FR2553015A1 - MECHANICAL PIECE OF ALUMINUM ALLOY POWDER AND PROCESS FOR OBTAINING THE SAME - Google Patents
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Abstract
PIECE MECANIQUE EN POUDRE D'ALLIAGE D'ALUMINIUM PREALLIEE CARACTERISEE PAR LA PRESENCE D'UNE MATRICE HOMOGENE D'ALLIAGE D'ALUMINIUM A TRES FINE STRUCTURE DONT LA TAILLE DES GRAINS EST DU MEME ORDRE DE GRANDEUR QUE CELLE DES GRAINS DE POUDRE INITIAUX, ET DONT LES INTERFACES SONT MARQUEES PAR UN TRES FIN RESEAU DE PRECIPITES, LADITE PIECE AYANT UNE DENSITE EGALE A 100 DE LA DENSITE THEORIQUE, SANS POROSITE RESIDUELLE ET SANS PRECIPITATION GROSSIERE. APPLICATION PRINCIPALE: TOUTES PIECES MECANIQUES OBTENUES PAR LA METALLURGIE DES POUDRES.MECHANICAL PART IN PREALLYED ALUMINUM ALLOY POWDER CHARACTERIZED BY THE PRESENCE OF A HOMOGENEOUS ALUMINUM ALLOY MATRIX WITH A VERY FINE STRUCTURE WHOSE GRAIN SIZE IS OF THE SAME ORDER OF SIZE AS THAT OF THE INITIAL GRAINS OF POWDER, AND WHOSE INTERFACES ARE MARKED BY A VERY THIN NETWORK OF PRECIPITATES, THE SAID PART HAVING A DENSITY EQUAL TO 100 OF THE THEORETICAL DENSITY, WITHOUT RESIDUAL POROSITY AND WITHOUT COARSE PRECIPITATION. MAIN APPLICATION: ALL MECHANICAL PARTS OBTAINED BY POWDER METALLURGY.
Description
PIECE MECANIQUE EN POUDRE D'ALLIAGE D'ALUMINIUM ETMECHANICAL PIECE IN ALUMINUM ALLOY POWDER AND
PROCEDE D'OBTENTIONPROCESS FOR OBTAINING
La présente invention se rapporte à un procédé d'obten5 tion de pièces mécaniques réalisées à partir de poudres d'alliage d'aluminium et subissant une opération de forgeage. Les alliages d'aluminium présentent un intérêt en pièces mécaniques pour leur faible densité, leur meilleure usinabilité, leur meilleure conductivité thermique; par rapport aux techniques usuelles de forge et de fonderie, la métallurgie des poudres est susceptible d'apporter une réduction des pertes de matière entre la pièce brute et la pièce finie (réduction de la mise au mille de matière) et une diminution des frais d'usinage. Plusieurs voies sont possibles pour passer de la poudre 20 à la pièce mécanique; la plus simple jusqu'à maintenant consiste à utiliser les alliages sous forme de poudre d'aluminium mélangée à des poudres des éléments d'alliages par exemple cuivre, magnésium, silicium, zinc; ce procédé impose une étape de frittage, c'est25 à-dire un traitement à chaud qui donne sa cohésion à la The present invention relates to a process for obtaining mechanical parts made from aluminum alloy powders and undergoing a forging operation. Aluminum alloys are of interest in mechanical parts for their low density, their better machinability, their better thermal conductivity; compared to the usual forging and foundry techniques, powder metallurgy is likely to bring about a reduction in material losses between the blank and the finished part (reduction in the weighting of the material) and a reduction in the costs of 'machining. Several ways are possible to pass from the powder 20 to the mechanical part; the simplest so far is to use the alloys in the form of aluminum powder mixed with powders of alloy elements for example copper, magnesium, silicon, zinc; this method imposes a sintering step, that is to say a heat treatment which gives its cohesion to the
pièce comprimée à froid.cold pressed piece.
Le traitement est nécessaire car les particules d'aluminium sont recouvertes d'un film d'alumine d'environ 0,là 30 0,0 l m, adhérent, stable et difficilement réductible, donc inhibiteur de diffusion, et qui rend impossible le frittage en phase solide à l'air en four industriel; le frittage a pour rôle de former une phase liquide à partir des éléments métalliques; ainsi dans le cas des 35 alliages de la famille 2 000 (famille des alliages aluminium cuivre), la phase liquide eutectique se forme vers 550 C; le liquide mouille et dissout le film d'alumine, pénètre dans les fissures formées lors de la compression de la poudre et diffuse dans les particules 5 métalliques; ce procédé impose une température précise de traitement à + 3 "C près, les alliages ainsi obtenus ont une densité de 90 à 96 % de la densité théorique, avec des porosités et une hétérogénéité de la structure Les propriétés mécaniques obtenues pour un alliage 2014 d'après les fabricants de poudres sont les suivantes: Résistance à la rupture R = 330 M Pa limite élastique à 0,2 % RE 2 320 M a RE 0,2 = 320 M Pa Allongement en % A % = 2 % limite d'endurance 55 M Pa20 pour l'état traité T 6 (trempe à l'eau à 500 "C et The treatment is necessary because the aluminum particles are covered with a film of alumina of about 0, there 0.01m, adherent, stable and hardly reducible, thus diffusion inhibitor, and which makes it impossible to sinter by solid phase in air in an industrial oven; the role of sintering is to form a liquid phase from the metallic elements; thus, in the case of alloys of the 2,000 family (family of copper aluminum alloys), the eutectic liquid phase is formed around 550 ° C .; the liquid wets and dissolves the alumina film, penetrates the cracks formed during compression of the powder and diffuses into the metal particles; this process imposes a precise treatment temperature to +3 "C, the alloys thus obtained have a density of 90 to 96% of the theoretical density, with porosities and heterogeneity of the structure The mechanical properties obtained for a 2014 alloy d After the powder manufacturers are as follows: Resistance to fracture R = 330 M Pa elastic limit at 0.2% RE 2 320 M a RE 0.2 = 320 M Pa Elongation in% A% = 2% limit endurance 55 M Pa20 for the treated state T 6 (quenching with water at 500 ° C and
revenu pendant 20 heures à 160 "C). income for 20 hours at 160 "C).
L'atmosphère de frittage est un important paramètre du 25 procédé, Messieurs AMATO, CORSO et SGAMBETTERRA ont montré que le frittage dans l'azote pur était meilleur' que dans l'air; le frittage sous vide n'améliore pas les résultats par rapport à l'azote (revue "POWER METALLURGY" n 3 de 1976 page 171). 30 Ce procédé présente ainsi l'inconvénient d'obtenir une pièce mécanique avec des caractéristiques peu élevées The sintering atmosphere is an important parameter of the process, Messrs. AMATO, CORSO and SGAMBETTERRA have shown that sintering in pure nitrogen is better than in air; vacuum sintering does not improve the results with respect to nitrogen (review "POWER METALLURGY" No. 3 of 1976 page 171). This method thus has the disadvantage of obtaining a mechanical part with low characteristics.
et une densité finale faible De plus ce procédé nécessite un traitement thermique avec un réglage de tempé35 rature extrêmement précis. In addition, this process requires heat treatment with extremely precise temperature control.
-3 Une amélioration importante des caractéristiques passe par la suppression des porosités; ceci peut être obtenu par forgeage à chaud des comprimés Messieurs K.E BUCHOVECKY et M R REARICK ont utilisé' la gamme 5 suivante: compression à froid de poudres mélangées, frittage avec azote, forgeage à différents taux de corroyage (ouvrage "FORGING OF POWDER METALLURGY PREFORM" de HAUSNER 1973 éditeur M P I F) Les résultats sont alors très améliorés et pour un taux de 10 corroyage moyen on atteint des résistances de 460 M Pa avec 4 % d'allongement Ce procédé présente l'inconvénient de nécessiter encore un traitement thermique avec -3 A significant improvement of the characteristics passes by the suppression of the porosities; this can be obtained by hot forging tablets Messrs KE BUCHOVECKY and MR REARICK have used the following range: cold compression of mixed powders, sintering with nitrogen, forging at different rates of wrought (work "FORGING OF POWDER METALLURGY PREFORM" The results are then greatly improved and for an average cure rate resistance of 460 M Pa with 4% elongation is achieved. This method has the disadvantage of still requiring a heat treatment with
un réglage de température extrêmement précis. an extremely precise temperature setting.
Un autre procédé consiste à partir d'une poudre préalliée, c'est-à-dire dans laquelle chaque grain de poudre est homogène en composition de l'alliage; la pellicule d'alumine subsiste alors et ne peut être éliminée puisqu'il n'est plus possible de fritter en pé20 sence d'une phase liquide; on est alors obligé de procéder à un encapsulage de la poudre avant le forgeage, puis ensuite d'éliminer la capsule; un fort corroyage brise les films d'alumine et permet aux grains de poudre de se souder; il est alors possible d'atteindre 25 des propriétés voisines de celle du métal laminé et forgé; cette technique reste relativement complexe, Another method consists of starting from a prealloyed powder, that is to say in which each grain of powder is homogeneous in composition of the alloy; the alumina film then remains and can not be removed since it is no longer possible to sinter in the presence of a liquid phase; it is then necessary to encapsulate the powder before forging, then to remove the capsule; a strong grooming breaks the alumina films and allows the grains of powder to weld together; it is then possible to reach properties close to that of the rolled and forged metal; this technique remains relatively complex,
coûteuse et applicable seulement en petite série. expensive and applicable only in small series.
Le procédé selon l'invention a pour but d'obtenir des 30 pièces mécaniques de caractéristiques élevées, par une voie simple et peu coûteuse, susceptible de fabrication The method according to the invention aims to obtain mechanical parts of high characteristics, by a simple and inexpensive route, capable of manufacture.
en grande série.in large series.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le procédé 35 d'obtention de pièces mécaniques est réalisé à partir de poudres d'alliage d'aluminium Ledit procédé comprend les étapes ci-après: utilisation d'une poudre préalliée; compactage à froid d'une ébauche de forme simple pesée de l'ébauche automatique afin de contrôler que le poids de l'ébauche est à + 0,5 %; mise en température de ladite ébauche en atmosphère d'azote pur; forgeage en température en matrice fermée. 15 Selon un mode de réalisation de l'invention, la pièce mécanique en poudre d'alliage d'aluminium préalliée est caractérisée par la présence d'une matrice homogène d'alliage d'aluminium à très fine structure dont la 20 taille des grains est du même ordre de grandeur que celle des grains de poudre initiaux, et dont les interfaces sont marqués par un très fin réseau de précipités, ladite pièce ayant une densité égale à 100 % de la According to one embodiment of the invention, the method for obtaining mechanical parts is made from aluminum alloy powders. Said method comprises the following steps: use of a prealloyed powder; cold compaction of a simple form blank weighing of the automatic blank to check that the weight of the blank is at + 0.5%; heating said blank in a pure nitrogen atmosphere; temperature forging in a closed matrix. According to one embodiment of the invention, the pre-alloyed aluminum alloy powdered mechanical part is characterized by the presence of a homogeneous matrix of very fine-grain aluminum alloy, the grain size of which is of the same order of magnitude as that of the initial powder grains, and whose interfaces are marked by a very fine network of precipitates, said part having a density equal to 100% of the
densité théorique, sans porosité résiduelle, et sans 25 précipitation grossière. theoretical density, without residual porosity, and without coarse precipitation.
Le procédé selon l'invention présente ainsi l'avantage d'obtenir des pièces mécaniques avec des caractéristiques élevées et une densité correcte De plus, le procédé mis en oeuvre selon l'invention offre l'avantage supplémentaire d'être peu coûteux et applicable The method according to the invention thus has the advantage of obtaining mechanical parts with high characteristics and a correct density. In addition, the process implemented according to the invention offers the additional advantage of being inexpensive and applicable.
pour la fabrication en très grande série. for manufacturing in very large series.
La structure la plus homogène est obtenue avec une 35 poudre préalliée; elle a aussi pour avantage par -5 rapport aux poudres mélangées d'éviter le mélangeage et de limiter la manipulation de poudres à l'addition The most homogeneous structure is obtained with a prealloyed powder; it also has the advantage over mixed powders of avoiding mixing and limiting the handling of powders upon addition.
éventuelle d'un lubrifiant de compactage. possible compacting lubricant.
L'opération suivante, le compactage à froid, est effec5 tué sur presse industrielle pour obtenir une ébauche de densité modérée 2,0 à 2,5 de forme simple, donc de réalisation économique; la masse de poudre doit être précise à moins de 1 % près (c'est-à-dire à + 0,5 % du poids correct de l'ébauche), la pesée de l'ébauche est 10 effectuée automatiquement sur une balance en sortie de presse. La mise à température de l'ébauche est effectuée dans un four en atmosphère neutre (par exemple azote pur) à 15 point de rosée < 30 C; la température de forgeage est comprise entre 470 et 500 C (pour un alliage 2214); The next operation, cold compaction, is carried out on industrial press to obtain a draft of moderate density 2.0 to 2.5 of simple form, thus of economic realization; the powder mass must be accurate to less than 1% (ie + 0.5% of the correct weight of the blank), the weighing of the blank is carried out automatically on a weighing scale. press release. The temperature of the blank is carried out in a furnace in a neutral atmosphere (for example pure nitrogen) at a dew point <30 ° C .; the forging temperature is between 470 and 500 C (for an alloy 2214);
elle n'a pas besoin d'être précise. she does not need to be precise.
L'ébauche est enfin sortie rapidement du four et forgée 20 dans un délai inférieur à une dizaine de secondes en matrice fermée, sans bavure épaisse, ce qui est rendu possible par la précision de poids de l'ébauche; cette absence de bavures estun avantage du procédé, car elles constituent une perte de métal et leur formation impose 25 une pression de forgeage élevée sollicitant fortement la presse et constitue un facteur d'usure important de l'outillage La densification finale à 100 % sans porosité s'effectue en même temps que l'écoulement à l'état solide du métal dans l'empreinte; par ailleurs, 30 on a mesuré une résistance à la déformation des lopins forgés par le procédé de l'invention à partir de poudre, inférieure à celle des lopins forgés à partir de métal laminé. -6 Le produit obtenu est à 100 % de la densité théorique sans porosité résiduelle Il est caractérisé par une structure à matrice homogène très fine dont la taille des grains est du même ordre de grandeur que celle des grains de poudre initiaux, dans laquelle subsiste un The blank is finally rapidly removed from the furnace and forged within a period of less than ten seconds in a closed die, without thick burr, which is made possible by the precision of the weight of the blank; this absence of burrs is an advantage of the process, because they constitute a loss of metal and their formation imposes a high forging pressure strongly stressing the press and constitutes a significant wear factor of the tooling The final densification to 100% without porosity is performed at the same time as the solid state flow of the metal in the cavity; in addition, the deformation resistance of the slugs forged by the process of the invention from powder was measured to be lower than that of the slabs forged from rolled metal. The product obtained is at 100% of the theoretical density without residual porosity It is characterized by a very fine homogeneous matrix structure whose grain size is of the same order of magnitude as that of the initial powder grains, in which there remains a
fin réseau de précipités intergranulaires. fine network of intergranular precipitates.
Cette structure est présentée sur la reproduction micrographique au grossissement 500 de la figure 1. 10 Cette figure 1 concerne une pièce obtenue avec une poudre préalliée 2214 (A U 4 S G), forgée à 500 C et suivie d'un traitement T 6 (trempe à l'eau à 500 C et revenu pendant 20 heures à 160 C) Le réseau intergranulaire est très fin et apparent. 15 Les caractéristiques mécaniques des produits obtenus pour un taux de corroyage faible sont élevées (voir tableau ci-après) et on atteint même des tenues en This structure is shown on the micrographic reproduction at magnification 500 of FIG. 1. This FIG. 1 relates to a part obtained with a pre-alloyed powder 2214 (AU 4 SG), forged at 500 ° C. and followed by a T 6 treatment (quenching). the water at 500 C and returned for 20 hours at 160 C) The intergranular network is very thin and apparent. The mechanical characteristics of the products obtained for a low degree of wrought ironing are high (see table below) and even uniforms are obtained.
fatigue en flexion rotative de 160 M Pa pour 10 cycles 20 à la température ambiante. rotational bending fatigue of 160 M Pa for 10 cycles at room temperature.
Caractéristiques mécaniques de produit obtenues selon le procédé de l'invention pour l'alliage A U 4 S G: Granulo-I Densitél Tempéra Traite Dureté Mechanical properties of products obtained according to the process of the invention for the alloy A U 4 S G: Granulo-I Density Tempera Treats Hardness
R IRE 0,2R IR 0.2
A % métrie de l'ébauche compacté ture de forgeage C et durée ment A% measurement of the compacted blank forging C and duration
HB 2,5/ 62,5HB 2.5 / 62.5
M Pa M Pa Mesnager da J/cm 2 Résilience l M Pa M Pa Mesnager da J / cm 2 Resilience l
15 20 2515 20 25
T 6 123 443 380 7T 6 123 443 380 7
fine 2,35 480 lh T 4 107 443 282 17,5 1,45 500 lh T 6 138 485 415 8 fine 2.35 480 lh T 4 107 443 282 17.5 1.45 500 lh T 6 138 485 415 8
T 4 122 441 286 20 1,35T 4 122 441 286 20 1.35
480 3 h T 6 129 455 390 5480 3 hrs 6 129 455 390 5
T 4 106 453 290 18,7 1,10T 4 106 453 290 18.7 1.10
Moyen 2,48 480 lh T 6 133 469 394 7 ne T 4 108 421 270 11,2 1,65 500 lh T 6 140 469 414 4 Average 2,48,480 lh T 6,133 469 394 7 not T 4 108 421 270 11.2 1.65 500 lh T 6 140 469 414 4
T 4 109 439 276 15 1,65T 4 109 439 276 15 1.65
480 3 h T 6 137 422 410 2480 3 hrs 6 137 422 410 2
T 4 106 439 280 13,7 1,25T 4 106 439 280 13.7 1.25
L Les traitements thermiques T 4 et T 6 consistent: pour T 4: trempe à l'eau dant 4 jours; The heat treatments T 4 and T 6 consist of: for T 4: quenching with water for 4 days;
à 500 C et maturation pen-at 500 C and maturation
pour T 6: trempe à l'eau à 500 C et revenu pendant for T 6: quenching with water at 500 C and tempering
heures à 160 OC.hours at 160 OC.
49398 1 167649398 1 1676
Une caractéristique de la rupture d'une éprouvette de traction représentée sur la figure 3 est l'absence de striction; la diminution de section étant répartie A characteristic of the rupture of a tensile test piece shown in FIG. 3 is the absence of necking; the section decrease being distributed
sur toute la longueur de l'éprouvette (traits en poin5 tillés de l'éprouvette), contrairement à une éprouvette de traction classique représentée sur la figure 2 avec une striction Ce phénomène inattendu caractérise le produit obtenu selon le procédé de l'invention. along the entire length of the test piece (marked lines in the test piece), unlike a conventional tensile test piece shown in Figure 2 with a necking This unexpected phenomenon characterizes the product obtained according to the method of the invention.
49398 1167649398 11676
-9-9
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Legal Events
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ST | Notification of lapse |