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Alliage aluminium-magenésium-zinc.
L'invention a pour obj et un alliage d'aluminium, du type aluminium-magnésium avec 2,5 à 12% Mg et 0 à l, 5% Mn, qui convi ent au travail à la presse à chaud et se laisse, en outre, bien tourner;, fraiser etc. , donc usiner par enlèvement de cop eaux.
L'invention est basée sur la constatation que la facilité- d'enlèvement de copeaux est attribuable aux constituants de l'allia- ge qui, à ?'état liquide, ne sont pas miscibles à l'aluminium en toute proportion. De tels constituants sont par exemple: Pb, Bi, Tl, Cd, As, K, Na. mai s certaines combinaisons de métaux, comme par exemple Mg3 Bi2,Mg3 Sb2 et Mg3 As2 présentent la même propriété.
La présence de l'étain peut également être avantageuse dans de tels alliages usinables., et ce métal peut y entrer en proportion jus- ou'à 6,4%.
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Le constituant dont l'alliage binaire avec l'aluminium présente, à l'état liquide, une lacune de miscibilité, peutêtre employé seul ou avec d'autres constituants ayant la même propri été. La proportion de ce constituant -par rapport à celle du métal de base doit être telle qu'après solidification du constituant il soit contenu dans l'aluminium à l'état d'émulsion à gouttel ettes.
L'invention ayant pour objet un alliage d'aluminium contenant du magnésium, il y a lieu, d.e tenir compte de ce que le magnésium a pour effet de réduire l'étendue de la lacune de miscibilité dans l'alliage de base, à l'état liquide. Dans ce cas, il convient ou bien d'augmenter la proportion du constituant dont l'alliage binaire avec l'aluminium présente, à l'état liquide, une lacune de miscibi- lité, ou bien on doit, par l'addition d'autres métaux qui ont une forte tendance à la formation de combinaisons intermétalliques avec le magnésium, éviter la. dissolution complète du constituant qui, à l'état liquide, n'est pas miscible à l'aluminium en toute proportion.
On a trouvé qu'un alliage d'aluminium avec 2,5 à 12%, et de préférence jusqu'à 9% de Mg, et avec 0 à 1, 5% de Mn présente d'excel- lentes propriétés, il se laisse presser à chaud et fournit, comme le laiton usinable connu, un copeau cassant court, si les conditions sui vantes sont obversées:
L'alliage doit contenir, et ce en proportion jusqu'à environ 8% ,un ou plusieurs métaux dont l'alliage binaire avec l'aluminium présente, à l'état liquide, une lacune de miscibilité; une teneur de 1 à 5%, séparément ou ensemble, de métaux comme Pb, Bi, Tl, Cd, Na, K, As etc. s'est avérée parti culièreement avantageuse. En outre, l'alliage peut contenir, le cas échéant, jusqu'à 6,4% de Sn.
Enfin, l'alliage doit contenir 1,5 à 16% de zinc.
Afin de. réduire la longueur des copeaux, on a déjà proposé de faire entrer du Pb dans les alliages binaires Al-Mg. Bien que les alliages ainsi obtenus fournissent à l'usinage un copeau cassant court, ils n'ont pu s'imposer dans la technique que dans un faible mesure en tant que matière usinable par enlèvement de copeaux, tout
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comme les alliages binaires connus d'aluminium et de magnésium avec des combinaisons intermétalliques dures. Dans un cas comme dans 1 'autre., la. raison en est qu'une telle matière est difficil e à trai- ter et à usi ner.
On connaît aussi, en technique, des alliages aluminium- zinc-magnésium dont certaines compositions présentent de très bonnes propriétés mécaniques. Niais, à côté d'une grande sensibilité à la corrosion par différence de potentiel,, ces alliages présentent aussi et surtout l'inconvénient qu'usinés aux machines automatiques à coupe rapide, ils forment un copeau long et dur qui s'enroule autour de l'ouvrage et de l'outil et provoque des arrêts de travail. Ces al- liages connus aluminium-zinc-magnésium ne se pètent done pas à l'usinage par enlèvement de co p e au x.
Dans l'alliage suivent l'invention il est essentiel que les métaux incorporés se trouvent, dans 1 '¯alliage, à un état particulier de division, car ce n'est pas seulement leur présence, mais avant tout leur état de division qui est déterminant pour la faculté de l'alliage, suivant l'invention de se laisser usiner par enlèvement de copeaux. Cet état de division avantageux est réalisé le mieux quand les métaux additionnels se trouvent dans la masse de base à l'état d'émulsion à gouttelettes. Un tel état se manifeste en outre à l'égard de la déformabilité de l'alliage, de sorte que celui-ci est bien déformable à froid et à chaud, contrairement aux alliages dans lesquels les métaux additionnels sont répartis inégalement et sous forme de grosses particules.
Dans l'alliage suivant l'inventi on, la répartition avanta- geuse, sous forme d'émulsion à gouttelettes, des métaux addition- nels favorisant l'enlèvement de copeaux, s'obtient à l'aide d'un ou de plusieurs métaux additionnels qui, à l'état fondu, sont com- plètement miscibles tant a.vec les métaux Pb, Bi, Cd, Tl, Na,K, As etc. qu'avec l'aluminium et forment, de préférence, 'des eutec- ti ques.
@ Des recherches approfondies sur les effets mutuels, au
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cours de la formation de copeaux de la matière usinée et de 1 'outil, ont permis de reconnaître que c'est précisément le bas point de fu- si.on de la phase favorisant le raccourcissement des copeaux qui est déterminant pour la faculté de formation de copeaux. on sait en effet ou-,au cours de la formation des copeaux, il se produit,, aux surfaces de contact entre la matière et l'outil., des tempéra- tures élevées dont la valeur dépend de la matière et des conditions de coupe.
D'une façon générale il faut compter que, dans les con- ditions de travail usuelles en pratique avec les alliages d'alumi- nium usinables, les températures qui se produisent sont de l'ordre de 100 à 300 C. Dans l'alliage suivant l'invention, la. facilité de formation de copeaux est due cependant, ainsi au'on l'a reconnu aussi, au fait que la formation d'un copeau cassant court pendant l'usinage est une conséquence de la présence d'une phase à bas point de fusion qui se liquéfie déjà à la température se produisant sous l'outil de coupe.
La liquéfaction de cette phase qui agit donc comme "briseur de copeaux" se produite comme d'autes essais l'ont montré, d' autant plus sûrement que ses particules sont plus fines et que son point de fusion est plus bas. De cette constatation découle, pour la fabrication de matières usinables à la machine, l'enseigne- ment général rui n'est limité ni à la présente invention, ni aux seulsalliages d'aluminium susceptibles d'être usinés aux machines- outils automatiques, à savoir que la matière Qui doit être rendue usinable, doit être additionnée de constituants d'alliage qui, à l'état solide, sont insolubl.es dans l'alliage de base et se présen- tent donc sous forme d'une deuxième phase à point de fusion aussi ba que possible,
de sorte que les températures se produisant sous l'outil. de coupe au cours de la formation des copeaux amènent la fusion de la deuxième phase présente de préférence à l'état divisé en particules extrêmement fines.
Ces nouvelles constatations expliquent aussi que l'étain, bien que soluble, à l'état liquide., dans les alliages d'aluminium,
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a pour effet de raccourcir les copeaux de l'alliage suivant l'inven- tion, parce qu'il figure dans l'alliage comme deuxième phase, sous forme d'eutectique Al-Sn fondant à 229 C et se liouéfiant aux tempéra- tures qui se produisent au cours de l'enlèvement des copeaux, de sorte ou'il est la. cause ou une des causes de ce oue les copeaux de l'alliage cassent courts.
La faculté d'enlèvement de copeaux de l'alliage suivant l'invention peut même être accrue par une texture hétérogène de l'al- liage. Une telle texture peut s'obtenir par exemple par saisissement ou par refroidissement à l'air de l'alliage, après un chauffage dis- sol vant à 350-500 C, suivi d'un recuit à 100-125 C.
L'alliage suivant l'invention se laisse prendre des copeaux avec la même facilité que le laiton usinable qu'il est destiné à rem- placer le cas échéant. Usiné par des outils enlevant des copeaux,il présente une surface propre et luisante et de plus, certaines compo- sitions de cet alliage ont des propriétés technologiques meilleures que cell.es du laiton usinable.
En outre, l'alliage recuit après chauffage dissolvant et ne contenant que peu de Zn et Mg( soit jusqu'à 8% en tout) n'est pas sujet à la corrosion par différence de potentiel. Si la teneur totale en Mg et Zn est plus élevée, il est recommandable, à cause du danger De corrosion,, d e refroidir à l'air l'alliage ayant subi le chauffage dissolvant.
Pour supprimer la sensibilité à la corrosion par différence de potentiel de ce groupe des alliages suivant l'invention, ou pour assurer l'insensibilité contre cette corrosion dans l'autre groune, on peut en outre incorporer à l'alliage 0,5% de Cr ou de V, ou jus- qu'à 2% de Cu.
L'incorporation de Cr, V ou Cu aux alliages Al-Zn-Mg pour écarter le danger de corrosion par différence de potentiel est connue en soi. Mais il n'était pas à prévoir que ces métaux pourra.;ent aus- si écarter le danger de corrosion ou accroîtra ou assurer l'insensi- bilité contre cette corrosion dans l'alliage suivant l'invention.
Comparativement au 1 ai ton usinabl e, l'alliage suivant l'in- vention présente encore et surtout l'avantage de se prêter à l'emploi @
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comme métal antifriction.
La teneur en Si de l'alliage savant l'invention ne doit de préférence pas dépasser 0,5%, pour autant ou'on ne recherche pas une modification de ses propriétés par une teneur plus élevée en si- licium.
L'alliage suivant l'invention se fabrique avantageusement au four à induction.
REVENDICATIONS.
1. alliage d'aluminium du type Al Mg, se prêtant au travail à la presse à chaud et à l'usinage par enlèvement de copeaux, contenant 2,5 à 12% de Mg, 0 à 1,5% de Mn etjusqu'à environ 8% d'au moins un autre constituant tel Que Pb, Bi, Tl, Cd etc. et; le cas échéante jusqu'à 6,4 de Sn, dont l'alliage binaire avec l'aluminium présente, à l'état liquide, une lacune de miscibilité, caractérisé par une te- neur additionnelle de 1,5 à 16% de zinc.
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Aluminum-magnesium-zinc alloy.
The object of the invention is an aluminum alloy, of the aluminum-magnesium type with 2.5 to 12% Mg and 0 to 1.5% Mn, which is suitable for working in the hot press and is left in besides turning well ;, milling etc. , therefore machining by removing water.
The invention is based on the finding that ease of chip removal is attributable to the constituents of the alloy which, in a liquid state, are not miscible with aluminum in any proportion. Such constituents are for example: Pb, Bi, Tl, Cd, As, K, Na. However, certain combinations of metals, such as for example Mg3 Bi2, Mg3 Sb2 and Mg3 As2 exhibit the same property.
The presence of tin can also be advantageous in such machinable alloys, and this metal can enter in a proportion of up to 6.4%.
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The constituent whose binary alloy with aluminum exhibits, in the liquid state, a miscibility gap, can be used alone or with other constituents having the same property. The proportion of this component relative to that of the base metal must be such that after solidification of the component it is contained in the aluminum in the form of droplet emulsion.
The object of the invention is an aluminum alloy containing magnesium, it should be taken into account that the magnesium has the effect of reducing the extent of the miscibility gap in the base alloy, at the liquid state. In this case, it is appropriate either to increase the proportion of the constituent whose binary alloy with aluminum exhibits, in the liquid state, a lack of miscibility, or else it is necessary, by the addition of other metals which have a strong tendency to form intermetallic combinations with magnesium, avoid it. complete dissolution of the constituent which, in the liquid state, is not miscible with aluminum in any proportion.
It has been found that an aluminum alloy with 2.5 to 12%, and preferably up to 9% Mg, and with 0 to 1.5% Mn has excellent properties, it can be obtained. hot pressing and provides, like known machinable brass, a short brittle chip, if the following conditions are met:
The alloy must contain, and this in a proportion up to about 8%, one or more metals, the binary alloy of which with aluminum has, in the liquid state, a miscibility gap; a content of 1 to 5%, separately or together, of metals such as Pb, Bi, Tl, Cd, Na, K, As etc. has proven to be particularly advantageous. In addition, the alloy may optionally contain up to 6.4% Sn.
Finally, the alloy should contain 1.5 to 16% zinc.
In order to. To reduce the length of the chips, it has already been proposed to introduce Pb into the binary Al-Mg alloys. Although the alloys thus obtained provide a short brittle chip for machining, they have only gained a small degree of acceptance in the art as a material which can be machined by chip removal.
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like the known binary alloys of aluminum and magnesium with hard intermetallic combinations. In either case, the. This is because such a material is difficult to process and machine.
Aluminum-zinc-magnesium alloys are also known in the art, certain compositions of which have very good mechanical properties. However, besides a great sensitivity to corrosion by potential difference, these alloys also and above all have the disadvantage that, when machined on automatic machines with rapid cutting, they form a long and hard chip which winds around the work and the tool and causes work stoppages. These known aluminum-zinc-magnesium alloys therefore do not fart during machining by removing coax.
In the alloy according to the invention it is essential that the incorporated metals are in a particular state of division in the alloy, since it is not only their presence, but above all their state of division that is. determining for the ability of the alloy, according to the invention to be machined by removal of chips. This advantageous dividing state is best achieved when the additional metals are present in the base mass as a droplet emulsion. Such a state is also manifested with regard to the deformability of the alloy, so that the latter is well deformable cold and hot, unlike the alloys in which the additional metals are distributed unevenly and in the form of large particles.
In the alloy according to the invention, the advantageous distribution, in the form of a droplet emulsion, of the additional metals which promote chip removal, is obtained by means of one or more metals. which, in the molten state, are completely miscible both with the metals Pb, Bi, Cd, Tl, Na, K, As etc. than with aluminum and preferably form eutectics.
@ Extensive research on mutual effects,
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During the formation of chips of the machined material and of the tool, it has been recognized that it is precisely the low melting point of the phase favoring the shortening of the chips which is decisive for the forming capacity. of chips. it is in fact known where, during the formation of chips, it occurs, at the contact surfaces between the material and the tool., high temperatures, the value of which depends on the material and the cutting conditions .
In general, it should be assumed that, under the usual working conditions in practice with machinable aluminum alloys, the temperatures which occur are of the order of 100 to 300 C. In the alloy according to the invention, the. ease of chip formation is due, however, as has also been recognized, to the fact that the formation of a short brittle chip during machining is a consequence of the presence of a low melting point phase which already liquefies at the temperature occurring under the cutting tool.
The liquefaction of this phase, which therefore acts as a "chip breaker", occurs as other tests have shown, all the more surely as its particles are finer and its melting point is lower. From this observation follows, for the manufacture of machine-machinable materials, general teaching is not limited either to the present invention, or only to aluminum alloys capable of being machined in automatic machine tools, to know that the material Which must be made machinable, must be added alloy constituents which, in the solid state, are insoluble in the base alloy and therefore appear in the form of a second phase to melting point as low as possible,
so that the temperatures occurring under the tool. During the formation of the chips, the second phase melts, preferably present in the state divided into extremely fine particles.
These new findings also explain that tin, although soluble, in the liquid state., In aluminum alloys,
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has the effect of shortening the shavings of the alloy according to the invention, because it appears in the alloy as a second phase, in the form of an Al-Sn eutectic melting at 229 C and becoming water-soluble at temperatures that occur during chip removal, so there it is. cause or one of the causes of this where the chips of the alloy break short.
The chip-removing ability of the alloy according to the invention can even be increased by a heterogeneous texture of the alloy. Such a texture can be obtained, for example, by seizing or by cooling the alloy in air, after dissolving heating to 350-500 C, followed by annealing at 100-125 C.
The alloy according to the invention can be chipped with the same ease as machinable brass which it is intended to replace if necessary. Machined by tools removing chips, it presents a clean and shiny surface and moreover, certain compositions of this alloy have technological properties better than those of machinable brass.
In addition, the alloy annealed after heating solvent and containing only little Zn and Mg (up to 8% in all) is not subject to corrosion by potential difference. If the total content of Mg and Zn is higher, it is advisable, because of the danger of corrosion, to air-cool the alloy which has undergone the solvent heating.
To eliminate the sensitivity to corrosion by potential difference of this group of alloys according to the invention, or to ensure insensitivity against this corrosion in the other group, it is also possible to incorporate in the alloy 0.5% of Cr or V, or up to 2% Cu.
The incorporation of Cr, V or Cu in Al-Zn-Mg alloys to avoid the danger of corrosion by potential difference is known per se. However, it was not to be expected that these metals could also avoid the danger of corrosion or increase or ensure the insensitivity against this corrosion in the alloy according to the invention.
Compared to the machinable 1 a ton, the alloy according to the invention still has and above all the advantage of being suitable for use @
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as an anti-friction metal.
The Si content of the alloy according to the invention should preferably not exceed 0.5%, provided that a modification of its properties by a higher silicon content is not sought.
The alloy according to the invention is advantageously produced in an induction furnace.
CLAIMS.
1.Aluminum alloy of the Al Mg type, suitable for hot press work and chip removal machining, containing 2.5 to 12% Mg, 0 to 1.5% Mn and up to to about 8% of at least one other constituent such as Pb, Bi, Tl, Cd etc. and; in the event, up to 6.4 of Sn, the binary alloy of which with aluminum exhibits, in the liquid state, a miscibility gap, characterized by an additional content of 1.5 to 16% of zinc .