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"TRAITEMENT DES PIECES COULEES EN ALLIAGES D'ALUMINIUM SILICIEUX,
POUR AMELIORER LEURS PROPRIETES PHYSIQUES.11
L'invention se rapporte au traitement des pièces coulées en alliage d'aluminium et de silice ayant une teneur en silice dépassant 1%. En plus de la silice des alliages peuvent encore contenir du cuivre et d' autres métaux. Le but du traitement selon la présente invention est de produire des pièces coul es d'un poids spécifique minime, présentant en outre des caractéristiques physiques favorables dans une mesure non encore atteinte jusqu'à présent, surtout en ce qui concerne la limite d'élasticité, la ré- sistance à la traction et la limite d'allongement.
Ainsi qu'il ressort de la description ci-après de l'in- vention, celle-ci est bas ée sur la découverte que les alliages de ce genre sont sp4cialement susceptibles d'être améliorés apràs /
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leur coulée, par un traitement thermique. En outre l'invention
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s' stei?d à la, recherche de la température et de la éui, 'e ap- pro,1)ri 3es du traitement thermique d'après les caract'ristiques des alliages et leur mode de coulée.
Grâce à l'invention on est parvenu à fabriquer des pièces coulées dont la limite et 1' 'dn.sti- cité ,la résistance à la traction et la limite d'allongement ont été accrues dans des proportions non encore atteintes jusqu'à. présent de sorte qu'il est possible maintenant d'employer pour des
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usages techniques, des pièces coulées en a.ll ia,Jo d' aluminium dont l'emploi paraissait impossible jusqu' à présent.
On a déjà propose pour la coulée des alliages à deux corps
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d'aluminium et de silicium,par exemple von Schirmeister; il avait également rro;oos = des alliages de ce genre pour des usares scien- tifiques,en même temps que de nombreux autres alliages, pour la. fabrication de barres laminées, couinas dans des coquilles en
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fer et laminées immédiatement après.Toutefois on ne connm.issa.it pas jusqu'ici la règle technique que les alliais aluminium silicium subissaient par le traitement thermique, une modification de tex- ture améliorant les propriétés des alliages, grâce à quoi ces al- liages devenaient seulement utilisables en pratique comme métal de coulage.
C' est pourquoi jusqu'à, 1920, les fonderies, dans les al- liages d'aluminium rejetaient, pour la fabrication d'alliages de coulée, ceux contenant une teneur en silicium dépassant celle nor- male, donc d'environ 1%,de l'aluminium du commerce.
On cite la règle établie par Minet et d' autres, qu'une teneur en silicium su-
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p4rieure à 1% était nuisible pour les alliages et que de pc sf 4rence on ne devait même pas admettre plus de 0,5% de silicium ( voir
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Minet "l'Aluminium" , volume 1, pagje 245,dernier alinéa),- volume 2- page II2 ant-pnultième alinea;Reinglass Technologie chimique des alliages 1 partie-page 119.)
Or il vient d'être découvert que ces alliages au silicium peuvent être considérablement amélioras par un traitement thermique adéquat qui influence la cristallisation tant d silicium que des éléments composés de métaux lourds. @
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On connaissait déjà l'amélioration des alliages d'alumi- nium à teneur normale en silicium, lorsqu'il se présentait comme impureté, par un traitement calorique;
pour les alliages de ce genre contenant du magnésium on connait également le pro- cédé de recuit et de .trempe------ avec durcissement subséquent à haute température (vieillissement artificiel). C' est un fait étonnant que les alliages d' aluminiurn à forte teneur en silicium , c'est-à-dire la teneur en silicium intentionnellement augmentée au-dessus de la normale, acquièrent également par un traitement thermique des propriétés mécaniques considérablement meilleures que celles des alliages d'aluminium da coulée contenant du sili- cium, employés jusqu'à présent,
La résistance à la traction de l'aluminium coulé ordinaire est d'environ 8,5 Kg/mrn2 et son allongement d'environ 25%.Par l'addition de proportions variables de métaux durcissant,
parti- culièrement de cuivre et de zioc, il est possible d'augmenter la résistance à la traction au point qu'une pièce en alliage coulée dans le sable atteigne une résistance maximum à la traction de 2Ikg/mm2. Toutefois cela réduit l'allongement à moins de 5%,par l'addition d'une très forte quantitéde zinc on peut augmenter la résistance à la traction jusqu' '3, environ 28kg/mm2,mais la limite d'allongement tombe alors presque à 0 et l'alliage est donc très cassant. En coulant ces alliages dans des moules refroidis (coquilles) on peut généralement ramener la résistance à la trac- tion à 3,5 Kg/mm2.
On peut également augmenter le coefficient d' allongement,mais jusqu'à présent il n'a pas été possible d'obte- nir à la fois une résistance à la traction supérieure à 21 Kg/mm2 et un coefficient d'allongement de 8% ou plus.
Par le procédé selon l'invention, on est arrivé cependant à augmenter encore considérablement les résistancesà la traction et d'allongement, et ce simultanément, de sorte qu'on obtient des pièces coulées qui possèdent en même temps une plus forte ré- sistance à la traction et une limite d'allongement plus élevée
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que celles obtenues jusqu' à présent dans les pièces coulées @ d' alliages de ce genre, ce qui est d'autant plus remarquable qu'en général l'allongement diminue lorsque la résistance à. la, traction augmente. Le nouveau procède permet d'obtenir des ré- sultats beaucoup meilleurs que ces deux caractéristiques simul- tanément.
Il est remarquable en outre que les alliages connus jusqu'à présent, de résistance à la traction relativement élevée, exigeaiert la présence de quantités considérables de zinc, dans certains cas jusqu' à 33%. Par suite ces alliages étaient consi- dérablement plus lourds que l'aluminium pur.
Au contraire d'après la présente invention, les résultats favorables sont obtenus avec une addition de métaux lourds ne dé- passant généralement pas 5 à 10% en poids et on obtient cependant une pièce coulée qui non seulement est plus SON\:3 ,plus ductile mais encore relativement légère.
L'application du proc édé selon la présente invention est particulièrement importante pour les alliages qui contiennent une quantité considérable de silicium, par exemple entre 7 et,15%.
Avec les alliages de ce genre, on obtient e.: général -Le meilleur résultat lorsque les pièces sont coulées en coquilles. Par exemple un lingot coulé en coquille, d'un alliage contenant environ 10% (dix pour cent) de silicium et pas de cuivre, a donné une résistan- ce à la traction d'environ 20 kgs par mm2 et un allongement d'en- viron 7 1/2%. Après une chauffe d'environ 40 heures à 560 C et trempe ----- subséquente, la résistance à la traction comportait ci,.- viron 19,5 Kg/mm2 mais l'allongement avait augmenta jusqu'à 21%.
Grâce à cette invention on est donc à, même de fabriquer avec un mélange aluminium silicium, une pièce coul e poss dant une grande ductilité et en même temps une résistance à la, traction du double ouplus, de 1'aluminium, et ayant en outre l'avantage de se laisser bien couler. L' addition de cuivre à ces alliages aluminium sili- cium, augmente énormément ¯la résistance à la traction ,mais diminue la ductilité. Des lingots coulés en coquilles d'un alliage conte- nant 6% de silicium et 4% de cuivre, chauffés pendant 45 heures à
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une température de 500 à 515 puis trempé, présentaient une résis- tance à la,traction d'environ 35 kg /mm2 et un allongement de 8%.
Dans les alliages à forte teneur en silicium, la teneur la plus avantageuse en cuivre varie entre 2 à 5%. Il est à remarquer que l'alliage eutectique d'aluminium et de silicium fond entre 570 et 580 C point de fusion qui est plus élevé quecelui du mélange eutectique d'aluminium et cuivre (540 ).Il est donc avantageux de soumettre ces alliages au traitement thermique à des températures élevées, environ entre 530 et 570 C.Lorsqu'on ajoute du cuivre aux alliages aluminium silicium, il peut se former un mélange eutec- tique ayantun point de fusion d'environ 520 et par suite on doit ré- duire en proportion, la température du traitement thermique. De même avec des teneurs en zinc et en magnésium, on doit également abaisser la température du traitement thermique.
Au demeurant, le magnésium produit généralement dans les alliages aluminium sili- cium, une augmentation de la résistance à la traction et une dimi- nution de l'allongement.
Le zinc est une addition très efficace dans les alliages d'aluminium contenant des proportions importantes de silicium ou de silicium et de cuivre. Par exemple un lingot coulé en coquille, d'un alliage qui contenait en'plus de l'aluminium, 8% de silicium, Io% de zinc et 2,5% de cuivre,donna une résistance à la traction d'environ 23kg/mm2 et un allongement de 2,5%. Si ca traitement avait été soumis au traitement thermique d'après l'invention, en la maniè- re décrite ci-devant, la résistance à la traction aurait atteint plus de 31kg/mm2 et l'allongement plus de 7%.
Lorsqu'il n'y a donc dans l'alliage que du silicium et du zinc, on a reconnu que le traitement thermique influence moins favorablement la résistance à la traction, mais très favorablement l'allongement.Par exemple pour une éprouvette coulée en coquille d'un alliage contenant en plus de l'alimunium 8% de silicium et 10% de zinc , et qui donnait une résistance à la traction de 21,kg/mm2 à peine et un allongement de 4%,on a trouvé après le traitement thermique, une
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résistance à le. traction d'environ 21, S kg/mm2 ::t un allongement de 11%.
Après le recuit, une. trempe brute -- une influence plus favorable qu'en refroidissement lont. Toutefois dans certains
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cas, on peut 4galemen.tobtenirde bons résultats lorsque le refroi- dissement estproduit par un courant d'air. On a remarqua en outre qu'on obtenait des effets c'liff9rcuts d'une part par le refroidis- sement par un courant d'air et d'autre part ;.a.i, 1; refroidissement à l'air libre, le refroidissement lent n,pr's la cmuffe ,l.'odJis3,l1t, en plus de l'amélioration de la rsistenca et de l'allongement, une amélioration sous le rapport de la résistance à la, corrosion.
En outre le traitement thermique selon la présente invention
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peut être Modifia en ;roc .Klant irn 4+iatei.ient après le refroidis- sement, à un nouveau réchauffement juc l.:.1' à Ioo-I5oOC. En g:Sn -)1.'0,1 il suffit d'une heure. On obtient ainsi une nouvelle augmentation
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de la résistance à la traction et de la limite d' Hasticit -el, nais une diminution de l'allongement. pour obtenir le meilleur résultat, il est recommandable, pour
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tous les alliages susmentionnés d'aluminium et de silici;uzn,de conserver une basse teneur en fer, autant que possible en-dessous de 0,6%.
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Il a bt constata ni4tallographiquement, que le fer forme dans les alliages (des aiguilles, dont la composition est vraiseiii- blablement FeAl tandis que lorsqu'il y a du cuivre, cului-ci se trouve généralement dans la contexture sous forme GuAl Ces aiguilles ne sort:as sensibJer nt solubles dans la maas se (l' .'1lu..'1linium.
Par contre le CuA12 est absorba par les cristaux d'aluminium lors du traitement thermique. Ces aiguilles de fer il est vrai, ontune tendance à influencer favorablement les caractéristiques physiques
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de l'alliage,dans la fonte normale,c'est-à-dire lorsqu'on ne procè- de pas à un traitement thermique. Mais aussitôt que le CuAl s'est dissout dans la texture de la masse d'aluminium par le traitement
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calorique,les aiguiililes provoquent un affaiblissement du métal,
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qui diminue aussi bien la résistance à la traction que l'allon- gement.
Il est donc très désirable d'éviter entièrement la présence de fer ou tout au moins de la diminuer jusqu'en dessous de 0,25%,mais ce n'est pas toujours recommandable pour des motifs économiques.Toutefois -lorsqu'en plus du fer, il y a du silicium en excès, la quantité des aiguilles de FeAlformée est moindre, parcequ'une partie du fer à formé avec le sicilium une combinai- son qui parait être un silicite de fer. Cette combinaison durcit en une forme moins nuisible que les aiguilles de FEAL 3 Dans les pièces coulées trempée-son voit alors que les aiguilles de FeA13sont beaucoupplus petites que celles que l'on trouvait dans les pièces coulées dans le sable, ce qui explique que les pièces coulées en coquille conviennent mieux pour le traitement thermique.
Une addition de chrome jusqu'à 0,5% ou un peut moins augmente la résistance à la traction dans les pièces coulées soumises au traitement thermique ,mais diminue l'allongement
En ce qui concerne la teneur en cuivre,les recherches ont démontré que jusqu'à environ 2% de cuivre,presque tout le CuAl à 1' état solide, est soluble ; la teneur dépasse 5,5% de cuivre, une petite quantité de CuAl2 reste non dissoute même a- près le traitement thermique.
Dans certains cas la pièce coulée peut être chauffée au- delà du point de fusion du mélange eutectique de CuAl2 et d'aluminium, sans nuire aux caractéristiques physiques, mais il faut alors quela pièce coulée soit refroidie à une tempéra- ture un peu en dessous de celle de prise complète et soit conser- vée à cette température pendant un certain temps, avant la trem- pe. Lorsqu'il y a des pourcentages considérables de fer, de magnésium, ou de zinc ou de certains d'entre eux, on peut dimi- nuer la température proportionnellement davantage.
On a reconnu en outre queplus le grain est gros après la coulée,plus longtemps le traitement thermique doit être prolongé
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pour obtenir les résultats les plus satisfaisait possibles. Par conséquent des pièces coulées au sable de grosse section exigent une chauffe plus prolongée que les pièces coul 'es en coquille. En généra,! pour les pièces coulées en coquille, il faut une du (' :8 de 7 heures tandis que pour les pièces coul 'es au sable il faot 24 heures.
Dans les pièces coulées au sable d'alliage contenant de grandes quantités de silicium, une quantité considérable du si- licium se présente sous forme de larges écailles ou c'aiguillas.
Dans les pièces coulées en coquilles des marnes alliages, le si- licium, se trouve généralement en particules plus petites dont au moins quelques unes sont plus ou moins arrondies. Le traitement thermique modifie l'aspect et souvent également la forme des par- ticules de silicium, qui deviennent alors plus rondes. On suppose donc que l'amélioration dans le caractère physique, qui est obte- nue par le traitement thermique de ces alliages, ,,81., due en par- tie à ce changement de forme.
La dure du traitement thermique dépend en grande partie, tou- tes autres conditions restant inchangées, du point auquel on veut améliorer les caractéristiques physiques de la, pièce coui ée. Dans le cas des alliages au silicuum, ce qui importe est la lenteur du changement de forme des particules de silicium. Dans le cas ou il y aurait aussi bien du cuivre que du silicium en grande quantité, il faudrait laisser suffisamment de temps pour les deux transforma- tions pour obtenir l'amélioration dans la mesure désirée.
On a/trouva en outre que dans les alliages à. forte teneur en silicium, le changement de forme des particules de silicium se produisait plus rapidement et plus complètement lorsqu'on employait des températures élevées.Dans ces allia,ges, une chauffe de 12 heures à 520 produit une amélioration très considérable de la ma- tière ,mais on peut encore augmenter cette durée et obtenir ainsi une petite amélioration supplémentaire. les alliages aluminium si- licium peuvent être traités thermiquement à une température de @
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550 à 570 C avec des résultats plus favorables que ceux possibles avec des températures d'environ 500 .
Pour satisfaire aux conditions ci-devant on peut également procéder en refroidissant après la coulée, les piècesà une tem- pérature d'environ 500 puis à las maintenir à la température voulue, mais de préférence entre 530 et 570 pendant longtemps pour ensuite les refroidir ou les tremper brusquement.
L'emploi du procède selon cette invention est très important non seulement pour la fabrication d'une meilleure fonte au sable ou en coquille ou de fonte par injection, mais encore pour le travail à la forge et à la presse, des alliages d'aluminium, Lors- qu'on désire obtenir une pièce foigée de dimensions déterminées, on fabrique d'abord un bloc coulé de dimensions appropriées. La coulée se fait en coquille et le bloc est ensuite soumis au trai- tement thermique subséquent selon cette invention pour donner la - matière pour le travail à la forge.
Dans ce cas il parait préfé- rable, au lieu de réchauffer l'objet à la température de forgeage après son refroidissement subséquent au traitement thermique, de le laisser refroidir lentement de la température du traitement thermique à la température de forgeage. On amène ensuite la pièce sous la presse ou au marteau, à ses dimensions définitives après quoi, on lui donne une courte chauffe à environ 520 C puis on la trempe,
REVENDICATIONS.
I) procédé é pour l' amélioration des caractéristiques des pièces coulées en alliages d'aluminium ayant une teneur en si- licium dépassant 1%, caractérisé en ce que la pièce coulée obte- nue après refroidissement , ,est réchauffée pendant un temps pro- longé à une température supérieure à 500 , de préférence entre 530 et 570 C, puis rapidement refroidie ou trempée.