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Perfectionnements aux alliages à base d'aluminium et procédé de traitement de ces alliages.
La présente invention concerne un procédé d'amélio- ration de la résistance d'alliages à base d'aluminium, du ty- pe indiqué plus loin, aux agents corrosifs ainsi qu'à la dé- térioration et à la diminution de leurs propriétés mécaniques lorsqu'ils sont en contact avec des agents corrosifs.
Les alliages à base d'aluminium, auxquels l'inven- tion se rapporte, contiennent du magnésium en quantité non seulement suffisante pour se combiner avec tous les autres constituants présents dans l'alliage -ajoutés volontairement ou non-, mais aussi en excès par rapport à la quantité néces-
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saire pour former à la température ambiante une solution so- lide saturée avec l'aluminium de base. On désignera ci-après par "magnésium disponible" la quantité de magnésium qui est ainsi en excès par rapport à la quantité nécessaire pour for- mer une solution solide saturée avec l'aluminium de base dans un état non combiné avec un constituant quelconque étranger présent.
Un autre constituant essentiel des alliages auxquels l'invention se rapporte est le zinc ; ce dernier métal, qui se combine avec le magnésium plus facilement que l'aluminium, est également présent en excès par rapport à la quantité néces- saira pour former à la température ambiante une solution soli- de saturée avec l'aluminium de base. Cette quantité sera appe- lée plus loin le "zinc disponible".
Comme la limite de solubi lité du compose Al3Mg2 à la température ambiante correspond à une teneur en magnésium d'environ 3% dans l'alliage, et, en ou- tre, comme la limite de solubilité du composé MgZn2 à la même température est atteinte pour une teneur en magnésium d'environ 0,2% correspondant à environ 1,0% de zinc, et comme la présen- ce simultanée des deux composés dans un alliage à base d'alumi- nium n'a qu'une influence modérée sur leurs limites respectives de solubilité, ceci signifie en fait que l'alliage visé par la présenteinvention doit contenir plus de 3,2% environ de magné- sium et plus de 1,0% environ de zinc, le rapport entre ces deux composés étant invariablement tel qu'il y ait,
après combinaison de tout le zinc présent avec une partie du magnésium présente plus de 3% environ de magnésium disponible pour la combinaison avec l'aluminium constituant le métal de base. Dans ces condi- tions, lorsque les alliages sont, conformément à l'invention, soumis à un tra.itement thermique tel qu'exposé plus loin, il se forme à la fois des solutions solides sursaturées de magnésium et de zinc dans l'aluminium (la solubilité de ces deux métaux dans l'aluminium à l'état solide étant augmentée lorsque les températures croissent), dont le magnésium disponible (combiné
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avec l'aluminium) et le zinc disponible (en combinaison avec une autre partie du magnésium) peuvent être ségrégés respec- tivement par un réduit ultérieur sous la forme de composés Al3Mg2 et MgZn2.
D' autres métaux, tels que le manganèse ou le silicium, ajoutés avec intention ou non, peuvent être présents dans les alliages, mais il faut tenir compte de leur aptitude à former des composés avec le magnésium lors- que l'on calcule la quantité de magnésium à incorporer à l'alliage, afin d'assurer toujours la présence du magnésium disponible dans l'alliage.
Dans les alliages à base d'aluminium) qui contien- nent du magnésium et dont on a prpvoqué la sol-idification à partir de l'état liquide ou fondu en les laissant refroi- dir à la manière ordinaire, on constate que la structure miorographique est constituée par deux phases ou constituants principaux, c'est à dire par de gros cistaux du type # for- més dans chaque cas par une solution solide non saturée du composé Al3Mg2 dans l'aluminium, et par un enchevêtrement grossier de particules plus petites de cristaux du type entourant ces cristaux # et constitués probablement par une solution solide de faibles quantités d'aluminium dans le composé Al3Mg2.
Cependant, la texture ainsi formée n'est pas en équilibre de phase, et il est donc possible, par un recuit, d'établir l'équilibre réel par une diffusion inter- cristalline, d'une manière connue en soi, et déjà décrite, pour le cas des alliages du système Al-Mg, par Hanson et Gaylor dans le Journal of the Institute of Metal XXIV (1920), pages 201-232. Les cristaux peuvent ainsi absorber, jus- qu' à leur limite de saturation, de nouvelles quantités du composé Al3Mg2 de l'enchevêtrement intercristallin et, en appliquant des températures suffisamment élevées - comprises entre 2500 environ et 4500 C environ et dépendant de la te- neur de l'alliage en magésium- pendant un temps suffisant,
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l'ensemble de la texture des alliages est ramené à une masse entièrement homogène de cristaux #plus ou moins saturés par rapport au magnésium, suivant la proportion de ce dernier élément qui est contenue dans l'alliage.
Des recherches récentes et non publiées jusqu'ici ont fait constater qu'en soumettant les alliages homogènes constitués par des cristaux # sursaturés à un recuit à. des températures, inférieures à celles auxquelles ils ont été précédemment homogénéisés mais cependant suffisamment éle- vées pour permettre la ségrégation intracristalline (c'est à dire comprise dans une gamme modérée de températures à partir de 2000 C environ et au-dessus) lemagnésium contenu dans les cristaux # en excès de la limite de saturation à cette température est ségrégé de l'intérieur des cristaux # sous une forme très dispersée ;
c'est à dire que chaque cris- tal élémentaire est parsemé d'un grand nombre de particu- les ténues de type . Cette texture est naturellement de nouveau hétérogène, mais elle se distingue de la texture hétérogène des alliages tels qu'ils sont fondus, en ce que le type qui la constitue n'est plus grossièrement réparti dans un enchevêtrement entourant les cristaux #mais qu'il est très dispersé de façon uniforme dans toute la masse et à l'intérieur de ces cristaux, Vue au microscope, une tex- titre de ce genre présente, après l'application d'agents cor- rosifs appropriés, l'aspect tacheté bien connu et carac- téristique d'un ségrégat sous une forme très dispersée.
D'autres rechercher, sur lesquelles la présente invention est basée, ent révélé que le traitement par chauf- fage et recuit - qui provoque une première homogénéisation des alliages ne contenant que du magnésium disponible, puis la ségrégation du composé Al3Mg2 contenu dans ces alliages sous une forme très dispersée - provoque simultanément aussi, stil est appliqué à des alliages tels que définie dans le préambule de la présente description, la ségrégation du @
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zinc disponible sous forme de composé MgZn2, les produits résultant ayant non seulement une très grande résistance à la corrosion, par exemple par l'eau de mer, mais aussi des résistances mécaniques extrêmement élevées.
. Le terme "corrosion" tel qu'il est utilisé ci-dessus s'applique non seulement à une corrosion qui se manifeste extérieurement.:et macroscopiquement, par exemple par le chan- gement de couleur a la surface des métaux, mais spécialement aussi à des phénomènes de corrosion intercristallins aboutis- sant à la longue à une diminution des propriétés de résistance mécanique, Cette corrosion intercristalline est particulière- ment importante dans les alliages lorsque ceux-ci ont été sou- mis à une déformation plastique à froid, par exemple un forgea- ge ou un laminage.
On est d'accord aujourd'hui pour considérer cette corrosion intercristalline comme étant en fait beaucoup plus dangereuse au point de vue technique à cause de la réduc- tion des valeurs de la résistance mécanique de la matière ainsi produite, et 0' est pourquoi l'on poursuit généralement le pro- grès de cette corrosion en déterminant la diminution progressi- ve de résistance à la traction, etc... après un contact pro- gressivement prolongé entre les alliages et les milieux corro- sifs.
Conformément à la présente invention, les alliages du type décrit dans le préambule de cette description sont soumis à un traitement thermique consistant premièrement à chauffer les alliages jusqu'à des températures suffisantes pour que les éléments à allier, magnésium et zinc, soient incorporés aux cristaux de base de l'aluminium sous forme de solution solide, et à maintenir ces températures jusqu'à ce qu'une solution soli- de homogène soit substantiellement obtenue, puis, dans une se- conde phase, qui' peut être précédée par un refroidissement brus- que, à recuire les alliages à des températures où à lieu et jusqu'à ce qu'ait lieu, sous une forme très dispersée la ségré- @
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gation du composé MgZn2,
aussi bien que des particules riches en magnésium par rapport aux cristaux basiques et probable- ment constituées par le composé Al3Mg2. Bienque les tempéra- tures optima produisant la ségrégation, sous une forme très dispersée respectivement du composé MgZn2 et des particules ci-dessus, soient un peu différentes, il est néanmoins pos- sible - par un choix convenable d'une température de recuit en fonction de la concentration et du ¯rapport entre les pro- portions de zinc et de magnésium contenues dans l'alliage -, d'obtenir d'excellents résultats relativement à la résistance des alliages à la corrosion et à l'altération de leurs pro- priétés mécaniques lorsqu'ils sont en contact avec des agents corrosifs.
Exemple 1?- Un alliage filé àla presse et contenant 6% de magnésium, 3% de zinc, 0,5% de manganèse, le reste étant de l'aluminiàm, et dans lequel par conséquent o,5 % environ du magnésium doivent se combiner avec le zinc pour former le composé MgZn2 la quantité de magnésium disponible étant d'en- viron 2,5% à l'état initial, avait les propriétés de résis- tance suivantes :
EMI6.1
<tb> Résistance <SEP> à <SEP> la <SEP> traction <SEP> 32,9 <SEP> Kg/mm2
<tb>
<tb> Allongement <SEP> 26,3 <SEP>
<tb>
<tb> Limite <SEP> dtétirage <SEP> 13,2 <SEP> kg/mm2
<tb>
<tb> Striction <SEP> 42,8 <SEP> % <SEP>
<tb>
Cet alliage a été soumis à un traitement thermique à une température comprise entre 4000 environ et 44000 envi- ron jusqu'à ce que l'on obtienne une répartition sensiblement homogène, sous forme de solution solide, des deux constituants dans la masse d'aluminium de base, Ensuite, et après refroi- dissement brusque si on le désire, l'alliage est recuit à 2000 C environ pendant 2 à 10 heures, On a trouvé les valeurs suivantes pour la résistance mécanique de l'alliage ainsi traité,
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EMI7.1
<tb> Résistance <SEP> à <SEP> la <SEP> traction <SEP> 45 <SEP> kg/mm2
<tb>
<tb> Allongement <SEP> 17 <SEP> %
<tb>
<tb> Limite <SEP> d'étirage <SEP> 20,8 <SEP> Kg/mm2
<tb>
<tb> Striction <SEP> 15 <SEP> %.
<tb>
On a vérifié la résistance , la corrosion de l'al- liage en question par l'immersion pendant trois mois d'éprou- vettes très polies dans de l'eau de mer; au bout de ce temps on a examiné leurs propriétés de résistance de la manière usuelle, les résultats étant tesl qu'aucune diminution des valeurs de la résistance primttive des éprouvettes n'a pu être décelée.
Exemple 2.-
Un autre alliage filé à la presse et contenant en- viron 6% de magnésium, environ 4% de zinc et 0,3% de. mnga- nèse, environ 0,7% de magnésium étant ainsi nécessaire pour se combiner avec le zinc et le magnésium disponible étant d'en- viron 2,3% dans l'état initial, présentait les propriétés de résistance suivantes :
EMI7.2
<tb> Résistance <SEP> à <SEP> la <SEP> traction <SEP> 39 <SEP> kg/mm2
<tb>
<tb> Allongement <SEP> 12,5 <SEP> % <SEP>
<tb>
<tb> Limite <SEP> dtirage <SEP> 21,2 <SEP> kg/mm2
<tb>
<tb> Striction <SEP> 24e6 <SEP> %
<tb>
On soumet cet alliage au même traitement thermique que celui qui est décrit dans l'exemple 1.
On a constaté que les propriétés de résistance de l'alliage amélioré étaient les suivantes :
EMI7.3
<tb> Résistance <SEP> à <SEP> la <SEP> traction <SEP> 54,2 <SEP> kg/mm2
<tb>
<tb> .Allongement <SEP> 10,1 <SEP> % <SEP>
<tb>
<tb> Limite <SEP> d'étirage <SEP> 51;2 <SEP> kg/mm2
<tb>
<tb> Striction <SEP> 35,0%
<tb>
Cet alliage améliore n'a lui non plus présenté aucune diminution de ses propriétés de résistance après avoir été ex-
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posé pendant trois mois a l'attaque de l'eau de mer, puis essayé comme ci-dessus.
Les alliages obtenus conformément à l'invention peuvent être filés à la presse, laminés en tôles et forgés. La gamme d'alliages se prêtant particulièrement bien au traitement conforme à l'invention comporte environ 4 à 12 % de magnésium et 2 à 6% de zinc, des proportions plus petites d'autres mé- taux d'alliages tels que le manganèse pouvant être ajoutées.
Le silicium peut aussi être présent en petites quantités, qu'il ait été ajouté volontairement ou non.