FR2829951A1 - Procede de realisation par moulage sous pression d'un element en alliage d'aluminium travaille - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un moulage sous pression d'alliages d'aluminium travaillés.Le procédé de réalisation par moulage sous pression d'un élément en alliage d'aluminium travaillé comprend le moulage sous pression de l'alliage d'aluminium travaillé dans une cavité de moulage à une pression inférieure à la pression ambiante afin de produire un élément moulé sous pression présentant une surface extérieure qui permet une compression isostatique dudit élément moulé sous pression, ce qui est suivi par une compression isostatique de l'élément moulé sous pression afin de favoriser une fermeture des vides internes.L'invention permet d'obtenir des pièces d'une forme proche de la forme finale.
Description
a prdente invention se raporLe un rocdA de' rdalisaLion d'@lmenLs base
d'alliage d'aluminium Lavaill par moulage sous pression de l'alliage une forme proche d'one forme finale soivie par une compression isosLaLique. I1 exisLe deux Lypes ou classes d'alliages d'alominiom savoir: des alliages qui sonL Lavaills poor Lre mis en forme eL deG alliages qui GonL moulAG pour ALre mis en forme. Environ 75 de 1'aluminium produiL aux {LaLs-uniG Ge pr6GenLe GOUG la forme de produiLG LavaillAs. DanG l'indusLie a6rospaLiale, presque LouL l'aluminium uLiliG se pr@GenLe scos one forme Lavaille. [ar exemple, leG roues des avions sonL rdalises parLir d' alliage d' alominlom Lavailld par forgeage de prcision, Lel gue l'alliage Lavailld 7050 (6,292n, 2,1%Co, 2,3tMg, le reGLe LanL A1, oL les pourcenLageG sonL des pourcenLageG en poids). la diff6rence des produiLs moul6s, leG produiLG Lavaill6s ne doivenL pas Lenir compLe de la capaciLd de 1'alliage s'6couler dans de minces secLions de moulage. Ainsi les produiLs Lravaills prdsenLenL une souplesse plus grande en ce gui concerne la composiLion chimique gui peuL Lre uLilise pour fournir de meilleures propridLs mcaniques l'alliage. n ouLre, les produiLs forgs ne pr@senLenL eGGenLiellemenL aucune porosiLd du faiL du Lavail
redondanL de la microGLucLore de l'alliage.
caose do rapporL Alev de la r6siGLance mcanique en foncLion du poidG des alliages d'aluminium Lravaill<s, il exiGLe d'excellenLs candidaLs pour deG applicaLionG parLiculiAres d'4lmenLs en de LelG alliageG dans
l'induGLie adrospaLiale eL dans l'indusLie auLomobile.
CependanL, du faiL de leur mauvaiGe apLiLode ao moulage, les alliages d'aluminium Lavaill6s ne sonL pas LadiLionnellemenL moulds en lmenLs de forme proche d'one [orme finale. Par exemple, les alliageG d'aluminium LavaillA prGenLenL on mauvais caracL@re de fluage de l'alliage fondu dans des secLions de moulage minces eL une mauvaise rdsiGLance au dAchirage chaud, ce qui eL mis en didence par des fissures inaccepLables de
dAchirage chaud dans le produiL moulA.
La fabricaLion de Lels produiLG Lavaills en lAmenLs de forme complexe implique des co0Ls de fabricaLion Lrds imporLanLs rAulLanL des nobreuses opAraLions de fabricaLion (par exemple chauffage, forgeage eL usinage) qui doivenL aLre effecLudes sur le
lingoL iniLial d'alliage d'aluminium Lavailld.
I1 exisLe ainsi un beoin pour un procd de rdalisaLion de pices moules de forme proche de la forme finale en alliage d'alumintum Lavailld qui sonL appropries pour ALre uLilises dans des applicaLions des
indusLies a6rospaLiales, auLomobiles eL auLres.
C'esL donc un objeL de la prAsenLe ivenLion que de crer un procAd de rdalisaLion d'4lmenLs en alliage
d'aluminium Lavailld qui saLisfasse ce besoin.
La prsenLe invenLion cre ainsi un procd de rdalisaLion d' 6lmenLs en alliage d' aluminium Lavaill par moulage sous pression de l'alliage dans une caviLd de moulage une pression inf6rieure la pression ambianLe afin de produire un lmenL mould sous pression d'une forme proche de la forme finale eL prGenLanL une suface exL6rieure qui peuL Lre amende une compression isosLaLique ulL6rieure pour favoriser la fermeLure des vides inLerneG, Lelles que par exemple une microporosiLd eL/ou un microfissurage de Lype inLerne. '@lmenL mould sous pression esL de prfrence ulL6rieuremenL comprim de manire isosLaLique chaud poUr favoriser la
fermeLure des vides inLernes.
Dans un mode de rdalisaLion de l'invenLion pris LiLre d'illusLaLio, un alliage d'aluminium Lravailld eL mould sous pression dans des condiLions permettanL d'obLenir un lAmenL mould sous pression d'une forme proche de la forme finale eL qui peuL prsenLer des vides inLernes qui ne sonL pas relis en surface un poinL Lel que l'@lmenL mould sous pression peuL ALre ult@rieuremeL coprim de maniAre isoLaLique chaud pour favoriser la fermeLure des vides inLernes. Les condiLions parLiculi@rement prf<de de moulage sous pression prises titre d'illustration comprennent une combinaison d'un vide Alev pendant le moulage sous pression, d'une forte vitesse d'injection (plongeur), d'un chauffage ventuel des matrices une tempArature sup6rieure la tempArature ambiante, d'une ression d'intensification leve sur l'alliage d'aluminium travaill initialement fondu aprAs son injection dans la cavitd de moulage et pendant un temps GuffiGant pour permettre l'6lment mould sous reGGion de se
Golidifier complAtement sous preGGion.
L'4lment mould sOus pression est alorG comprimA de mani@re isostatique chaud GOuG déG CoditionG permettant de favoriser une fermeture de touG les videG internes, en crdant un Alment mould Gous pession et comprim de mani@re isostatique chaud d'une forme proche de la forme finale. [a compreGGion isostatique chaud est typiguement effecLude danG une aLmoGphAre gazeuse une LempAraLure suffisammenL Aleve et pendant une dure suffiGamment longue pour favoriser la fermeture deG vides internes dans l'@lment moul Gous preGGion et amliorer les propriAts mcanigues, telles gue la rdsistance la dformation, la r6sistance la traction et la ductilit de l'6lment mould sous preGGion et
comprim de maniAre isoGtaLique chaud.
Ainsi, conformment la prsente invention, le procd de rdaliGation d'un lment en alliage d'aluminium travailld est caract6ris en ce gu'il comprend les tapes consistant mouler Gous preGGion l'alliage d'aluminium travailld dans une cavitd de moulage une pression inf@rieure la preGGion ambiante afin de produire un Alment moulA Gous preGGion 3s prdsentant une suface extArieure gui permeL une CompresGion isoGLaLique dudit lment moul sOus pression, et comprimer de mani@re isOstatigue 1'Alment moulé sous pression afin de favoriser une fermeture des
vides internes.
Conformément à d'autres caractéristiques préférces de l 'invention: l'alliage est moulé sous pression pour produire l'élément moulé sous pression qui comprend une surface extérieure sensiblement exempte de vides s'étendant depuis l'intérieur de l'élément moulé sous pression; l'alliage est moulé sous pression sous une combinaison de conditions comprenant une pression inférieure à la pression ambiante dans la cavité de moulage d'environ 15 à environ 50 microns, une vitesse d' injection supérieure à environ 75 centimètres par seconde, et une pression d' intensification dans la gamme 34 500 x 103 Pa à environ 138 000 x 103 Pa sur l'alliage d'aluminium travaillé après son injection dans la cavité de moulage; - un chauffage des matrices définissant ladite cavité de moulage est effectué dans la gamme d' environ 90 à environ 200 C; - l'élément moulé sous pression est comprimé de manière isostatique à chaud dans une atmosphère gazeuse; - un traitement thermique en solution dudit élément moulé sous pression est effectué avant ladite compression isostatique; un traitement thermique en solution et un vieillissement dudit élément moulé sous pression sont effectués après ladite compression isostatique; les vides internes comprennent une porosité ou un
fissurage internes.
L' invention s'étend également à un procédé de moulage sous pression d'un élément en alliage d'aluminium travaillé, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à mouler sous pression l'alliage d'aluminium travaillé dans une cavité de moulage à une pression inférieure à la pression ambiante dans ladite cavité de moulage d' environ 15 à environ 50 microns, à une vitesse s d' injection supArieore environ 75 cenLim@Lres par seconde, eL une pression d'inLesificaLion dans la gamme d' environ 14 500 103 Pa environ 138 000 x 103 Pa sur l'alliage d'aluminium LavaillA apr@s son injecLion dans la caviLA de moulage. Confont une auLre caacL6risLigue atageuse de l'ii. - le chauE[age des maLices dfinissanL ladiLe caviLd de moulage esL effecLuA dans la gamme d' environ 90
envIron 200 C.
L'invenLion sera mieux comprise, eL d'auLres buLs, caracL6risLiques, d4Lails eL avanLages de celle-ci
apparaiLronL plus clairemenL au cours de la description
explicaLive qui va suivre faiLe en rAf@rence aux dessins annexs donnds uniquemenL LiLre d'exemple illusLanL un mode de rdalisaLion de l'invenLion eL dans lesquels: - la figure 1 esL une l6vaLion laLrale schmaLique d'une machine de moulage sous pression sous vide pour meLLre en praLique un mode de ralisaLion de la prAsenLe invenLion avec le conLeneur, les maLices eL la chambre vide monLrAs en LaiLs inLerrompus; eL - la figure 2 eGL une vue en plan d'une des maLices pou le moulage sous pression de spAcimens
d'alliage d'aluminium Lravailld (7050).
Pour des buLs d'illusLaLion eL non pas de limiLaLion, la figure 1 monLre une machine de moulage sous pression qui peuL ALre uLilise pour mouler sous pression un alliage d'aluminium Lavaill sous des condiLions permeLLanL de produire un AlmenL moul sous pression d'une forme proche de la forme finale eL pouvanL Lre amend une copressio isosLaLique ulLdrieure
chaud dans la mise en praLique de l'invenLion.
L'invenLion eGL mise en praLique pour mouler sous pression des alliages d'aluminium Lavaills du Lpe dcriL dans la noLice "InLernaLional Alloy DesignaLions and Chemical ComposiLions LimiLs for WoughL Aluminium and WoughL Aluminum Alloys, unified NorLh American and Interational RegiGtration RecordG", concernant des "D6signations InternaLionales et des imites de CompoGition Chimiques pour de l'Alumintum eL des Alliages d'Aluminium Travailld", eL qui a AL, publie par "he Aluminum AGGociation IncorporaLed, 900 19 StrceL,.., Washington, D.C., USA, en janvier 2001. Das cette publication, les alliages d'aluminium travaill4s sont identiti@G par des d4signationG num6riques quatre chiffres (par exemple des num6roG de sArie 2xxx, 3xxx, Sxx, 6xxx, etc.) contrairement aux alliages d'aluminium moulAs qui sont identifis par deG dsignaLionG num@riques Lrois chiffres. Les alliages d'aluminium LavaillAs gui peuvent tre mouls sous pression, comprims de maniAre isestatique chaud, et trait6 chaud par prcipitaLion du fait de la miGe en pratique de 1'invention comprennent tous les alliageG 2 xxx qui comprennent A1, Cu. Mg, les alliageG 6 xxx qui comprennent A1, Mg, Si et les alliages 7 xxx qui coprennent A1, Zn,
9, Cu.
une machine de moulage sOuS preGGion qui peut tre utiliG@e pour mettre en pratique 1'invenLion esL dcrite dans le brevet us 6 070 643 auquel il est alors possible de se rAfArer. Comme monLrd aux deSsinG, la machine de moulage Gous preGGion comprend un socle 10 qui renferme l'inLdrieur un r@servoir 10a pour un fluide hydraulique qui eGL utilis par un acLionneur hydraulique 12 pour ouvrir eL fermer les platines matrice respectivemenL fixe et mobile 14 et 16. La platine 16 eGL dispose pour Ge dplacer sur des barres ou Liges fixes 18 formanL tiranLG. un mcaisme d'embiellage 20 de serrage deG maLiceG eGL reliA la platine matrice mobile 16 d'une mani@re LadiLionnelle afin d'ouvrir eL de fermer la matrice mobile 34 par rapport la maLice fixe 32 diGpoG4e Gur la platine 14. Par exemple, une machine de moulage sous preGGion de type tradiLionnel qui esL diGonible sous l'appellatio 2s0 ton HPM #73-086 chez Cleveland, Ohio, uSA comprend un socle 10, un actionneur 12, ainsi que des platines à matrice 14, 16 montées sur des barres formant tirants 18 et ouvertes/fermées par un mécanisme d'embiellage 20 de serrage des matrices de la manière décrite. La machine de moulage sous pression comprend un accumulateur de gaz 21 pour une alimentation rapide de fluide hydraulique vers
le mécanisme plongeur.
La machine de moulage sous pression comprend également un conteneur horizontal tubulaire 24 qui communique avec une cavité de moulage 30 définie entre les matrices 32, 34 disposces sur les platines à matrice respectives 14 et 16. La cavité de moulage 30 peut être
configurée pour former un ou plusieurs éléments moulés.
Le conteneur 24 présente une section d'extrémité de décharge 24a qui communique avec un passage d'entrée 36 vers la ou les cavités de moulage 30 de manière que l'alliage d'aluminium travaillé fondu puisse y être injecté sous pression. Le passage d'entrée 36 peut être usiné dans la matrice fixe 32 ou dans la matrice mobile
34, voire dans ses deux matrices.
La section d'extrémité de décharge 24a du conteneur 24 s'étend à travers un passage approprié 24b ménagé dans la platine fixe 14 et la matrice 32, comme illustré à la
figure 1.
Le conteneur 24 s'étend à travers la matrice 32 dans une chambre de fusion sous vide 40 o l'alliage d'aluminium travaillé fondu devant être moulé sous pression est chauffé dans un creuset 54 sous des conditions de vide relativement élevées telles que d' environ 15 à environ 50 microns. La chambre à vide 40 est définie par une paroi 42 qui renferme et entoure la section d'extrémité de chargement opposée du conteneur 24 qui reçoit le plongeur 27 et l'actionneur hydraulique 25 du conteneur. Il est fait le vide dans la chambre à vide 40 à l 'aide d'une ou de plusieurs pompes à vide P de type
traditionnel reliées à la chambre 40 par un conduit 40a.
Le socle 10 et la paroi 42 de la chambre à vide 40 reposent sur un support approprié, tel qu'un plancher en béton. La paroi 42 de la chambre à vide 40 est scellé de manière étanche à l'air à la platine fixe 14 par un ou plusieurs joints périphériques étanches à l'air 43 placés entre elles afin d'enfermer de manière étanche le conteneur et une paire d'éléments 44 horizontaux fixes placés côte-à-côte de support du conteneur/plongeur (un de ses éléments seulement est représenté) s'étendant à travers la paroi 42 de la chambre à vide 40. De tels éléments de support du conteneur/plongeur sont prévus sur la machine de moulage sous pression de type traditionnel
mentionnée ci-dessus (machine "250 ton HPM #73-086").
Un plongeur 27 est disposé dans le conteneur 24 pour se déplacer à l' aide de l'actionneur 25 du plongeur et une tige 27b de liaison du plongeur entre une position d' injection de départ située à la droite de l'ouverture d'entrée 58 de produit fondu dans le conteneur 24 et une position d' injection à proximité du passage d'entrée de matrice 36. L'ouverture d'entrée 58 de produit fondu communique avec le récipient de réception de produit fondu métallique (par exemple acier) 52 monté de manière adjacente à la platine fixe 14 sur le conteneur 24 par l'intermédiaire d'organes de serrage tels que des organes de serrage à vis (non représentés). Le récipient 52 de réception de produit fondu est disposé en dessous du creuset 54 pour recevoir de celui-ci une charge d'alliage d'aluminium travaillé fondu en vu d'un moulage sous pression. Les surfaces de contact avec le produit fondu des matrices 32, 34 et de l'extrémité 24a du plongeur sont, de manière typique, recouvertes d'un revêtement de
graphite pulvérisé.
Le creuset 54 peut être constitué par un creuset de fusion dans lequel une charge solide de l'alliage d'aluminium travaillé est fondue dans la chambre 40. Une bobine d' induction 56 est prévue autour du creuset pour chauffer l'alliage à une température de moulage sous pression ddirde de l'alliage avec une cerLaine valeur de surchauffe au-deGGus du point de fusio de l'alliage. n varianLe, le creuset peuL ALre un creuset de maintien de produiL fondo adapLA pour recevoir l'alliage d'aluminium Lavailld fondu en proenance d'un creuseL de fusion souG
vide (non repr@senL6) plac 1'exL4rieur de la chambre.
Si le creuseL 54 esL un creuseL de fuGion, il peuL ALre conGLiLu par un creuseL de fond de poche inducLion comprenanL des segmenLs de cuivre dans lesquels une charge d'alliage d'aluminium Lravailld Golide devanL Lre moule souG preGsion eGL charge par l'inLermdiaire d'un orifice vide 40b eL esL fondue par exciLaLion de LobineG d'inducLion 56 disposeG auLour du creuseL eL de
maniAre LradiLionelle dans la chambre 40.
I1 esL Agalement poGsible dans la mise en praLique de la prdsenLe invenLion d'uLiliser des creuGeLG 54 revtus de maniAre connue d'une c6ramique ou d'une
maLiAre rfracLaire (par exemple de graphiLe).
Le creuseL 54 peuL ALre iclind par roLaLion auLour de pivoLs en uLilisanL un acLioneur hydraulique, lecLrique ou auLres de Lype LradiLionnel (non repr6senL6) diGpoG l'eL@rieur de la chambre vide 40 eL reliA au creuseL par un embiellage appropriA Gcelld sous vide eL s'6LendanL depuiG l'acLionneur jusqu' au creuseL. Le creuseL 54 eGL inclind pour le verGemenL de la charge d'aIliage d'aluminium Lravailld fondue dans le rcipienL 52 de rcepLion de produiL fondu, lequel eGL amenA comuniguer avec le conLeneur 24 par l'inLermdiaire d'une ouverLure 58 forme danG la paroi du conLeneur. La charge fondue esL inLroduiLe Lravers l'ouverLure 58 dans le conLeneur 24 en face de
l'exLrAmiL 27a du plongeur.
Le plongeur 27 eGL dplac depuis la posiLion d'injecLion de dparL verG une posiLion d'injecLion 3s proximiLd du passage d'enLrde 35 l' aide d'un acLionneur bydrauligue 25 de Lype LradiLionnel gui, par exemple, esL prdu sur la machine de moulage sOus preGGion de Lype traditionnel mentionnée ci-dessus. L'intervalle radial typique entre le conteneur 24 et l'extrémité 27a du plongeur est dans la gamme d' environ 0,00125 cm à
0,050 cm.
Lorsque les matrices 32 et 34 sont fermées, la cavité de moulage 30 définie entre elles est amenée à communiquer avec la chambre à vide 40 via le conteneur 24 et peut être mis sous vide par l'intermédiaire du conteneur. En particulier, la matrice fixe 32 comprend de manière typique une série de rainures (non représentées) sur sa face interne qui est dirigée vers la face interne opposée de la matrice mobile 34 lorsque les matrices sont fermées. Les rainures entourent la cavité de moulage 30 ainsi que le passage d'entrée 36 et une ouverture de décharge de produit fondu amenée à communiquer avec le passage d'entrée 36 et définie par l'extrémité 24a du conteneur. Chaque rainure rec,oit un joint à vide élastique correspondant de type torique résistant aux températures élevées et pouvant être réutilisé 60 pour permettre une étanchéification sous vide contre la face conjuguce de la matrice mobile 34 lorsque les matrices sont fermées. Une seule rainure et un seul joint 60 sont montrés pour des raisons de commodité. En variante, le ou les joints 60 peuvent être disposés dans des rainures sur la face conjuguée de la matrice mobile 34, ou sur les faces conjuguées des deux matrices 32 et 34, de manière à former autour un joint étanche au vide qui isole la cavité de moulage 30, le passage d'entrée 36 et l'extrémité 24a du conteneur par rapport à l'aLmosphère de l'air ambiant entourant la partie externe des matrices 32 et 34 lorsqu'elles sont fermées. Les joints à vide 60 peuvent être réalisés en une matière de type Viton qui peut résister à des températures aussi élevées que les degrés C qui peuvent être présents lorsque la cavité
de moulage 30 est remplie d'alliage fondu.
Du fait des joints à vide 60, la cavlté de moulage est isolée de l'atmosphère de l'air ambiant lorsque les matrices 32 et 34 sont fermoes, et ils permettent à la cavité de moulage 30 d'être mise sous vide par l'intermédiaire du conteneur 24 lorsque la chambre de fusion sous vide 40 est mise sous vide à des niveaux de vide élevés d' environ 15 à environ 50 microns utilisés
dans la mise en pratique de l'invention.
Les matrices 32 et 34 sont éventuellement maintenues à une température supérieure à la température ambiante dans une gamme préférce d' environ 90 à 200 degrés C pendant le moulage sous pression, bien qu'il soit possible d'utiliser des matrices non chauffées. À titre d'exemple, les matrices 32 et 34 sont, avant d'y injecter l'alliage fondu, chauffées par un ou plusieurs éléments de chauffage de type traditionnel à résistance électrique (non représentés) placés dans des canaux formés dans les matrices, ou encore par des brûleurs à gaz ou autres moyens de chauffage de type traditionnel pour matrice. De même, il est possible que les matrices soient soumises à un autochanffage à la suite d'une injection antérieure, dans la cavité de moulage 30, d'une ou de plusieurs charges d' alliage d' aluminium travaillé fondu. Les matrices 32 et 34 peuvent également être refroidies par des conduits d'eau de refroidissement (non représentés) formés à l'intérieur des matrices et à travers lesquels de l'eau de refroidissement est amence à circuler pour réquler la température des matrices dans la gamme préférée de température. Le conteneur 24 peut de même facultativement être chauffé ou refroidi pour réquler la température du conteneur à l'intérieur d'une gamme désirée d'environ 90 à environ 200 degrés C en utilisant des dispositifs de chauffage et de
refroidissement de type analogue.
Dans le moulage sous pression effectué conformément à la présente invention d' alliages d' aluminium travaillés, les matrices 32 et 34 et le conteneur 24 sont réalisés en acier ou en une autre matière appropriée, cela à titre d'illustration et non pas de limitation car il est possible d'utiliser d'autres matières pour les
matrices et le conteneur.
Conformément à un mode de réalisation de l'invention, un alliage d'aluminium travaillé est moulé sous press ion sous une combinai son de condit ions afin de produire un élément moulé sous pression d'une forme proche de la forme finale, cet élément pouvant être amené à une compression isostatique ultérieure à chaud pour favoriser la fermeture de tous les vides internes. Les conditions de moulage sous pression produisent de manière typique un élément moulé sous pression qui comprend des vides internes, tels que des microporosités et/ou des microfissures internes (c'est-à-dire des micro-déchirages à chaud), qui ne sont pas reliées en surface en ce que les vides internes ne s'étendent pas jusqu'à la surface extérieure de l'élément moulé sous pression ni ne la pénètre. Ainsi, la surface extérieure de l'élément moulé sous pression en alliage d'aluminium travaillé est sensiblement exempte de vides s'étendant depuis l ' intérieur jusqu'à l'extérieur de l'élément de telle manière que l'élément moulé sous pression peut être soumis à une opération ultérieure de compression isostatique à chaud afin de favoriser la fermeture des
vides internes.
Les conditions particulières de moulage sous pression utiles pour le moulage sous pression d'alliages d'aluminium travaillés en utilisant le dispositif de moulage sous pression décrit ci-dessus et présenté dans des buts d' illustration mais non pas de limitation de l' invention comprennent la combinaison de 1) un vide élevé d' environ 15 à environ 50 microns dans la cavité de moulage 30 et la chambre 40, 2) un chauffage éventuel des matrices 32 et 34 à une température supérieure à la température ambiante d' environ 90 à 200 degrés C, 3) des vitesses élevées d' injection (plongeur 27) supérieures à cm/seconde, telles que de préférence de 75 à 200 cm/seconde, et 4) une pression élevée d' intensification dans la gamme d'environ 34 500 x 103 Pa environ 138 000 x 103 Pa sur l'alliage d'aluminium Lavailld apr@s son injecLion dans la caviLd de moulage 30 eL pendanL un Lemps suffisanL pour permettre l'6lment mould sous preGGion de Ge solidifier compltement dans toute Ga section tranversale sous une telle pression danG la cavitd de moulage 10. Ces coditions euvent tre slectionndes et rgles pour une composition particuliAre d'alliage d'aluminium travailld afin d'obtenir un lment moul sous preGGion pouvant ultrieurement Atre comprim de
maniAre iGoGtatique chaud.
L'6lment mould sous pression est alors comprim de maniAre isoGLatique chaud sous des conditionG permettant de favoriser la fermeture de touG les vides internes. La Guface ext{rieure de l'@lmenL moulA chaud en alliage d'aluminium travaill est sensiblement exempte de vides G '4tendant deuis 1'intrieur jusqu'A l'ext@rieur de l'6lment de telle manire que l'@lAment moulA sous preGGion peut atre Goumis une opration de compression iGostatique chaud pour favoriser la fermeture des vides internes. a compreGGion isostaLique chaud eGL, de mani@re Lypique, effectue danG un gaz inerte ou un autre ga non ractif avec l'alliage d'aluminium travaill@. Une aLmoGphAre gaeuGe typique est compose d' argon. L'opration de compresGion isoGtaLique chaud eGL effecLude une Lemp6caLure suffiGammenL leve eL pendant une durde suffisamment longue pour favoriser la fermeture des vides intereG, telle que les microporosits et leG microfissurages (c'est--dire des microdchirages chaud) danG l'6lAment mould Gous preGGion, et amliorer les propriAts mAcaniques, telles que la r6Gistance la dformation, la rdSistanCe la traction et la ductilitd de l'lment moul Gous preGGion et comprimA ultrieurement de maniAre iGostatique 3S chaud. Pour des buts d'illuGtration et non pas de limitation, 1'op4ration de cOmpreGGiOn isostatique chaud peut atre effectue une temprature de 4so s40 degrés C et à une pression de l' argon gazeux de 103 500 x 103 Pa pendant 2 heures pour la plupart des éléments
moulés sous pression en alliage d'aluminium travaillé.
L'étape de compression isostatique à chaud peut être effectuée en utilisant un appareil de compression
isostatique à chaud de type traditionnel.
Avant l'opération de compression isostatique à chaud, l'élément moulé sous pression peut être traité thermiquement en solution à une température élevée pour réduire la quantité de la ou des phases eutectiques à point de fusion inférieur pouvant être présent dans la microstructure moulée sous press ion et ainsi homogénéiser la microstructure ainsi que la chimie de l'alliage de manière à éviter un début de fusion pendant l'opération de compression isostatique à chaud. Les températures de traitement thermique en solution ainsi que les durées correspondantes sont bien connues pour une grande variété
d'alliages d'aluminium travaillés.
Après l'opération de compression isostatique à chaud, l'élément moulé sous pression en alliage d'aluminium travaillé peut être traité thermiquement afin de développer les propriétés mécaniques désirées. Par exemple, l'élément en alliage d'aluminium travaillé moulé sous pression et ultérieurement comprimé de manière isostatique à chaud peut être soumis à un traitement thermique en solution de type traditionnel, suivi par un ou plusieurs traitements thermiques de vieillissement à température inférieure afin de développer les propriétés mécaniques déairées pour l'alliage d'aluminium travaillé particulier qui est utilisé. À titre d' illustration de tels traitements thermiques, on peut citer les
traitements thermiques T6 et T7 bien connus.
L'exemple suivant est donné pour illustrer
davantage l 'invention mais non pas la limiter.
EXEMPLE
Des spécimens en alliage d'aluminium travaillé 7050 ont été moulés sous pression en utilisant un dispositif de moulage sous pressio du Lype dAcriL ci-desus o eviron 1,5 kg de l'alliage onL ALd fondus.par inducLion dans 14 creuGeL 54 prvu dans la chambre vide 40 (figure 1) un niveau de vide de 25 microns. L'alliage a t chauff une Lemp6rature de moulage de 635 degrds C pour fournir un excAs de chaleur par rapporL la temp@raLure de fusion de 1'alliage de 628 dogrds C. Les matrices 32, 34 onL Ld chauffes envicn 100 degrds C. 'alliage fondu a ALd versA dans le conLeneur eL injecLd dans la caviLd de moulage une viLeGGe du plongeur Agale cm/seconde dans un conLeneur d'un diam@Lre de 7,5 cm. Le plongeur 27 a conLinu se dplacer dans le conLeneur afin d'appliquer une preGGion d'inLensificaLion une pression hydrosLaLique maximum calcule de 42 750 103 Pa sor l'alliage de la caviLd de moulage pendanL une dure de 30 secondes de Lelle mani@re que l'alliage a {Ld compl@LemenL Golidifid sor LooLe sa secLion LanGverGale
alors go'il se Louve sous la pression d'inLensificaLion.
Les maLices onL alors Ld ouverLes eL la pice moule GOOG preGsion ainsi Golidifie a Ld jecL{e en oLilisanL des LigeG d'AjecLion. La caviLd demoulage pr6senLaiL one configoraLion monLrde la figore 2 peor une maLice pr6senLanL oaLre caviL6s C en "doigL" allong6s, chacone ayanL une longueur de 33 cm pour on diam@Lre de 1,5 cm eL
des Lous poor leG LigeG d'AjecLion comme reprdsenL6G.
Les exLrAmiL6s des caviL6G en "doigL" commoniguaiL avec une caviLd F en "cong6" qui recevaiL l'alliage d'aluminiom Lravailld fondo injecLd en provenance do paGGage d'enLrde 36. Les spcimens en 7050 moulAs SOOG preGGion prodoiLG de ceLLe mani@re pr@senLaienL cerLains vides inLernes qui incorporaienL one microporosiLd eL on microfiGGorage inLerneG (c'esL-dire on microdchirage inLerne) do faiL do reLreinL de solidificaLion. Un dchirage chaud des spcimens moul@s sous preGGion raliss conformmenL 1'invenLion a LA noLablemenL rduiL par rapporL des Gpcimens rdalis4s sanG la combinaison d'un vide lev eL d'une preGGion d'inLesification, et il a LA confind l'inLArieUr des 6cimes moul6s sous preGGion conLrairemenL deG spcimes qui n'@Laient pas moul6G sOUs preGGion avec la CombinaisOn d'un vide levA et d'une forte preGGion d'inLensificaLion. Ainsi, leG videG inLernes (microporoGiLA eL microfiGGurage) des spcimens rdalisAs conformmenL 1'invention n'taient pas reliAs la suface extdrieure de la pice moule sous preGGion de telle mani@re que la pice moule sous preGGiOn pouvait ensuite tre comprime de maniAre isOstatigue chaud dans une tape ult6rieure pour favoriser la fermeture des porosits internes et des microfiGGureG. Les G4cimens qui taient mouls souG preGGion sans la combinaison d'un vide lev et d'une forte preGGion d' intensification pr6sentaient une porositd iterne et des dchicure chaud qui ne pouvaient pas tre refermes par une
op6rations de compresion isostatique chaud.
Une analyGe chimique des spcimenG en 7050 moul@ chaud a indiqud qu'il existait une perte d'6lments volatils de formation de l'alliage, en particulier Zn et g, au niveau du vide levA de 25 micros utilis dans les eGGais. Cette perte d'6lmentG volatils de l'alliage d'aluminium travaill peut Atre compenGe en augmentant les concentraLions iitiales de Lels AlmenLG volaLilG dans la charge d'alliage fondre. En varianLe, l'alliage peuL aLre fondu dans la chambre 40 un niveau de vide insuffisanL pour provoquer la perLe de Lels lmenLs volaLils de formaLion d'alliage de la charge. Par exemple, la chambre 40 peuL ALre mainLenue un niveau de vide de 40 microns afin de rduire la perLe de Zn eL de Mg alorG que la caviLd de moulage 30 peuL aLre mainLenue u niveau de vide plus Alev (par exemple de 10 25 microns). De Lels niveaux de vide diffrenLs dans la chambre 40 eL la caviLA de moulage 30 peuvenL aLre obtenus en modifiant le dispoGitif de moulage GOUG preGGio dAcrit ci-deGGus pour inclure, d'une part, un GyGL@me de pompage vide G6pard pour la caviLd de moulage 30 afin de fournir le vide plus élevé dans la cavité de moulage et, d'autre part, une vanne d' isolation (non représentée) placce entre la chambre 40 et la cavité de moulage 30 pour isoler la cavité de moulage 30 par rapport à la chambre 40 jusqu'à ce que l'alliage fondu soit introduit dans le conteneur 24 prêt à être injecté dans la cavité de moulage. La vanne est alors ouverte pour permettre l 'injection, dans la cavité de moulage, de
l'alliage fondu provenant du conteneur.
Claims (8)
1. ProcAd de ralisation d'u lment en alliage d'aluminium travaill@, caract@ris en ce qu'il comprend les tapes consistant mouler sous pression l'alliage d'aluminium travaill dans une cavitd de moulage une pression infrieure la pression ambiante afin de produire un AlAment moul sous pression prAsentant une suface extrieure qui permet une compreGGion isOstatique dudit lment mould sOus preGGion, et comprimer de mani@re isostatique l'6lment mould sous preGGion afi de
favoriser la fermeture deG vides internes.
2. ProcdA selon la revendication 1, caractAris en ce que ledit alliage est moulA sous preGGion pour produire ledit lmet moulA sOuG preGGion qui comprend une suface ext4rieure sensiblement exempte de vides s'4tedant depuiG l'intrieur dudit lment moul sous preGGlon. 3. ProcAdA selon la revendication 1, caract{risA en ce que ladit alliage est moulA Gous preGGion sous une combinai son de condit ions comprenant une preGG ion inf@rieure la preGGion ambiante dans la cavitd de moulage d' environ 15 environ 50 micronG, une vitesse d'injection sup6rieure environ 75 centimtres par seconde et une preGGion d' intensification danG la gamme d' environ 34 500 x 103 Pa environ 138 000 101 Pa Gur l'alliage d'aluminium travaillA aprds son injection dans
la cavit de moulage.
4. ProcdA Gelon la revedication 3, caractdris en ce qu'il compred un chanffage des matrices dfiniGGat ladite cavit de moulage danG la gamme d' environ 90 environ 200 degr4G C. 5. ProcdA selon la revendication 1, caractriG en ce que ledit lment mould sOuG preGGion est comprim de
mani@re isostatigue chaud danG une atmoGh@re gaeuse.
6. Procd selon la revendication 1, caractris en ce qu'il comprend l'6tape supplAmenLaire ConsisLanL traiter thermiquement e solution ledit lment mould
sous pression avant ladite compression isoGtatique.
7. ProcdA selon la revendication 1, caractriG en ce qu'il comprend 1'tae suplmentaire consistant traiter thermiquement en solution et [aire vieillir ledit lAment mould sous pression aprs ladite
coreGGion isostatique.
9. Procd selon la revendication 1, caract@risA en ce que 1eGdits vides internes comprenent une porositd ou
un fiGGurage internes.
10. ProcAd de moulage souG preGGion d'un lment en alliage d'aluminium travaill4, caractdrisA en ce qu'il compred leG tapeG conGiGLant mouler sOuG preGGion l'alliage d'aluminium travailld danG une cavitd de moulage une preGGion infrieure la temprature ambiante das ladite cavitd de moulage d'environ 15 environ 50 microns, une vitesse d' injection Gurieure environ 75 centimAtres par seconde, et une preGGion d' intensification dans la gamme d' environ 34 500 x 10 Pa environ 138 00 x 103 Pa sur l'alliage d'aluminium
travaillA aprAs Gon injecLion dans la cavit de moulage.
11. Procd selon la revendicaLion 9, caracL6ris en ce gu'il comprend le chanEtage des maLriceG dfinissanL ladiLe caviLd de maLrice das la gamme
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