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" Perfectionnements apportés au traitement thermique des alliages à base d'aluminium ".
La présente invention est relative à un traitement thermiquepour les alliages à base d'aluminium, et trouve une application particulière dans le traitement des allia- ges à base d'aluminium dits " vieillissables" spontané- ment. Par alliages à base d'aluminium, on entend ici des alliages contenant plus de 50 pour cent d'aluminium, le restant étant constitué par un ou plusieurs autres élé- ments d'alliage. L'expression vieillissable spontanément sera définie ci-après.
Certaines propriétés physiques des alliages à base d'aluminium, et en particulier des alliages de ce métal qui contiennent du cuivre, peuvent être améliorées par divers traitements thermiques. Un des plus communs de ces traitements, appelé souvent traitement thermique par dis- solution ( en américain: solution heat treatment), consis- te à soumettre le métal à une température élevée légère-
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ment inférieure au point de fusion du constituant le plus fusible de l'alliage.
Cette méthode de travail donne lieu à une dissolution des éléments d'alliage solubles dans l'al- liage avec le métal de base à la haute température, cet état pouvant être conservé dans l'alliage aux températures norma- les à la suite d'un refroidissement rapide ou trempe (éton- nement) de l'alliage, et il en résulte une augmentation im- médiate ou finale de la résistance mécanique, de la dureté et de l'élasticité du métal.
Quoique la résistance mécanique et la dureté des allia- ges décrits plus haut soient augmentées par le traitement thermique par dissolution et la trempe, ces alliages peuvent néanmoins être déformés mécaniquement dans les procédés de fabrication usuels immédiatement après la trempe. Toutefois, si on laisse certains alliages reposer ou vieillir pendant quelques jours, même aux températures ordinaires,leur résis- tance mécanique et leur dureté continuent à aug- menter même au delà des valeurs existant immédiatement après le traitement thermique par dissolution et la trempe.
Ce changement graduel des propriétés physiques aux tem- pératures ordinaires ou du laboratoire est appelé ici vieil- lissement spontané ou naturel pour le distinguer du vieil- lissement artificiel. Le vieillissement artificiel caractéri- se l'effet d'une température relativement basse mais plus élevée que la température du laboratoire sur des alliages 'traités par dissolution . Des alliages "vieillissables" spontanément sont donc des alliages qui présentent certaines propriétés telles qu'une ductilité réduite et une dureté et une résistance mécanique accruesaux températures ordinai- res après un traitement par dissolution tel qu'il est défini plus haut.
A cause de ce durcissement qui a lieu spontanément dans ces alliages et qui affecte défavorablement leurs caractéris tiques d'usinage , il est souvent nécessaire qu'un alliage
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qui doit être usiné après un traitement thermique par dis- solution/soit soumis à ses opérations de façonnage immédia- tement après la refroidissement ou la trempe aux températures normales et avant que le vieillissement naturel n'augmente sa dureté à un point où il ne peut pas être travaillé mécani- quement .
Aucune méthode satisfaisante n'a été proposée, par laquelle un alliage durci par vieillissement peut être adou- ci et rendu suffisamment plastique pour permettre une ap- plication aisée de toutes les opérations de fabrication ou d'usinage . Le métal peut être recuit avant l'usinage, mais ceci ne donne pas satisfaction, car le métal ne durcit pas par vieillissement et ne récupère pas ses anciennes proprié- tés après l'opération de recuit. Le seul remède a été de ré- péter le traitement thermique par dissolution à une tempéra- ture élevée,afin de produire une remise en solution de ses constituants et pour supprimer les effets du durcissement par vieillissement, et de refroidir ensuite le métal.
Après ce procédé, le métal peut être usiné immédiatement et l'on peut le laisser vieillir et récupérer les propriétés qui lui ont été enlevées par le traitement thermique par disso- lution additionnel.
Un objet de l'invention est de fournir une méthode pour améliorer les caractéristiques d'usinage d'alliages durcis par vieillissement. L'invention a encore pour but de procurer un procédé perfectionné par lequel les alliages puissent être rendus plus plastiques après leur traitement thermique par dissolution et leur durcissement par vieillissement,ledit procédé ne comprenant pas de répétition du traitement thermi- que par dissolution. Plus particulièrement, l'objet de l'in- vention est de fournir une méthode par laquelle la plastici- té de ces alliages puisse être augmentée sans affecter nota- blement la dureté et la résistance mécanique finales de l'alliage.
L'objet spécifique de l'invention est de fournir une méthode de ce genre qui soit applicable au travail d'al-
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liages à base d'aluminium qui ont été durcis par vieillisse- ment spontané après leur traitement thermique par dissolu- tion et leur refroidissement rapide. Quant à l'effet positif, le but réel du traitement thermique révélé ici est de mettre un article durci par vieillissement, constitué d'un alliage à base d'aluminium " vilillissalle " spontanément, dans un état physique équivalent en substance à celui existant immé- diatement après que l'article a été trempé (étonné) alors qu'il se trouvait à la température de dissolution. D'autres objets apparaîtront à la lecture de la description de l'inven- tion, qui est donnée ci-après.
Selon celle-ci, il a été découvert que les caractéris- tiques des alliages pouvant durcir par vieillissement spon- tané peuvent être améliorées grandement si le métal , après durcissement par vieillissement, est soumés pendant peu de temps à un traitement thermique additionnel, avant l'usinage, à une température légèrement inférieure à la température à laquelle l'alliage est recuit normalement, et est ensuite refroidi rapidement. La température et la durée du traite- ment varient, naturellement, avec la nature de l'alliage par- ticulier que l'on traite ; dans le cas de la plupart des alliages base d'aluminium, par exemple, le traitement doit avoir lieu à une température d'environ 225 C à 300 C., et doit durer de quelques secondes è 5 minutes au maximum.
Après un traitement de ce genre, le métal peut être travail- lé pratiquement avec autant de facilité qu'immédiatement après la trempe à la température du traitement thermique par dissolution . De plus, l'alliage, lorsqu'il vieillit de nouveau après le traitement, récupère pratiquement les mêmes propriétés physiques qu'il avait avant d'être soumis au procédé selon l'invention.
L'invention peut encore être décrite plus en détail avec référence aux essais suivants.
Des spécimens d'alliage d'aluminium contenant 3,95 pour
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cent de cuivre, 0,55 pour cent de manganèse, 0,54 pour cent de magnésium, 0,51 pour cent de silicium et 0,45 pour cent de fer furent soumis à l'action de l'habituelle température de traitement thermique par dissolution et furent rapidement trempés dans l'eau froide. Ils présentèrent alors une limite d'élasticité de 12,76 kg/mm2, une résistance à la traction de 34,16 kg/mm2, et un allongement de 23,5 pour cent.
Après ce traitement, les spécimens furent abandonnés à eux-mêmes pendant quatre jours à la température du labora- toire. A la fin de cette période, on constata que les spéci- mens avaient des propriétés qui rendaient leur usinage pra- tiquement impossible quand ils sont soumis aux opérations de façonnage, leur limite d'élasticité étant de 26,51 kg/mm2, leur résistance à la traction de 45,44 kg/mm2, et leur allon- ' gement de 21,0 pour cent.
Un des spécimens fut ensuite traité pendant une période de 1/2 minute dans un bain de sel ayant une température de 250 C et fut ensuite amené rapidement à la température nor- male par trempe . Par ce traitement la limited'élasticité fut réduite à 14,80 kg/mm2 et la résistance à la traction à 35,97 kg/mm2et l'allongement fut élevé à 22,5 pour cent.
Ces propriétés étaient approximativement celles des spé- cimens immédiatement après le traitement thermique par dissolution , qui rendait @@@ l'alliage relativement aisé à usiner.
On laissa ensuite reposer le spécimen à la température du laboratoire pendant quatre jours, et des essais montrèrent que sa limite d'élasticité avait de nouveau monté à 27,99 kg/mm2 et sa résistance à la traction à 45,28 kg/mm2 et que son allongement avait été réduit à 20,8 pour cent, indiquant que le spécimen avait durci par vieillissement après son traitement de 1/2 minute à 250 C et qu'il avait pratiquement les mêmes propriétés que les spéciments après le durcisse-
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ment par vieillissement après le traitement thermique par dissolution.
D'autres spéciments furent traités d'une manière simi- laire à la même température pendant des périodes diverses et les résultats des essais peuvent être mis sous la forme du ta bleau suivant :
Propriétés des spéciments après traitement thermique par dissolution suivi de trempe.
-------------------------------------------------------
EMI6.1
<tb> Limite <SEP> d'élasticité <SEP> Résistance <SEP> à <SEP> la <SEP> traction <SEP> Allongement
<tb>
<tb> 12,76 <SEP> kg/mm2 <SEP> 34,16 <SEP> kg/mm2 <SEP> 23,5%
<tb>
Propriétés des spéciments après traitement thermique par dissolution,trempe et vieillissement pendant qua- tre jours à la température du laboratoire.
-----------------------------------------------------
EMI6.2
<tb> Limite <SEP> d'élasticité <SEP> Résistance <SEP> à <SEP> la <SEP> rupture <SEP> Allongement
<tb>
<tb> 26,51 <SEP> kg/mm <SEP> 45,44 <SEP> kg/mm2 <SEP> 21,0 <SEP> %
<tb>
Propriétés des spéciments traités thermiquement et vieillis précités, après traitement à 250 C.
---------------------------------------------------
EMI6.3
<tb> Durée <SEP> du <SEP> traitement <SEP> Limite <SEP> d'élasticité <SEP> Résistance <SEP> à <SEP> la <SEP> Allongement
<tb>
<tb> à <SEP> 250 C <SEP> traction
<tb>
<tb> -------------------------------------- <SEP> -----------
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 1/2 <SEP> minute <SEP> 14,80 <SEP> kg/mm <SEP> 35,97 <SEP> kg/mm <SEP> 22,5 <SEP> % <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 1 <SEP> minute <SEP> 15,54 <SEP> kg/mm <SEP> 35,74 <SEP> kg/mm <SEP> 22,3 <SEP> %
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 2 <SEP> minutes <SEP> 17,82 <SEP> kg/mm <SEP> 2 <SEP> 35,96 <SEP> kg/mm <SEP> 20,3 <SEP> %
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 4 <SEP> minutes <SEP> 20,78 <SEP> kg/mm <SEP> 35,47 <SEP> kg/mm <SEP> 15,5 <SEP> %
<tb>
Propriétés des spéciments traités thermiquement et vieillis précités,
après traitement à 250 C. et vieil- lissement additionnel pendant quatre jours.
EMI6.4
<tb>
Durée <SEP> du <SEP> traitement <SEP> Limite <SEP> d'élasticité <SEP> Résistance <SEP> à <SEP> la <SEP> Allongement
<tb> à <SEP> 250 C <SEP> traction
<tb>
EMI6.5
------------------- ------------------- --------------- ------------
EMI6.6
<tb> 1/2 <SEP> minute <SEP> 27,99 <SEP> kg/mm2 <SEP> 45,28 <SEP> kg/mm2 <SEP> 20,8 <SEP> %
<tb>
<tb> 1 <SEP> minute <SEP> 26,79 <SEP> kg/mm2 <SEP> 45,07 <SEP> kg/mm2 <SEP> 20, <SEP> 0 <SEP> %
<tb>
<tb> 2 <SEP> minutes <SEP> 26,70 <SEP> kg/mm2 <SEP> 44,66 <SEP> kg/mm2 <SEP> 19,5 <SEP> %
<tb>
<tb> 4 <SEP> minutes <SEP> 27,95 <SEP> kg/mm2 <SEP> 42,33 <SEP> kg/mm <SEP> 15,
5 <SEP> %
<tb>
Les essais indiquent que pour l'alliage particulier décrit une diminution peut être apportée à la limite d'élas-
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tioité et à la résistance à la traction de l'alliage durci par vieillissement s'il est chauffé à une température com- prise entre environ 225 C et environ 300 C, et ils montrent en outre que le traitement peut continuer pendant des pério- des allant jusqu'à 5 minutes.
Toutefois, l'allongement est réduit par le traitement si l'alliage est chauffé pendant des périodes plus longues, et, pour cette raison, l'alliage peut être usiné dans les meilleurs conditions après un traitement entre ces tempéra- tures pendant environ 15 secondes à environ 2 minutes, de préférence pendant une minute ou moins. De plus, l'alliage, s'il est chauffé pendant plus de 4 minutes, semble perdre sa capacité de durcir par vieillissement après le traitement et, en conséquence, ne recouvre pas la résistance mécanique et la dureté qu'il avait comme alliage durci par vieillissement avant le traitement.
D'autres alliages à base d'aluminium pouvant durcir par vieillissement spontané sont familières aux spécialistes de la technique des alliages à base d'aluminium. Par exemple, sans que cela puisse signifier une limitation de la portée de l'invention, on peut mentionner les alliages à base d'alu- minium contenant d'appréciables proportions de magnésium et de silicium; l'invention a été appliquée avec succès à un alliage spécifique à base d'aluminium de cette nature, contenant approximativement 0,7 pour cent de silicium,1,25 pour cent de magnésium,et 0,25 pour cent de chrome, le reste étant de l'aluminium contenant les impuretés habituelles.
Comme c'a été décrit plus haut, il est évident quela métho- de est applicable à n'importe quel alliage à base d'aluminium "vieillissable" spontanément, quelle que soit l'importance ou la diversité de ses constituants d'alliage ajoutés. On comprendra que les diverses modifications apportées à la du- rée et à la température de traitement, qui peuvent être né- cessitées par le traitement d'autres alliages conformément à
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la méthode selon l'invention sont comprises dans le cadre ou portée de cette dernière.
REVENDICATIONS.
1. Une méthode pour améliorer les caractéristiques d'usinage ou de mise en oeuvre d'alliages à base d'aluminium pouvant être vieillis spontanément ou naturellement,qui con- siste à leur rendre en substance les mêmes propriétés qu'ils possédaient immédiatement après traitement thermique par dis- solution et vieillissement , ladite méthode étant caractéri- sée en ce que lesdits alliages durcis par vieillissement sont soumis à une température supérieure à environ 225 C mais légèrement inférieure à la température à laquelle ils et sont recuits normalement, en ce qu'ils sont refroidis rapi- dement.