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@ )'ALLIAGE MOULABLE D'ALUMINIUM."
La présente invention concerne principalement l'obtention de moulages constitués d'alliages à base d'aluminium, améliora- bles par voie thermique, et elle a pour objet principal un chemin plus économique et plus approprié pour 1' obtention de tels alliages. Un objet ultérieur de la présente invention est un procédé permettant d'accélérer le processus d'amélioration par voie thermique des pièces de moulage constituées des alliages en question, ce procédé permettant d'obtenir de meilleurs résultats en un temps plus court qu'il en est suivant les procédés connus., en permettant en outre d'appliquer, dans différents cas, des tem- pératures plus basses.
De plus la présente invention a pour but d'obtenir au moyen des dits alliages des pièces de moulage qui se distinguent par une résistance et par une ductilité-- élevées,
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ainsi que par une dureté augmentée.
Pour obtenir ,suivant les procédés connus jusqu'ici, les meilleurs, résultats avec les moulagesen alliages d'aluminium cuivre, - améliorables par voie thermique,'il était nécessaire de chauffer ces moulages pendant un temps prolongé. Pour. les mou- lages de dimensions faibles ou moyennes le minimum de temps de chauffage était d'environ sept heures et pour les pièces de di- mensions supérieures le temps pratiquement nécessaire atteignait souvent jusqu'à vingt heures. Ces durées prolongées augmentaient forcément le prix de fabrication.
Il est également connu qu'il est nécessaire,-en vue de donner au moulage les meilleures pro- priétés,-de ipaintenir la température du traitement thermique près du point de fusion du mélange eutectiquepossédant le point de fusion, le plus bas.
Cette condition exige un contrôle précis de la température, ce qui est toutefois difficile à réaliser dans le cas d'un traitement thermique prolongé, et on a conséquemment reconnu la nécessité d'une méthode plus simple, plus économique et plus appropriée, pouvant être conduite avec facilité et certitu- de ,
L'invention est basée sur le fait, que la présence d'une quantité appropriée de titane dans les alliages moulables d'alu- minium exerce sur la sensibilité de l'alliage moulable par rapport au traitement thermique une influence, qui n'était pas connue jusqu'ici,malgré le fait qu'on connaissait de nombreux alliages d'aluminium -cuivre-titane qu'on soumettait avant leur traitement thermique à un traitement mécanique préalable.
Il n'en résultait cependant aucun avantage pratique et en effet , on utilisait le titane, pour autant qu'on pouvait le constater, non pas dans le but d'améliorer ou de changer de quelque manière que ce soit les propriétés de l'alliage par traitement thermique, mais uniquement dans le but d'obtenir une amélioration de l'alliage indépendam- ment du traitement thermique, en utilisant à ceteffet des quantités de titane relativement grandes. Contrairement à cela il a été
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découvert suivant la présente invention, que le titane utilisé en faibles quantités dans les alliages d'aluminium, produit l'effet excessivement avantageux ,qu'il accélère considérablement le traitement thermique des moulages en alliages d' aluminium.
Cette faible ajoute de titane donne en même temps la possibilité de réduire la durée normale du traitement thermique dans la plupart des cas, de plusieurs heures et'd'appliquer dans certains cas das températures plus basses, d' où la température du four peut varier dans de larges limites sans provoquer dans la suite des inconvé- nients. Un effet semblable est obtenu par des ajoutes de zirconium et de bore.
En effet, suivant la présente invention, il est possible d'ob- tenir par un traitement thermique de trois heures, de bons résultats comme on ne les peut atteindre avec les meilleurs procédés connus jusqu'ici qu'après une durée de traitement qui est plus que le double. De plus, les résultats obtenus par l'application, suivant la présente invention, surtout du titane, sont indépendants dans de vastes limites, de la température de coulée et de l'épaisseur de la pièce de moulage, d' où la température de coulée peut être accomodée aux conditions de coulée et de moulage sans pertes de qualités physiques désirables..Le dernier fait est d'une impor- tance commerciale considérable.
Conformément à la présente invention les limites de la teneur en titane se trouvent entre 0,05% et 0,6% environ, une teneur particulièrement avantageuse étant de 0,1% et 0,3% environ. Sui- vant les propositions antérieures concernant l'emploi du titane pour les alliages destinés à subir avant leur traitement thermi- que un, traitement mécanique, on avait besoin d'environ I% de titane et même ,plus.
Il a été comstaté lers de l'obtention des alliages suivant la,'présente'Invention, qu'il est avantageux d'introduire le titane le zirconium ou le bore, en présence d'un fluorure d'un métal al- calin. Une méthode appropriée pour la réalisation de cette condi-
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tion avantageuse consiste eh ce qu'on prépare d'aberd un alliage d'aluminium titane en introduisant, par exemple, de l'oxyde de titane ensemble avec de l'oxyde d'aluminium, - en cas de fabri- cation électrolytique connue de l'aluminium- dans un bain fondu de cryolite naturelle ou artificielle, de sorte que l'oxyde de ti- tane est réduit simultanément avec 1'.
alumine. Si l'on dispose d' alumine à teneur de titane, on peut l'utiliser avantageusement dans ce but.. La teneur désirée en cuivre peut être ajoutée postérieure- ment par l'addition d'un alliage approprié d'aluminium-cuivre, d'une teneur de cuivre d'environ 20 à 50% .- Une autre méthode d'introduction par exemple du titane, consiste en ce qu' on fait réagir un fluorure double de titane, par exemple du fluorure de sodium-titane ou de calcium-titane, avec de l'aluminium fondu, ou avec un alliage fondu'd'aluminium-cuivre.
Cette méthode est plus couteuse, mais elle présente cet avantage qu'elle peut être réalisée dans toute fonderie sans applicationde'bain électrolytique-.Le titane le zirconium pu le bore peut en outre être introduit dans l'alliage sous la forme d'un alliage de cuivre-titane, par exemple, sous la forme du cuivre-titane 'commercial, qui possède une teneur de titane d'environ 5 à 10%- ou de cuivre-zirconium, ou de bore-cuivre. Dans ce cas les ajoutes sont introduites sans la présence de fluorure.
Quoique certains effets ont été obtenus de cette manière il a été trouvé que de meilleurs résultats sont certainement obtenus dans le cas où le titane, le zirconium, ou le bore sont alliés à l'alu- minium, où à l'alliage d'aluminium-cuivre, à l'aide ou en présence de fluorure d'un métal alcalin. Quoiqu'on n'a pas encore pu s' ex- pliquer pourquoi il en est ainsi, il est néanmoins un fait que cette méthode s'est montrée particulièrement avantageuse.
Il a été consta té qu'en pratique il estavantageux de préparer d'abord un alliage d'aluminium-titane d'environ 0,25% de titane,-et de préparer en- suite l'alliage définitif par l'addition d'une quantité appropriée d'un alliage d' aluminium-cuivre riche en cuivre, ensemble avec du magnésium, du manganèse ou avec n'importe quelle autre substance,
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dont on désire la présence dans le moulage terminé.
La teneur en cuivre de l' alliage est maintenu de préférence entre 3 et 5,5%. Si on utilise une quantité supérieure de cuivre par exemple en vue d'une augmentation de la dureté ou'de la li- mite d'écoulement éventuellement au détriment de la ductilité il devient difficile, si non impossible de dissoudre la composante en cuivre (CuAl2) par chauffage .Mais même dans ces conditions la présence surtout du titane, en quantité exactement déterminée améliore les propriétés de l'alliage et accélère le traitement ther- mique. On peut ajouter à l'alliage jusqu'à environ 0,5% de magnésium ce qui aura pour effet une augmentation de la résistance et de la dureté, mais une diminution de la ductilité'....
L'alliage peut être coulé en sable ou dans des moules appro- priés, et le traitement thermique subséquent peut être réalisé suivant l'un quelconque des moyens connus,. parexemple dans un four'chauffé au gaz ou à l'électricité. Comme il sera expliqué plus bas ,de fortes variations de température sont en général admissibles de sorte qu'on n'est pas astreints à des limites étroites .
..Outre les éléments solubles, comme par exemple le cuivre, le magnésium, le zinc et le silicium, qu'on ajoute aux alliages d'alu- minium pour les rendre plus appropriés au traitement thermique, on ajoute''aussi des éléments relativement insolubles, comme par exemple le manganèse et le chrome. Ces éléments forment avec l'aluminium descombinaisons chimiques dures, qui, après s'être finement réparties dans la masse de base en aluminium provoquent un durcissement ul- térieur de l'alliage, quoiqu'ils semblent n'avoir aucune influence particulière sur la sensibilité de l'alliage par rapport au traite- ment thermique. Le titane qui est complètement insoluble a été utilisé surtout dans. les alliagesd' aluminium, en vue d'augmenter -leur dureté ,exactement comme ,les éléments, fer, manganèse et chro- me.
Par contre, suivant la présente invention la tâche du titane, de zirconium et du bore est tout à fait différente de celle des élémants de durcissement venant d'être mentionnés. La quantité employée
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@ est petite et son effet est non seulement autre, mais il ne se trouve en aucun rapport avec la quantité ajoutée. Sa présence provoque manifestement une structure de solidification qui rend le moulage particulièrement disposau traitement thermique, ce qui prmvient peut être de ce que l'ajoute en question oblige le cuivra, et d'autres composantes solubles, de prendre une forme de laquelle ils passent plus rapidement à l'état de solution so- , 'lide .
Comme déjà mentionné plushaut, l'effet est considérablement indépendant, de la température à laquelle l'alliage est coulé aussi bien que de l'épaisseur du moulage.
Le tableau ci-dessous donne, pour exemplifier les résultats qu'on obtient suivant la présente invention, les chiffres de ré- sistance et de ductilité de barres cylindriques coulées en sable d'un diamètre de 1,27 cm et constituées d' un alliage à teneur de titane, de la composition suivante.
Cuivre 4,4% ,fer 0,7% silicium 0,7% titane 0,23%. A titre de comparaison, le tableau ci-dessous donne en même temps les chiffres de résistance et de ductilité de barres semblables du même alliage mais exempt de titane . Les barres furent coulées à une température de 760 C, ensuite soumises à un traitement thermi- que pendant le temps indiqué à 5I5 C, ensuite refroidies en les faisant finalement, revenir pendant une demi heure à 100 C.
EMI6.1
<tb>
Durée <SEP> du <SEP> avec <SEP> 0,23% <SEP> de <SEP> titane <SEP> sans <SEP> titane
<tb> réchauffement <SEP> résistance <SEP> : <SEP> résistance <SEP> :
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 3 <SEP> heures <SEP> 24,8 <SEP> Kg <SEP> mm2 <SEP> 20,4 <SEP> Kg <SEP> mm2
<tb>
<tb> 5 <SEP> heures <SEP> 24,3 <SEP> Kg <SEP> mm2 <SEP> 20,9 <SEP> Kg/mm2
<tb>
EMI6.2
8 heures 25,2 Kc/mm2 2I, 8 Kg/anm2
EMI6.3
<tb> 30heures <SEP> 25 <SEP> Kg/mm2 <SEP> 22,9 <SEP> Kg/mm2
<tb>
<tb> Durée <SEP> du <SEP> avec <SEP> 0,23% <SEP> de <SEP> titane <SEP> sans <SEP> titane
<tb> récha,uffement <SEP> ductilité <SEP> ductilité
<tb>
<tb> 3 <SEP> heures <SEP> 8,6 <SEP> % <SEP> 5,5 <SEP> % <SEP>
<tb> 5 <SEP> heures <SEP> 10,0 <SEP> % <SEP> 6,0 <SEP> %
<tb> 8 <SEP> heures <SEP> 10,5% <SEP> 6,8 <SEP> %
<tb> 30 <SEP> heures <SEP> 10,2 <SEP> % <SEP> 7,8 <SEP> ù
<tb>
Du tableau ci-dessus on voit,
que les meilleurs qualités de. barres ont été obtenues avec 0,23% de titane, après un chauffage de seulement trois heures à une haute température, tandis que
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@ les qualités obtenues sans titane étaient peu satisfaisantes, même après un traitement thermique de 30 heures. La comparaison de barres d'une composition semblable, mais coulées à un diamètre de 4,5 cm au lieu de I,27cm, fait particulièrement ressortir la supériorité des barres à teneur de titane. Après un chauffage de trois heures, la barre contenant 0,2% de titane était d'environ 2,9kg mm2 le plus résistante, et après un chauffage de 30 heures (avec refroidissement et revenu subséquent comme décrit plus haut) elle était encore de 2 ,3 kg mm2 ultérieurs plus résistante que des barres sans titane.
L'examen d'une section polie(de ses barres de 4,5 cm, montre des différences remarquables entre les structures, des barres avec et sans ajoute de titane. Les premières étaient saines et libres de petites cavités comme on les observe dans les pièces épaisses de l'alliages en question, couléesen sable,tandis que ces cavités étaient présentes en grand nombre dans les barres, coulées sans titan . Déjà après un traitement thermique de seulement 4 heures, les barres à teneur de titane étaient aussi bien exemptes de
CuAl2 intercristallin non dissout, corme-les autres barres ne l'étaient qu'après un traitement beaucoup plus prolongé.
Même dans le cas où l'alliage additionné de titane est coulé à 675 C, il montre sa supériorité, surtout dans les fortes sec- tions, comme par exemple, dans les barres de 4,5 cm venant d'être mentionnées . Dans ce cas les barres additionnées de titane pré- sentaient une supériorité ou excès de résistance de 2,8 kg mm2 après un traitement thermique -(chauffage refroidissement revenu) de quatre heures, et de 1,4 kg/mm2 ultérieurs après un traitement thermique de 30 heures.
La présence de titane permet , dans certain cas, d'obtenir une amélioration des propriétés physiques, même avec un traite- ment thermique, à température plus basse qu'il en était jusqu'ici par exemple à 495 C,- Dans la plupart des cas il est toutefois
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préférable d'effectuer le traitement thermique à des températures plus élevées, par exemple de 5IO C, à 520 C, mais ceci pendant une dur =e plus courte que celle exigée par le-même alliage d'a- luminium-cuivre sans titane. Après le chauffage et le refroidisse- ment ou l'étonnement ( saisissement) le moulage peut être abandoné à un revenu naturel.
On peut aussi le faire revenir d'une manière artificielle par le fait, qu'on le chauffe de la manière usuelle à des températures de 100 C à I50 C environ. Quoique les avantages de la présente invention ne manifestent déjà lorsque la teneur en fer de l'alliage est relativement élevée, comme on levoit dans le tableau donné plus haut, on peut atteindre une amélioration ultérieure des propriétés physiques des moulages, lorsqu' on diminue la teneur en fer, par exemple, avec des barres d'épreuve d'un diamètre de 1,27 cm coulée en sable à 760 C, d'un alliage de la composition suivante: cuivre 5,1%, fer 0,15% silicium 0,15%, et titane 0,22%. Des barres similaires ont été coulées d'un alliage de la même composition mais sans titane.
Ces dernières avaient une résistance de seulement 19,81 Kg/mm2 et une ductilité de seulement 2,5% sur 5,8 cm après un chauffage de 20 heures à une température de 515RC, et après un refroidissement et un revenu de deux jours à une température de chambre . D'autre part les bar- res à teneur de titane possédaient une résistance de 25,77 Kg mm2 et une ductilité du 5,5% sur 5,8 cm après un chauffage de cing heures, refroidissement et revenu,-et une résistance de 29,54Kg mm2 et ductilité de 8,2% après un chauffage de 20 heures, refroidisse- ment et revenu.
Dans le cas où on utilise du zirconium, ou du bore, en qualité d'ajouté, il est avantageux d'ajouter aux alliais au zirconium quelques dixièmes de pourcent de plus de zirconium, que de titane (dans les alliages au titane) et aux alliages au bore un peu moins de bore,que de titane ( dans les alliages au titane).
Quoique la présente invention, vise particulièrement la pro- duction des moulages en alliages d'aluminium-cuivre, ainsi que le
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traitement thermique de ces derniers elle n'est nullement limitée à ces alliages. L'alliage peut être laminé, forgé ou autrement travailla, selon les exigences des cas donnés.
REVENDICATIONS.
I) Procédé d'amélioration par traitement'thermique des moulages en alligges d'aluminium-cuivre, ou autres alliages d'aluminium, caractérisé en ce que du titane, du zirconium ou du bore, est ajouté ou allié à l'alliage en quantités belles que les a liages, en résultant atteignent après un chauffage relativement fertement raccourci, et après leur revenu, des degrés de qualité au moins égaux à ceux qu'il est possible d'obtenir avec les alliages currus- pondants@, sans titane.