<Desc/Clms Page number 1>
"PROCÉDÉ POUR AUGMENTER LA LIMITE D'ETIRAGE DES ALLIAGES COULES A HAUTE TENEUR EN MAGNESIUM"
Pour toutes plaças moulées devant conserver leurs dimensions exactes sous un effort mécanique, la limite d'étirage est, en dehors des propriétés continues, celle des qualités dont dépend au premier chef la charge admissible.
Des déformations plastiques en service sont notamment inadmissibles, même au plus faible degré, quand on emploie les alliages de métaux légers pour'la fabrication de pièces de moteurs d'avion et autres moteurs de véhioule. En augmentant la limite d'étirage du matériau employé, on peut ainsi accroître la charge admissible et, par conséquent, réduire le poids de la construction.
Pour de nombreux alliages, la question teohnique d'une amélioration des qualités mécaniques des pièces coulées a été résolue de manière satisfaisante en raison de leur aptitude aux traitements thermiquesaméliorants. Toutefois, bien
<Desc/Clms Page number 2>
que dans le domaine des alliages d'aluminium ces procédés des de traitement améliorant aient donné somme toute/résultats satisfaisants, le traitement thermique des alliages de magné- sium coulés n'a guère réalisé jusqu'ici les résultats escomptés.
Actuellement on n'emploie en pratique pour les alliages de magnésium qu'un seul procédé de traitement améliorant, dans lequel on opère, comme première phase de traitement, un chauffage (dénommé chauffage de dissolution ou d'homogê- néisation) à une température de 400 C. ou un peu plus élevée, suivi d'un refroidissement ou d'un refroidissement soudain.
Comme deuxième phase, on peut procéder ensuite à un recuit opéré à une température moins élevée, avantageusement infé- rieure à 200 C.
Ce procédé en deux phases implique une série de ris- ques pour la pièce moulée. A la température élevée du chauf- fage de dissolution la pièce n'a sensiblement plus de ré- sistanoe et tend à se rétrécir si elle n'est pas soutenue de la manière la plus soigneuse. Le risque de brûlure du métal est déjà grand à cette température et doit être oom- battu par des mesures supplémentaires (bain de sel, atmosphè- re de gaz protecteur ou vide). Lors du refroidissement sub- séquent il se produit facilement des tensions internes et des fissures qui peuvent rendre inutilisable la pièce coulée.
En outre, on a trouvé que par suite de ce traitement thermique des zones microporeuses dégénèrent au sein du matériau et donnent ainsi lieu à la formation d'endroits défectueux de très faible résistance.
Le résultat final de ce traitement thermique est que, bien qu'on puisse obtenir en certains endroits de la pièoe des qualités de résistance très élevées, des résistances moy-
<Desc/Clms Page number 3>
ennes et faibles prédominent dans la partie restante de la pièce moulée. La gamme de variation de la résistance est ainsi trop étendue pour donner satisfaction. Le chauffage de dissolution et le refroidissement ne changent pratiquement pas la limite d'étirage. Celle-oi ne peut être augmentée que par un recuit subséquent.
L'invention a pour objet un procédé pour augmenter la limite d'étirage d'alliages coulés à haute teneur en magnésium, dont le magnésium est le constituant prépondérant et qui contiennent comme éléments additionnels du manganèse et de l'aluminium, ainsi qu'éventuellement du zinc, lequel procédé oonsiste à soumettra l'alliage à un simple recuit (vieillissement) à des températures comprises entre 100 et 300 C. Le traitement thermique à des températures aussi peu élevées laisse la résistance du métal pratiquement inchangée, et l'allongement diminue même un peu; en revanche la limite d'étirage s'en trouve notablement augmentée.
Par suite, à la différence du procédé en deux phases déorit ci-dessus, on renonce intentionnellement, suivant l'invention, à une augmentation de la résistance, qui ne peut en effet être produite uniformément par un chauffage de dissolution et un refroidissement subséquent et qui implique par surcroît le risque d'un très grand pourcentage de pièces de rebut, et on augmente am lieu de cela par un procédé simple, sur et peu coûteux la limite d'étirage considérée comme étant la qualité la plus importante au point de vuedu choix de la charge admissible.
Cet effet du traitement thermique peut être obtenu pour tous les alliages coulés usuels de magnésium au manganèse, qui contiennent en plus de 0,1 à 0,2% de manganèse 1 à 7% au plus d'aluminium ou un mélange de 1 à 7% d'aluminium et moins de
<Desc/Clms Page number 4>
4% de zinc. On peut aussi y allier de plus petites quantités d'autres éléments pour autant que cela ne change pas le carac- tère fondamental des alliages et l'influence de l'addition de manganèse et d'aluminium (et éventuellement de zinc) dans les limites oitées. C'est ainsi qu'une faible proportion d'antimoine ou de bismuth, ou de ces deux métaux, peut servir à améliorer les qualités anti-oorrosives.
On sait déjà que des alliages à haute teneur en magnésium qui contiennent plus de 0,5% de préférence plus de 1% de manganèse, sont remarquablement améliorés au point de vue de la limite d'étirage et améliorés de manière assez sensible au point de vue ae la dureté, par un traitement thermique opéré à des températures comprises entre 250 et 500 C., de préférence entre 300 et 400 C., pendant une durée de 1 à 40 chose heures, da préférence 1 à 24 heures. On prétend la même/pour les alliages à haute teneur en magnésium qui, outre plus de 0,5% de manganèse (laquelle quantité correspond à l'équilibre de dissolution à la température ordinaire) contiennent encore un autre métal additionnel ou plusieurs autres métaux addition- nels.
On suppose que ce traitement thermique a pour effet de séparer le manganèse sous la forme élémentaire . Des oondi- tions spéciales se présentent quand le métal additionnel sup- plémentaire passe à l'état de solution solide à la température du traitement comme c'est le cas pour le zino, qui forme aveo le magnésium un euteotique fondant à 344 C. Une teneur de 3% en zinc exclusivement n'exerce pas d'effet durcissant quand on chauffe à 320 C. l'alliage binaire de zino-magnésium et ne provoque qu'une très légère augmentation de la limite d'étirage.
Toutefois, en présence de 1,5% de manganèse, la dureté Brinell est augmentée de 37 à 42 et la limite d'étirage à 0,1 est
<Desc/Clms Page number 5>
augmentée de 3,85 à 5,46 kg/mm2, et on peut encore améliorer notablement cet effet en opérant ensuite un chauffage à une température moindre (par exemple 150 à 200 C.) pour séparer à nouveau l'excédant de zinc par rapport à la quantité correspondant à l'éqnilibra de dissolution, ou une partie de cet excédent.
Ce procédé oonnu est basé sur la supposition qu'il faut opérer un chauffage à 250-500 C. - de préférence 300 C - pour assurer une augmentation de la limite d'étirage par séparation du manganèse, peu importe que l'alliage contienne ou non encore d'autres métaux, et que même ces températures relativement élevées ne provoquant l'effet voulu que lorsque l'alliage contient plus de 0,5% de manganèse, de préférence 1,0% de manganèse. Dans le cas du zinc, à la température provoquant la séparation du manganèse, il passe en même temps en solution solide une certaine quantité de zinc dont'unpartie doit avantageusement être séparée à nouveau par un traitement thermique à une température moindre.
Dans le présent procédé, on stimule manifestement la séparation du manganèse, pour autant que l'effet voulu doive être obtenu par une telle séparation, par la présence de notables quantités d'aluminium (ou d'aluminium et de zinc), dans une mesure telle que la séparation se produise à des températures inférieures à 250 C., de préférence à 1750 ou même en-dessous, même quand la teneur en manganèse n'atteint pas 0,5%, si bien qu'on évite les effet défavorables d'un traitement thermique opéré à des températures plus élevées.
A cette température plus basse se produisent en outre, en même temps, des changements d'état de l'aluminium (ou de l'aluminium et du zinc), qui amènent une diminution de la proportion
<Desc/Clms Page number 6>
de ces constituants à l'état de solution solide, sans que pour cela il faille procéder à un traitement thermique supplémentaire.
En outre, déjà immédiatement après la coulée de l'alliage de oette composition, la limite d'étirage est notablement plus élevée, de sorte qu'on obtient par l'augmentation ultérieure de la limite d'étirage, produite par le traitement thermiqua des valeurs finales qui dépassent très notablement les résul- tats des procédés connus.
D'autre part on savait déjà que les alliages de magnésium contenant de l'aluminium jusqu' à concurrence de 12% (l'alumini- um est soluble dans le magnésium solide à la température eutec- tique de 435 C. jusqu'à concurrence de 11 à 12%) peuvent être homogénéisés par un chauffage de dissolution à des températures supérieures à 400 C., ce qui a pour effet d'augmenter la ré- sistance à la traction et la plasticité des alliages, tandis que la dureté Brinell et aussi la limite d'élastioité sont par contre diminuées.
Par un refroidissement soudain subséquent on vise à maintenir jusqu'à un certain degré l'état d'homogéné- ité de la solution solide, après quoi on peut finalement pro- voquer un notable durcissement de l'alliage par un traitement thermique opéré à une plus basse température (125 à 300 C) au cours duquel une partie de l'aluminium se sépare de la so- lution solide sous forme de cristaux très fins. (Il n'est point question d'un effet favorable de ce recuit sur les autres quali- tés, notamment la limite d'étirage). Ce procédé connu s'opère donc lui aussi en deux phases et présente ainsi les inconvénients cités au début de la présente description.
En outre, il est admis que pour une teneur en aluminium de 6% ou moins, le durcissement est insignifiant et qu'une amélioration ne commence qu'avec une teneur en aluminium de 8% pour atteindre son degré maximum à
<Desc/Clms Page number 7>
12%. Pour une teneur en aluminium de moins de 4% on n'a observé un durcissement que lorsque l'alliage oontenait en marne temps 4% de zino.
Il est vrai que dans ce procédé connu le chauffage préliminaire à des températures supérieures à 400 C. n'est pas posé comme condition indispensable de succès: on obtiendrait aussi des effets intéressants, encore que moins avantageux, au point de vue de l'augmentation de la dureté, en exposant la pièce coulée, immédiatement après son refroidissement naturel, à un chauffage à 125 à 30000. prolongé pendant une durée; appropriée. Toutefois, on reconnaît que ce n'est le cas que lorsque, en raison de conditions de refroidissement spéciales, une quantité suffisante d'aluminium demeure en solution solide.
Par ailleurs, il est reconnu que même en cas d'un alliage contenant 12% d'aluminium le durcissement se produisait beaucoup plus lentement que lorsqu'on employait le procédé en deux phases en chauffant à 420 C. et en provoquant ensuite un refroidissement à l'eau, et que la dureté finale restait en-dessous du résultat obtenu par le traitement en deux phases.
A la différence de ceci, on peut augmenter la limite d'étirage, ce qui est le but exclusif du présent procédé, bien qu'un notable durcissement de la pièce moulée ne se produise pas, en employant une teneur en aluminium allant jusque 7% et susceptible d'être abaissée jusque 2% (et même en-dessous de cette valeur.) Toutefois, dans ces conditions, le traitement en une phase entre 100 et 300 C n'atteint son but que lorsque l'alliage contient, en plus de l'aluminium (ou de l'aluminium et du zinc), du manganèse.
Que la séparation du manganèse oontribue ou non de manière sensible à l'augmentation de la limite d'étirage, c'est la présence de ce métal dans une pro-
<Desc/Clms Page number 8>
portion de 0,1 à 2% qui a pour effet que l'amélioration par- ticulière de l'alliage, qui fait l'objet de l'invention, se produit dans une très notable mesure déjà pour une aussi faible teneur en aluminium.
EXEMPLES D'EXECUTION:
1) On coule en sable des éprouvettes en baguettes de 12 mm. de diamètre au moyen d'un alliage à 6% d'Al, 3% de Zn et 0,3% de Mn, le reste étant du magnésium, et on recuit à 175 C. pendant deux jours. A la suite de ce traitement, la limite d'étirage à 0,1 augmente de 8,65 à 11,2 kg/mm2 et la limite d'étirage à 0,2 de 10,25 à 12,8 kg/mm2.
2) Des éprouvettes de 17 mm. de diamètre coulées au moyen d'un alliage à 4% d'Al, 3% de Zn et 0,3% de Mn, le reste étant du magnésium, indiquent une limite d'étirage à 0,1 de 6,1 kg/mm2 et une limite d'étirage à 0,2 de 7,55 kg/mm2. Après un traitement de recuit à 175 C. pendant 24 heures les grandeurs oorrespondantes sont respectivement de 7,8 et 9,45 kg/mm2.
3) On prend deux éprouvettes coulées ensemble au moyen d'un alliage à 3,5% d'Al, 2% de Zn, 0,2% de Mn et 0,3% de Sb, le reste étant du magnésium, et on détermine sur l'une les qualités mécaniques à l'état venu de fonte et sur l'autre les qualités mécaniques après un traitement thermique à 140 0.poursuivi pendant deux jours. La limite d'étirage à 0,2 est de 7,95 kg/mm2 à l'état venu de fonte contre 9,5 kg/mm pour l'éprouvette recuite.
La résistance et l'allongement de rupture sont respectivement de 19,8 kg/mm2 et 8% pour l'éprouvette venue de fonte et de 19,9 kg/mm2 et 6,5% pour l'éprouvette recuite.
4) Une éprouvette à 7% d'Al, 0,31 de Mn et 0,3% de Sb accuse une augmentation de la limite d'étirage à 0,1 de 8,4 à 9,8 kg/mm2 et de la limite d'étirage à 0,2 de 9,9 à 11,8 kg/mm2
<Desc/Clms Page number 9>
après un reçoit de trois jours à 175 C.
5) Le même traitement donne pour un alliage coulé à 2% d'Al, 0,3% de Mn et 0,3% de Sb une augmentation de la limite d'étirage à 0,1 de 4,2 à 5,9 kg/mm2 et de la limite d'étirage à 0,2 de 5,25 à 6,9 kg/mm2.
6) Pour un alliage ooulé à 7% d'aluminium et 0,7% de manganèse on obtient par un recuit à 240 0. durant 23 heures une augmentation de la limite d'étirage à 0,1 de 8,25 à 10,2 kg/mm2, tandis que le même traitement thermique a pour effet de porter la limite d'étirage à 0,2 de 9,7 à 12,1 kg/mm2.
7) Au moyen d'un alliage à 8% d'Al, 0,5% de Zn et 0,3% de Mn on coule en coquille de fer des éprouvettes d'environ 12 mm. de diamètre. La limite d'étirage à 0,2 est de 10,3 kg/mm et on la porte à 14,3 kg/mm par un traitement thermique à 175 C. durant 45 heures.
REVENDICATIONS
1.- Procédé pour augmenter la limite d'étirage d'alliages soulés à haute teneur en magnésium, dont le magnésium est le constituant prepomderant et qui oontiennent comme elements additionnels du manganèse et de l'aluminium, ainsi qu'éventuellement du zinc, en soumettant les alliages à un recuit, caractérisé en ce qu'on soumet à un traitement thermique entre 100 et 300 C., sans traitement améliorant préalable à des tempé- ratures plus élevées, des pièces moulées au moyen d'alliages de cette nature ayant une teneur de 0,1 à 2% en manganèse et de 1 à 7% au plus en aluminium (ou. 1 à 7% au plus en aluminium avec au moins 4% de zino).
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.