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Alliage à base de cuivë
La présente invention se rapporte aux compositions métalli- ques et plus particulièrement aux compositions utilisées dans la fabrication de coussinets et de baguettes de soudure pour la réparation ou le rechargement de ces pièces.
Un principe bien connu de la technique de la soudure oxy acétylénique est l'emploi d'une flamme fortement oxydante pour la soudure d'alliages de cuivre, tels que le laiton et le bronze, car, avec une telle flamme, la plupart des alliages usuels de cuivre peuvent être soudés avec succès, le métal déposé n'ayant aucune porosité spéciale. Cependant, des'difficultés considérables sont rencontrées quand on cherche à souder des alliages de cuivre à forte teneur en plomb (alliages pour coussinets par exemple) car dans ce cas, une flamme beaucoup plus fortement oxydante est requise que lors de la soudure d'alliages de cuivre ne renfermant pas de plomb. Le caractère extrêmement oxydant de cette flamme
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amène la formation de scories fortement réfractaires dans le bain de fusion et il est difficile de ramener ces scories à la surface.
Comme cette difficulté n'a pu être complètement surmontée, on a considéré jusqu'ici la soudure de tels types d'alliages comme une opération très peu satisfaisante.
La présente invention cherche à améliorer les qualités soudantes des alliages de cuivre contenant une forte proportion de plomb, de manière à rendre possible, par l'emploi de la flamme voulue, l'obtention d'un dépôt de soudure de composition uniforme et dont la porosité est sensiblement nulle, ce dépôt ne comprenant pas de scories ou d'oxydes ni d'autres impuretés ou défauts ; l'invention tend en même temps à créer des bronzes pour coussinets, contenant du plomb, et qui soient suffisamment durs que pour fournir un excellent métal de coussinet.
Ces résultats sont obtenus en ajoutant du silicium aux alliages de cuivre contenant du plomb en forte proportion, ce qui donne un nouveau type d'alliage à forte dureté, malgré la présence d'une forte teneur en plomb.
Bien que le silicium ait été généralement considéré comme indésirable par les fondeurs de bronze, comme addition aux bronzes de coussinets, une telle ajoute, de l'ordre de 0,25 à 5 % aux bronzes au plomb constitue, d'après l'invention, un avantage, et donne un matériau pour coussinets ou pour baguettes de soudure, possédant des propriétés nouvelles de grand intérêt. Avec les quantités de silicium indiquées, la dureté est considérablement augmentée et en même temps la haute teneur en plomb désirable pour les surfaces de coussinets peut être maintenue sans inconvénient. Cette combinaison d'une plus grande dureté malgré une forte teneur en plomb a pour résultat une plus longue durée des coussinets comparativement à ceux sans silicium, et en outre ces alliages ont de meilleures propriétés de soudabilité.
Il a été trouvé que dans les baguettes de soudure, la présence de zinc avec ou sans phosphore a l'avantage d'améliorer les
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qualités de fluidité et de densité du métal déposé.
De plus, bien que le silicium soit généralement préféré comme agent de durcissement, on peut le remplacer, soit par du magnésium., soit par de l'aluminium, mais en propostions beaucoup plus faibles. Avec une teneur en silicium de 3 à 4 %, la teneur en étain peut être ramenée à des valeurs plus faibles. Une teneur en étain de 8 à 10 % donne la proportion convenable de microconstituants durs répartis dans le ou les constituants doux d'un alliage à faible teneur en silicium.
La composition de base, qui peut être améliorée en concordance avec les principes de l'invention, est en substance : plomb 8 à 18 % étain 6 à 10 % cuivre le restant.
Cette composition est généralement connue comme alliage pour coussinets. Il a été trouvé que pour améliorer les caractéristiques de soudure et les propriétés de cet alliage au point de vue coussinets, l'ajoute d'une faible quantité de silicium à partir d'un quart de pour cent est suffisante, bien qu'une quantité supérieure à 5 % soit désirable dans certains cas particuliers.
Outre le silicium, une quantité de 0,50 à 6,00 % de zinc est avantageuse, la quantité préférée étant de 3 à 4 %-. Il a été également trouvé que les alliages contenant moins de 1% de silicium sont relativement doux et que leurs propriétés mécaniques ne diffèrent pas essentiellement de celles de l'alliage de base, indépendamment de la teneur en zinc. Cependant, dès que la teneur en silicium. est supérieure à 1 %, la dureté de l'alliage augmente rapidement et, pour environ 6% de silicium, on obtient un alliage quelque peu cassant. Par conséquent, il y a en général au moins deux types d'alliages que l'on peut employer à la fabrication de coussinets ou à la confection de baguettes de soudure pour la réparation ou le rechargement de coussinets.
Le premier type de ces alliages est un bronze doux composé de :
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<tb>
<tb> plomb <SEP> 12 <SEP> à <SEP> 15%
<tb>
EMI4.2
<tb>
<tb> étain <SEP> 8 <SEP> à <SEP> 10%
<tb> silicium <SEP> 0,5 <SEP> à <SEP> 1,25%
<tb> zinc <SEP> 3 <SEP> à <SEP> 4%
<tb> cuivre <SEP> le <SEP> reste.
<tb>
Cet alliage a une dureté Erinell d'environ 55 à 65 et une microstructure similaire à celle des bronzes moulés en sable de composition normale usuelle pour coussinets.
Le deuxième type de ces alliages a la composition suivante :
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<tb>
<tb> plomb <SEP> 12 <SEP> à <SEP> 15%
<tb> étain <SEP> 8 <SEP> à <SEP> 10%
<tb> silicium <SEP> 2 <SEP> à <SEP> 4 <SEP> % <SEP>
<tb> zinc <SEP> 3 <SEP> à <SEP> 4%
<tb> cuivre <SEP> le <SEP> restant.
<tb>
Cet alliage est essentiellement différent du bronze pour coussinet standard en ce sens que sa dureté Brinell est de 100 à 190. Ses propriétés au point de vue coussinets sont considérablement supérieures à celles d'un alliage à teneur en silicium plus faible ou nulle, à cause des constituants durs et de la présence du composé cuivre-silicium qu'il renferme en outre du composé cuivre-étain. Ce type d'alliage a des caractéristiques de fluidité plus accentuées (quand il est employé pour des baguettes de soudure ou quand il est moulé) que l'alliage à plus faible teneur en silicium.
Au lieu de silicium, il est possible d'employer du magnésium ou de l'aluminium comme agent de durcissement et de purif ication.
Ces deux éléments sont fortement scorificateurs et forment aisément une scorie sur la surface du métal, sous laquelle la soudure se fait d'une manière très satisfaisante. De faibles quantités de l'un ou l'autre de ces éléments sont avantageuses, mais on peut employer jusque 3 % d'aluminium sans inconvénient. En général, que l'on emploie le silicium, le magnésium ou l'aluminium comme désoxydant ou durcissant, il y a intérêt à ajouter également du
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zinc et la proportion la plus avantageuse de zinc parait être comprise entre 3 à 5%.
Du phosphore peut être employé en même temps que le silicium.
Les alliages renfermant du phosphore coulent facilement et le métal déposé n'a pas de porosité. Le phosphore possède également la propriété de donner plus de dureté au cuivre en formant. du phosphure de cuivre, qui est un constituant dur augmentant la durée.des coussinets dont il fait partie.
Il peut être avantageux d'ajouter des quantités relativement faibles de nickel à certains des alliages décrits ci-dessus. Ce nickel a probablement deux fonctions : d'abord, comme il est connu, il aide à maintenir le plomb en suspension, de sorte que celui-ci se trouve uniformément réparti dans toute la masse ; ensuite, il se combine au silicium pour former un siliciure de nickel qui est lui-même un agent de durcissement pour les alliages de cuivre.
Ci-dessous, quelques compositions types d'alliages conformes à l'invention :
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<tb>
<tb> Cuivre <SEP> plomb <SEP> Etain <SEP> Silicium <SEP> Zinc <SEP> Nickel
<tb> 79,5 <SEP> 11,4 <SEP> 6,65 <SEP> % <SEP> 0,95% <SEP> ---
<tb>
EMI5.2
74,1% 103 7eb % 0,80 % 5,19 % --- 77,8% 10es % 69 0,63 % 1,8 % 76,9% 12,0 ?,1 z 0,31 , 6 2,80%
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<tb>
<tb> restant <SEP> 12,3% <SEP> 8,0% <SEP> 0,70% <SEP> --- <SEP> ---
<tb> 72,7% <SEP> 14,7% <SEP> 8,0% <SEP> 0,84% <SEP> 4,0%
<tb> 70,4% <SEP> 13,1% <SEP> restant <SEP> 2,0 <SEP> % <SEP> 5,1% <SEP> 2,3 <SEP>
<tb> 79,5% <SEP> 10,2 <SEP> % <SEP> 8,5 <SEP> 2,6% <SEP> 1,1% <SEP> ---
<tb>
L'alliage conforme à l'invention comprend donc :
un bronze au plomb renfermant un agent fortement désoxydant, tel que sili- cium, aluminium ou magnésium, un agent augmentant la fluidité , tel que silicium, phosphore ou zinc et un agent de durcissement tel que silicium, phosphore ou nickel.