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"Perfectionnements apportés aux alliages aluminium-magné- sium coulés".
La présente invention se rapporte aux alliages à base d'aluminium renfermant des quantités appréciables de magnésium.
L'objet de l'invention réside plus particulièrement dans l'élimination ou la forte réduction de la formation de criques dues à des tensions internes dans des alliages coulés à base d'aluminium renfermant de 6 à 14 % de magnésium.
Les alliages à base d'aluminium renfermant du magnésium en quantités comprises entre les limites spécifiées ci-dessus,sont , venus récemment élargir d'une manière importante le domaine d'alliages d'aluminium du commerce.De tels alliages peuvent également renfermer certaines quantités d'autres métaux destinés à modifier ou améliorer certaines propriétés des alliages aluminiummagnésium.Ces autres métaux sont,par ex.le manganèse,le chrome, l'antimoine, le calcium,
le cuivre ou le zinc.La présente invention est applicable aux alliages aluminium-magnésium fondus
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renfermant des additions de ces éléments et d'autres.L'invention comprend un traitement thermique spécial qui réduit ou élimine la tendance à la formation de criques dues à des tensions internes inhérente aux alliages aluminium-magnésium coulés de la catégorie indiquée ci-dessus,lesquels sont soumis à des tensions internes intermittentes ou continues.Cette tendance apparaît dans les alliages aluminium-magnésium coulés que d'autres éléments soient présents du absents.
Le phénomène connu sous le nom de formation de criques dues à des tensions internes se produit lorsque les alliages sont soumis à des tensions internes qui peuvent être d'origine interne ou externe.Plus les conditions de corrosion sont sévères,plus apparente est la tendance à la formation de criques dues à des tensions internes.Tandis que dans le cas de fortes tensions internes et/ou d'une forte corrosion,la méthode peut ne pas suffire à supprimer entièrement la possibilité de la formation de crique s,elle augmente fortement la durée de service de l'alliage,et dans certaines conditions,
peut la rendre pratiquement per- manente.Le phénomène entier de corrosion de rétraction et de formation de criques dues à des tensions internes n'est pas encore entièrement compris.Mais la connaissance des causes fondamentales n'est pas nécessaire pour la compréhension du moyen par lequel la tendance à la formation de criques dues à des tensions internes est pratiquement éliminée ou notablement réduite.
Les investigations et l'examen des pièces coulées traitées conformément aux préceptes de l'invention,donnent à penser que la formation des criques dues à des tensions internes est influencée par les conditions de structure existant au sein de l'alliage.Des pièces coulées en alliages aluminium-magnésium contenant de 6 à 14 % de magnésium,chauffées et vieillies d'une manière connue antérieurement à la présente invention,sont susceptibles de former des criques dues à des tensions internes.
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C'est pourquoi, alors qu'au point de vue des propriétés physi- .ques il est hautement désirable que ces alliages subissent un traitement thermique,un tel traitement n'est pas entièrement avantageux. Des expériences ont montré que la structure résistant mieux à la formation de criques dues à des tensions internes se distingue par une espèce de précipitation homogène du constituant dissous de la solution solide sursaturée,tandis que le genre de structure que l'on constatait jusqu'à présent après les traitements connus de cette espèce,était caractêri- sé par une structure que l'on pouvait appeler une précipita- tion préférentielle dans laquelle la précipitation avait une tendance à apparaître aux confias des grains.
Le traitement thermique qui permet d'atteindre ce but comprend un nombre d'opérations dont certaines peuvent être quelque peu modifiées dans leurs applications pratiques tout en restant similaires quant à leurs nature et fonction,En résumé,la pièce coulée en alliage aluminium-magnésium contenant des quantités considérables de magsésium est d'abord chauffée jusqu'à une température à laquelle une fraction importante du constituant magnésium se trouve en solution liquide, mais qui est en dessous de la température de l'eutectique le plus fusible de l'alliage.
La pièce est maintenue à cette température pendant un temps variant, par ex.entre 10 et 40 heures environ, de manière à obtenir un effet de solution considérable.La pièce est ensuite refroidie jusqu'à un point situé entre cette température et la température ordinaire ou ambiante et,de préférence.maintenue pendant un certain temps limité à ce point de @ tempéra- ture,Elle est ensuite refroidie jusqu'à la température ambiante.
Ce dernier stade de refroidissement peut être réalisé de toute manière appropriée, bien que suivant l'invention on donnera la préférence à l'immersion dans l'eau,car des essais ont montré que ce procédé améliore généralement les propriétés de l'alliage.
Des expériences effectuées pour déterminer la durée pendant
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laquelle il.convient de maintenir la température de solution, ont donné des résultats variables allant jusqu'à environ 200 heures, mais dans les cas usuels et avec des pièces de section ordinaire coulées dans le sable,une période comprise entre environ 10 et 40 heures donne entièrement satisfaction.Une heure ou plus suffit souvent pour des pièces coulées en coquilles.
Si le constituant soluble est d'une finesse peu commune ou bien d'une rare grosseur,cette période peut être respectivement raccourcie ou allongée de manière à atteindre pratiquement l'équilibre à la température de solution.Pour des alliages aluminium-magnésium renfermant environ de 6 à 14 % de magnésium.,cette température peut se trouver au voisinage d'environ 775 à 8250F.
Après le traitement par solution,la méthode préférée com- prend,pour les pièces coulées des dimensions importantes,le refroidissement de la pièce au four jusqu'à une température voisine d'environ 700 à 750 Pela trempe à l'huile de la pièce jusqu'à une température comprise entre environ 200 et 250 8,son maintien à cette température pendant une courte période variante par exemple,entre environ 5 minutes et 1 heure, et ensuite son refroidissement jusqu'à la température ambiante.
Une autre méthode,dont l'efficacité fut prouvée,consiste essentiellement à soumettre la pièce coulée à un traitement par solution,comme indiqué ci-dessus,à la soumettre ensuite à un refroidissement contrôlé en la plongeant dans de l'air chauffé à une température variant entre environ 200 et 3500 F, à la maintenir à cette température pendant une courte période et à la refroidir ensuite jusqu'à la température ambiante.
Il résulte de ce qui précède que les caractéristiques essentielles de l'invention résident dans les opérations suivantes:
1 ) un traitement de solution ou à haute température;
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2 ) un refroidissement contrôlé ou interrompu depuis la température de solution jusqu'à une température plus basse mais, cependant,supérieure à la température ambiante (deux opérations intermédiaires de cette espèce ont donné un résultat excellent à l'usage);
3 ) un refroidissement jusqu'à la température ambiante.On constatera que dans les deux méthodes précédemment citées,la trempe dans l'huile jusqu'à un point intermédiaire agit de la même manière que le refroidissement au four et la trempe dans l'air, les deux méthodes donnant une structure convenant particulièrement bien pour résister à la corrosion en relation avec les tensions internes et à la formation des criques dues à ces tensions internes.Chacune de ces méthodes sert à illustrer le principe général d'un stade de refroidissement intermédiaire contrôlé.
outre son effet très favorable sur la formation de criques dues à des tensions internes,l'invention améliore considérablement les autres propriétés des alliages et est applicable aux alliages d'aluminium coulés contenant environ de 6 à 14 % de magnésium.Les alliages rangés dans cette série,mais contenant environ de 9 à 11 % de magnésium, constituent par excellence une catégorie à laquelle l'invention contribue très efficacement à empêcher la formation des criques dues à des tensions internes et à améliorer d'autres propriétés mécaniques.pour autant que les expériences aient pu le déterminer,cet effet avantageux persiste même en présence de différents autres constituants de l'alliage.
Aprèr avoir été soumis au traitement thermique décrit cidessus,l'alliage peut être soumis à un vieillissement spontané à la température ambiante ou bien à un 'traitement de vieillissement à une température quelque peu supérieure à ectte dernière.
Le terme "alliage aluminium-magnésium"tel qu'il est employé dans les revendiaations ci-annexées, signifie un alliage conte-
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nant plus de 50 % d'aluminium et renfermant du magnésium dans les proportions indiquées dans ces revendications,et la désigna-
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tion "alliage aluminium-magnésium" comprend des proportions moin- dres d'autres constituants alliés,dont la présence ne modifie en rien l'effet favorable de l'invention.
REVENDICATIONS.
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1. Une méthode pour empêcher la formation de criques dues à des tensions internes dans un alliage aluminium-magnésium renfermant environ de 6 à 14 % de magnésium, caractérisée en ce qu'elle consiste à chauffer l'alliage à une température et pendant un temps suffisant pour provoquer le passage de la majeure partie des éléments solubles en solution solide, à soumettre ensuite cet alliage à un refroidissement contrôlé jusqu'à une température intermédiaire supérieure à la température ambiante, à maintenir cette température intermédiaire pendant une courte péri, de et à refroidir finalement l'alliage jusqu'à la température ambiante.
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"Improvements in cast aluminum-magnesium alloys".
The present invention relates to aluminum-based alloys containing appreciable amounts of magnesium.
The object of the invention resides more particularly in the elimination or the strong reduction of the formation of cracks due to internal stresses in cast aluminum-based alloys containing 6 to 14% of magnesium.
Aluminum-based alloys containing magnesium in amounts within the limits specified above have recently significantly extended the field of commercial aluminum alloys. Such alloys may also contain certain amounts. other metals intended to modify or improve certain properties of aluminum-magnesium alloys These other metals are, for example, manganese, chromium, antimony, calcium,
copper or zinc. The present invention is applicable to molten aluminum-magnesium alloys
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incorporating additions of these and other elements. The invention comprises a special heat treatment which reduces or eliminates the tendency for cracks to form due to internal stresses inherent in cast aluminum-magnesium alloys of the category indicated above, which are subjected to intermittent or continuous internal stresses. This tendency appears in cast aluminum-magnesium alloys that other elements are present or absent.
The phenomenon known as internal stress cracking occurs when alloys are subjected to internal stresses which may be of internal or external origin; the more severe the corrosion conditions, the more noticeable the tendency to crack formation due to internal stresses While in the case of high internal stresses and / or heavy corrosion the method may not be sufficient to completely eliminate the possibility of cracking s, it greatly increases the service life of the alloy, and under certain conditions,
can make it practically permanent. The entire phenomenon of shrinkage corrosion and cracking due to internal stresses is not yet fully understood. But knowledge of the root causes is not necessary for the understanding of the means by which the tendency for cracks to form due to internal stresses is virtually eliminated or significantly reduced.
Investigations and examination of castings treated in accordance with the precepts of the invention suggest that the formation of cracks due to internal stresses is influenced by the structural conditions existing within the alloy. Aluminum-magnesium alloys containing 6 to 14% of magnesium, heated and aged in a manner known prior to the present invention, are liable to form cracks due to internal stresses.
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Therefore, while from the standpoint of physical properties it is highly desirable that these alloys undergo heat treatment, such treatment is not entirely advantageous. Experiments have shown that the structure which is more resistant to cracking due to internal stresses is distinguished by a kind of homogeneous precipitation of the dissolved component of the supersaturated solid solution, while the kind of structure that was observed up to present after the known treatments of this species, was characterized by a structure which could be called preferential precipitation in which the precipitation tended to appear on the confias of the grains.
The heat treatment which achieves this goal comprises a number of operations, some of which may be somewhat modified in their practical applications while remaining similar in nature and function. In summary, the aluminum-magnesium alloy casting containing Considerable amounts of magnesium is first heated to a temperature at which a significant fraction of the magnesium component is in liquid solution, but which is below the temperature of the most fusible eutectic in the alloy.
The part is kept at this temperature for a varying time, e.g. between about 10 and 40 hours, so as to obtain a considerable solution effect; the part is then cooled to a point between this temperature and room temperature or ambient and, preferably, kept for a limited time at this temperature point, it is then cooled to ambient temperature.
This last stage of cooling can be carried out in any suitable manner, although according to the invention preference will be given to immersion in water, since tests have shown that this process generally improves the properties of the alloy.
Experiments carried out to determine the duration during
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which is suitable to maintain the solution temperature, have given variable results up to about 200 hours, but in usual cases and with parts of ordinary cross-section cast in sand, a period of between about 10 and 40 hours gives complete satisfaction. One hour or more is often sufficient for shell castings.
If the soluble component is of an unusual fineness or of a rare size, this period can be respectively shortened or lengthened so as to reach practically equilibrium at the temperature of solution.For aluminum-magnesium alloys containing approximately 6 to 14% magnesium., This temperature can be in the vicinity of about 775 to 8250F.
After the solution treatment, the preferred method includes, for large castings, cooling the part in the furnace to a temperature in the region of about 700 to 750 P and oil quenching the part to. 'at a temperature of between about 200 and 250 8, maintaining it at this temperature for a short period varying, for example, between about 5 minutes and 1 hour, and then cooling it down to room temperature.
Another method, the effectiveness of which has been proven, is essentially to subject the casting to a solution treatment, as indicated above, then subject it to controlled cooling by immersing it in air heated to a temperature. varying between about 200 and 3500 F, maintaining it at that temperature for a short time and then cooling it to room temperature.
It follows from the foregoing that the essential characteristics of the invention lie in the following operations:
1) solution or high temperature treatment;
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2) controlled or interrupted cooling from solution temperature to a temperature lower but, however, higher than ambient temperature (two intermediate operations of this kind have given excellent results in use);
3) cooling down to room temperature It will be seen that in the two methods previously mentioned, quenching in oil to an intermediate point acts in the same way as cooling in the oven and quenching in air , both methods giving a structure particularly suitable for resisting corrosion in relation to internal stresses and cracking due to these internal stresses. Each of these methods serves to illustrate the general principle of an intermediate cooling stage control.
In addition to its very favorable effect on the formation of cracks due to internal stresses, the invention considerably improves the other properties of the alloys and is applicable to cast aluminum alloys containing approximately 6 to 14% of magnesium. The alloys included in this series, but containing approximately 9 to 11% magnesium, constitute par excellence a category in which the invention contributes very effectively to preventing the formation of cracks due to internal stresses and to improving other mechanical properties. Experiments have been able to determine that this advantageous effect persists even in the presence of various other constituents of the alloy.
After having been subjected to the heat treatment described above, the alloy can be subjected to a spontaneous aging at room temperature or to an aging treatment at a temperature somewhat above the latter.
The term "aluminum-magnesium alloy" as used in the appended claims, means an alloy containing
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containing more than 50% aluminum and containing magnesium in the proportions indicated in these claims, and the designation
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The "aluminum-magnesium alloy" includes lower proportions of other alloyed constituents, the presence of which in no way modifies the favorable effect of the invention.
CLAIMS.
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1. A method of preventing the formation of cracks due to internal stresses in an aluminum-magnesium alloy containing about 6 to 14% magnesium, characterized in that it consists in heating the alloy to a temperature and for a time. sufficient to cause the passage of the major part of the soluble elements in solid solution, to then subject this alloy to a controlled cooling to an intermediate temperature above room temperature, to maintain this intermediate temperature for a short period, from and to finally cool the alloy to room temperature.