Forgeage de précision de matériaux composites à matrice d’alliage d’aluminium

Precision cold forging of precipitation hardenable Al-based metal matrix composites

¹ Groupe Céramiques et Composites à Matrice Métallique, Institut de Chimie de la Matière Condensée (ICMCB-CNRS), Pessac
² The University of Reading, Department of Engineering, Reading (Grande-Bretagne)
³ ADTEK Int. Ltd, Headington (Grande Bretagne)

Résumé

Les matériaux composites à matrice d’alliage d’aluminium suscitent depuis longtemps un intérêt dans le secteur de l’automobile pour la réalisation de pièces mécaniques d’usure. Les particules céramiques (carbure de silicium ou alumine) au sein de l’alliage d’aluminium augmentent ainsi la résistance à l’usure du matériau mais elles le rendent plus difficile à mettre en forme (découpe, usinage, forgeage, ...). Il a été montré que le procédé de forgeage à froid pouvait être appliqué à ces matériaux pour la réalisation de pièces à condition de trouver les outils (matrice de forge), les conditions de mise en forme (surpression isostatique) ainsi que le traitement thermique (survieillissement de l’alliage) adaptés pour permettre la déformation de la matière sans endommagements critiques. La faisabilité de ce procédé a été évaluée sur deux types d’alliages composites :

- un premier alliage de corroyage (AU4G (2124)) renforcé par des particules fines (3-13 µm) de carbure de silicium (SiC) ; le matériau composite a été élaboré par métallurgie des poudres en phase solide ;

- le deuxième alliage est un alliage de fonderie (AS7G06 (A356)) renforcé par des plus grosses particules de SiC (15-20 µm) ; le composite a été élaboré par rhéomoulage. En utilisant ce procédé déjà très développé dans l’industrie pour des pièces non renforcées, il a ainsi été obtenu différentes formes d’engrenages (simples ou coniques) avec un excellent état de surface.

Abstract

Aluminium Matrix Composites are of interest for the automotive industry because they have a better wear behaviour than conventional materials. Aluminium alloys can be reinforced by ceramic particles but their suitability for machining is then very hard and very expensive to achieve. A low cost process for making components consists in the forging of the composite to the net shape in a one or two step operation. A356/SiC_p and Al-2124/SiC_p composites have been selected for this study. These two commercial composite materials have been prepared respectively by stir-casting and powder metallurgy. When these materials are tested in tension, they exhibit a very poor ductility. However, in compression the composites can bear more deformation before cracking as it is in a conventional closed-die forging process. Moreover, an over-ageing treatment applied to the materials allows large plastic strains before fracture in the compressive process. Gear rings with an accurate definition and bevel gears were manufactured in a one hit operation.