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Publication number: BE385325A
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Description


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    Alliage   et son procédé de fabrication. 



   Pour apprécier le progrès technique de nouveaux alliages on se basait jusqu'à présent exclusivement sur la constatation de nouvelles données au point de vue de la ré sisitance. de l'allongement,   etc...,   par rapport aux alliages connus, données qui provenaient d'un changement de la compo- sition de nouveaux alliages par rapport aux alliages connus. 

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   Suivant une conception concordante, les alliages sont considérée comme des solutions solidifiées physiques ayant pris naissance dans un bain fondu. A l'intérieur du mé- lange physique se présentent parfois comme constituants du mé- lange des composés chimiques des constituants envisagée de l'alliage. Ce qui est important pour l'application des carac- téristiques pour l'alliage, c'est toutefois dans tous les cas la constatation que les alliages sont des mélanges physiques. 



   Les recherches faites par le présent inventeur ont, en partant de cette constatation, conduit à cette autre cons- tatation que les différentes propriétés pour la production des- quelles les différents alliages sont fabriqués ne doivent pas être attribuées principalement au choix des constituants de l'alliage d'après leur nature et de leur quantité, mais que c'est essentiellement l'état de mélange qui détermine la valeur des différents alliages, c'est-à-dire que plus est complet le mélange des différents constituants de l'alliage entre eux, plus sont avantageuses également, de manière surprenante, les propriétés de l'alliage, 
Les alliages prennent naissance par le fait que dans un métal ou un groupe de métaux, les autres constituants pas- sent en solutions.

   Cette dissolution des autres constituants peut, comme dans tous les mélanges physiques de ce genre, être poussées jusqu'à une limite de saturation. La quantité des métaux solubles dans le métal de base dépend, à l'intérieur des limites de solution, de la température du métal de base. 



  Ce fait est connu d'une manière générale dans d'autres domai- nes des mélanges physiques, par exemple dans la fabrication de solutions de sel de cuisine. L'eau froide dissout beau. coup moins de sel de cuisine que l'eau bouillante. Cette loi physique a pour conséquence que lorsque la solution chaude est refroidie on atteint dans certaines circonstances la limite 

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 dans laquelle la température du mélange ne suffit plus pour maintenir en solution la totalité des constituants dissous. 



   Ces constituants sont alors séparés ou ils cristallisent d'a- bord. Cette opération s'appelle la liquation et la zone de température dans laquelle la liquation se produit est appelée l'intervalle de liquation. Cette opération est encore rendue plus difficile par le fait que les constituants d'alliage se séparant d'abord par cristallisation produisent de la chaleur à chaque processus de cristallisation. Par cet apport de cha- leur du processus de cristallisation commençant, il se produit un arrêt dans la courbe de refroidissement. 



   En partant de cette constatation, le présent inven- teur a établi par ses recherches qu'il est possible d'éviter l'intervalle de liquation dans la fabrication d'alliage. Le problème consistait pour lui à obtenir dans les alliages dur- cis l'état de mélange des différents constituants d'alliages qui correspond à l'équilibre de solution de l'alliage   compte.'   tement fondu. 



   A côté des constituants solides de l'alliage les cons- tituants gazeux jouent un rôle également. Cette question a été négligée par la science jusque présent. Les gaz passent éga-   lement   en solution dans le métal de base de l'alliage et il s'agit ici de l'azote, de   l'oxygène   et de l'hydrogène qui for- ment avec les métaux de base dissolvants des cristaux mixtes réguliers ou de véritables solutions. 



   Egalement pour ce qui concerne la possibilité de so- lution des gaz, ce qui a été dit déjà concernant la possibili- té de dissolution des constituants solides dans les métaux de base dissolvants et au point de vue des alliages est valable également. Dans l'intervalle de liquation il se produit égale" ment une séparation de gaze qui peuvent être constatée comme fine pores à l'examen microscopique. 

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   Pour la production d'une concordance de l'état de mélange des pièces coulées terminées avec l'équilibre de solu- tion des métaux fondus, le présent inventeur a développé le procédé suivant : 
Il est nécessaire de raccourcir autant que possible le temps qui est nécessaire pour le remplissage des moules. A cet effet certains procédée de coulée centrifuges se sont mon- très les plus appropriée et spécialement ceux faisant l'objet des brevets suivants : 
Brevet allemand 528.881- brevet belge   375.486.   



   Brevet allemand 526.225= demande de brevet belge   298.076   
Brevet allemand 641.997 
Tous ces procédés ont ceci de commun que dans les moules de coulée il se produit une pression uniforme empêchant la formation de   zônes,   pression qui prend naissance par suite de la vitesse élevée d'entrée du métal coulé, obtenue par la force centrifuge, et qui se répand d'après la loi de la pres- sion hydrostatique uniformément à l'intérieur de tout le moule sans que la force centrifuge possède à l'intérieur des moules de coulée une importance par rapport à cette pression, 
La figure 1 montre un dispositif pour la réalisation du procédé suivant la demande de brevet.

   Les   moules b,   sont placée sur un dispositif de centrifugation de manière que le métal soit amené par des canaux radiaux 1 à partir d'un canal central Le métal coulé ne subit à l'intérieur de ce canal central e aucune action sensible de la force centrifuge car il se trouve à une grande proximité de l'axe de rotation. La force centrifuge agit seulement sur le métal coulé à l'inté- rieur des canaux d'amenée radiaux f et cela de telle manière que le métal coulé possède par suite de l'action de la force centrifuge sa plus grande vitesse lors/de l'entrée dans la ca-   @   

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 vité g des   mouleso   Les moules sont remplis dans le sens as- cendant de bas en haut et possèdent leur plus grand développe- ment   parallèlement à.   l'axe de rotation.

   En outre les moules s'étendent seulement sur une partie de la périphérie extérieur re du dispositif de centrifugation, de sorte qu'ils ne sont aucunement en liaison entre euxo Contrairement aux autres procédés de coulée,, il est seulement nécessaire de donner ici à l'alliage fondu amené au canal central pour tenir compte du fait que le remplissage des moules ne prend qu'un temps extrêmement petit, une température en excès telle que le con- tenu des moules est encore suffisamment liquide pour remplit complètement la cavité des moules avant la prise. Dans la cou- lée verticale, la circonstance que le remplissage du moule exige un long temps est très désagréable.   Très'   fréquemment, les moules de coulée ne sont pas complètement remplis ou bien il se forme, par suite d'une prise partielle prématurée, des cavités ou des poches.

   Egalement dans les procédés connus de coulée centrifuge dans lesquels les moules de coulée sont disposés radialement, le remplissage du moule ne se fait pas à la vitesse de déversement comme dans le procédé du présent brevet. Ce qui est particulièrement un   inconvénient   dans ces procédés connus   c'est   que pa.r la disposition radiale des mou- les, sous la dépendance de la valeur de la force centrifuge croissant avec l'écartement par rapport à l'axe de rotation,

   les conditions de pression dans le moule s'accroissent de l'a- xe de rotation vers le côté extérieur du dispositif de centri- fugation de sorte qu'à l'intérieur des pièces coulées il peut se former des zones de texture   différenteo   
Egalement dans les prooédés connus dans   lesquele   le remplissage des moules se fait par la composante verticale de la force centrifuge, l'opération de remplissage est plus lente 

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 et les rapports de pression sont différents. Dans d'autres procédés connus, un cylindre est mis en rotation autour de son axe médian et tout l'espace intérieur est revêtu d'une couche de métal, et c'est de nouveau la composante verticale de la force centrifuge qui détermine la forme de cette couche. Dans ces cas il n'y a aucune vitesse d'entrée du métal coulé dans les moules. 



   Par le fait qu'un surchauffage du métal coulé peut être supprimé dans le procédé suivant la présente invention, le temps nécessaire pour la prise complète du métal dans le moule est considérablement raccourci. La pression à l'inté- rieur du moule conduit à une augmentation de densité du métal qui s'oppose à une liquation de constituante faisant prise plus tôt également de gaz dissous. Cette pression empêche donc un démélange des constituants de l'alliage dans le sens indiqué, Le procédé consiste en une coulée sous pression dans laquelle la pression est une pression hydrostatique qui prend naissance par suite de la vitesse d'entrée du métal, qui est obtenue par la force centrifuge. 



   On a déjà fait des essais en vue d'obtenir la près- sion hydrostatique à l'intérieur des moules par des pistons de pression mais   alor& le   métal coulé doit être surchauffé. 



   A la figure 2, la pression hydrostatique est produis te à l'intérieur du moule par le fait que le métal fondu est emprunté par un tuyau de prélèvement au métal à couler mis en rotation par le plateau de centrifugation ±. Par la force centrifuge, le métal coulé est refoulé contre le bord extérieur du plateau centrifuge et sous la dépendance de la vitesse de rotation une énergie cinétique lui est imprimée. 



  Lors de l'entrée dans le tuyau de prélèvement d dirigé tangen- tiellement, cette'énergie cinétique se transforme en une vites- 

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 se d'écoulement élevée qui lors du'remplissage du moule agit de la même manière que dans le dispositif de la figure 1. 



   A la figure 3 le plateau de centrifugation a la for- me d'un tambour de centrifugation c hors duquel le métal est puisé par le tuyau de prélèvement f dont l'embouchure est éga- lement dirigée tangentiellement au sens de rotation à l'inté- rieur du tambour. Les processus à   1 intérieur   des moules e sont les mêmes que dans le dispositif suivant les figures 1 et 2. 



   Par la coulée sous pression suivant le procédé de la présente invention il se produit un réglage de l'opération de refroidissement de la pièce coulée à l'intérieur du moule. 



   A l'achèvement de l'opération de remplissage du mou- le, la température du métal coulé est réglée de telle manière que l'intervalle de liquation décrit est évité. Bans pression dans le moule il ne se produit pas un remplissage suffisamment rapide des moules. La pression refoule cependant le métal s'écoulant jusqu'au remplissage complet de la capacité du mou- le dans ceux-ci et déjà. pendant ce temps le métal de coulée est déjà suffisamment refroidi pour qu'on évite une séparation par liquation de constituants solides et gazeux. 



   Les recherches faites sur les pièces coulées   fabri   quées suivant le procédé de la présente invention et ayant les compositions les plus variées ont montré que la texture est à grains extrêmement fins, et le microscope montre que les différents constituants sont répartis tout à fait unifor- moment entre eux et qu'on empêche un démélange prématuré même des gaz dissous. 



   Pour l'appréciation   d'un   alliage comme nouveau dans le sens de la loi sur les   'breveta;,   on emploie certaines métho- des dressai. Si ces méthodes d'essai donnent d'autres valeurs, 

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 l'alliage considéré est regardé comme un progès technique dans le cas où dans le sens d'une application déterminée les valeurs établies par les méthodes d'essai signifient des pro-   priétée   plus avantageuses et le présent alliage doit être considéré comme nouveau dans le sens de la loi sur les bre- vêts. 



   Ces faits reconnus   à.   propos de la présente inven- tion donnent donc cette conclusion que lorsque pour des allia- 
 EMI8.1 
 ges connus les méthodes d'essai ordinaires pour 1'appréciatiaz de ces alliages donnent de meilleures valeurs, l'alliage ac- tuel doit être considéré comme nouveau dans le sens de la loi sur les breveta. 



   On a obtenu pour de semblables alliages connus les tableaux suivante; 
 EMI8.2 
 
<tb> Constituante <SEP> Résistance <SEP> au <SEP> Allongement <SEP> Dureté <SEP> de
<tb> déchirement <SEP> Brinell
<tb> P <SEP> 5 <SEP> 250/5/30
<tb> 
<tb> 
<tb> cuivre <SEP> rouge
<tb> 
 
 EMI8.3 
 (Sn 5,20%, ou 85,1% a. 15 k/mm2 la 60 ks/mm2 Pb S,8%, Ye 001 % Zn 5,65%, Ni O,15%) b . 34 47 % 80 Il Cuivre rouge (Sn '7.8a%. Ou 84#9% a. 18 5 % 76 b 2 1 % ye z Zn 4,8 ,  b. 35 20 % 109 " Bronze (on 9495%, Cu a9,% a. 21 4 % 88 Il Pb 0,1 %.

   Tue 0005%) b . 3b z 142 " 
 EMI8.4 
 
<tb> Laiton
<tb> 
<tb> (Sa <SEP> 1,02%; <SEP> Cu <SEP> 61,2% <SEP> a. <SEP> 20 <SEP> 20 <SEP> % <SEP> 60
<tb> 
 
 EMI8.5 
 Pb 2#55%; Ve 4,88 Zn f8,6t% b. 30 2ô r 80 * 
 EMI8.6 
 
<tb> Bronze <SEP> d'aluminium
<tb> 
<tb> .(Ou <SEP> 84.2%, <SEP> Pb <SEP> 0,1 <SEP> % <SEP> a. <SEP> 55 <SEP> 1% <SEP> 220 <SEP> '
<tb> 
 
 EMI8.7 
 Se 6 ,%, Al 906 b . 88 2 % 24Q * " ' " ' ' - ' ' ' a. Goulée verticale b, Superalliage. 

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   Parmi les alliages réalisés difficilement ou non réalisés à partir d'un bain fondu jusqu'à présenta on a établi les superalliages suivante : 
 EMI9.1 
 1) Cu 53 , Pb 19 % 9e z 2) Pb 1404 %, Cu ? 76,6 % 
Des essais concernant les alliages suivants de plomb et d'alcalis a. b. 



   0,50%   Na     0.78     %   Na 
0,80   % Ce   0,50   %   Ca   0,10 %   Li   0.015%   Li 
0,20 % Al 0.20 % Al Reste Pb   Reste   Pb qui ont donné en coulée verticale les valeurs suivantes :

   
 EMI9.2 
 Résistance au déchiremen% 16 g/amm2 
Allongement   8 %   
Dureté de Brinell 56-61 kg/mm2 ont donné suivant le procéda du présent brevet les valeurs sui- vantes 
Résistance au déchirement 8 22 kg/mm2 
Allongement   10-11   % 
Dureté de Brinell 65-70 kg/mm2 
Dans les autres procédés de coulée qui conduisent aux phénomènes de liquationo les métaux séparés par liquation sont les véhicules de la propriété de corrosion ou de   l'accélé-   ration de la corrosiono Ceci doit Être attribué au fait que ces métaux séparés par liquation ne possèdent aucune liaison moléculaire avec les autres constituants métalliques de l'al- liage et ont par conséquent la possibilité, s'ils se trouvent à la surface des pièces moulées, d'entrer dans d'autres com- binaisons,

   en particulier avec   l'oxygène   de l'air. Dans tous les alliages qui contiennent des constituants facilement oxy-   dables,   comme l'étaino le zinco les composé  alcalins   etc...., 

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 on a observé que les pièces coulées fabriquées suivant le pro- cédé de la présente invention offrent une résistance notable- ment plus longue aux influences corrosives. 



   Le procédé a en outre donné de très bons résultats dans la fabrication d'alliages de fer et d'aluminium, Lors de la fabrication de pièces coulées en fer et en aluminium il se forme lors du procédé du présent brevet des cristaux mixtes de ces deux métaux qui ont la propriété d'être particulièrement résistante à la corrosion. On peut qualifier ces alliages d'al- liages "antio-rouille". Déjà pour une teneur de 4,7   %   d'alumi- nium, la fonte est rendue dans une forte mesure insensible à l'attaque d'acides, par exemple d'acide nitrique dilué. Sui- vant l'application, la teneur en aluminium peut être augmentée. 



  On peut produire par adjonction progressive d'aluminium un al- liage d'environ 65.5% de fer et 34,5   %   d'aluminium, Avec les procédés de coulée connus actuellement, ces alliages   d'alumiw     nium   ont une tendance à former de gros   cristaux   lors de la pri- se, de sorte qu'ils possédaient une résistance mécanique très défectueuse qui s'opposait jusqu'à présent à l'utilisation praw tique de semblables alliages. La constitution de cette texture à gros cristaux était influencée en particulier défavorablement par la teneur en carbone de fer. Dans le procédé du présent brevet la teneur en carbone du fer est refoulée par l'aluminium par le fait qu'il se forme des carbures d'aluminium à côté des cristaux mixtes de fer et d'aluminium.

   Ces carbures ont, comme tous les carbures, une forte tendance à se décomposer pendant la durée de la prise et de céder le carbone obtenu sous la for- me de graphite amorphe. Ces inclusions de graphite sont celles qui dans la fonte ont été observées sous la forme de carbone libre. Le procédé de la présente invention empêche cette sépa- ration de graphité de sorte qu'on produit une) texture   complète   

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 ment uniforme. 



   La constatation que le fer seul acquiert par une ad- dition d'aluminium la résistance   à   la corrosion n'a jamais été décrite jusqu'à présent dans la littérature. Les alliages connus de fer et d'aluminium contiennent toujours à côté de l'aluminium d'autres constituants métalliques par exemple le   cuivre,   le   si    licium, le manganèse. On a employé également.à   coté   de   l'alumi..   nium, le nickel, le chrome, le molybdène,, le   tungstène,   le vana-   dium,   le titanium et le zirconium dans de semblables alliages comme autres constituants. 



   L'étude des alliages fabriqués suivant le procédé de la présente invention a montré que les alliages qui, fabriqués suivant les procédés connus jusqu'à présente ont déjà été em- ployés comme métal de glissement, possèdent après leur fabricaw tion suivant le procédé de la présente invention une augmenta- tion tout-à-fait inattendue de leurs propriétés lors de l'emploi dans les paliers de tous genres. Il est par exemple possible de fairmentcher un appui d'essieu de véhicules de chemin de fer sur un cuivre rouge fabriqué suivant le procédé de la présente invention tel qu'il est indiqué dans l'exposé qui précède.

   Ce fait doit être attribué   à   la constitution de la texture qui prend naissance dans les pièces coulées lors de l'emploi du pro- cédé de la présente invention.   La   texture améliore la capacité de glissement des alliages de cuivre rouge de telle manière que même en cas de grippage, des paliers il ne se produit que des élévations de température   tout à   fait minimes qui se trouvent en tous cas notablement en-dessous de la rupture du cuivre rou- ge. 



   Les propriétés de glissement des alliages indiquée    précédemment ; 1) Ou 53% 2) Pb 1404 % Pb 19% Pb 75,6 %    
Fe 28 % sont également très   bonneso

Claims

REVENDICATIONS: EMI12.1 w ., w .. , .. r . .. w .. w - w,, 1.- Procédé de fabrication d'alliages, caractérisé en @ ce que le temps pour le remplissage des moules de coulée est raccourci par une vitesse d'entrée obtenue par un mouvement cen- trifuge de telle manière qu'un surchauffage du métal de coulée est seulement nécessaire jusque juste au-dessus de la zone de prise, et en ce que la vitesse d'entrée est utilisée pour exercer sur le métal de coulée pendant toute l'opération de remplissage une pression de sorte que la prise se fait sans démélange ni séparation, par liquation, de constituants solides ou gazeux et qu'on provoque une concordance de l'état de mélange de l'al- liage durci avec celui de l'alliage fondu.

2... Utilisation du procédé suivant le brevet belge 375.486. pour la fabrication des alliages suivant la revendica- tion 1.

3.- Emploi du procédé suivant la demande de brevet belge 298.076 pour la fabrication de l'alliage suivant la reven- dication 1.

4. - Emploi du procédé suivant le brevet allemand 641.997 pour la fabrication de l'alliage suivant la revendica- tion 1.

5.- Fabrication d'un alliage comprenant 53% de Cu, 19 % de Pb. 28% de Fe suivant la revendication 1, 6.- Fabrication d'un alliage comprenant ; EMI12.2 14u4 % de Pb$ 75,6 % Ou suivant la revendication 1.

7.- Fabrication d'un alliage comprenant : 93.3 % de Fe, 4,7 % de Al EMI12.3 suivant la reven-ê:ioationl.

8.- Fabrication d'un alliage comprenant EMI12.4 65#5 % de Fe, 54ob % de Al suivant la revendication 1. <Desc/Clms Page number 13>

9.- Utilisation de l'alliage suivant la revendication 7 pour la fabrication d'objets qui nécessitent une résistance à la corrosion.

10.- Utilisation de l'alliage suivant la revendication 8 pour la fabrication d'objets qui nécessitent de la résistance à la corrosion.

11.- Utilisation des alliages fabriqués suivant la revendication 1 pour la fabrication de surfaces de glissement de paliers de toute nature.

12.- Utilisation de l'alliage suivant la revendication 5. pour la fabrication de surfaces de glissement dans des pa- liers de toute nature.

13.- Utilisation de l'alliage suivant la revendication 6, pour la fabrication de surfaces de glissement dans des pa- liers de toute nature.

14.- Utilisation d'un alliage comprenant 98,4 % de Pb, 0,5 % de Na, 008 % de Ca, 0,1 % de Li, 002 % de Al, pour la fabrication de surfaces de glissement de paliers de toute nature.

15.- Utilisation d'un alliage comprenant 908.505% de Pb, 0,78 % de Na, 0,50% de Cao 0,015% de Li, 0,20 % de Al pour la fabrication de surfaces de glissement de paliers de toute nature.

16.- Fabrication d'un alliage suivant la revendication 1, comprenant 5.20 % d@ SN. 85.1% de Cu, 3,8 % de Pb, 0,1 % de Fe, 5.55 % de Zn, 0015 % de Nio caractérisée par une résistance au déchirement de 34 kg/mm2.un allongement de 47 % et une du- reté de Brinell de 80 kg/mm2.

17- Fabrication d9un alliage suivant la revendication 1, comprenant 7,88 % de SN, 84,9% de Cu, 2,1 % de Pb, 0,15 % de Fe, 4,8 % de Zn, caractérisée par une résistance au déchire- <Desc/Clms Page number 14> ment de 35 kg/mm2, un allongement de 20 une dureté de Brinell de 109 kg/mm2.

18.- Fabrication d'un alliage suivant la revendication 1, comprenant 9.95% de SN. 89,9 % de Cu, 0,1 % de PB. 0.05 % de Fe, caractérisée par une dureté de Brinell de 102 kg/mm2. un allongement de 20 %, une résistance au déchirement de 36 kg/mm2 19.- Fabrication d'un alliage suivant la revendication 1, comprenant 1.02 % de Sn, 61,2 % de Cu, 2,55 % de Pb. 0,88 % de Fe. 28.35 % de Zn, caractérisée par une résistance au déchire- ment de 50 kg/mm2.un allongement de 26 % et une dureté de Brinell de 80 kg/mm2.

20.- Fabrication d'un alliage suivant la revendication 1, comprenant 84,2 % de Ou* 0.1% de Pb. 6 % de Fe, 9.35 % de Al. caractérisée par une résistance au déchirement de 65 kg/mm2. un allongement de 2% et une dureté de Brinell de 240 kg/mm2.