FR2594851A1 - METAL PARTS WITH AT LEAST SIDE OF AT LEAST ONE AREA OF WEAR-RESISTANT ZONES - Google Patents

METAL PARTS WITH AT LEAST SIDE OF AT LEAST ONE AREA OF WEAR-RESISTANT ZONES Download PDF

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FR2594851A1 FR8603303A FR8603303A FR2594851A1 FR 2594851 A1 FR2594851 A1 FR 2594851A1 FR 8603303 A FR8603303 A FR 8603303A FR 8603303 A FR8603303 A FR 8603303A FR 2594851 A1 FR2594851 A1 FR 2594851A1
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Gerard Laslaz
Serge Terroni
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    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/06Surface hardening
    • C21D1/09Surface hardening by direct application of electrical or wave energy; by particle radiation
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22FCHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F3/00Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by special physical methods, e.g. treatment with neutrons

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Abstract

L'invention est relative à des pièces métalliques dont une face au moins présente au moins une région de zones résistant à l'usure. Ces pièces sont constituées par une répartition contrôlée de zones durcies par effet de fusion localisée caractérisées en ce que lesdites zones, quelles que soient leur longueur et leur forme, ont une largeur et une profondeur comprises entre 3 et 150 mu m et que la fraction surfacique des zones pour chaque mm**2 d'une région est comprise entre 5 et 60%. Ces pièces peuvent être utilisées à la confection, notamment de chemises et de pistons de moteurs, de sièges de soupapes, de tambours et de disques de freins, de poulies de transmission crantées, de filières, d'engrenages, de coussinets, de portées d'arbres d'entraînement, de roulements à billes et de diverses pièces électriques pour contacts glissants. (CF DESSIN DANS BOPI)The invention relates to metal parts at least one face of which has at least one region of wear-resistant zones. These parts consist of a controlled distribution of areas hardened by localized melting effect, characterized in that said areas, whatever their length and shape, have a width and a depth of between 3 and 150 μm and that the surface fraction of areas for every mm ** 2 of a region is between 5 and 60%. These parts can be used in the manufacture, in particular of liners and pistons of engines, of valve seats, of brake drums and discs, of toothed transmission pulleys, of dies, of gears, of bearings, of bearing seats. 'drive shafts, ball bearings and various electrical parts for sliding contacts. (CF DRAWING IN BOPI)

Description

PIECES METALLIQUES DONT UNE FACE AU MOINS PRESENTE AU MOINS UNE REGIONMETAL PIECES WITH AT LEAST SIDE OF AT LEAST ONE AREA

DE ZONES RESISTANT A L'USUREOF ZONES RESISTANT TO WEAR

La présente invention est relative à des pièces métalliques dont une face  The present invention relates to metal parts of which one face

au moins présente au moins une région de zones résistant à l'usure.  at least has at least one region of wear-resistant zones.

EXPOSE DU PROBLEMEPRESENTATION OF THE PROBLEM

L'homme de l'art sait que les pièces métalliques soumises à des frottements doivent posséder des caractéristiques technologiques telle que, notamment, la résistance à l'usure et la tenue au grippage au moins sur leur face "active", c'est-à-dire celle qui se trouve au contact de la  Those skilled in the art know that the metal parts subjected to friction must have technological characteristics such that, in particular, the wear resistance and the resistance to galling at least on their "active" face, that is, to say that which is in contact with the

pièce antagoniste. Le plus souvent, ces caractéristiques ne sont néces-  antagonist piece. In most cases, these features are not necessary.

saires qu'en des régions représentant une portion seulement de ladite  only in areas representing only a portion of

face, et en des zones bien localisées desdites régions.  face, and in well-localized areas of said regions.

Ces zones résultent généralement d'un traitement de durcissement super-  These areas generally result from super-hardening treatment.

ficiel des pièces obtenues par différents moyens.  parts obtained by different means.

ART ANTERIEURPRIOR ART

C'est ainsi par exemple, que le brevet français 2 371 520 décrit un pro-  For example, the French patent 2,371,520 describes a

cédé de traitement d'une région exposée déterminée d'un article en alumi-  process of a given exposed region of an aluminum article

nium ou en un de ses alliages en présence ou non d'un agent d'alliage, avec un faisceau laser ou un faisceau d'électrons de forte énergie (au moins 10.000 watts/cm2) et de diamètre compris entre 250 et 1250 Fm, de  nium or one of its alloys in the presence or absence of an alloying agent, with a laser beam or a high energy electron beam (at least 10,000 watts / cm2) and with a diameter of between 250 and 1250 μm, of

manière à pouvoir chauffer l'article dans une première zone et à le fon-  to be able to heat the article in a first zone and to

dre dans une deuxième zone à l'intérieur de ladite première zone: on crée ainsi une structure à grains fins au moins dans ladite zone, dans le but, entre autres, d'améliorer la résistance à l'usure et d'éliminer  in a second zone within said first zone: a fine-grained structure is thus created at least in said zone, for the purpose, inter alia, of improving the wear resistance and eliminating

ou de réduire les déformations résultant du traitement.  or to reduce the deformations resulting from the treatment.

La revendication 24 de ce brevet énonce que "ledit faisceau est déplacé le long de plusieurs trajets séparés et espacés de manière à affecter des  Claim 24 of this patent states that "said beam is moved along a plurality of separate and spaced paths so as to affect

zones formant des régions espacées sur la surface exposée dudit article".  areas forming spaced regions on the exposed surface of said article.

De même, le brevet français 2 367 117 revendique "un procédé de traite-  Similarly, French Patent 2,367,117 claims "a method of treating

ment d'une surface métallique de portée d'un composant caractérisé en ce qu'il consiste à ne traiter thermiquement que des zones de portée pour modifier leurs propriétés métallurgiques et améliorer leur résistance à l'usure". Selon un exemple particulier de ce procédé, le traitement est appliqué à une chemise de cylindre en fonte durcie par cémentation et consiste à diriger sur cette dernière un laser émettant un faisceau tel qu'il forme  A metallic surface of a component is characterized in that it consists in heat-treating only bearing areas to modify their metallurgical properties and improve their wear resistance. "According to a particular example of this process , the treatment is applied to a carburized hardened cast iron cylinder liner and consists in directing on it a laser emitting a beam such that it forms

un point d'un diamètre de 3U00 um.a point with a diameter of 3,000 μm.

La demande de brevet japonaise publiée sous le n 59 212 572 enseigne  Japanese Patent Application Publication No. 59 212 572 teaches

également un procédé de traitement de durcissement de la surface inté-  also a hardening treatment process of the integrated surface

rieure d'un cylindre de moteur à combustion interne au moyen d'un laser  of an internal combustion engine cylinder by means of a laser

dans lequel le rapport surfacique des zones non traitées aux zones trai-  in which the surface ratio of the untreated zones to the treated zones

tées est de préférence compris entre 10 et 70 % et la dimension des zones  is preferably between 10 and 70% and the size of the zones

traitées est de plusieurs mm.processed is several mm.

Ces documents enseignent donc que des zones aptes au frottement peuvent être obtenues sur des pièces en traitant thermiquement leur surface de  These documents thus teach that areas capable of friction can be obtained on parts by thermally treating their surface.

manière à obtenir localement des zones d'une largeur dépassant 250 um.  to locally obtain areas of a width exceeding 250 μm.

La demanderesse cherchant à appliquer de tels enseignements, a constaté en effet qu'on pouvait, certes, obtenir un durcissement localisé aux zones de traitement, mais que ce durcissement s'accompagnait en cas de fusion localisée, d'une part, d'une déformation de la pièce telle qu'elle nécessitait un réusinage avant utilisation, d'autre part, parfois de  The applicant, seeking to apply such teachings, has found that it is possible, of course, to obtain localized hardening at the treatment zones, but that this hardening is accompanied by localized fusion, on the one hand, by deformation of the part as it required reworking before use, on the other hand, sometimes

fissurations et d'amorces de criques de fatigue dues aux contraintes su-  cracks and fatigue crack initiation due to

perficielles développées par les surchauffes locales résultant du trai-  perfected by the local overheating resulting from the treatment

tement.ment.

BUT DE L'INVENTIONPURPOSE OF THE INVENTION

C'est pourquoi, la demandersse a cherché à mettre au point des pièces métalliques dont au moins une face est traitée par effet thermique de fusion de manière à développer au moins une région de zones résistant à l'usure et aptes au frottement mais telles qu'elles recèlent très peu de contraintes superficielles susceptibles de développer des fissurations ou autre dégradation lors de leur utilisation et telles également qu'elles  Therefore, the request has sought to develop metal parts of which at least one side is treated by thermal melting effect so as to develop at least a region of areas resistant to wear and friction but such that they contain very few surface stresses likely to develop cracks or other degradation during their use and also as they

puissent être utilisées brutes de traitement, c'est-à-dire sans réusi-  can be used raw for processing, that is to say without success.

nage, opération onereuse et délicate sur des parties durcies et qui, par ses effets thermique et mécanique, peut modifier la structure de la zone  swimming, expensive and delicate operation on hardened parts and which, by its thermal and mechanical effects, can modify the structure of the zone

traitée et, par suite, ses caractéristiques tribologiques.  treated and, consequently, its tribological characteristics.

EXPOSE DE L'INVENTIONSUMMARY OF THE INVENTION

Selon l'invention, les pièces métalliques dont au moins une face présente  According to the invention, the metal parts with at least one face present

en surface au moins une région résistant à l'usure constituée par une ré-  at least one wear-resistant region formed by a

partition contr8ôlée de zones durcies par effet de fusion localisée sont caractérisées en ce que lesdites zones, quelles que soient leur longueur et leur forme, ont une largeur et une profondeur comprises entre 3 et  Controlled partition of localized melting hardened zones are characterized in that said zones, irrespective of their length and shape, have a width and a depth of between 3 and

am et que la fraction surfacique des zones pour chaque mm2 d'une ré-  am and that the area fraction of the areas for each mm2 of a

gion est comprise entre 5 et 60 Z. Ainsi, les faces actives des pièces inventées présentent-elles à leur  is between 5 and 60 Z. Thus, do the active faces of the invented

surface, et en des régions choisies convenablement en fonction de l'usa-  surface area, and in areas suitably selected according to the

ge qu'on veut en faire, des zones durcies répondant aux deux caractéris-  age, hardened areas that meet both

tiques suivantes: - d'une part, une forme plus ou moins allongée, mais une largeur et une profondeur très faibles comparées aux pièces de l'art antérieur - d'autre part, une répartition fine desdites zones, puisque pour chaque mm2 de surface appartenant à une région, elles représentent 5 à 60 % de ladite surface, c'est-à-dire qu'elles sont espacées les unes des  following ticks: - on the one hand, a more or less elongated shape, but a very small width and depth compared to the parts of the prior art - on the other hand, a fine distribution of said zones, since for each mm2 of surface belonging to a region, they represent 5 to 60% of said area, that is to say that they are spaced apart from each other.

autres par une distance inférieure à I mm.  others by a distance of less than 1 mm.

Outre ces caractéristiques, on a constaté qu'il était intéressant lors-  In addition to these features, it was found to be interesting when

que les zones s'entrecroisaient de limiter la fraction surface de recou-  areas intersect to limit the surface area of

2, vrement desdites zones pour chaque mm d'une région à 50 % de la surface  2, said zones for each mm of a region at 50% of the area

totale des zones.total areas.

Dans ces conditions, on observe que;outre l'augmentation importante de la résistance à l'usure provoquée par la présence de zones durcies, les contraintes de déformation provoquées par la fusion-resolidification au niveau des zones étaient beaucoup plus faibles que celles observées sur des zones de largeur et de profondeur plus importantes ou recouvrant  Under these conditions, it is observed that, in addition to the significant increase in the wear resistance caused by the presence of hardened zones, the deformation stresses caused by the melting-resolidification at the zone level were much lower than those observed on the zones. areas of greater width and depth or overlapping

plus largement la surface ou encore s'entrecroisant de façon plus fré-  more broadly the surface or intertwining more fre-

quente.quente.

De même, on note que les différences de cotes entre les zones et les es-  Similarly, we note that the differences in ratings between zones and

paces interzones ne dépassent pas 10 pm, ce qui évite donc tout réusina-  interzonal spaces do not exceed 10 pm, which avoids any success in

ge des pièces avant utilisation. Autrement dit, le traitement modifie peu le profil géométrique de la pièce traitée et ne fait intervenir qu'une légère modification de la rugosité. Par ailleurs, la présence d'espaces entre les zones améliore notablement l'aptitude des pièces au frottement en créant en surface et sur une fine échelle une alternance de zones durcies et d'espaces mous, disposition très efficace généralement en résistance à l'usure par adhésion, fatigue  parts before use. In other words, the treatment modifies little the geometrical profile of the treated part and involves only a slight modification of the roughness. Furthermore, the presence of spaces between the zones significantly improves the ability of the parts to friction by creating on the surface and on a thin scale an alternation of hardened areas and soft spaces, very effective disposition generally in wear resistance by adhesion, fatigue

ou abrasion et efficace également en frottement puisque les espaces in-  or abrasion and also effective in friction since the spaces

terzones mous constituent des pièges à lubrifiant, voire des pièges aux  soft terzones are traps for lubricants or even traps for

débris d'usure.wear debris.

Toutefois, dans la fourchette de largeur et de profondeur des zones re-  However, in the range of width and depth of

vendiquées, on a remarqué qu'il était préférable de s'en tenir aux va-  sold, it was noted that it was better to stick to

leurs comprises entre O10et 100 pm pour obtenir les meilleurs résultats.  their between 010 and 100 pm for best results.

L'invention en elle-même n'impose: - ni régularité de forme des zones: dans le cas d'une zone de forme quelconque, la notion de largeur citée plus haut peut être définie comme étant deux fois la dimension 1/2 qui conduit dans les techniques  The invention itself does not impose: - uniformity of shape of the zones: in the case of a zone of any shape, the notion of width quoted above can be defined as being twice the dimension 1/2 which leads in techniques

dites de squelletisation utilisées en analyse d'image à une dispari-  so-called squelletization used in image analysis to

tion de la zone,zone,

- ni une disposition régulière des zones en surface.  - nor a regular layout of the surface areas.

L'invention fait en effet intervenir dans son principe l'idée statisti-  In fact, the invention involves the statistical idea of

que de réduire la largeur et la profondeur des zones et de les séparer, la distribution à l'échelle du mm2 et la forme des zones ayant un effet de second ordre par rapport à l'effet largeur-profondeur et fraction surfacique. Toutefois, pour des raisons de commodité de création de ces zones à la surface des pièces, l'invention englobe également les zones disposées régulièrement à la surface des pièces sous forme de réseaux périodiques ou quasi périodiques de bandes dont la largeur et la profondeur sont  only to reduce the width and depth of the zones and to separate them, the distribution at the mm2 scale and the shape of the zones having a second-order effect with respect to the width-depth and surface fraction effect. However, for the sake of convenience of creating these areas on the surface of the parts, the invention also encompasses the zones regularly arranged on the surface of the parts in the form of periodic or quasi-periodic networks of strips whose width and depth are

évidemment comprises entre 3 et 150 pun.  obviously between 3 and 150 pun.

C'est ainsi que les zones peuvent être disposées sous forme de bandes continues séparées les unes des autres par une distance comprise entre  Thus, the zones can be arranged in the form of continuous strips separated from each other by a distance between

et 1000 pm, ces bandes ayant soit une direction quelconque, soit fi-  and 1000 μm, these bands having either any direction or

gurant au moins un réseau de bandes parallèles. Mais ces zones peuvent être également disposées sous forme de bandes discontinues séparées suivant leur longueur et les unes des autres par une distance comprise  at least one network of parallel bands. But these zones can also be arranged in the form of discrete strips separated along their length and from each other by a distance of

entre 20 et 1000 PM; ces bandes ayant comme précédemment soit une direc-  between 20 and 1000 PM; these bands having, as before, either a direct

tion quelconque, soit figurant au moins un réseau de bandes parallèles.  whatever is at least one network of parallel bands.

L'invention s'applique en particulier à tout alliage, notamment d'alumi-  The invention applies in particular to any alloy, in particular aluminum

nium, dont les propriétés tribologiques sont susceptibles d'être amélio-  nium, whose tribological properties are likely to be improved

rées par un traitement de fusion superficielle. Elle s'applique égale-  by a superficial fusion treatment. It also applies

ment à toutes les pièces o les zones sont constituées par un alliage de métal de base fondu avec un élément d'apport ou un composé d'apport tel  to all parts where the zones consist of a molten base metal alloy with a filler or a feed compound such as

que ledit alliage ait de meilleures propriétés tribologiques que le mé-  that said alloy has better tribological properties than the

tal de base. Cet élément peut être,par exemple,du fer ou du nickel,notam-  base. This element may be, for example, iron or nickel,

ment,quand le métal de base est un alliage d'aluminium.  when the base metal is an aluminum alloy.

Les zones répondant aux caractéristiques de l'invention peuvent être ob-  Zones meeting the characteristics of the invention may be obtained

tenues par tout procédé permettant de modifier localement la nature ou la structure de la surface de la pièce sur une faible profondeur et sur une faible largeur de manière à lui conférer par effet thermique et/ou  held by any process which makes it possible to locally modify the nature or the structure of the surface of the part to a shallow depth and a small width so as to confer on it by thermal effect and / or

chimique une meilleure aptitude au frottement.  chemical better rubbing ability.

On peut citer notamment l'utilisation de rayonnements de haute énergie  We can notably mention the use of high energy radiation

tels que les faisceaux d'électrons et les rayonnements laser convenable-  such as electron beams and laser radiation suitably

ment focalisés de manière à créer par fusion des zones de largeur et de  focused in such a way as to create by fusion areas of width and

profondeur inférieures à 150 pum.depth less than 150 pum.

L'obtention de bandes axiales, circulaires ou hélicoïdales ou tout autre forme peut être facilement réalisée en commandant le déplacement relatif  Obtaining axial, circular or helical strips or any other shape can be easily achieved by controlling the relative displacement

de la pièce et du faisceau par l'intermédiaire d'un microprocesseur.  of the part and the beam via a microprocessor.

Par exemple, avec un faisceau laser argon classique d'une puissance de 18 watts suffisamment focalisé pour atteindre une densité de puissance  For example, with a conventional 18-watt argon laser beam focused enough to achieve power density

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supérieure à 1.10 watts/cm2, on a pu réaliser à la surface de pièces en alliage d'aluminium-silicium un réseau à mailles carrées formé de bandes de largeur 30 pm séparées les unes des autres par une distance de 100 pm et ceci en exposant les pièces à l'action du faisceau pendant moins de 1. 10-1 seconde et en déplaçant le faisceau par rapport à la  greater than 1.10 watts / cm 2, it has been possible to realize on the surface of aluminum-silicon alloy parts a square-meshed network formed of strips of width 30 μm separated from each other by a distance of 100 μm and this by exposing the parts to the beam action for less than 1. 10-1 second and moving the beam relative to the

pièce de manière à lui faire décrire une série de trajectoires parallè-  to describe a series of parallel trajectories

les dans deux directions perpendiculaires. Mais on peut également utili-  in two perpendicular directions. But we can also use

ser des sources d'énergie capables d'émettre un grand nombre de fais-  energy sources capable of emitting a large number of

ceaux ce qui permet une réalisation plus pratique du réseau.  This allows a more practical realization of the network.

On a ainsi créé à fine échelle un ensemble de zones traitées de faibles dimensions (largeur <150 #lm) séparées les unes des autres et formé une  In this way, a set of small processed areas (width <150 μm) separated from each other and formed one

surface constituée d'un matériau dur enchâssé dans une matrice plus mol-  surface made of a hard material embedded in a softer matrix

le. Les pièces ainsi traitées ne présentaient qu'une déformation mineure du profil de surface, ceci évitant un réusinage; leur application à une chemise de moteur en alliage d'aluminium n'a entraîné aucune dégradation  the. The pieces thus treated showed only a minor deformation of the surface profile, this avoiding reworking; their application to an aluminum alloy motor jacket did not lead to any deterioration

par libération de contraintes et leur comportement tribologique au con-  by release of constraints and their tribological behavior

tact du piston/segment a été meilleur que celui des chemises dont toute  plunger / segment tact was better than that of shirts which any

la surface avait été traitée avec des faisceaux créant des zones de lar-  the surface had been treated with beams creating areas of

geur 3000 pm.3000 pm.

L'invention peut &tre illustrée à l'aide des dessins ci-joints qui re-  The invention can be illustrated with the aid of the accompanying drawings which

présentent en ce qui concerne les figures 1, 2 et 3, différentes dispo-  with regard to Figures 1, 2 and 3, different

sitions de zones réalisées suivant l'invention sur une région d'une face  zones produced according to the invention on a region of a face

active d'une pièce tandis que la figure 4 se rapporte à une microphoto-  active part of a room while Figure 4 refers to a microphoto-

graphie d'une portion de région d'une pièce suivant l'invention et les figures 5, 6 et 7 à des coupes micrographiques de pièces suivant l'art  graphing a portion of a region of a room according to the invention and FIGS. 5, 6 and 7 to micrographic sections of rooms according to the art

antérieur (fig. 5 et 7) et suivant l'invention (fig. 6).  front (Figures 5 and 7) and according to the invention (Figure 6).

Plus précisément:More precisely:

La figure I représente des zones (1) de forme et de largeur quelcon-  FIG. 1 shows zones (1) of any shape and width

ques réparties de façon quelconque mais qui ont toutes une largeur comprise entre 10et 100 pm et une fraction surfacique pour chaque mm2  distributed in any way but all of which have a width of between 10 and 100 μm and a surface fraction for each mm 2

de surface comprise entre 5 et 60 %.  surface area of between 5 and 60%.

La figure 2 représente des zones disposées régulièrement suivant un réseau à mailles carrées constitué de bandes (2) d'une largeur de  FIG. 2 shows zones arranged regularly in a square-mesh network consisting of strips (2) with a width of

40 pm espacées les unes des autres de 360um.  40 pm spaced from each other 360um.

La figure 3 représente des zones ponctuelles (3) d'une dimension de  FIG. 3 represents point zones (3) with a dimension of

pm espacées les unes des autres de 100 -pm.  pm spaced from each other by 100 -pm.

La figure 4 est une microphotographie au grossissement 100 de zones réparties suivant des bandes de 40 um de large espacées les unes des autres de 200 um et s'entrecroisant à angle droit et qui sont obtenues  FIG. 4 is a microphotograph at 100 magnification of zones distributed in 40 μm wide bands spaced from each other by 200 μm and intersecting at right angles and which are obtained

sur des pièces en alliage d'aluminium du type A-S17U4G (Silicium 17% -  on aluminum alloy parts of the type A-S17U4G (Silicon 17% -

cuivre 4% - magnésium <1% - solde aluminium).  4% copper - <1% magnesium - aluminum balance).

Les figures 5, 6 et 7 seront commentées dans l'exposé de-l'exemple qui suit.  Figures 5, 6 and 7 will be discussed in the following discussion of the example.

EXEMPLE D'APPLICATIONEXAMPLE OF APPLICATION

Des pièces en A-S5U3 (c'est-à-dire contenant en poids 5% de silicium, 3% de cuivre et le solde en aluminium et impuretés) et en A-S17U4G (17% Si, 4% Cu, < 1% Mg) élaborées de la même façon ont été partagées en deux lots numérotés 1 et 2 comprenant l'un et l'autre les deux types d'alliage.  Parts made of A-S5U3 (that is to say containing by weight 5% of silicon, 3% of copper and the balance of aluminum and impurities) and of A-S17U4G (17% Si, 4% Cu, <1 % Mg) developed in the same way were divided into two lots numbered 1 and 2, both including both types of alloy.

Le lot 1 a été soumis à un traitement laser pour obtenir des zones sui-  Lot 1 was subjected to a laser treatment to obtain the following zones:

vant l'art antérieur et le lot 2 à un autre traitement laser pour obtenir  prior art and Lot 2 to another laser treatment to obtain

des zones suivant l'invention.zones according to the invention.

Les conditions de ces traitements sont les suivantes: Faisceau laser Puissance (watts) 25. Largeur du faisceau (pm) Densité de puissance (watts/cm) Durée de traitement (sec) Largeur de la zone traitée (pm) Profondeur de la zone traitée (Fm) Lot 1 CO2 2,5xo106 6/100  The conditions of these treatments are as follows: Laser beam Power (watts) 25. Beam width (pm) Power density (watts / cm) Treatment time (sec) Width of the treated area (pm) Depth of the treated area (Fm) Lot 1 CO2 2,5xo106 6/100

* 3000* 3000

Lot 2 Ar 7xl o6 1/40 M20 Les constatations suivantes ont été faites: Du point de vue relief: sur le lot 1 (fig. 5) qui représente, vue en coupe et au grossissement une zone (4), on observe un relief macroscopique s'étendant sur toute la largeur de la zone et dont l'amplitude atteint 100 jum, ce qui  Lot 2 Ar 7xl o6 1/40 M20 The following observations have been made: From the relief point of view: on lot 1 (fig 5), which shows, in section and at magnification, an area (4), a relief is observed macroscopically extending over the entire width of the zone and whose amplitude reaches 100 μm, which

oblige à reusiner la pièce.requires to succeed the room.

au contraire, sur le lot 2 (fig. 6) qui représente, vue en coupe, et  on the contrary, on lot 2 (figure 6) which represents, seen in section, and

au grossissementlOO0 une zone (5), on n'observe aucun relief macrosco-  at magnification 1000 a zone (5), no macroscopic relief is observed.

pique. Seule la microrugosité est légèrement affectée mais elle ne né-  Spades. Only the microroughness is slightly affected but it does not

cessite aucun réusinage.no re-manufacturing.

Sur ces figures 5 et 6, on note également un changement radical de struc-  In these figures 5 and 6, there is also a radical change in the structure of

ture qui permet une localisation précise de la zone et la mesure de ses dimensions. Sur les 2 lots, on a mesuré une dureté Vickers supérieure à 200 dans  which allows a precise location of the area and the measurement of its dimensions. Of the 2 lots, a Vickers hardness greater than 200 was measured in

la zone et de 80 entre les zones.area and 80 between areas.

En conséquence, les pièces suivant l'invention et qui possèdent donc des zones de faible largeur et de faible profondeur présentent un taux de déformation du profil de surface tel qu'il n'est plus nécessaire de les usiner. D'autres pièces du même type ont été préalablement revêtues d'un film de fer par électrolyse en quantité telle qu'elle permettait après fusion  Consequently, the parts according to the invention and which therefore have areas of small width and shallow depth have a degree of deformation of the surface profile such that it is no longer necessary to machine them. Other pieces of the same type were previously coated with an electrolysis iron film in such a quantity as to allow after fusion

de réaliser en surface un alliage à 15 % de fer.  to achieve on the surface an alloy with 15% iron.

Ces pièces ont été partagées également en 2 lots qui ont subi les mêmes  These pieces were shared equally in 2 lots that suffered the same

traitements que ceux décrits plus haut, sauf en ce qui concerne la dis-  than those described above, except as regards the

position des zones traitées.position of the treated areas.

En effet, la surface des pièces du lot 1 a été traitée suivant des ban-  Indeed, the surface of the parts of lot 1 was treated according to

des parallèles unidirectionnelles se chevauchant (lot IA) ou non (lot lB: distance entre bandes 2000 pm) alors que celle du lot 2 a été traitée  unidirectional parallels overlapping (lot IA) or not (lot lB: distance between bands 2000 pm) while that of lot 2 was treated

suivant un réseau de bandes parallèles se croisant à angle droit et dis-  following a network of parallel bands intersecting at right angles and

tantes les unes des autres de 200 pm.  from each other by 200 μm.

L'examen micrographique des surfaces a montré que dans certains cas les  Micrographic examination of the surfaces has shown that in some cases the

zones traitées des lots IA et IB présentaient des fissurations (6)(fig.  treated areas of lots IA and IB showed fissures (6) (Fig.

7) alors que celles du lot 2 (fig. 6) en étaient dépourvues.  7), while those in Lot 2 (Figure 6) did not have one.

Dans une autre série d'essais, on a remplacé le fer par un dépôt galva-  In another series of tests, iron was replaced by a galva-

nique de nickel de manière à réaliser en surface après fusion un alliage à 10 Z de nickel et on a soumis les pièces des 2 lots à des mesures de  nickel in order to carry out on the surface after melting a 10% nickel alloy and the parts of the two batches were subjected to measurements of

frottement-usure au moyen du tribomètre CAMERON-PLINT.  friction-wear using the CAMERON-PLINT tribometer.

Ce tribomètre est constitué par un segment en fonte chromée qui appuie sur la surface à contr8ler et qui est animé d'un mouvement alternatif de façon à simuler approximativement le frottement qui se produit entre les segments insérés dans le piston et la chemise d'un moteur à combustion interne. Dans le cas présent, la charge d'appui était de 100 N, la température de la pièce de 100 C, la fréquence du mouvement de 12 Hz et la durée d'essai de 30 mn. La surface était au préalable lubrifiée avec une huile du type  This tribometer consists of a chromed cast iron segment which presses against the surface to be controlled and which is reciprocated so as to simulate approximately the friction that occurs between the segments inserted in the piston and the jacket of an engine. internal combustion. In this case, the backing load was 100 N, the room temperature was 100 C, the frequency of the movement was 12 Hz and the test time was 30 minutes. The surface was previously lubricated with an oil of the type

Neutral 150.Neutral 150.

Les pièces du lot 1 se sont dégradées rapidement (détachement de débris de grandes dimensions > I pm de la surface traitée). Il en a été de même  Parts of lot 1 deteriorated rapidly (large debris detachment> 1 μm from the treated surface). It was the same

du segment en fonte chromée.chrome cast iron segment.

Quant aux pièces du lot 2, elles n'ont donné lieu à aucune dégradation  As for the parts of lot 2, they did not give rise to any deterioration

visible ni de perte de poids mesurable.  visible or measurable weight loss.

La présente invention trouve son application dans la fabrication de pièces destinées à être soumises à des frottements telles que par exemple  The present invention finds its application in the manufacture of parts intended to be subjected to friction such as for example

les pièces mécaniques (chemises de moteurs et pistons, sièges de soupa-  mechanical parts (engine liners and pistons, wheelchairs)

pes, tambours et disques de freins, poulies crantées de transmission,  pes, drums and brake discs, toothed transmission pulleys,

filières, engrenages, coussinets, portées d'arbres d'entraînement, rou-  dies, gears, bushings, driving shafts, rollers

lements à billes, etc...) et des pièces électriques de contact o on  ball bearings, etc.) and electrical contact parts

combine frottement et passage du courant électrique (connectique, con-  combines friction and the passage of electric current (connectivity,

tact glissant, collecteur de moteur électrique, etc...).  sliding tact, electric motor collector, etc ...).

Elle a été mise au point sur des alliages d'aluminium, mais peut égale-  It has been developed on aluminum alloys, but can also be

ment s'appliquer à d'autres matériaux et alliages métalliques: acier, cuivre, zirconium, titane, nickel. Elle a d'ailleurs été vérifiée sur  apply to other metallic materials and alloys: steel, copper, zirconium, titanium, nickel. It has been verified on

quelques exemples: nickel, cuivre, titane.  some examples: nickel, copper, titanium.

Claims (12)

REVENDICATIONS 1. Pièces métalliques dont au moins une face présente en surface au moins une région résistant à l'usure constituée par une répartition contr8ôlée des zones durcies par effet de fusion localisée caractérisée en ce que ces zones, quelles que soient leur longueuret leur forme, ont une largeur et une profondeur comprise entre 3 et 150 um et que la fraction surfa- cique des zones pour chaque mm2 d'une région est comprise entre 5 et %.  1. Metal parts with at least one surface surface having at least one wear-resistant region constituted by a controlled distribution of the hardened zones by localized melting effect, characterized in that these zones, whatever their length and their shape, have a width and a depth of between 3 and 150 μm and that the area fraction for each mm 2 of a region is between 5 and 6%. 2. Pièces métalliques suivant la revendication I caractérisée en ce que2. Metal parts according to claim I characterized in that lorsque les zones s'entrecroisent, la fraction surfacique de recouvre-  when the zones intersect, the surface fraction of ment desdites zones pour chaque mm2 d'une région est inférieure à 50 %  areas for each mm2 of a region is less than 50% de la surface totale des zones.the total area of the areas. 3. Pièces métalliques selon la revendication I caractérisées en ce que les zones ont une largeur et une profondeur comprises entre 10 et 100 Am.  3. Metal parts according to claim I characterized in that the areas have a width and a depth between 10 and 100 Am. 4. Pièces métalliques selon la revendication I caractérisées en ce que les zones sont disposées sous forme de bandes continues de direction quelconque et séparées les unes des autres par une distance comprise4. Metal parts according to claim I characterized in that the zones are arranged in the form of continuous strips of any direction and separated from each other by a distance between entre 20 et 1000 jum.between 20 and 1000 jum. 5. Pièces métalliques selon la revendication 4 caractérisées en ce que  5. Metal parts according to claim 4, characterized in that les zones sont disposées sous forme d'au moins un réseau de bandes pa-  the zones are arranged in the form of at least one network of pa- rallèles.  rallèles. 6. Pièces métalliques selon la revendication I caractérisées en ce que les zones sont disposées sous forme de bandes discontinues, de direction quelconque, séparées suivant leur longueur et les unes des autres par6. Metal parts according to claim I characterized in that the zones are arranged in the form of discontinuous strips, of any direction, separated along their length and from each other by une distance comprise entre 20 et 1000 um.  a distance of between 20 and 1000 μm. 7. Pièces métalliques selon la revendication 6 caractérisées en ce que  7. Metal parts according to claim 6, characterized in that les zones sont disposées sous forme d'au moins un réseau de bandes pa-  the zones are arranged in the form of at least one network of pa- rallèles.  rallèles. 8. Pièces métalliques selon la revendication I caractérisées en ce8. Metal parts according to claim I characterized in that qu'elles sont constituées par un alliage dont les propriétés tribolDgi-  they consist of an alloy whose properties tribolDgi- Il ques sont susceptibles d'être améliorées par un traitement de fusion superficielle.  They are likely to be improved by superficial melting treatment. 9. Pi&ces métalliques selon la revendication 8 caractérisées en ce qu'elles sont constituées par un alliage d'aluminium.9. Metal parts according to claim 8 characterized in that they consist of an aluminum alloy. 10. Pièces métalliques selon la revendication 1 caractérisées en ce que10. Metal parts according to claim 1, characterized in that les zones sont constituées par un alliage du métal de base avec un élé-  the zones consist of an alloy of the base metal with an element ment ou un composé d'apport tel que ledit alliage ait de meilleures pro-  or a feed compound such as said alloy has better priétés tribologiques que le métal de base.  tribological properties as the base metal. 11. Pièces métalliques selon la revendication-10 caractérisées en ce que  Metal parts according to claim 10, characterized in that le composé d'apport appartient à la famille du fer, du nickel.  the feed compound belongs to the family of iron, nickel. 12. Procédé d'obtention de pièces métalliques selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'on applique un rayonnement laser focalisé de  12. Process for obtaining metal parts according to claim 1, characterized in that a focused laser radiation of manière à créer par fusion des zones de largeur et de profondeur infé-  merging areas of smaller width and depth. rieures à 150 pum.less than 150 pum.
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