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DEMANDE DE BREVET D'INVENTION Alliages de haute qualité et leur procédé d'obtention. INDUSTRIALI.
Certains auteurs, notamment Léon Guillet ("Cu.V." - Rev. de Métallurgie" - Vol. 3, 1906, p. 174/5), Giebelhausen ("Ni V." - Zeitschrift Anorg. Chemie" Vol.
91, 1915, p.232/4), Baar ("Ni Mo" - "Zeit. Anorg. Allg.
Chemie" Vol. 70,1911, p. 253 et 338), Dreibholz ("Zeit.
Physik. Chemie" Vol. 118, 1924, p. 8-11), et Kester bchmidt ("Archiv. Für Eisenhüttenwesen" Vol. 8, 1954/5, p. 23 à 27), ont étudié, sous l'angle cristallographique,
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la formation des cristaux et leurs assemblages dans certains alliages binaires, entre autres dans des alliages de cuivre et de vanadium ou de nickel et de molybdène, ainsi que de fer et molybdène.
D'autres auteurs ont étudié de façon analogue les alliages suivants : Al-Cu ; Dix Richards on, (Trans.
Amer. Inst. min, metal. Eng. volume 73 - 1926 - p. 560/80); Stockdale J. (Inst. Met. Londres, vol. 52 - 1933 p. 111/116); Philipe Brick S. (Franklin Inst. vol. 215 - 1933 - p. 557/577); Fe-Ni : Seheil ( Zeit. Anorg. allg. chem. vol. 207 - 1932 - p. 21/40); Wassermann (Arch. f.
Eisenhuttenw., vol. 6 - 1922/23 - p. 347/51); Dehlingen (Zeit. Metal. vel. 23 .. 1933 - p. 277/94); Fe-M : Wever Z. (Métal, vol. 20 - 1928 - p, 360/67) ; Fe-W : Bein (Hansen "Der Aufbau der Zweistofflegierungen" Berlin Springer - 1936
La Société demanderesse a étudié de son côté des alpages ternaires comprenant du glucinium allié à un métal de base et,- à une autre substance métallique ajoutée en proportions peu élevée ;
et elle a découvert que si l'on alliait à un métal de base cristallisant dans un certain système, une certaine propcrtion d'une substance métallique cristallisant dans un système du même genre et du glucinium, il était possible d'obtenir finalement un alliage du métal de base, du glucinium et de la substance métallique, présentant une homogénéité très poussée et des propriétés physiques remarquables susceptibles d'applications indus-
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trielles, surtout lorsque l'alliage a été soumis à des traitements physiques déterminés.
C'est ainsi que la demanderesse a constaté que si l'on allie un métal de base tel que par exemple du cuivre ou du nickel à du glucinium dans une proportion comprise en général entre 1,3 % et 2,6 % environ, avec adjonction, dans le premier cas, de vanadium et, dans le second, de molybdène, dans une proportion minima de 0,1 %, en pratique de préférence d'au moins 0,2 %, à partir de laquelle le métal additionnel provoque une solubilisation rapide et pratiquement complète du glucinium et l'interpénétration réciproque du métal de base et du glucinium - en se tenant toutefois au-dessous de teneurs en métaux additionnels qui auraient un effet préjudiciable, - on obtient alors des alliages très homogènes possédant des propriétés particulières telles qu'une grande dureté, avec une haute résistance à la rupture et une tenacité remarquable,
ainsi qu'une conductibilité électrique élevée par rapport à celle des alliages binaires connus du glucinium avec l'un ou l'autre des métaux de base mentionnés.ci-dessus. Il a été trouvé que ces propriétés sont encore accrues par des traitements, par exemple de trempe et de recuit, effectués dans certaines conditions.
Il semble que la substance métallique d'addition par exemple le vanadium pour le 'cuivre et le molybdène pour le nickel - joue le rôle de diffuseur, d'homogénéisateur ou de solubilisateur pour le glucinium ou pour les composés
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définis qui peuvent se former. Cette hypothèse paraît pouvoir trouver une justification dans les travaux des auteurs cités plus haut. Il semble notammentque la structure cristalline géométrique corresponde, dans ces alliages - surtout lorsqu'ils ont subi des' traitements comme indiqué ci-dessus - à la structure cristalline géométrique du métal de base.
Les études faites po@ la demanderesse l'ont amenée à constater que convenaient pour la constitution d'alliages du type mentionné ci-dessus, les métaux de base possédant l'analogie chimique et cristallographique que présentent entre eux le nickel, le cuivre, le fer, l'aluminium, l'argent, etc.
Elle a constaté également que les substances métalliques propres à jouer le rôle de diffuseurs, d'homogénéisateurs ou de solubilisateurs étaient des substances métalliques plus oxydables que le métal de base auquel elles devaient être alliées et possédaient, par rapport aux métaux de base, une analogie du point de vue de leur système cristallin et des dimensions du réseau cristallin.
Compte tenu des découvertes, constatations, remarques et hypothèses énoncées ci-dessus, l'invention consiste en des alliages formée : a) d'un métal de base tel que le cuivre, le nickel, le fer, l'aluminium ou autre métal présentant avec ceux-ci une analogie chimique et cristallographique;
b) de glucinium dans une proportion faible, notamment de 1,3 % à 2,6 % par rapport au poids
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total de l'alliage et c) d'une substance métallique diffusante, homogénéisatrice et solubilisatrice du glucinium, telle que le vanadium, le molybdène, le targstène, le tantale, l'uranium, le titane (qui jusqu'ici navait été utilisé que pour remplacer partiellementdu glucinium), le chrome ou d'autres substances métalliques ayant des analogies cristallographiques avec le métal de basa, ces substances métalliques étant présentes dans une proportion minima de 0,1 %, pratiquement de préférence d'au moins 0,2 %, sans cependant dépasser la proportion; indiquée par l'expérience, qui ,,,,,,,rait un effet préjudiciable.
On a également trouvé, conformément à l'invention, qu'il estpossible d'obtenir des alliages de glucinium de haute qualité en utilisant comme substance métallique diffusante, homogénéisatrice et solubisatrice, du zirconium. On peut obtenir, en particulier, au moyen de cet élément, des alliages parfaitement homogénéisés à base de Cu et de Be, de Ni et de Be, d'Al et de Be, de Fe et de Be, dans lesquels l'élément Be figure avec les pourcentages indiqués ci-dessus. En effet, on sait que le Zr estallotropique sous les deux formes± et)(3 de symé- trie appelées respectivement "à face hexagonale et droite" et à "face cubique centrée dans l'espace" (R. Vogel.2. enorg. alleg. CH. Bd 202, 1931, 292/96 - W.g. Burgers id.
Bd 205, 1932, pages 81/86). C'est dans cette possibilité de transformation de la symétrie moléculaire que réside probablement la facilité que possède le Zr de former des
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solutions solides avec des métaux de groupes très divers, lorsqu'il est introduit en proportion minime, ou des composa métalliques ou eutectiques bien caractérisée en réunissant ces composés à d'autres métaux. Le zirconium peut être ajouté aux substances diffusantes, homogénéisatrices et solubilisatrices mentionnées ci-dessus, ou remplacer partiellement ou totalement les dites substances.
L'invention consiste en outre à améliorer encore les qualités des alliages de glueinium sus définis en leur faisant subir un ou des traitements physiques, comprenant par exemple des opérations de trompe et de recuit, qui accentuent la diffusion du gluoinium ou de ses composas métaltiques définis, et par conséquent l'homogénéisation de l'alliage.
L'invention a enfin pour objet les alliages cidessus à l'état traité aussi bien qu'avant traitement, ainsi que tous objets fabriqués au moyen des dits alliages, que ces objets aient ou non subi les traitements physiques précités.
Les alliages conformes à l'invention apportent un progrès technique considérable à la fabrication des ressorts, aiguilles et tous autres objets ou articles qui nécessitent notamment un maximum d'élasticité même sous des efforts mécaniques très élevés, avec une grande dureté ainsi qu'avec une oxydabilité très réduite et une grande facilité de fabrication sans oxydation importante.
On obtient notamment des alliages, par exemple
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à base de cuivre ou de nickel, qui possèdent une très haute résistance mécanique soit en pièces fondues, soit en pièces usinées. Ces alliages ont une très haute dureté, une consommation par usure minime et peuvent donc servir, entre autres, pour des coussinets à billes ou à rouleaux, des supports, des ressorts, par exemple des ressorts à lames, etc.
Les alliages conformes à l'invention, par exemple les alliages Ni-Be-Mo- et Cu-Be-Va possèdent des propriétés mécaniques et électriques extrêmement élevées, et se prêtent à une bonne trempe après chauffage à une température sensiblement plus basse que pour les alliages de glucinium usuels, ce qui présente l'avantage d'atténuer et de supprimer pratiquement le risque de se rapprocher de la température de fusion ou de désagrégation de l'alliage. Le métal solubilisateur, par exemple le vanadium incorporé au cuivre ou le molybdène incorporé au nickel, a pour effet à cet égard d'abaisser la température nécessaire pour assurer l'intersolubilisation des constituants de l'alliage.
On avait déjà fabriqué et utilisé des alliages au glucinium, -par exemple des alliages nickel-glucinium pour la fabrication de ressorts, aiguilles ou autres objets très minces, mais l'on n'avait pas évité le risque, en raison de la finesse des objets, de provoquer des "brûlures" de l'alliage pendant les opérations de trempe. De même on avait fabriqué des alliages nickel-glucinium oomportant
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l'addition, en proportion élevée, d'un autre métal, tel que le titane, mais les teneurs en glucinium et titane étaient très considérables, et de ce fait, ces alliages étaient très coûteux et très oxydables, ainsi que cassants.
Le titane, en effet étant, dans tous les alliages connus, utilisé en remplacement partiel de glucinium, est toujours en excès par rapport à la quantité nécessaire pour l'utilisation envisagée, et l'excès de titane exerce un effet
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préjudiciable complé.te;ie:7- d':'i'rér8n'i de l'effet du. métal solubilisateur utilisé ccnformémen-'j à l'intention.
L'invention permet au contraire d'obtenir des alliages qui, tout en ne comportait que des proportions relativement très faibles de glucinium ei; de métal addition-
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nel, présenten-:1@ des dure'es très supérieure" à celles des alliages connus . C'estainsi, par exemple, que l'on a pu constater pour dos alliages Ni-Bo-Mo une dureté Brinell de près de 500 avec un recuit- à 500 environ, alors que des alliages connus Ni--Be présentaient au ples une dureté Brinell d'environ 400 avec un recuit 6. 550 .
Dans le cas des alliages conformes à l'invention à base de nickel, la proportion de glucinium est comprise entre 1,3 et 2,6 %, mais de préférence entre 1,4 et 1,7 %, et la proportion de molybdène est de préférence supérieure à 0,3 % et peut même être élevée jusqu'à 1 %.
Dans le cas des alliages à base de cuivre, la
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proportion de glucirium étant comprise entre 1.3 et 2,6 %f la proportion de vanadium est comprise avantageusement
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entre 0,2 et 0,5 % de vanadium.
En dehors du métal de base, du glucinium et du métal solubilisateur, ces alliages peuvent contenir en outre divers éléments en très faible proportion ; onpeut, en particulier, ajouter du -.,-or, dans une proportion en tout cas inférieure à 4 %, pour conférer à l'alliage une très grande fluidité à la coulée. Ce n'est que dans le cas des alliages conducteurs qu'il est préférable de s'abstenir d'ajouter du fer.
Les alliages conformes à l'invention, par exemple les alliages Cu-Gl-Va, présentent également des qualités très accrues et même notamment, pour les alliages conducteurs, une ccnductibilité électrique très accrue,. lorsqu'ils ont été soumis à des traitements physiques tels que mentionnés ci-dessus, par exemple des traitements thermiques de trempe et de recuit, qui assurent leur par- faite homogénéisation.
Par exemple, un alliage connu composé de cuivre, glucinium (2,19 %) et fer (0,24 %) trempé à l'eau après chauffage à 810 et recuit à 275 pendant 6 heures présen- tait une conductibilité électrique, à 25 , de 29,8 % de celle du cuivre pur à 25 et à 75 de 28,4 % de celle du cuivre pur à 75 .
Par contre un alliage contenant, en plus du cuivre, 2;15 % de glucinium et 0,21 % de vanadium, ainsi que 0,21 % de fer, trempé à l'eau après chauffage à 795 , recuit à 300 pendant une heure et refroidi rapide- ment, puis recuit à nouveau à 290 pendant 5 heures, a pré@
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senté une conduetibilité électrique à 25 , de 32,8 % de celle du cuivre pur à 25 o et à 75 de 50,6 % de celle du cuivre pur à 75 .
Dans le cas des alliages eonformes à l'invention à base de fer, pour ebtenir une dureté très haute et une forte ténacité et également une grande résistance à l'action des acides, on ajoute au fer du glucinium en proportion de 1 % à 3 % (pouvant même descendre dans ce cas particulier jusqu'à 0,2 %) avec un métal homogénéisateur et- durcissant tel que Mn, Mo, Tu, Va, Cr, Ni, en proportion de 0,2 à 3 %. On fait subir à cet alliage un chauffage à une température de 800 à 1050 C, suivi -d'un¯refroidisse- ment brusque dans l'eau par exemple, puis un recuit à une température de 300 à 4500 C pendant une à douze heures, ce traitement étant éventuellement répété.
Dans le cas des alliages à base d'aluminium contenantdu glucinium, on peut obtenir par l'effet d'un métal solubilisateur, des types d'alliages ayant des qualités du même genre ou même meilleures que celles des alliages réputés à base d'Al et de Mg. Par exemple, on ajoute à l'Al du Gl en proportion de 1% à 3 % (pouvant également descendre dans ce cas particulier jusqu'à 0,2 %) avec un métal homogénéisateur et durcissant, tel que cuivre, zinc ou tantale, en proportion normalement supé - rieure à 0,8 %;
ces alliages d'Al peuvent contenir également sans inconvénient du Ni, du Fe, du Mn en proportion variant entre 0,2 et 2 %. On fait subir à cet, alliage un
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chauffage à une température de 470 à 515 C, suivi d'un refroidissement brusque dans l'eau ou dans l'air soufflé, puis on recuit à une température de 160 à 1900 C pendant une à 10 houres, ce traitement étant éventuellement répété.
De même, les alliages comportant du Be et du Zr, convenablement traités suivant la présente invention, possèdent, en plus du degré élevé d'homogénéité du réseau cristallin, une dureté supérieure à celle qui peut être obtenue par la seule présence du Be dans la composition de l'alliage;
cette dureté est naturellement plus ou moins grande suivant la ten@@ en Zr, à condition que celui-ci soit contenu en quantités qui ne soient pas supérieures à 1 % ni inférieures à 0,3 %, En particulier dans les alliages de Be à base de Cu, de même que dans ceux à base de Ni,'l'introduction d'environ 0,5 % de Zr respectivement aux lieu et place de vanadium et de molybdène, donne, après la trempe et l'adoucissement (revenu) une dureté d'au moins 10 % supérieure à celle d'un alliage analogue sans Zr, tandis que l'on observe simultanément une amélioration de tous les caractères liés à l'homogénéité du réseau cristallin, comme la conductibilité électrique et l'élasticité.
Dans les alliages de métaux légers avec le Be, le Zr peut remplacer utilement les métaux tels que le Ou, le Zn, le Ta et en outre aussi le Mn, le Mo, le Va, le Cr et le Co pour leur homogénéisation et leur durcissement, en utilisant jusqu'à la limite qui serait tolérée par la formation d'une solution solide avec l'élément
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constituant le métal léger de base. Dans les alliages ferreux de Be, le Zr, en proportion très inférieure à celle qui serait nécessaire pour le Ti, peut remplacer cet élément et augmente dans l'alliage la possibilité d'absorption de l'azote.
Les caractéristiques maxima des alliages composés de métaux tels que le Cu, le Fe, l'Al, le Ni, de Be, et de Zr, sont obtenues en soumettant ces alliages à des traitements thermiques analogues à ceux qui ont été indiqués précédemment pour chaque cas particulier.
La proportion de métal hcmogénéisateur peut être augmentée, dans nombre de cas, bien au-dessus de celle strictement nécessaire pour obtenir l'effet d'homogénéisation voulu, povrvu qu'elle n'occasionne pas d'effets préjudiciables par ailleurs. C'est ainsi que, par exemple, dans le cas d'alliages Al-Cl, la proportion de cuivre peut être portée jusqu'à 10 %,, sans nuire à l'homogénéisation de l'alliage.
Aux dessirs ci..joints, on a donné divers diagrammes relatifs à des caractéristiques d'alliages conformes à l'invention, plus particulièrement d'alliages à base de nickel et à base de cuivre.
Dans ces dessins :
Fig. lest un Ciagraminc courbes de dureté de deux alliages Ni-Be-Mo;
Fig. 2 et 3 sont des diagrammes des courbes de dureté de chacun de ces deux alliages respectivement, après traitement de trempe et de recuit;
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Fig. 4 est un diagramme de courbes de réais- tance à la traction de l'un de ces alliages une fois recuit;
Fig, 5 est un diagramme de la courbe de dureté d'un alliage à base de cuivre en fonction de la tempéra- ture de trempe;
Fig. 6, 7 et 8 sont des diagrammes de courbes indiquant les caractéristiques (en particulier d'allonge= mont}, en fonction de la durée du recuit, de trois allia- ges différents à base de cuivre;
Fig. 9 est un diagramme donnant la courbe de la dureté d'un quatrième alliage à base de cuivre en fonction de la température de trempe;
Fig. 10,11, 12 et 13 sont des diagrammes des courbes de dureté, en fonction de la durée du recuit, des quatre alliages à base de cuivre en question;
Fig. 14 et 15 sont des diagrammes de résultats d'essais mécaniques comparatifs effectués sur des alliages connus et sur des alliages à base de cuivre conformes à l'invention .
Les courbes moyennes de dureté, après trempe qui sont représentées à la Fig. 1 se rapportent aux deux alliages suivants : - alliage nickel-molybdène normal (désigné au dessin par l'abréviation "N.M."): Gl : entre 1,4 et 1, 6 %
Mo : entre 0,3 et 0,5 %
Ni :reste
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- alliage nickel-molybdène dur (désigné au dessin par l'abréviation "N.M.D."): Gl ; plus de 1,6% et particulièrement1,7 % %la ; entre 0,3 et 0,5 %
Ni : res'ce
Ces alliages ont été chauffés à 1.000 pendant 45 minutes, trempés à l'eau, puis recuits à 485 pendant 10 heures environ, pour chtenir des alliages encore durs, ou pendant 15 heures pour leur conférer également plus de ténacité.
On a representé les variations de la dureté Brinell # (ordonnées ) en fonction de la température ((abcisses ).
Les courbes moyenne:: de dureté des Fig. 2 et 3 s'appliquent respos sivement au:; deux alliages ci-dessus base de nickel., désigné;? par les abréviations "N.M.D." et "N.M.". Ces courbes donnent les variations de la dureté après recuit, pour différentes températures, en fonction ctes durées de recuit; indiquées on heures h (abcisses).
A la Fig. 4, on a indique pour l'alliage "N.M." les variations de l'allongement désigné par "A %Il (traits continus et petits traits) et de la résistance à la trac- tion correspondant à la charge de rupture désignée par "R" en Kgs par mm2, ;':raits discontinus et mixtes) pour diverses températures en fonction des durées de recuit, indiquées en heures h.
A la Fig. 5 on a donné les courbes de dureté Brinell obtenues après trempe et recuit, en fonction de la température de recuit d'une partsur un alliage connu à
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base de cuivre contenant 2,la % de glucinium, le reste étant du cuivre, et d'autre part sur un alliage à base de cuivre "solubilisé", conforme à l'invention, contenant une proportion de glucinium n'excédant pas 2 %, et 0,3 % de vanadium, le reste étantdu cuivre ; ce dernier alliage Cu-Cl-Va a été désigné au dessin par l'abréviation "A.N.", se rapportant plus particulièrement à la composition suivante :
Glucinium : entre 1,9 et 2,1 %
Vanadium : entre 0,2 et 0,3 %
Cuivre :
reste
Les courbes de fig. 5 permettent de se rendre compte de la plus grande amplitude de variations possible pour la température de recuit correspondante.
A la Fig. 6 cn a représenté les courbes donnant les variations, en fonction des durées de recuit en heures (h), de la résistance à la traction, désignée par "R", en kgs par mm2, et de l'allongement, désigné par "A %", ces courbes se rapportant à un alliage de cuivre-gluciniumvanadium qui est un alliage tendre, désigné au dessin par l'abréviation "A.T.", ayant la composition suivante :
Glucinium : entre 1,6 et 1,8 %
Vanadium : entre 0,2 et 0,3 %
Cuivre :
reste
Cet alliage a été trempé dans l'eau après chauffage à 795 pendant 15 minutes, puis recuit à 295 pendant cinq à six heures.
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La fig. 7 donne les courbes correspondantes qui
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se rapportent à l'allège cuivre-glucinium-vanadium, té- signé au dessin par l'abréviation "A.N." et contenant, comme indiqué ci-dessus Glucinium entre @,9 et 2,1 %
Vanadium :
entre 0,2 et 0,3 %
Cuivre reste
Cet alliage a été trempé dans l'eau après cha@@
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iage à 785 pendant 20 1(.:":J...1t03o pais recuit t 295'J C pen- dant cinq à six heures -
Les courbes correspondantes de la Fig. 8 se rapportent à l'alliage cuivre-glucinium-vanadium;, constituant un alliage dur, désigné au dessin par l'abré- viation "A.D.", contenant : Glucinium : enire 2,4 et 2,6 % Vanadium : entre0,23 et0,33 %
Cuivre: : reste
Cet alliage a été trempé dans l'eau après chauf- fage à 780 pendant 20 minutes, puis recuit à 295 pendant deux à trois heures.
La courbe donnée à la Fig. 9 représente les variations, en fonction de la tampérature de recuit, de
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la dureté de l'alliage suivant de cuivre-giucfl.n1u1n-vanadi,ui, désigné comme ft.C.5.JI::::' CC'"î,:'n sous l'abréviation "A.C. et constitué, avec adjonction de fer pour augmenter la fluidi- té à la coulée, par
Glucinium : entre 1,3et 1,5 %
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Vanadium ; entre 0,35 et 0,5 %
Fer : entre 3 et 4 %
Les courbes données aux Fig. 10, 11, 12 et 13 replantent les variations de la dureté - en fonction de la durée du recuit - respectivement pour chacun des alliages définis ci-dessus, désignés sous les abréviations : alliages "A. T.", alliage "A. N.", alliage "A. D." et alliage "A.C.".
Les courbes données aux Fig. 14 et 15 représentent les variations comparatives des allongements permanents constatés sur des ressorts d'essieux (ressorts en spirale), d'une part faits de fils en "alpax", en laiton, en bronze au phosphore, en acier mi-dur (Fig. 14/A-B-C-D-E- étirage de 70 à 100 m/m) et d'autre part pour des fils de ressorts analogues en bronze au glucinium solubilisé constitué par un alliage Cu-Gl-Va du type "A. N.", en bronze usuel au glucinium, constitué par un alliage Cu-Gl à 2,07 % de Gl., et un acier "harmonique" ou acier fin pour fils de violons et pianos (Fig. 15/X-Y-Z- étirage de 70 à 120 m/m).
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.