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MÉMOIRE DESCRIPTIF
DÉPOSÉ A L'APPUI D'UNE DEMANDE
DE BREVET D'INVENTION la société dite : WIELAND-WERKE A. G. Utilisation d'alliages d'aluminium pour pièces de machines travail- lant au glissement, notamment pour coussinets ou paliers.
Demande de brevet allemand en sa faveur du 14 Août 1943.
On a déjà proposé d'utiliser des alliages d'aluminium comme matériau pour des pièces de machines travaillant au glisse- ment, et l'on partait dans ce cas des alliages qui se sont avérés convenir comme matériau pour pistons de moteurs. On sait que, dans ces derniers, des cristaux durs sont enrobés dans une masse de fond tendre, de sorte au'aussi dans le cas de paliers à glis- sement en alliages d'aluminium l'arbre glisse dans une pellicule d'huile abondante sur les pointes des cristaux durs enrobés, dans la masse de fond tendre. On sait en outre qu'avec des métaux anti- friction ou pour coussinets de ce genre on n'obtient de bonnes caractéristiques de glissement qu'aussi longtemps qu'il y a un ample apport de lubrifiant.
Si la quantité présente de lubrifiant descend au-dessous d'un minimum dépendant de l'alliage utilisé dans chaque cas considéré, la surface de glissement du coussinet,.coopé- rant avec l'arbre, devient rugueuse en relativement peu de temps, ce qui entraîne le plus souvent un grippage du coussinet. Dans ces cas le coussinet doit être réalisé ou rodé, ou être remplacé, tandis que l'arbre doit le cas échéant être rodé à l'émeri, sinon repassé au tour.
La présente invention a pour objet l'utilisation d'un alliage d'aluminium comme matériau pour pièces de machines travaillant au glissement, notamment pour coussinets ou paliers, cet alliage se distinguent principalement par des caractéristiques ou propriétés de glissement particulierement avantageuses dans des conditions de travail extrêmement dures, en coopération avec des arbres en acier, aussi bien trempés que non trempés.
Il est connu que dans la construction des machines de faibles puissances ou de petites dimensions il n'est pas toujours possible d'arriver à une lubrification irréprochable, et pour cette raison il est nécessaire que les organes travaillant au glissement tendent le moins possible au grippage, aussi dans le cas d'un frottement dit semi-liquide, voir même complètement sec, c'est-à-dire qu'ils doivent avoir des caractéristiques ou proprié- tés de glissement aussi bonnes que possible dans des conditions de travail extrêmement dures.
Dans ce cas il est particulièrement avantageux, surtout quant aux paliers ou coussinets à glissement, que les matériaux antifriction présentent de bonnes caractéristi- ques ou propriété de glissement non seulement pour des arbres trempés, mais aussi pour ceux en acier doux; car la trempe de l'arbre et son usinage complémentaire indispensable sont laborieux et en outre coûteux.
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L'alliage d'aluminium, à utiliser suivant la présente invention, est caractérisé essentiellement par les teneurs svivan- tes: tes: plus nue po à 3,6 deMg plus ue 1,5 à 8 6 de Pb reste : aluminium avec les impuretés usuelles.
Le magnésium sert à durcir la masse de fond de l'alliage, tandis que le Pb assure les Dualités de glissement. En présence de Pb, les métaux Cu et Zn exercent une action semblable à celle
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du ',-Tg. Par conscauent ils peuvent avantageusement améliorer encore indirectement les caractéristiques ou propri't-s de glissement de l'alliage, déjà bonnes par elles-mêmes, par un durcissement de la masse de fond, le Cu pouvant être Ajout! en Quantités s'élevant.
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jusqu'à 5 / et/ou le Zn jusqu'à 7%.
Or, le magnésium durcit non seulement la masse de fond, mais agit en outre simul tancent en nua.lité de "transmetteur" vis-à-vis du Pb lors de la préparation de l'alliage, puisau'il est capable de former des cristaux mixtes aussi bien avec le Pb au'avec l'Al. Dans le cas de fortes teneurs en Pb, le Pb se pré- sente sous forme d'une seconde phase. Au lieu du Pb, ou en com- binaisan avec lui, on peut employer aussi les métaux Bi, Cd, Sn,
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T1, In et Ig, séparément ou en combinaison entre eux, mais au total l'additiondetaus cesiâc-tax ne dcpassera utilement pas s 8". Les métaux Na et K agissent comme les métaux précités, mais ceci dans une plus forte mesure, de sorte cu'il ne faut les employer que tout au plus à raison de 2%.
On obtient des caractéristiques ou propriétés de glissement particulièrement favorables dans des conditions de travail extrêmement dures lorsque les métaux Pb, Bi, Cd, etc., ne sont pas dissous dans la masse de fond, mais sont présents dans l'alliage sous la forme d'une seconde phase distincte, un 'tat particulier de division et de répartition extrêmement fines de cette seconde phase s'étant avéré être avantageux.
De plus, cette division et répartition uniformes et fines du Pb, du Bi, etc., dens la, masse fondamentale est encore avantageuse au point de vue du façonnage à chaud, parce que les alliages à utiliser suivant la présente invention ont une plus fible tendance à la fragilit à
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chaud rue dans le cas où la seconde phase se présente sous for'Ole de poches ou de nids ou d'accumulations locales encore plus gran- des; cardans ce dernier cas la barre à tendance à se crevasser,
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par exemple lors de l'extrud2ge à chaud.
Suivant une autre cara.ctristiue de l'invention cette division et répartition fines et uniformes des J11'(t'111X Pb, Bi, Cd, Tl, etc., peut être obtenu de différentes manières: a) par r'ction chimique des composas m/talli1ueJ correspon- dants avec le reste de la masse de fond de l'alliage; b) d'une manière connue en soi, par une surchauffe de la masse fondue renfermant les additions d'une solubilité limitée,
Pb, Bi, Cd, etc., suivie d'un refroidissement brusnue dans des coquilles réfrigérées;
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c) par une incorporation mécaninue des métaux Pb, Bi, etc., s- parnent ou en combinaison entre eux, dans le reste de la masse de fond.
Il a été trouvé suivant la présente invention que, dans le premier cas, les halogénures, particulièrement les chlorures, conviennent bien à cet effet et qu'on arrive de cette manière non seulement à une division et répartition particulièrement fines et uniformes des métaux additionnels dans la masse fondue, mais en outre à une épuration, connue en soi, de la masse fondue, par élimination des oxydes et des autres impuretés non métalliaues, par exemple, par l'action du chlore gazeux formé.
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Dans le second cas on met à profit, dans la préparation des alliages pour paliers ou coussinets à glissement, le fait, connu en soi, que les métaux Pb, Bi, etc., ne sont miscibles avec l'aluminium, aux températures de fusion usuelles, que dans une mesure seulement restreinte, tandis qu'aux températures plus éle- vées la lacune de la miscibilité est essentiellement rétrécie, sinon fermée. Par conséquent, lorsqu'on surchauffe la masse fondue d'Al renfermant les additions de solubilité restreinte Pb, Bi, etc., cette masse absorbe aux températures de surchauffe une plus forte quantité de Pb, de Bi, etc.
Par le coulage d'une masse fon- due, surchauffée, de ce genre, préférablement en coquilles ou moules réfrigérées, les métaux additionnels d'une solubilité restreinte se séparent de nouveau lors de la solidification, et ceci à un état de division et de répartition d'autant plus fines et uniformes que le passage par la zone de températures située entre la surchauffe et la solidification est rapide.
Dans le troisième cas les métaux Pb, Bi, etc., utilement fondus d'avance, sont mélangés au reste de la masse de l'alliage, par agitation, d'une manière tellement intime qu'il en résulte une division et une répartition, semblables à celles d'une émulsion de ces métaux dans le reste de la masse de fond liquide, de sorte que lors de la solidification, il ne peut plus se produire un fusionnement ou un rassemblement à l'état liauide des particules extrêmement fines constituant la seconde phase. Avec ce genre d'incorporation des métaux améliorant les caractéristiques ou les proprits de glissement il est particulièrement utile d'ajouter ces métaux à la masse de fond, non pas séparément à un état préa- lablement fondu, mais sous forme d'un alliage préliminaire, de la manière connue en soi.
La nouveauté essentielle de l'objet de la présente invention réside cependant en ce que, dans le cas des alliages à utiliser suivant la présente invention, il est particulièrement avantageux d'ajouter les métaux, améliorant les caractéristiques ou propriétés de glissement, sous forme d'un alliage préliminaire d'une composition eutectiaue, les alliages préliminaires eutecti- ques de ce genre pouvant renfermer le cas échéant encore des éléments qui sont parfaitement miscible à l'état liquide aussi bien avec l'aluminium qu'avec les métaux Pb, Bi, etc., et qui servent par conséquent aussi, dans une certaine mesure, comme transmetteurs par rapport aux métaux Pb, Bi, etc., et le cas échéant simultanément à l'abaissement du point de fusion de l'al- liage eutectioue. En effet,
il a été constat!. par des essais qu'il doit exister entre le point de fusion de le seconde phase consti- tuée par les métaux Pb, Bi, etc., et les caractéristiques ou propriétés de glissement, respectivement de glissement dans des conditions extrêmement dures, une action réciproque en ce sens que les faces de contact des particules des métaux Pb, Bi, etc., ou de leurs alliages, divisées et réparties à un état d'extrême finesse dans la masse fondamentale, exercent, pendant l'usage ou le travail, une action lubrifiante additionnelle sur l'acier de l'arbre.
Lorsque cette phase, à bas point de fusion, acquiert, dans le cas d'un échauffement inadmissible du palier ou coussinet à glissement, un état pâteux, ou qu'elle devient même franchement liquide, elle exercent une action lubrifiante accrue déjà à des températures relativement basses du palier ou du coussinet. Il a été constaté en outre que cette acquisition d'un état pâteux ou d'un état franchement liquide se produit d'une manière d'au- tant plus certaine que la grosseur des particules est faible et que leur point de fusion est bas.
Cette constatation conduit à la règle générale, qui n'est pas limitée à la présente invention, ni seulement aux matériaux pour paliers ou coussinets à glisse- ment à base d'aluminium et qui consiste en ce ou'il est possible d'améliorer les propriétés ou caractéristiques de glissement des alliages pour coussinets ou paliers à glissement, travail- lant dans des conditions extrêmement dures, en ajoutant au
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'et 'riclu ;1:;
D:"se -.:>1,.0 ,'- i'ond 'En con.:;titu"nts d'alliage oui '-ont non s8'l1.1e'8n'c insolubles à l' 't:1t solide d"r's l'",11iP88 ()E' b"'ce, l'I"',i5 qui sur présentent en outre sous forne d'une seconde phase, d'un point, ch fusion aus.3i bas "1De possible, à un /tat do division et de répartition extrêmerfient fines et uniformes suivant les sections longitudinale et transversale, de sorte rue ces particules
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puissent devenir pâteuses ou liquides pendant l'usage ou le travail.
Le Sn exerce une double action dans l'alliage à utiliser
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suivant la présente invention. On sait Qu'il est soluble à l'état
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liquide dans des alliages d'aluminium, et au' il peut forcer des
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cristaux mixtes avec du Pb ou avec les wétaux de rempL1.C8'"E'l1t de ce dernier, de sorte ("1;'i1 peut agir, d'une part en qualit de
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métal transmetteur par rapport au Pb, etc. '.bais il peut se pr'-
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senter c7a.ns 1'#lliage en outre sous forme d'un eutectique -Al-Sn et r%oÀiioi%er sous cette îor.;e les propri/tfs ou cprrct{ristirDes de glisse;'.ent r'e Palli'8 (lrn's "'es conditions àr tr.ir=il extrÊ,0'e- ;int dures.
DAns le t"blc"u ci-dessous on a. group''' es llies pr"- liMinrires eutectiques, connus en soi, tels ru'ils peuvent se présenter sou? i'orJ"":' 5'une seconde phase dans l'alliage pour coussinets ou palier'' 5. glissT'-pnt à utiliser suivnt la présente invention. Il ressort "1< ce table'u 0ue des alliages prli7ilirr: eL;t<#cti..i;es dr c "enre ,:cuvent ccntenir en outre le cs cb.ant ,-'cs '1/ ents n)j, eux seuls, 5:,n;:; -L'un des ,,(taux Pb, , Ei etc., n'apportent p'" s l' éu;1'licr"1tjJm voulue des cractristim:e, ou prOè)I'1.:t ',: ,'le :Lïs:,s.wnt, -',1s 0u1 conviennent, en combinaison ;'vec 1. ;;n CI' luieur. "ir< "t:1UX Pb, Bi, etc., pour ^1,^is: er avantageuse" '=ni, le r'Uirl" 'b- fusion 0e 1-" seconde ph'J.'38 Pu" r'1"' linrn le' c#,ract 'risi;1.i:;s ou pro1ri'tfs de glissement et ( :-Li.e- rent dans 0S condition" de travail extrêmement dures.
Des ?4'ii- tinns de ce genre sont, ii r eYe<.;ple, les "r.4t3ux Li, Sb, 7n. 'n dosant 1- ouantit/ fl# ces subsbr-nces 3 ajouter il fTut tonir compte de ce "ue;, 101": (1(> l'introduction d'un alliage prrli'''in8ÍJ'''' rrnfer;^nt les T;<té<vx Li, Sb, Zn, avec du Pb, du Bi, etc., il s'établira un /t8t (1'(ruilibre tel ru'une partie do la c'uantit"' totale roC" Li, Sb, ou 7,n ajoutée reste dons le seconde phase, tandis nu'une autre partie est dissoute d-'l1s l'alliage de base formant la masse de fond. 1l'e:#L ainsi par exemple c;ue, dans le cs d'une addition d'un elliage prilii inaire (JE' Pb-Cd-Sb une portion 0'" la quantité totale de Sb ajoutée, portion nui dépend dns chaque cas
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de la composition de l'alliage de base, se dissoudre ou passera dans
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la masse fondamentale et g7Pôliorer avantageusement la capacité de durcissement de c=tt;
. dernière, tandis nue le restant reste dans la seconde phase et influence le point de fusion dp la manière voulue. Par '"'p simples essais préalables il est possible de dter iner 1" composition rue doit ?voir l'alliage préliminaire
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nécessaire à l'introduction des octaux Pb, Bi, etc., afin ou'il
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reste, dans l'alliage fini, unr seconde phase dp la composition 1"[ire, respectivement pos;x"d. -1t le point de fusion voulu.
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Point, r1e fusion en C " de Pb 'J de Bi . de Cd Çb de Sn l'autre2
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1i5' " ' 92,1 40,95 8,2 10,65 ln 18,1 E4.,O - - - - ÎNq 49,"'" (Il 50,8 64-61 7f,0 46,8 7,'.
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Les caractéristiaues qualitatives des matériaux antifric- tion à employer suivant la présente invention peuvent être amélio- rées encore davantage, aussi bien au point de vue des caractéris- tiques mécaniques qu'au point de vue des propriétés ou caracté- ristiques de glissement ou antifriction, par d'autres additions, soit en augmentant encore la dureté de la masse de fond des alliages suivant l'invention par des additions formant des cris- taux mixtes, et/ou en se servant du moyen connu en soi consistant à encastrer ou à incorporer dans la nasse de fond des cristaux de supports durs.
Dans le premier cas on peut ajouter du Cu ou du Zn, conformément à ce qui a été déjà mentionne plus haut, tandis que dans le dernier cas conviennent les métaux Ni, Co, Mn, Fe, Ti cu Cr, en quantités s'élevant jusqu'a 5%, l'addition totale des létaux mentionnés en dernier lieu ne devant généralement pas dépasser 7%. Généralement on maintiendra. l'addition de Si seule- ment dans les limites des impuretés; mais lorsqu'on veut augmenter la capacité de durcissement, particulièrement la capacité de durcis- sement à chaud bu la capacité de conserver la dureté à chaud, on peut employer avantageusement aussi des teneurs en Si s'élevan.t jusqu'à 5%.
Ci-dessous deux exemples d'exécution d'alliages pour coussinets ou paliers à glissement, à utiliser suivant la pré- sente invention, dont le premier a donné de bons résultats en coopération avec des arbres en acier doux, alors que le second alliage est avantageux pour coopérer a.vec des arbres en acier trempé. ler. alliage : 2,3% de Mg 1,0% de Cu 0,80% deMn
3,5% de Pb + Bi + Cd + Sn 0,50% de Si, reste Al.
Semé.alliage: 3,2% de Mg 2,0% de Cu 0,80% deMn
2,5% de Bi + Cd + Pb 1,00% de Sb
1,2% de Ni 1,0 de Si reste Al.
R E V E N D I C A T 1 0 N S
1) L'utilisation d'alliages d'aluminium renfermant plus que 2,0% jusqu'à 3,5% de Mg et plus Que 1,5% jusau'à 8% de Pb, cornue matériau pour des pieces de machines travaillant au glisse- ment, notamment pour coussinets ou paliers à glissement.