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Il Perfectionnements aux alliages nickel-cuivre "
La présente invention est relative aux alliages constitués, de manière dominante, par du nickel et du cuivre ; est particulièrement applicable, bien qu'elle ne soit pas limitée à ce cas, aux alliages contenant 66% environ de nickel et 30% environ de cuivre et qui sont des alliages naturels en ce sens qu'on les obtient lors du raffinage de certains minerais.
L'addition d'aluminium aux alliages nickel-cuivre améliore certaines de leurs propriétés physiques, la quantité ajoutée étant habituellement de l'ordre de 4 %. De plus, on améliore encore ces propriétés, et en particulier la résistance et la dureté, en soumettant les alliages contenant de l'aluminium à un traitement thermique approprié du type du durcissement par vieillissement ou du durcissement par reprécipitation.
Dans le brèves français n 729.125 du 31 décembre 1931, la demanderesse a décrit l'addition de 1 à 10 % de titane
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aux alliages de nickel, y compris les alliages nickel-cui- vre, pour rendre lesdits alliages susceptibles d'être durcis par traitement thermique et elle a proposé d'ajouter également de l'aluminium comme second agent de durcissement.
La présente invention est fondée sur cette découverte qu'une amélioration inattendue des propriétés des alliages nickel-cuivre-aluminium contenant des quantités relativement petites d'aluminium peut être obtenue si de petites quantités de titane et de carbone sont contenues da'ns les alliages.
Conformément à l'invention, la composition des alliages est la suivante :
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<tb>
<tb> Nickel <SEP> 50 <SEP> à <SEP> 85 <SEP> % <SEP>
<tb> Cuivre <SEP> 45 <SEP> à <SEP> la <SEP> % <SEP>
<tb> Aluminium <SEP> 2 <SEP> à <SEP> 4 <SEP> %
<tb> Titane <SEP> au <SEP> moins <SEP> 0,25 <SEP> %, <SEP> mais,
<tb> moins <SEP> de <SEP> 1 <SEP> %
<tb> Carbone <SEP> 0,05 <SEP> à <SEP> 0,3 <SEP> %
<tb>
Les alliages, comme sensiblement tous les alliages du commerce, contiennent aussi généralement des impuretés telles que le cobalt, le silicium, le manganèse , le fer, le soufre et le phosphore .
Ils peuvent contenir paiement du silicium, du manganèse et du fer en quantités alpérieures à celles pour lesquelles ces éléments constituent de simples impuretés : autrement dit, l'alliage peut être formé d'une composition de base telle que celle définie plus haut et il peut contenir aussi un ou plusieurs des corps suivants : silicium, manganèse et fer, dans les proportions suivantes dans l'alliage final : silicium de 0,05 à 1 % (de préférence de 0,2 à 0,4 %); manganèse de 0,05 à 2 % (de préférence de 0,25 à 0,5 %); fer de 0,05 à 10 % (de préférence de 0,2 1 % ). La présence du magnésium doit être évitée, car ce corps réduit la ductilité des alliages à chaud.
Les propriétés améliorées sont développées dans les alliages par un traitement thermique du type du durcis-
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sement par vieillissement. Les traitements actuelle ment appliqués pour durcir par vieillissement les alliages nickel-cuivre-aluminium, tels que les traitements décrits dans le brevet britannique 250.194, peuvent être appliqués aux alliages faisant l'objet de l'invention, mais il est préférable d'appliquer des traitements comportant un re- froidissement lent contrôlé qui seront décrits ci-après.
L'aluminium et le titane existant dans les alliages sont considérés comme éléments principaux dans le processus de durcissement par vieillissement,tandis que le carbone et, dans une certaine mesure, le silicium, sont considérés comme éléments secondaires dans le processus en question.
Le fer et le manganèse n'affectent en apparence que l'alliage de base. La teneur en titane est critique. Pour qu'ils aient une valeur industrielle, les alliages doivent être capables d'atteindre, par traitement thermique, une dureté minimum d'environ 265 à 300 Brinell sans travail à froid et ils doivent posséder une ductilité satisfaisante à chaud.
Le titane, en quantités inférieures à 0,25 %, donne des duretés qui ne sont pas sensiblement supérieures excelles obtenues avec une matière contenant da l'aluminium seulement. Un alliage contenant environ 2,75 % d'aluminium et 0,50 % de titane atteint facilement des duretés élevées de valeur industrielle . Avec des teneurs décroissantes en aluminium, la teneur en titane doit être augmentée. Toutefois, la teneur en titane ne doit pas être de 1 % ou plus parce que, avec une teneur aussi élevée, les alliages manifestent une tendance au phénomène connu sous le nom de fendillement au centre ("centre splitting") pendant le laminage en petites barres, etc., ce phénomène étant une manifestation de la faible ductilité à chaud.
On obtient un très petit avantage avec une teneur en titane supérieure à 0,75 % . La teneur préférée en titane est comprise entre 0,4 et 0,75 % , avec une teneur en aluminium comprise entre 2,3 et 3,4 %. Dans cette gamme de valeurs, il est préfé-
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rable de rester entre certaines limites pour l'obtention des meilleurs résultats; les alliages préférés ont la composition de base suivante : nickel de 63 à 70 %; cuivre de
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33 à z6 y;alutainium de 2,7 a 5,1)1 ; titane de 0,4 È1. 0,6 ;ô; carbone de 0,13 à 0,20 %.
Voici des alliages types :
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Nickel : 66,14% : 6ô,10% : t 56,45À . G4,6G% Cuivre : 29,83% : 29,69% : 29,26% : 50,07% Aluminium : 2;88% : 2,92% : 2,74% : 2,68% Titane 0,55% : O,51% : O,51% : 0,49%
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<tb>
<tb> Carbone <SEP> 0,14% <SEP> : <SEP> 0,18% <SEP> : <SEP> 0,13% <SEP> : <SEP> 0,14%
<tb> Silicium <SEP> : <SEP> 0,26% <SEP> : <SEP> 0,20% <SEP> : <SEP> 0,31% <SEP> :
<SEP> 0,26%
<tb>
Le carbone joue un rôle important dans l'obtention des propriétés physiques améliorées, bien qu'il ne soit pas aussi important que le titane et l'aluminium. On préfè- re par suite maintenir la teneur en carbone la va leur la plus élevée possible, sans sacrifier la malléabilité à chaud, étant nonne que les teneurs élevées en carbone augmentent la résistance mécanique et la durotê. Alors que le carbone est extrêmement nuisible dans les alliages nickelcuivre à haute teneur en titane, il est extrêmement avanta-
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geux dans un produit préparé conformément la présente invention.
Il n'est pas nécessaire de tremper les alliages faisant l'objet de l'invention avant le vieillissement (et de préférence on ne les trempe pas) à l'effet de les rendre susceptibles de durcir par vieillissement. Habituellement, les alliages ne sont trempés que si l'on désire qu'ils soient doux, c'est-à-dire pour les empêcher de durcir par vieillissement pendant le refroidissement qui suit le travail à chaud ou les opérations de recuit. Les alliages durcissent sensibleuent jusqu'à la même valeur finale,qu'ils aient été ou non soumis une trempe ou une opération quelconque de refroidissement rapide pendant une phase quel-
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conque du procédé.
Pour des raisons de commodité, afin de rendre la matière douce et facile à dresser, à ébarber, à raboter et à rectifier et pour supprimer le risque de formation de cassures ou de criques pendant le réchauffage, on trempe généralement lesbarres, billettes, blooms, après chaque opération de travail à chaud. En général, les objets faits au moyen des alliages subissent un traitement thermique destiné à produire le durcissement par vieillissement après fabrication; toutefois certains objets peuvent subir le traitement thermique avant les opérations finales. Par exemple, des fils élastiques fins peuvent être étirés à froid après le traitement thermique de durcissement,parce que cette opération développe les propriétés physiques les plus accentuées qu'il soit possible d'atteindre dans la matière.
Ce mode opératoire produit également une matière finie avec un lustre plus marqué que celui qui peut être obtenu avec une matière subissant le traitement thermique après étirage à froid. L'usinage de finition peut également être exécuté après le traitement thermique lorsqu'on veut supprimer tout changement de couleur et tout gauchissement se produisant pendant le traitement thermique. La matière ayant subi le traitement thermique peut être ensuite usinée, estampée ou faire l'objet d'une opération de fabrication chaque fois que cela est nécessaire.
Le traitement thermique préféré consiste à maintenir l'alliage pendant un temps compris entre une demi heureet seize heures à une température comprise entre 538 et 660 C, puis à le refroidir de manière continue à 482 C au moins, la vitesse de refroidissement ne dépassant pas 42 C par heure à une température quelconque supérieure à 593 C et ne dépassant pas 28 C par -Meure à une température quelconque inférieure à 593 C. De préférence, la vitesse de re- froidissement à une température quelconque inférieure à
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593 C ne doit pas dépasser 14 C par heure.
Les meilleures propriétés semblant se développer par refroidissement à raison de 8 C par heure jusqu'à 593 C (en partant de la température la plus élevée), puis à raison de 2 C. par heure jusqu'à 426 C. L'amélioration des propriétés mécaniques avec la température décroissante est continue, bien qu'elle se fasse à une vitesse décroissante. C'est ainsi qu'une matière ayant la composition visée par la présente invention et qui a été refroidie lentement à 593 C conformément au traitement thermique perfectionné, aura des propriétés supérieures à celles que l'on aurait obtenues si le refroidisse- ment lent s'était, terminé à 540 C par exemple.
Au-dessous de 426 C, l'amélioration des propriétés est si lente que, pour des raisons pratiques, le refroidissement lent est rarement continué au-dessous de cette température et qu'il est souventinterrompu vers 482 C. On peut tre.lper, refroidir à l'air ou refroidir àune vitesse convenable quelconque l'alliage à partir de la température finale, par exemple de 426 C jusqu'; la température ambiante. Une opération de trempe exécutée après le traitement de durcissement réduit le temps total consacré au traitement thermique.
La température initiale du traitement perfectionné de vieillissement et le temps nécessaire sont considérablement affectés par l'état de travail à froid de la manière à traiter. En gênerai, il est préférable d'adopter des températures initiales d'autant plus basses que le degré de travail à froid est plus grand. Ainsi, un alliage qui se trouve à l'état doux, c'est-à-dire laminé chaud, recuit ou légèrement travailléfroid, acquiert des propriétés voisines du maximum si on le maintient pendant un laps de temps compris entre une demi heure et deux heures une température d'environ 650 C, si on le refroidit à 593 C à raison de 28 C par heure et si on le refroidit ensuite jusqu'^. environ 450 C à raison de 14 C ou moins[par heure .
Un alliage ayant subi
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un degré modéré de travail à froid, comme c'est le cas d'une bande trempée demi-dure, d'une barre étirée à froid, etc.., acquiert des propriétés voisines du maximum lorsqu'il est maintenu à 580 C enyiron pendant de huit à seize heures, puis refroidi à raison de 14 C ou moins par heure jusqu'à 430 0 environ. Bien que ce procédé convienne particulièrement pour une matière modérément travaillée à froid, d'excellents résultats sont également obtenus avec des matières laminées à chaud et recuites, c'est-à-dire avec des matières quiont été finies à une température suffisamment élevée pendant le laminage à chaud ou qui sont à l'état doux pouvant être obtenu par trempe à partir de 760 C ou d'une température plus élevée.
Un alliage ayant subi un travail à froid important, comme c'est le cas du fil et des bandes à ressorts,acquiert des propriétés voisines du maximum lorsqu'il est maintenu à une température voisine de 550 puis refroidi de la même manière que l'alliage modérément travaillé.
Les propriétés des alliages nickel-cuivre-aluminium qui sont améliorées, lorsqu'on les établit avec les compositions ci-dessus définies et qu'on leur fait subir le traitement thermique de la manière décrite , comprennent la ductilité lors du travail à chaud à gne température comprise entre 760 et 12600 C, et le maintien de la résistance mécanique et de la ductilité après exposition à une température élevée pendant de longues périodes de temps. La dureté et la résistance mécanique peuvent être augmentées de 10 à 15 % par rapport à celles des alliages nickelcuivre-alu- minium antérieurs. Les valeurs plus élevées de résistance à la traction sont obtenues sans réduction notable de la ductilité.
Les alliages laminés à chaud conformément à l'invention peuvent être durcis par vieillissement jusqu'à 265 Brinell au moins,une valeur de 300 Brinell environ étant une valeur moyenne. La matière étirée ou laminée à froid,en sections plus petites,par exemple jusquà 25 mm. environ
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d'épaisseur en coupe, atteint en général une dureté Brinell de 325 ou davantage lorsqu'elle a subi le traitement ther- mique de la manière décrite, mais des sections plus grandes laminées à froid ne donnent pas une dureté beaucoup plus élevée que les mêmes sections lorsqu'elles sont laminées à chaud.
Comme exemple de l'amélioration de la ductilité à chaud, on indiquera qu'un alliage établi conformément à l'invention possède une gamne de malléabilité 2 chaud d'environ 450 C, tandis qu'un alliage ayant pratiquement la même composition, mais sans aucune addition de titane, ne possède qu'une, gamne de malléabilité chaud d'environ moitié. Cette différence dans la malléabilité chaud représente la différence entre la matière qui n'est pas malléable du point de vue industriel et la matière qui est malléaole de ce point de vue.
Les alliages faisant l'objet de l'invention conviennent pour la fabrication d'objets très divers comprenant les rouleaux et les billes de roulements, les roulements et les chemins pour ceux-ci, les chaînes à rouleaux, les pièces embouties et les tirants non magnétiques pour la construction des aéroplanes, les sièges de soupapes et les autres organes de soupapes, les tiges de pistons, etc., les manchons de tiges de pistons, les pistons de pompes pour pressions et températures élevées, les plongeurs,les aubes de turbines, les aubages de diaphragmes de turbines,des rondelles de blocage, des fils et dos écrous, des outils,des lames coupantes;
etc.., des épingles et des aiguilles, des ressorts et autres organes élastiques,des pièces d'ins-
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truments pour :.iérop1zlnes,âes tuycres pour brcleurs, des tiges, barres, feuilles, bandes, fils, barres profilées, etc..