<Desc/Clms Page number 1>
Procédé d'amélioration des propriétés des métaux et alliages.
EMI1.1
SIEMENS & HALSKE, AKTIEN-f3ESELLSCHAF.
La présente invention concerne un procédé pour améliorer les propriétés d'un grand nombre de métaux, no- tamment du nickel, du cobalt, du plomb ou de leurs allia- ges, par exemple des alliages de cuivre et de nickel.
D'après l'invention, on obtient une amélioration des
<Desc/Clms Page number 2>
propriétés de ces corps du fait qu'on leur allie du gluci- nium. Il y a lieu de choisir pour l'alliage qui se forme une teneur en glucinium relativement très faible. Il suf- fit en général de quelques pourcents de glucinium, et même, dans certaines conditions, de fractions d'un pourcent pour obtenir une amélioration sensible des propriétés des métaux et alliages. Le cas échéant, on peut employer, en plus du gluoinium des additions d'autres éléments, par exemple d'étain, de zinc, d'antimoine, d'aluminium, de cadmium, de fer, de carbone, de silicium ou de phosphore.
Lorsqu'on se sert d'une addition de phosphore, addition qui entre principalement en ligne de compte pour les alliages de cui- vre et de gluoinium, il est recommandable de choisir une ad- diticn de phosphore de préférence inférieure à 1 %.
Au moyen de l'addition de faibles quantités de glucinium aux métaux ou alliages c'est surtout la dureté de ces corps qui est sensiblement augmentée, ainsi que le montrent les résultats d'expériences suivants. Une addition d'environ 0,2 % de glucinium au plomb provoque une augmen- tation de dureté d'environ 100% par rapport à celle du plomb pur. Si on ajoute 3 % de glucinium au cobalt, on obtient un alliage d'une dureté d'environ 270 Brinell. Si on ajoute au cobalt environ 5 % de fer et environ 3 % de glucinium, l'alliage en résultant possède une dureté d'en- viron 225 Brinell. Le nickel contenant environ 13,4 % de glucinium est si dur qu'il raye le verre.
Les alliages de cuivre et de glucinium comportant jusqu'à environ 12 % de gluoinium possèdent des propriétés qui sont au moins égales à celles du meilleur bronze ou leur sont même, dans certai- nes conditions, supérieures, et correspondent environ aux propriétés de l'acier durci. Tandis que pour obtenir avec du cuivre pur une amélioration sensible des propriétés, il faut employer une teneur on glucinium d'a.u moins 1 %, il
<Desc/Clms Page number 3>
suffit dans le cas d'un alliage de cuivre et de nickel d'un pourcentage de 0,3 de glucinium pour obtenir environ le même effet qu'avec l'alliage de plus grandes quantités de glucinium avec le cuivre.
La préparation des alliages de glucinium peut se faire par exemple par fusion conjointe des constituants de l'alliage. Mais le procédé de l'invention peut aussi être mis en oeuvre du fait que l'on décompose par électrolyse un bain de fusion contenant des sels de glucinium, à l'ai- de d'une cathode fondue au feu et constituée du métal ou de l'alliage à- allier avec le glucinium.
D'après une autre caractéristique de l'invention, une autre amélioration considérable des propriétés des al- liages de glucinium peut être réalisée du fait que les al- liages sont soumis à l'état solide à un traitement thermi- que. En général, il y a lieu de traiter par voie mécanique les alliages de glucinium avant d'exécuter ce traitement thermique, par exemple par martelage, laminage, etc.. Sui- vant le genre particulier du traitement thermique employé, les propriétés des alliages de glucinium peuvent être por- tées dans des limites étendues, à des valeurs quelconques requises dans oe cas particulier. En pareils cas, il est avantageux d'employer plusieurs traitements thermiques dif- férents pour le même alliage, et le cas échéant, également plusieurs traitements mécaniques préalables.
De cette maniè- re on peut porter à des valeurs favorables et adaptées au but proposé, notamment la dureté, ou la résistance et la ténacité. Grâce au traitement thermique mentionné, les al- liages comportent avec de bonnes propriétés technologiques, une capacité de transformation ou de modification qui dans une mesure ne se manifeste pas sans ce traitement dans des alliages des métaux en question avec d'autres éléments que le glucinium.
<Desc/Clms Page number 4>
Pour des alliages de cuivre et de glucinium avec une teneur en glucinium jusqu:à environ 5 %, le traitement thermique suivant est particulièrement recommandable : On porte les alliages de cuivre et de glucinium à des tempé- ratures élevées, à savoir au-dessus de 600 , et après un refroidissement suffisamment rapide, qui avec de grandes pièces peut se faire par saississement dans l'eau, et avec de petites pièces, si on le désire, par refroidissement à l'air, ils sont soumis à un deuxième traitement thermique à des températures plus basses, de préférence dans l'inter- valle de 150 - 300 0 environ.
La titrée du dernier traitement thermique dépend en première ligne de la température. Tandis que dans le voi- sinage de la limite inférieure de température, cette durée peut comporter plusieurs jours, deux heures suffisent pour 300 et cette durée diminue à nesure que la température s'élève. A l'aide de ce double traitement thermique on peut par exemple porter la dureté d'un alliage composé de 97 % de cuivre et de 3 % de glucinium, d'environ 125 jusqu'à 360 unités de Brinell . L'influence améliorante de ce traite- ment thermique se manifeste aussi avec des concentrations de glucinium. dépassant la limite mentionnée de 5 %, mais cette influence est alors si fortement masquée par d'autres processus dans l'alliage qu'elle n'apparait pas directement.
Néanmoins ce traitement thermique peut, même avec ces allia- ges, s'adapter à certains buts techniques, qui exigent la combinaison d'une certaine dureté et d'une certaine ténacité.
Tandis que le procédé d'amélioration décrit plus haut est applicable à tous les alliages jusqu'à environ 10%, les deux procédés qui vont être décrits n'entrent en ligne de compte que pour les alliages de glucinium dans lesquels, lors du figeage du bain de fusion, il se sépare tout d'a-
EMI4.1
bord un genre de cristaux très durs, qui se décomposent t'
<Desc/Clms Page number 5>
de nouveau au-dessous d'environ 580 C. Ce sont les al- liages dans les limites de concentration d'environ 5 à 12 % de gluoinium. Par addition d'autres éléments tels que l'étain, l'aluminium, etc....., les limites de concen- tration et de température du domaine (j se déplacent dans l'ensemble et ce principalement vers le côté des moindres teneurs en glucinium.
Il. est évident que la portée d'uti-- lisation des procédés à décrire dans chacun de ces cas comprend le domaine de la présence des cristaux (.3 , en tenant compte des conditions de températures modifiées.
Le premier des deux procédés a pour but de don- ner à l'alliage une très forte dureté. Dans ce but, l'al- liage est saisi à une température supérieure à la tempéra- ture de décomposition des cristaux @ , donc dans le cas d'alliages purs de cuivre, et de glucinium toujours quelque peu au-dessus de 580 . De cette manière on réussit par exemple à donner une dureté de 750 à un alliage de cuivre dont le pourcentage de glucinium, est de 6, 7 %, et .qui dans la coulée en coquille possède une dureté de 490.
Lorsqu'il s'agit de maintenir un alliage 'de ce groupe dans un état susceptible d'être façonné, on provo- que par recuisson au-dessous de la limite de décomposition des cristaux @ , donc en cas d'alliage pur d'e cuivre et de glucinium au-dessous de 580 , la décomposition complète des cristaux ss, et l'alliage est maintenu à un état rela- tivement tendre. Sa dureté comporte alors environ 240 pour 6,7 % de glucinium.
Comme il est dit, ce dernier procédé peut être combiné avec le traitement thermique mentionné'en premier.
Les divers traitements thermiques décrits peu- vent être employés aussi-bien pour des alliages coulés que' pour des alliages laminés.
Dans le traitement thermique ci-dessus spécifié
<Desc/Clms Page number 6>
pour les alliages de cuivre et de glucinium, on a attribué de la valeur principalement à une ténacité particulièrement élevée. Mais on peut aussi modifier le traitement thermi- que de manière à obtenir en première ligne une grande mal- léabilité et une grande ténacité de l'alliage, en conser- vant néanmoins une résistance élevée. Ce résultat peut s'obtenir du fait que l'on chauffe, le cas échéant après un traitement préalable mécanique, l'alliage de cuivre et de lucinium à des températures qui se trouvent entre les températures employées dans le procédé décrit ci-dessus pour les deux chauffages, donc par exemple entre 450 et
600 0.
Au lieu de ce chauffage, on peut aussi porter la température à des valeurs moins élevées en prolongeant la durée du chauffage. En interrompant le chauffage au mo- ment convenable, on est ainsi en état d'obtenir chaque fois les propriétés désirées. Un traitement dans lequel l'alliage est porté à une température dépassant 600 C et est ensuite lentement refroidi, est pratiquement identique au traitement thermique décrit.
Par exemple, on a soumis un alliage de cuivre et de glucinium, avec une teneur de 2,5 de glucinium, à un chauffage à 500 C et on a ainsi obtenu une ténacité sur éprouvette entaillée d'environ 15mkg/cm2 avec une résistance .de plus de 75kg/mm2, tandis que d'après le procédé d'amélioration décrit plus haut on a obtenu avec le même alliage une ténacité sur éprouvette entaillée d'environ 1mkg/cm2 avec une résistance de 140 kg/mm2.
Les deux traitements thermiques indiqués pour alliages de cuivre et de glucinium ne sont en général cou- ramés de succès que lorsque la teneur en glucinium de l'alliage comporte au moins 1 %,
Or on a trouvé qu'on peut donner des propriétés de haute qualité à un alliage de cuivre et de glucinium, comportant une teneur en glucinium inférieure à 1%, du
<Desc/Clms Page number 7>
fait qu'on y ajoute jusqu'à environ 1 % de phosphore. Le procédé d'amélioration thermique de l'alliage de cuivre et de glucinium est accéléré par la teneur en phosphore, et de plus ce traitement thermique provoque une amélioration sensible des propriétés déjà avec une teneur moindre en glucinium, de sorte que l'addition de phosphore permet en même temps une économie du métal glucinium précieux.
Il se peut qu'un ou plusieurs autres éléments, tels que par exemple le nickel, l'étain, l'aluminium, le magnésium, etc.., soient également présents dans l'alliage.
Le traitement thermique d'un alliage de cuivre et de glucinium à teneur de phosphore a été mis en oeuvre par exemple de la manière suivante :
Un alliage contenant environ 0,25 de phosphore et environ 1,50 % de glucinium, a été chauffé à environ 800 0 et puis rapidenent refroidi. Après refroidissement sa dure- té comportait environ 80 unités. En portant alors la tempé- rature pendant une heure à environ 550 0 on a augmenté cette dureté à 810 unités.
Par contre, lorsqu'on soumet un alliage de cuivre et de glucinium, exempt de phosphore et ayant la même teneur en glucinium, à un traitement ther- mique correspondant, sa dureté comporte environ 74 kg/mm2 après le refroidissement rapide à partir de 800 C et même au bout d'un chauffage de sept heures la dureté ne s'est élevée dans ce cas que d'environ 80 unités. Cet exemple met en évidence que l'alliage est considérablement amélioré par l'addition de phosphore.
On obtient un effet semblable à celui de l'addi- tion de phosphore jusqu'à environ 1% avec une teneur en nickel plus forte de l'alliage de cuivre et de glucinium, pour autant que la teneur en nickel et celle en cuivre dé- passent sensiblement la teneur en glucinium. De cette ma- nière, on obtient aussi une réduction de la teneur en
<Desc/Clms Page number 8>
glucinium sans diminuer d'une manière appréciable les bon- nes qualités de l'alliage. Le cas échéant, on peut en ou- tre prévoir l'addition d'autres éléments, par exemple d'aluminium, d'étain, d'argent, de magnésium, etc... L'al- liage fondamental comporte dans ce cas de préférence envi- ron 5 - 95 % de cuivre, environ 95 - 5 % de nickel,auxquels on ajoute environ 2,5 % de glucinium.
Des essais ont montré qu'avec le nouvel alliage de cuivre, glucinium et nickel, il faut pour donner à cet alliage au moins les mêmes pro- priétés, des quantités de glucinium moindres que dans un alliage de cuivre et de glucinium: ou un alliage de nickel et de glucinium. Tandis que, par exemple, dans les alliages de cuivre et de glucinium il faut prévoir environ 1 % de glucinium pour donner, ainsi que déjà proposé, par un trai- tement thermique , une grande dureté à l'alliage, il suffit dans un alliage de cuivre, nickel et glucinium, de prévoir une teneur minima d'environ 0,3 % de glucinium pour obte- nir au moins le même effet. Cette propriété du nouvel al- liage peut s'obtenir avec une teneur en nickel d'environ 5 à 95 % .
Le traitement thermique du nouvel alliage pour améliorer ses propriétés mécaniques peut se faire par exem- ple de la manière suivante : On ajoute à un alliage de cui- vre et de nickel, qui contient les deux constituants dans la proportion de 90 de Gu et de 10 de Ni, 0,3 % de gluci- nium. Le nouvel alliage ainsi formé est chauffé à 850C et est ensuite rapidement refroidi. Sa dureté comporte après refroidissement environ 75 unités Brinell. On chauf- fe ensuite l'alliage encore une fois à environ 4500C pen- dant trois heures. On obtient ainsi une augmentation de la dureté à 220 unités, c'est-à-dire d'environ 200 %.
De même que dans les alliages de cuivre et de glucinium, on peut réaliser des améliorations considérables
<Desc/Clms Page number 9>
avec les alliages de nickel et de glucinium en se servant d'un traitement thermique approprié. On peut mentionner à titre d'exemple que les alliages de nickel et de gluci- nium ayant une teneur .en glucinium jusqu'à environ 5 % peuvent être portés à une dureté qui est plus du double de leur dureté initiale, par refroidissement brusque dans' l'eau, ou refroidissement à l'air, en partant de 700 C environ, et par chauffage répété (recuisson) à des tempé- ratures plus basses de 500-600 C.
Avec une teneur en glu- ciniun d'environ 2,5 %, la dureté comporte par exemple, dans ce cas, après saisissement, moins de 200 Brinell, et après le -deuxième chauffage néanmoins 500 Brinell.
La dureté d'un alliage de nickel et de glucinium peut être encore augmentée lorsqu'on traite d'une manière convenable l'alliage par voie mécanique, après le saisis- sement et avant le deuxième chauffage, par exemple en le laminant ou en le martèlent. De cette manière on a obtenu, avec des alliages à teneur en glucinium d'environ 2,5%, des degrés de dureté de 600 Brinell et plus. Si on le dé- sire, le traitement mécanique de l'alliage peut aussi se faire avant le premier chauffage.
Pour l'amélioration des alliages de glucinium un étirement différent n'est pas absolument nécessaire en soi.
Des alliages coulés peuvent eux aussi recevoir une augmen- tation considérable de leur dureté au moyen des traitements thermiques indiqués. Dans ce cas, le procédé d'améliora- tion peut être modifié de manière correspondante, par exem- ple du fait que, par exemple en cas de coulée en coquille; le saisissement brusque à l'eau est remplacé par le refroi- dissement de l'alliage liquide dans le moule de coulée. En pareil cas il y a lieu de choisir une teneur en glucinium de l'alliage inférieure à 25 % .
EMI9.1
Avec des alliages de fer et de gluojlumell emploi
<Desc/Clms Page number 10>
d'un traitement thermique approprié a également donné une amélioration considérable de leurs propriétés. Dans ce but, les alliages de fer et de glucinium peuvent être rapidement refroidis à l'air, ou par saisissement à l' eau, à partir de
550 C environ, et sont ensuite soumis à un deuxième chauf- fage à des températures plus basses de 250 à 500 C envi- ron. Avec un alliage à teneur en glucinium d'environ 4 on a obtenu avec le procédé décrit une dureté d'environ
600 Brinell, tandis qu'après saisissement la dureté était de 320 Brinell environ. Pour ces alliages on peut aussi em- ployer, si on le désire, un traitement mécanique préalable.
L'amélioration est réalisée aussi bien avec des alliages de coulée qu'avec des alliages laminés du type spécifié.
Pour des alliages de plomb et de glucinium on peut aussi, si on le désire, employer un traitement thermique.
Mais déjà l'addition de glucinium améliore dans ce cas les propriétés du plomb au point qu'on peut en général se pas- ser d'un traitement thermique. On a obtenu par exemple par addition de seulement 0,2% de glucinium environ, une augmentation de dureté d'environ 100% par rapport à la du- reté du plom pun.
Aux alliages de cuivre, de plomb, de cobalt, de fer, de cuivre, de nickel mentionnés ci-dessus, ainsi qu'aux alliages de cuivre avec addition de phosphore on peut ajouter, en plus du glucinium, d'autres éléments, par exem- ple de l'étain, du zinc, de l'antimoine, de l'aluminium, du oadmium, du carbone ou du silicium, ce qui en général permet de choisir pour les alliages une teneur plus faible en glucinium, que dans les alliages dont le constituant d'alliage est du cuivre, du plomb, etc...à l'état pur. Le traitement thermique de ces alliages contenant encore un troisième élément peut ce faire d'une manière correspondant
<Desc/Clms Page number 11>
à celle décrite dans l'exemple ci-dessus On réussit dans ce cas à augmenter considérablement les propriétés techniques des alliages par le traitement thermique.
Les alliages thermiques ci-dessus décrits se prêtent parfaitement, notamment lorsqu'ils ont été soumis à un ou plusieurs traitements thermiques différents à l'emploi comme matériel pour des ressorts métalliques de dispositifs techniques, par exemple de ressorts en forme de lames, d'hélices, de spirales, ainsi que pour l'emploi comme éléments de dispositifs techniques soumis à des ef- forts de frottement. Comme éléments du genre mentionné en dernier il s'agit surtout de paliers d'axe, de collecteurs, de'contacts frotteurs ou d'autres organes conduisant le courant électrique dans des machines, appareils, etc...