la composition suivante (% en poids):
8,6 de silicium;
3,3 de manganèse;
0,03 de nickel;
0,02 de titane;
0,2 de magnésium;
0,6 de fer;
0,1 de cuivre;
0,8 de chrome; le reste étant de l'aluminium.
Le métal résultant du rechargement est soumis a des essais mécaniques dont les résultats sont réunis ci-dessous:
résistance a la rupture, MPa 200
. dureté Brinell, HB 120
résistance au choc, MJ/m2 0,1
Le métal obtenu est soumis en outre a une analyse métallographique qui a montré une structure composite à phases hétérogènes, armée par un réseau intermétallique a base de manganèse et de chrome.
On fait des essais, en parallèle, sur une culasse rechargée, selon le procédé de l'invention, dans la zone des ouvertures d'échappement et sur une culasse non rechargée.
La résistance mécanique à chaud de la culasse rechargée est 2 fois superieure à la résistance de la culasse non rechargée. Cela permet d'élever de 2 fois la durée de service du moteur à explosion.
EXEMPLE 3
Le procédé conforme à l'invention est mis en oeuvre en vue d'obtenir une couche résistante à l'usure sur un piston de moteur a explosion, et notamment, dans la zone du premier segment de compression. Le diamètre du piston est de 100 mm. Le piston en question est fabriqué à partir d'un alliage d'aluminium de fonderie comprenant (% en poids):
12,1 de silicium;
1,6 de cuivre;
0,8 de magnésium;
1,4 de nickel;
0,4 de fer;
0,1 de manganèse;
0,03 de titane; le reste étant de l'aluminium.
On opère à l'aide d'un faisceau d'électrons agissant sur un matériau de rechargement à base de nickel. Initialement, le matériau de rechargement est pulvérisé au plasma sur la surface a recharger, puis on procède a la fusion de la couche pulvérisée.
A cet effet, on emploie un faisceau d'électrons dont la puissance spécifique est de 105 W/cm2 et le diamètre de 10 mm en maintenant la vitesse de rechar nement au voisinage de 220 m/h.
On obtient ainsi un dépôt de métal de rechargement comprenant 98% en poids de nickel.
Afin de répartir uniformément l'élément d'addition dans le métal de rechargement, celui-ci est soumis à une refonte avec une augmentation du volume du bain de fusion de 6 fois. Ceci est obtenu par diminution de la vitesse de rechargement de 220 m/h à 80 m/h. Ensuite, on effectue une deuxième fusion avec à nouveau augmentation du volume du bain de fusion, en l'occurence de 7 fois, la vitesse de rechargement étant diminuée de 80 m/h à 25 m/h.
Ainsi obtenu, le métal de rechargement présente la composition suivante (% en poids):
11,9 de silicium;
7,0 de nickel;
1,6 de cuivre;
0,8 de magnésium;
0,4 de fer;
0,1 de manganèse;
0,03 de titane; le reste étant de l'aluminium.
Soumis aux essais mécaniques, le métal de rechargement présente les caractéristiques suivantes:
. résistance a la rupture, MPa 210
. dureté Brinell, HB 130
. résistance au choc, MJ/m2 0,1
Le piston ainsi rechargé est essayé, dans un moteur, en parallèle avec un piston non rechargé mais présentant une insertion en Ni-résist dans la zone du premier segment de compression. La résistance a l'usure du premier piston est de 2 fois supérieure à celle du deuxième piston.
EXEMPLE 4
Le procédé conforme à l'invention est mis en oeuvre en vue d'obtenir une couche résistance à l'usure sur un piston de moteur à explosion de 110 mm de diamètre, et notamment, dans la zone du bord de la chambre intérieure. Le piston en question est fabriqué à partir d'un alliage d'aluminium de fonderie comprenant (% en poids):
12,1 de silicium;
2,2 de cuivre;
0,8 de magnésium;
1,3 de nickel;
0,4 de fer;
0,2 de manganèse;
0,1 de titane; le reste étant de l'aluminium.
On utilise une source de plasma a argon agissant sur un matériau de rechargement se présentant sous forme d'un alliage intermédiaire à base d'éléments d'addition. L'alliage intermédiaire présente la composition suivante (% en poids):
20,0 de fer;
4,0 de cobalt;
10,0 de chrome;
5,0 de manganèse;
20,0 de silicium;
2,0 de vanadium; le reste étant de l'aluminium.
Le matériau de rechargement est introduit dans le bain de fusion avec le régime suivant:
puissance spécifique de la source de plasma 10 W/cm2
courant de soudage alternatif
(50 Hz)
260 A
. tension de l'arc 15-18 V
diamètre de l'électrode de tungstène 5 mm
débit du gaz protecteur 6 1/mon
. vitesse de rechargement 150 m/h
Ce régime de rechargement permet d'obtenir une couche de métal comprenant 20% en poids d'éléments d'addition qui se présentent, en son sein, sous forme d'inclusions intermétalliques fragiles.
Afin de répartir uniformément les éléments d'addition dans le métal déposé, celui-ci est soumis à une refonte avec une augmentation du volume du bain de fusion de 1,2 fois, la vitesse de rechargement étant diminuée de 150 m/h à 40 m/h.
Après la refonte, le métal déposé présente la composition suivante (% en poids):
11,9 de silicium;
7,0 de nickel;
1,6 de cuivre;
0,8 de magnésium;
0,4 de fer;
0,1 de manganèse;
0,03 de titane; le reste étant de l'aluminium.
Soumis aux essais mécaniques, le métal ainsi obtenu présente les carac teristiques suivantes:
résistance à la rupture, MPa 210
. dureté Brinell, HB 130
. résistance au choc, MJ/m2 0,1
Par analyse métallographique, on constate que le métal déposé présente une structure composite à grains fins ayant un réseau d'éléments intermétalliques de forme dendritique.
Des essais comparatifs effectues sur un piston rechargé selon le procédé de l'invention et un piston non rechargé ont montré que la résistance thermocyclique des bords du piston rechargé est de 50% supérieure à celle présentée par le piston non rechargé.
EXEMPLE 5
Le procédé conforme à l'invention est mis en oeuvre en vue d'obtenir une couche résistance à l'usure sur un piston de moteur à explosion, et notamment, dans la zone de son premier segment de compression. Le piston en question présente un diamètre de 130 mm. Le matériau du piston est un alliage d'aluminium de fonderie comprenant (X en poids):
20,0 de silicium;
0,3 de manganèse;
1,5 de nickel;
0,2 de titane;
0,5 de magnésium;
1,3 de fer;
3,0 de cuivre; le reste étant de l'aluminium.
On opère par une technique de soudage a l'arc sous atmosphère d'argon. Le matériau de rechargement est un fil chargé de 1,6 mm de diamètre.
La gaine du fil présente la composition suivante (' en poids):
0,1 de carbone;
1,9 de manganèse;
0,8 de silicium; le reste étant du fer.
La charge du fil comporte (% en poids):
25,0 de chrome;
12,0 de molybdène;
13,0 de vanadium;
20,0 de titane;
13,0 de cobalt; le reste étant du silicium.
Le matériau de rechargement est amené dans le bain de fusion au régime suivant de rechargement:
puissance spécifique de l'arc de soudage 0,8.104 W/cm2
courant de soudage alternatif
(50 Hz)
600 A
tension de l'arc de soudage 18-20 V
. diamètre de l'électrode de tungstène 10 mm
. débit du gaz protecteur 10 I/mn
vitesse de rechargement 180 m/h
. vitesse d'amenée du fil 180 m/h.
Le régime de rechargement étant tel qu'indiqué, on obtient une couche de métal comprenant 30% en poids d'éléments d'addition réunis en composés intermétalliques éléments d'addition - aluminium
Afin de repartir uniformément les éléments d'addition dans le métal déposé, celui-ci est soumis à une refonte de sorte que le volume du bain de fusion est augmenté de 7,5 fois par une baisse de la vitesse de rechargement de 180 m/h à 45 m/h. On effectue alors une deuxième refonte du métal de rechargement en augmentant de nouveau le volume du bain de fusion, en l'occu- rence de 5 fois, la vitesse de rechargement étant diminuée de 45 m/h à 28 m/h.
Le métal déposé ainsi traité présente la composition suivante (% en poids):
19,0 de silicium;
0,3 de manganèse;
1,4 de nickel;
0,2 de titane;
0,4 de magnésium;
5,0 de fer;
2,8 de cuivre;
0,2 de chrome;
0,1 de molybdène;
0,1 de vanadium;
0,1 de cobalt;
Le reste étant de l'aluminium.
Soumis aux essais mécaniques, le métal déposé présente les caractéristiques suivantes:
. résistance a la rupture, MPa 220
. dureté Brinell, HB 135
. résistance au choc, MJ/m2 0,1
Les essais comparatifs auxquels on a soumis le piston rechargé selon le procédé de l'invention d'une part et un piston non rechargé d'autre part ont montré que la résistance à l'usure du piston rechargé est 1,5 fois supérieure a celle présentée par le piston non rechargé.
EXEMPLE 6
Le procédé conforme a l'invention est mis en oeuvre en vue d'obtenir une couche de métal résistant à l'usure sur un piston de moteur à explosion, et notamment, dans la zone de son premier segment de compression. Le piston en question présente un diamètre de 120 mm et, obtenu à partir d'un alliage d'aluminium de fonderie, présente la composition suivante (% en poids):
0,1 de silicium;
0,04 de manganèse;
0,9 de nickel;
0,04 de titane;
1,4 de magnésium;
0,9 de fer;
2,0 de cuivre; le reste étant de l'aluminium.
On opère à l'aide d'une source de plasma à argon et d'un matériau de rechargement en forme d'un fil composite. Le fil composite présente un noyau de 0,8 mm de diamètre a base de fer (50% en poids) et de nickel (50% en poids) enveloppé par une gaine d'aluminium de 2,0 mm de diamètre.
Le matériau de rechargement est amené dans le bain de fusion au régime suivant de rechargement:
puissance spécifique de la source de plasma 0,7.104 W/cm2
. courant de soudage alternatif
(50 Hz)
500 A
. tension de l'arc 16-17 V
. diamètre de l'électrode de tungstène 8 mm
. débit du gaz protecteur 9 1/mon
. vitesse de rechargement 200 m/h
. vitesse d'amenée du fil 280 m/h.
Le régime de rechargement étant tel qu'indiqué, on obtient une couche de métal comprenant 60% en poids d'éléments d'addition et ayant pour base des composés intermétalliques fer-nickel-aluminium présentant une fragilité élevée.
Afin de répartir uniformément les éléments d'addition dans le métal déposé et pour obtenir des composés intermétalliques fer-nickel-aluminium présentant une stabilité et une résistance élevées, on effectue la refonte du métal de rechargement de telle sorte que le volume du bain de fusion est augmenté de 9 fois, la vitesse de rechargement étant diminuée de 200 m/h a 30 m/h.
Le métal déposé ainsi obtenu, présente la composition suivante (% en poids):
0,1 de silicium;
0,03 de manganèse;
3,4 de nickel;
0,04 de titane;
1,4 de magnésium;
3,5 de fer;
2,0 de cuivre; le reste étant de l'aluminium.
Soumis aux essais mécaniques, le métal déposé présente les caractéristiques suivantes:
. résistance à la rupture, MPa 250
. dureté Brinell, HB 140
. résistance au choc, MJ/m2 0,1
Les essais comparatifs auxquels on soumet le piston rechargé selon le procédé conforme à l'invention d'une part et un piston non rechargé d'autre part montrent que la résistance à l'usure du piston rechargé est 1,5 fois supérieure a celle présentée par le piston non rechargé.
EXEMPLE 7 (négatif)
On opère en principe selon la méthode décrite dans l'exemple 2.
On constate cependant que le bain de fusion ne reçoit que 15% en poids de l'alliage intermédiaire. Une partie des éléments d'addition donne naissance à des composés intermétalliques tandis que l'autre se présente sous forme de particules non fondues. En continuant le processus, on n'obtient pas de répartition uniforme des éléments d'addition dans le métal déposé et on constate que celui-ci présente une fragilité élevée.
EXEMPLE 8 (négatif)
On opère en principe selon la méthode décrite dans l'exemple 3.
Le matériau pulvérisé sur la surface du piston est cependant soumis à une fusion à l'aide d'un faisceau d'électrons dont la puissance spécifique est de 106 W/cm2.
Le fait que la puissance spécifique de la source de chaleur est supérieure à la limite maximale recommandée provoque une évaporation intense du métal fondu et conduit a une perte en-elements d'addition ce qui affecte, en même temps, les conditions dans lesquelles se forme la couche de métal de rechargement. On constate, en outre, la formation d'un dépôt métallique sur les fenêtres de contrôle de la chambre à vide.
EXEMPLE 9 (négatif)
On opère en principe selon la méthode décrite dans l'exemple 1. La puissance spécifique de l'arc de soudage n'est cependant que de 0,8.103 W/cm2.
La puissance spécifique de l'arc de soudage étant faible comme mentionné, on n'arrive pas à fondre le matériau de rechargement. Il est apparu irrationnel de continuer le processus.
EXEMPLE 10 (négatif)
On opère en principe selon la méthode décrite dans l'exemple 5. Cependant, lors de la refonte du-métal de rechargement, le volume du bain de fusion est augmente de 12 fois. On assiste alors à la formation, dans le métal de rechargement, de grosses inclusions intermétalliques composées d'éléments d'addition, ce qui affecte ultérieurement la résistance au choc de la couche de métal obtenue.
En effectuant d'autres refontes du métal de rechargement, on n'arrive pas à parer à cet inconvénient du fait que la température du bain de fusion ne monte pas, à ce régime, au-dessus de 9000C, les inclusions ne pouvant être fondues qu'a une température de 1300 à 14000C.
Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits ci-dessus. D'autres modifications y peuvent être apportées pourvu qu'elles ne sortent pas du cadre des revendications qui suivent.

Claims (1)

  1. REVENDICATION
    Procédé de rechargement d'un alliage d'aluminium par une couche d'un autre métal, dans lequel on emploie un matériau de rechargement a base d'un élément d'addition, c a r a c t é r i s é en ce que le rechargement est opéré de telle sorte que la puissance spécifique de la source de chaleur est de 103 a 105 W/cm2 et que le matériau de rechargement est introduit dans le bain de fusion en quantité de 20 a 98% en poids, après quoi le métal déposé est soumis a la refonte effectuée d'une manière telle que le volume du bain de fusion soit augmente de 1,2 - 10 fois pour chaque cycle de fusion.
FR8107138A 1981-04-09 1981-04-09 Procede de rechargement d'un alliage d'aluminium par une couche d'un autre metal Granted FR2503601A1 (fr)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR8107138A FR2503601A1 (fr) 1981-04-09 1981-04-09 Procede de rechargement d'un alliage d'aluminium par une couche d'un autre metal
DE3114701A DE3114701C2 (de) 1981-04-09 1981-04-10 Verfahren zum Auftragschweißen einer Metallschicht auf eine Aluminiumlegierung

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR8107138A FR2503601A1 (fr) 1981-04-09 1981-04-09 Procede de rechargement d'un alliage d'aluminium par une couche d'un autre metal
DE3114701A DE3114701C2 (de) 1981-04-09 1981-04-10 Verfahren zum Auftragschweißen einer Metallschicht auf eine Aluminiumlegierung

Publications (2)

Publication Number Publication Date
FR2503601A1 true FR2503601A1 (fr) 1982-10-15
FR2503601B1 FR2503601B1 (fr) 1984-11-23

Family

ID=25792635

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FR8107138A Granted FR2503601A1 (fr) 1981-04-09 1981-04-09 Procede de rechargement d'un alliage d'aluminium par une couche d'un autre metal

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE3114701C2 (fr)
FR (1) FR2503601A1 (fr)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3922378A1 (de) * 1989-07-07 1991-01-17 Audi Ag Verfahren zum herstellung verschleissfester oberflaechen an bauteilen aus einer aluminium-silicium-legierung
DE19826138B4 (de) * 1998-04-17 2007-06-28 NU TECH Gesellschaft für Lasertechnik Materialprüfung und Meßtechnik mbH Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks mit einer verschleißbeständigen Oberfläche
DE10124250C2 (de) * 2001-05-18 2003-03-27 Daimler Chrysler Ag Verfahren zur Bildung einer hochfesten und verschleißbeständigen Verbundschicht

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2166360A1 (fr) * 1972-01-03 1973-08-17 Schmidt Gmbh Karl
DE2362026A1 (de) * 1973-12-13 1975-06-26 Aluminium Werke Ag Verfahren zur oberflaechenbehandlung von werkstuecken und halbzeugen aus aluminium oder aluminiumlegierungen
FR2385810A1 (fr) * 1977-03-28 1978-10-27 Avco Everett Res Lab Inc Procede de formation d'une couche superficielle d'alliage par fusion au laser d'un metal d'apport sur un substrat metallique
FR2433141A1 (fr) * 1978-08-11 1980-03-07 Steigerwald Strahltech Piston, comportant au moins une gorge annulaire et son procede de fabrication
FR2461173A1 (fr) * 1979-07-13 1981-01-30 Ts Dizelny I Procede de renforcement des gorges de segments dans des pistons en alliage d'aluminium, et pistons ainsi obtenus

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3506801A (en) * 1968-05-23 1970-04-14 Jones & Laughlin Steel Corp Fusion marking of metal articles

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2166360A1 (fr) * 1972-01-03 1973-08-17 Schmidt Gmbh Karl
DE2362026A1 (de) * 1973-12-13 1975-06-26 Aluminium Werke Ag Verfahren zur oberflaechenbehandlung von werkstuecken und halbzeugen aus aluminium oder aluminiumlegierungen
FR2385810A1 (fr) * 1977-03-28 1978-10-27 Avco Everett Res Lab Inc Procede de formation d'une couche superficielle d'alliage par fusion au laser d'un metal d'apport sur un substrat metallique
FR2433141A1 (fr) * 1978-08-11 1980-03-07 Steigerwald Strahltech Piston, comportant au moins une gorge annulaire et son procede de fabrication
FR2461173A1 (fr) * 1979-07-13 1981-01-30 Ts Dizelny I Procede de renforcement des gorges de segments dans des pistons en alliage d'aluminium, et pistons ainsi obtenus

Also Published As

Publication number Publication date
DE3114701C2 (de) 1984-07-12
FR2503601B1 (fr) 1984-11-23
DE3114701A1 (de) 1982-10-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2040942C (fr) Methode de renforcement localise de pieces coulees en aluminium
FR2535991A1 (fr) Revetement en alliage pour pieces en fonte, par exemple des moules pour verre
FR2962673A1 (fr) Procede de soudage hybride arc/laser de pieces en acier aluminise avec fil a elements gamagenes
FR2891553A1 (fr) Alliage de cuivre a dispersion de particules et procede pour sa production
JPH02107868A (ja) ピストン中の構成部品結合方法
FR2768357A1 (fr) Procede d'assemblage ou de rechargement par brasage-diffusion de pieces en aluminiure de titane
FR2560090A1 (fr) Article en fonte et son procede de fabrication
Manasijević et al. Al-Fin bond in aluminum piston alloy & austenitic cast iron insert
FR2805828A1 (fr) Alliage a base d'aluminium contenant du bore et son procede de fabrication
FR2503601A1 (fr) Procede de rechargement d'un alliage d'aluminium par une couche d'un autre metal
FR3096689A1 (fr) Alliage à base d’aluminium à tenue mécanique améliorée en vieillissement à températures élevées et adapté à la solidification rapide
WO2009087303A2 (fr) Procédé de rechargement par soudage d'une pièce, avec incorporation de particules céramiques dans la soudure
Salimi et al. Microstructure characteristics and mechanical properties of the interface layer of coated steel insert-aluminum bimetals
CA1275230C (fr) Methode de regeneration de pieces en superalliage base nickel en fin de potentiel de fonctionnement
EP1118457B1 (fr) Pièce bimétallique en alliage d'aluminium comportant un insert massif en titane ou alliage de titane
JPH07251293A (ja) アルミニウム合金表面への硬化肉盛溶接方法
FR2808807A1 (fr) Composition d'acier, procede de fabrication et pieces formees dans ces compositions, en particulier soupapes
JPH1096087A (ja) 表面改質アルミニウム部材及びそれを用いた内燃機関用シリンダー
JPH07204886A (ja) Ａｌ基材料表面への肉盛溶接用複合ワイヤおよび耐摩耗性Ａｌ基部材
CH617111A5 (fr)
JPH0557480A (ja) Ａｌ基材料表面への肉盛溶接用複合ワイヤ
JPS63318365A (ja) ピストン
JP3075842B2 (ja) Ａｌ、Ａｌ基材料への肉盛溶接方法
FR2708886A1 (fr) Procédé de fabrication d'une pièce métallique résistant à l'abrasion par un fluide et pièce métallique obtenue.
FR2643419A1 (fr) Insert pour moteur diesel a injection indirecte

Legal Events

Date Code Title Description
ST Notification of lapse