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Procédé de fabrication de pièces coulées en moule à partir d'alliages de zinc.
La présente invention a pour objet un procédé de fabrication de pièces coulées en moule, en particulier de pièces coulées com- pliquées, par exemple de pièces en alliages de zinc contenant de l'aluminium et du cuivre, à parois minces, nécessitant plusieurs noyaux ou présentant de grandes variations de section et elle vise particulièrement la suppression d'inconvénients que manifestaient les alliages de zinc pour pièces coulées en moule employés jusqu'à présent. L'invention a pour objet en outre les pièces coulées en moule exécutées en alliages de zinc conformément à ce procédé.
Jusqu'à présent, on a employé en général pour la fabrication de pièces coulées en moule, tant par coulée en sable que par cou- lée en coquille, des alliages de zinc pour coulée en moule connus
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sous la désignation de "Zn - A14- Ou 1" et de "Zn - Ou 4", dont le premier est constitué par 3,8 à 4,3% d'aluminium, 0,9 à 1,2% de cuivre et 0,02 à. 0,06% de magnésium, le reste étant du zinc très pur, tandis que le deuxième est composé de 3 à. 5% de cui- vre, de 0,15 à 0,25% d'aluminium, le reste étant du zinc très pur.
Bien que ces alliages résistent pratiquement d'une façon suffisan- te au vieillissement et aient une stabilité pratiquement suffisan- te en ce qui concerne les dimensions, ils ont le grand inconvénient que les pièces coulées qui en sont faites présentent souvent des retassures plus ou moins considéra.bles et d'autres phénomènes ana- logues qui font mettre au rebut les pièces terminées.
Les retas- sures se manifestent d'une façon particulièrement marquée aux pas- sages brusques d'une section à une autre ou en d'autres endroits analogues de la, pièce coulée, dans les piècesa plusieurs noyaux, etc., Alors que dans les pièces coulées relativement simples on peut'accepter encore, à la rigueur, le déchet provoqué par les re- tassures, la fabrication de pièces coulées plus compliquées est rendue extraordinairement plus difficile et est même le plus sou- vent rendue impossible par les défauts de ce genre.
Dans les alliages de zinc connus, contenant de l'aluminiwn, une addition de magnésium est en outre indispensable pour éviter la corrosion intercristalline, Cette addition de magnésium provo- que la formation de fissures à chaud qui, dans les pièces où le re- trait ne se fait pas librement, conduisent également à un déchet.
D'autre part, l'alliage "Zn - Cu 4" a une teneur relativement éle- vée en cuivre qui, pour des raisons économiques, n'est pas dési- rable.
Pour atténuer ces inconvénients des alliages de zinc usuels pour la coulée en moule, on a déjà proposé d'employer pour la fa- brication de pièces coulées du genre en question, un alliage de zinc à l'aluminium et au cuivre d'une composition correspondant à
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l'eutectique de l'alliage ternaire. La composition de cet allia- ge de zinc proposé pour la fabrication de pièces coulées en moule devrait par conséquent contenir de 7,0 à 7,05 d'aluminium, de 3,85 à 4% de cuivre, le reste étant du zinc très pur ; pour cet al- liage, on a indiqué comme limites maxima des teneurs de 6,5 7,5%, en aluminium et de 3,0 à 4,5% en cuivre, mais sans donner ce règle déterminée pour le rapport des teneurs supérieures et inférieures en aluminium et en cuivre.
Ces alliages de zinc à l'aluminium et au cuivre dont la com- position correspond à l'eutectique ternaire, ont en réalité un comportement particulièrement favorable à la coulée et ils permet- tent la fabrication de pièces coulées en moule, même de forme com- pliquée, sans qu'il se produise les retassures défectueuses.
En regard de cet avantage, se trouve toutefois le grand inconvénient que l'alliage de zinc-aluminium-cuivre, qu'on proposait pour la fa- brication de pièces coulées en moule et dont la composition était celle de l'eutectique ternaire, a une teneur élevée à la fois en cuivre et en aluminium. ¯Ces pourcentages élevés en composants, cuivre et aluminium, de l'alliage non seulement sont extrêmement indésirables du point de vue économique, mais ils entraînent aussi des inconvénients technologiques, Les pièces coulées en éclectique ternaire subissent notamment, à mesure que le temps passe, dtimpor- tantes variations de dimensions accompagnées d'un déclin des pro- priétés mécaniques.
Ces phénomènes de vieillissement, en particu- lier les grands changements de dimensions peuvent bien être atté- nuées par des traitements thermiques appropriés ; mais, d'une part, ces procédés prennent du temps et sont coûteux et, d'autre part, ils conduisent aussi dans les pièces coulées à une altération de leurs propriétés mécaniques, de sorte que le bon comportement que celles-ci ont à l'état où on les livre se perd ensuite en partie.
En considération de ces comportements différents des groupes
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d'alliages précités, il devait tout d'abord sembler au moins dou- teux qu'on puisse réaliser jamais une combinaison des propriétés favorables de ces groupes d'alliages sans devoir accepter en é- change les inconvénients correspondant à chacun de ces alliages.
Car on devait aussi, de prime abord, écarter l'eutectique binaire des alliages de zinc-aluminium, parce que cet alliage eutectique binaire manifeste une forte tendance à former de gros cristaux et à subir la corrosion intercristalline lorsque le magnésium y fait défaut. Une addition de magnésium, qui provoquerait une diminu- tion de la grosseur du grain et qui supprimerait d'une façon pra- tiquement complète la corrosion intercristalline, s'exclut d'elle- même, par suite de son influence défavorable sur les propriétés de coulée et à cause de la tendance à la formation de fissures à chaud qui en résulte.
On a eu la surprise de constater qu'on parvient cependant à réunir les propriétés favorables des groupes d'alliages précités, tout en écartant les propriétés nuisibles correspondantes, en maintenant les teneurs en cuivre et en aluminium dans une zone déterminée du système ternaire zinc-aluminium-cuivre,
La présente invention consiste essentiellement en ce que, pour la fabrication de pièces coulées en moule à partir d'alliages de zinc contenant de l'aluminium et du cuivre, et en particulier de pièces compliquées coulées en moule, présentant par exemple des sauts brusques de section, de pièces exigeant plusieurs noyaux etc..
, on emploie ces allages de zinc, destinés à la cou- lée en moule et contenant de 5,3 à 6,5% d'aluminium et de 0,5 à 3,0% de cuivre, alliages se trouvant sur ou à peu près sur la cour- be de points de fusion qui, dans le système ternaire zinc-aiuminium- cuivre, s'étend de l'eutectique binaire zinc-aluminium à. l'eutec- tique ternaire zinc-aluminium-cuivre.
Le reste des alliages à composition conforme à l'invention
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est constitué par du zinc très pur et, de préférence, par du zinc de la plus grande pureté.
Le progrès technique réalisé par l'invention consiste surtout en ce qui suit :
En comparaison des alliages de zinc pour la coulée en moule des types "Zn- Al 4 Ou 1" et "Zn - ou 4" mentionnés au début, on obtient ici un comportement particulièrement favorable à la coulée. Les retassures nuisibles et les fissures nuisibles formées. à chaud dans les pièces coulées, obtenues par l'emploi de ces al- liages de zinc pour la coulée, sont évitées dans une mesure telle que les alliages selon l'invention peuvent directement être em- ployés pour la.fabrication de pièces coulées compliquées. Même dans les pièces coulées en moules à sauts brusques de section, tels que le passage de parois épaisses à des parois minces, et dans les pièces coulées qui exigent plusieurs noyaux ou poinçons, les retassures redoutées et d'autres phénomènes analogues, ont disparu.
En comparaison de l'emploi de l'eutectique ternaire présen- tant en somme les propriétés favorables précitées pour la coulée, l'emploi des alliages de zinc, situés sur la courbe des points de fusion indiquée selon l'invention, présente surtout l'avantage de supprimer les phénomènes nuisibles de vieillissement et en parti- culier les grandes modifications des dimensions. C'est pourquoi l'emploi des alliages selon l'invention supprime les traitements thermiques coûteux et difficiles qui sont nécessaires pour obtenir la constance des dimensions avec l'alliage dont la composition est celle de l'eutectique ternaire.
De plus, les alliages qu'on emploie conformément à l'inven- tion sont, en raison de leur faible teneur en aluminium et sur- tout en cuivre, beaucoup moins coûteux et beaucoup plus favorables pour leur approvisionnement, sans que cela entraîne la perte des
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avantages particuliers des alliages connus ou proposés, Enfin, les alliages selon l'invention ont, à côté de leurs autres bonnes propriétés mécaniques une résistance plus élevée à la. flexion sous le choc, cette résistance se traduisant par une sensibilité moindre aux chocs et aux coups.
Sur le dessin annexé, on a représenté en coordonnées trian- gulaires l'angle se rapportant au zinc dans le système ternaire zinc-aluminium-cuivre. Dans ce système ternaire, on a marqué l'eu- tectique binaire B des alliages zinc-aluminium et l'eutectique ter- naire T des alliages zinc-alwninium-cuivre. Entre ces deux points B et T s'étend une courbe de points de fusion S sur laquelle se trouvent les compositions des bains qui sont simultanément saturés de cristaux mixtes de zinc et d'aluminium. Sur cette courbe de points de fusion ou, avec la dispersion ordinaire, au voisinage de cette ligne se trouvent les alliages employés selon l'invention sous la condition qu'une teneur maxima déterminée en aluminium et en cuivre et une teneur minima déterminée en aluminium et en cui- vre ne doivent pas être dépassées.
Sur le dessin annexé, la zone entrant en ligne de compte pour l'invention est indiquée par un segment de courbe en trait plein S et la zone de dispersion qui tombe dans le cadre de l'invention pour la composition des allia- ges est indiquée par des hachures s'étendant des deux côtés de cet- te ligne. Il convient de maintenir les variations de composition des alliages employés selon l'invention, dans une bande d'environ 0,2% des deux côtés de la courbe de points de fusion.
La limite supérieure des compositions d'alliages employés selon l'invention est de 6,5% d'aluminium, la teneur en cuivre étant de 2,6% de préférence et pouvant monter, dans le cadre de la dispersion admissible, jusqu'à une quantité inférieure à 3%. 11 y a, là une délimitation nette par rapport aux alliages de zinc déjà proposés dont la, composition est celle de l'eutectique ternaire.
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Cette délimitation ressort aussi du fait que pour l'invention, ce sont essentiellement les compositions d'alliages, dans lesquels la. formation de la phase intermédiaire epsilon du système zinc- cuivre n'a pas lieu dans le bain, qui entrent en ligne de compte.
La limite inférieure des teneurs en constituants des alliages se- lon l'invention découle du fait précité que l'emploi de l'eutecti- que binaire même n'est pas recommandable malgré son point de fu sion invariable, parce que cet alliage tend à la formation de gros cristaux et, en'l'absence du magnésium, à la, corrosion intercris- talline.
Ces deux propriétés nuisibles disparaissent toutefois lorsque, conformément à l'invention, la teneur en cuivre des allia- ges dépasse 0,5% Pour ce motif. la teneur minima en cuivre des alliages suivant l'invention doit être de 0,5%
On a trouvé particulièrement recommandables par exemple des alliages contenant jusqu'à 6% d'aluminium et 1,7% de cuivre parmi les alliages qui sont employés suivant l'invention et qui se trou- vent sur la, ligne de points de fusion S ou dans son voisinage, Comme, d'autre part, la teneur en cuivre, ainsi qu'on l'a dit déjà, ne doit pas être trop faible, il en découle que sont particulière- ment avantageuses les compositions d'alliages qui, sur l'étendue entrant en ligne de compte de la courbe S,
se trouvent dans le segment de courbe dirigé vers le bas à partir de la composition de 6% d'aluminium et 1,7% de cuivre ou dans la bande voisine de ce segment. On peut citer, comme exemples a.vantageux, des alliages contenant de 5,6 à 6,0% d'aluminium et de 1,2 à 1,6% de cuivre, ou comme valeur moyenne, 5,8% d'aluminium et 1,4% de cuivre, On peut déterminer facilement, à l'aide du graphique, la composition des autres alliages qui se trouvent sur la partie en trait plein d.e la courbe s, ou dans la bande voisine compte tenu des disper- sions ordinaires, et qui entrent en ligne de compte, selon l'in- vention, pax suite de leurs propriétés particulièrement avantageu-
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ses en comparaison de celles des alliages de zinc employés jusqu'à présent,
Pa.r la détermination d'un rapport étroit des teneurs en a- luminium et en cuivre qu'on peut déduire du tracé de la courbe de points de fusion S et par l'abandon délibéré de l'eutectique bi- naire ainsi que de l'eutectique ternaire, l'invention donne une nouvelle règle pour la fabrication de pièces coulées en sable ou en coquille, L'invention se distingue ainsi fondamentalement de la.
fabrication connue des plaques stéréotypiques, médailles et empreintes coulées par aspersion de zinc, avec des teneurs en aluminium d'environ 5 à 6,5% et en cuivre d'environ 0,3 à 1,8% Car c'est précisément pour les alliages de zinc que, dans l'état actuel de la, technique, on fait une distinction nette entre la coulée en moule et la coulée par a.spersion, et pour ce motif, il ne viendrait pas spontanément à l'idée d'employer aussi, pour la, coulée en moules comme on le fait suivant l'invention, un allia- ge qui a.ura.it donné de bons résultats pour le procédé par a,sper- sion, Le progrès technique réalisé par l'invention est d'autant plus surprenant et il n'est devenu possible que grâce à la décou- verte de la, nouvelle règle caractéristique d'employer, pour la.
fabrication de pièces coulées en moule de forme compliquée, des compositions bien déterminées d'alliages en dehors des teneurs cor- respondant aux eutectiques.
La présente invention ne s'étend pas seulement au procédé décrit pour la fabrication de pièces coulées en moule à partir d'alliées de zinc, ruais aussi aux pièces coulées en moule elles- mûmes, fabriquéesà partir des alliages ci-dessus spécifiés.