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MÉMOIRE DESCRIPTIF
DÉPOSÉ A L'APPUI D'UNE DEMANDE
DE BREVET D'INVENTION la Société dite: WIELAND-WERKE AKTIENGESELLSCHAFT Utilisation d'alliages d'aluminium pour pièces de machines travaillant au glissement, notamment pour coussinets ou paliers.
Demande de brevet allemand en sa faveur du 24 Août 194S.'
On a déjà proposé différents alliages d'aluminium comme matériau pour coussinets ou pa.liers, entre autres un alliage à 3 jusqu'à 3,6% de Cu, le reste étant de l'aluminium. Or, l'expérience a montré que les propriétés ou caractéristiques de glissement de cet alliage sont insuffisantes, de sorte qu'il n'a trouvé aucune a.pplication de quelqu'importance dans l'industrie.
La présente invention a pour objet l'utilisation d'un alliage d'aluminium contenant du cuivre, comme matériau pour pièces de machines travaillant au glissement, notamment pour coussinets ou paliers à glissement. L'alliage à utiliser suivant la présente invention est caractérisé essentiellement par les teneurs suivantes : 0,6 à 10% de Cu, préférablement 1,5 à 6% de Cu, plus que 0,5 et jusqu'à 8% de Pb, le reste étant de l'aluminium avec les impuretés usuelles.
Cet'alliage se distingue avant tout par des propriétés de glissement excellentes en coopération avec des arbres en acier trempés et non trempés, et il présente en outre de bonnes propriétés de glissement dans des conditions de travail extrê- mement dures, telles qu'on les exige particulièrement pour les paliers ou coussinets lisses des machines de faibles puissances.
Dans l'alliage à utiliser suivant la présente invention c'est la teneur en Pb qui est la cause essentielle des bonnes propriétés de glissement,et de glissement dans des conditions de travail extrêmement dures. Ce Pb se présente dans l'alliage, dans le cas de teneurs relativement fortes, sous la forme d'une seconde phase, ce qui est d'une importance décisive pour l'obtention d'un optimum dans les propriétés de glissement, et de glissement dans des conditions de travail extrêmement dures.
Au lieu du Pb et ensemble avec lui on peut employer aussi les métaux Bi, Cd, Tl, Mg, In et Zn, séparément ou à plusieurs, l'addition totale de tous ces métaux ne devant cependant pas dépasser 8%. Les métaux Na et K agissent également de la manière susmentionnée, mais dans'une plus forte mesure, de sorte qu'il ne faut les employer que tout au plus en quantités s'élevant jusqu'à 2%.
On obtient de particulièrement bonnes propriétés ou caractéristiques de glissement, et de glissement dans des conditions de travail extrêmement dures, lorsque les métaux Pb, Bi, etc., ne sont pas dissous dans la masse de fond, mais se présentent sous forme d'une seconde phase, indépendante,.
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dans l'a..3,age. On a trouvé très avantageux que la division et lp rapartition de cette seconde phase dans la masse de fond soient aussi fines et aussi uniformes que possible, car une telle division et répartition, en ouelcue sorte du genre d'une Pulsion, sont non seulement d'un effet avantageux pour les vropri"t4s ou cargcthristi0ues de glissement mais en outre aussi favorables pour le façonnage à chaud et pour l'usinage par enlevèrent de copeaux de ces matériaux.
Suivant une autre particularité de la présente invention la division et la répartition fines et uniformes des métaux
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Pb, Bi, etc., peuvent être réalistes de différentes ^niçres, Il savoir: a) par réaction chimique des. composés métallinues correspondants avec le reste de la masse de fond de l'alliage;
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b) d'une manière connue en soi, par une surchauffe de la n'(1sse fondue renfermant les additions Pb, Bi, etc., de solubilit restreinte, surchauffe suivie d'un refroidisseent '1,r11S(11Je, utilement dans des coouilles réfrigérées; c) en soumettant la masse fondue contenent les additions d'une
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solubilité restreinte à l'action d'ondes sonores, prÁfhrablement d'ondes ultrasonores; ' d) par l'introduction d'alliages préléminaires des dits métaux, spar^ment ou en combinaison, dans le reste de la masse de fond.
Il a étp trouvé nue dans le premier cas les hplognures, p?.rts,cvl-j.ére..ent les chlorures et les fluorures, conviennent dans ce but, ce moyen conduisant non seulement à une division et répartition particulièrement fines, du genre d'une 'mulsion, des MtqUX additionnas dans la masse fondue, mais en outre, par exemple nar l'action du chlore gazeux formé, à une épuration, connue en soi,
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de la masse fondue des oxydes et d'autres impuretés non wpt!:' lli0ues Les composés organioues de ces métaux entrent le cas -chépnt également en considération dans le but envisagé, ?ar exemple 1' c6t?te de plomb.
Dans le second cas on profite du fait connu en soi, con-
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sistant en ce oue les nétaux Pb, Bi, ne sont miscibles avec l'Al, aux températures de fusion 15uelles, que seulement dans une mesure restreinte, tandis qu'aux températures plus élevées la lacune de miscibilité est essentiellement rétrécie, sinon complè- tement comblée.
Par conséquent, lorsqu'on surchauffe la masse fondue d'alu- minium renfermant les métaux additionnels Pb, Bi, etc., de solvbi- lité restreinte, cette masse absorbe aux températures de surchauffe, dans une mesure croissante, une plus forte quantité de Pb, de Bi, etc., qu'aux températures de fusion usuelles. Il a été constaté
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que l'incorporation par fusion au four à induction est particviière-ent utile à cet effet.
Or, lorsoueon coule une masse surchauffée de ce genre, pr6fl;'rable".ent dans des moules r--frie-rAs l'application de la coulée continue en barres de longueur illimitée 'tant particulièrement avantageuse dans le-cas de ces maté-
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riaux, les métaux additionnels de solubilité restreinte, se séparent de nouveau lors de la solidification, en se présentant dans la pièce coulée finie à l'état d'une suspension oui est d'autant plus finiment et uniformément divisée et repartie que le passage par la zone de températures située entre la surchauffe et la solidification a été rapide.
Dans le troisième cas la répartition fine, du genre d'une émulsion, des métaux Pb, Bi, de solubilité restreinte, dans la masse de fond est réalisée, d'une manière connue en soi, par une application d'ondes sonores, et dans ce cas il peut être utile que ¯
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l'introduction des métaux additionnels fondus d'avance se fasse déjà sous une action d'ondes sonores. Une application d'ondes ultrasonores s'est avérée particulièrement utile à, cet effet.
Dans le quatrième cas les métaux Pb, Bi, etc., qui ont été utilement fondus au préalable, sont mélangés au reste de la masse de fond de l'alliage d'une manière tellement intime, par agitation, qu'il en résulte une division et répartition du genre d'une émulsion de ces métaux dans le reste de la masse de fond liquide, de sorte aue, lors de la.solidification, un fusionne- ment des particules extrêmement fines de la seconde phase ne peut plus se produire. Il a été constat que cette division et répartition uniformes des métaux Pb, Bi, etc., suivant la sec- tion longitudinale et transversale, peut être atteinte notamment en ajoutant les métaux à la masse de fond non pas séparément à l'état fondu d'avance, mais sous forme d'un ou de plusieurs alliages préliminaires..
Or,.dans le cas des alliages à utiliser suivant la présente invention, il s'est avéré particulièrement avantageux d'ajouter les métaux additionnels Pb, Bi, etc., sous la forme d'un alliage préliminaire d'une composition eutectiaue, connue en soi, qui'peut renfermer le cas échéant encore des éléments qui forment, à l'état liquide, aussi bien avec l'Al, qu'avec les métaux Pb,'Bi, etc., qui ne sont miscibles avec l'Al, à l'état solide, que dans une mesure restreinte, de vraies solu- tions et qui servent par conséquent comme transmetteurs par rapport aux métaux Pb, Bi, etc., et-le cas échéant, à l'abaissement du point de fusion de l'alliage eutectique.
Il a été constaté en effet qu'il doit exister vraisemblablement entre le point de fu- sion de la seconde phase, constituée par les métaux Pb, Bi, etc., d'une part, et les propriétés ou caractéristiques de glissement et de glissement dans des conditions de travail extrêmement dures, d'autre part, un rapport dans ce sens, que les faces de contact des particules des métaux Pb, Bi, etc.,ou de leurs alliages, finement et uniformément divisées et réparties dans la masse fondamentale, exercent, ,pendant l'usage en qualité de coussinets ou de paliers, une action lubrifiante additionnelle sur l'acier de l'arbre, ce qui est d'une importance particulièrement grande dans le cas où l'apport du lubrifiant est insuffisant.
Dans le cas des alliages a utiliser suivant la présente invention les bonnes propriétés, ou caractéristiques de glissement dans des conditions de ,travail extrêmement dures sont particulièrement. prononcées dans le 'cas où la seconde phase, qui renferme les métaux Pb, Bi, etc., est constituée par un alliage préliminaire eutectique à bas point de fusion. Il a été constaté en effet que lors d'un échauffèrent inadmissible du coussinet ou palier à glissement ,la phase à bas point de fusion devient presque pâteuse, , voir même fluide et qu'elle exerce dans ces conditions une action lubrifiante déjà à des températures relativement basses du cous- sinet ou du palier.
Cet état pâteux voir même fluide, de la seconde phase s'établit d'une manière d'autant plus certaine que la finesse des particules de la seconde phase est grande et que le point de fusion de cette dernière est bas. Cette onstatation conduit à la règle générale qu'il est possible d'améliorer'' les propriétés ou caractéristiques de glissement dans des conditions de travail extrêmement dures des matériaux antifriction par l'ad- dition de constituants qui sont non seulement insolubles à l'état solide dans la masse de fond, mais qui se présentent en outre sous forme d'une seconde phase d'un' point de fusion aussi bas que possible et à l'état d'une division.et d'une répartition extrême- ment fines et uniformes suivant la section longitudinale et trans- versale.
En outre, il a été trouvé suivant la présenteinvention que les métaux additionnels, présents à l'état d'une division et d'une répartition fines, ont aussi une influence favorable sur l'aptitude à l'usinage par l'enlèvement de copeaux. Pour cette raison les alliages à utiliser suivant la présente invention four-
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niassent dans le cas de l'usinage par l'enlèvement dF copeaux, une surface nette,propre et luisante, telle au'on l'exige des alliages à usiner au moven de r1é1.chines automatiques, ainsi nu'un copeau defaible longueur oui s'éloigne librement de l'outil et quel'on obtient avec les mêmes outils et aux mêmes vitesses que ceux utilisas rour l'usinage du laiton sur des machines automati- ,lues.
Dans le tableau ci-dessous sont groupes des alliages
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entectj.0ues, connus en soi, tels ou'ils peuvent être CO'1nris, sous forme d'une seconde phase, dans les alliagesutiliser suivant la présente invention. Comme il ressort de ce tableau, ces alliages
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eutectiques l)eUvent renfermer le cas échéant encore des lr'1'ents qui, eux seuls, sans l'un des métaux Pb, Bi, etc., n'apporteraient pas l'amélioration d-sirae des propriptfs ou caractéristiques de glissement et de glissement dans des conditions extrêmement dures, mais oui, en combinaison avec cesuétaux sont capables d'abaisser le point de fusion de la seconde phase. Des additions de ce genre sont par exemple les métaux Li, Sb, Zn.
Dans le dosage des teneurs en ces constituants il faut tenir compte de ce que, par exemple dans le cas de l'introduction d'un alliage préliminaire, renfer-
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mant le rPta1 Sb, avec du Pb, du Bi, etc., il s'établit un état d'équilibre dans ce sens ou'une partie du Sb ajoutf, contenu dans l'alliage préliminaire, reste dans la seconde phase, tandis oue l'autre partie' est absorbée par la masse de fond et est dissoute par elle.
C'est ainsi par exemple que, dans le cas d'une addition d'un alliage préliminaire de Pb-Cd-Sb, une portion de toute La quantit ajoutée de Sb, portion dépendant de la composition de 1'alliage de base considéré dans chaque cas, passe dans la masse de fond et est absorbée par cette dernière en solution solide, ce
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oui influence avantageusement d'autres DroDritÁs ou cpract/risti- nues, par exemple la capacité de durcissement.
Par des essais simples on meut déterminer la composition que doit présenter l'alliage préliminaire nécessaire à l'introduction des métaux Pb, Bi, etc., afin nu'il reste dans l'alliage définitif une seconde phase de le, composition voulue et présentant le noint de fusion désiré.
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Point de fusion de Pb 9 de Bit de Cd de Sn /1 d'autres en CO. ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ ¯¯¯1Q@à@n
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<tb> 47,0 <SEP> 22,1 <SEP> 40,95 <SEP> 8,2 <SEP> 10,65 <SEP> In <SEP> 18,1
<tb> 64,0 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> (Na <SEP> 49,2
<tb> (T1 <SEP> 50,8
<tb> 64-61 <SEP> 36,0 <SEP> 46,8 <SEP> 7,2 <SEP> - <SEP> Hg <SEP> 10,0
<tb> 65,5 <SEP> 24,9 <SEP> 50,1 <SEP> 10,8 <SEP> 14,2 <SEP> -
<tb>
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67,0 ?.6,0 46,6 9,4 12,0 T1 ,O 70,0 07e7 49,4 10,0 l'?,9 -
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<tb>
<tb> 91,5 <SEP> 40,2 <SEP> 51,7 <SEP> 8,1- <SEP> -
<tb> 95,0 <SEP> 52,0 <SEP> 52,0 <SEP> - <SEP> 16,0 <SEP> -
<tb> 102,5 <SEP> - <SEP> 53,9 <SEP> 20,2 <SEP> 25,9 <SEP> -
<tb> 125,0 <SEP> 43,5 <SEP> 56,5 <SEP> - <SEP> - <SEP> -
<tb> 130,0 <SEP> - <SEP> 56,0 <SEP> - <SEP> 40,0 <SEP> Zn <SEP> 4,0
<tb> 143,0 <SEP> - <SEP> 60,0 <SEP> 39,3 <SEP> - <SEP> Zn <SEP> 0,7
<tb> 144,0 <SEP> - <SEP> 60,
0 <SEP> 40,0 <SEP> - <SEP> -
<tb> 188,0 <SEP> - <SEP> 47,5 <SEP> - <SEP> - <SEP> Tl <SEP> 52,5
<tb> ?18,0 <SEP> - <SEP> 97,0- <SEP> - <SEP> Na <SEP> 3,0
<tb> 244,0 <SEP> 87,0- <SEP> - <SEP> - <SEP> (Sb <SEP> 12,5
<tb> 81,7 <SEP> (Zn. <SEP> 0,5
<tb>
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Q45,0 81,7 - 17 y - Zn 1,0
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<tb>
<tb> 245,0 <SEP> 80,0 <SEP> - <SEP> 16,0- <SEP> Sb <SEP> 4,0
<tb> 247,0 <SEP> 87,0 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> Sb <SEP> 13,0
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,48,0 8N,5 - 17,5 - -
Le Sn exerce le cas échéant, en qualité de constituant de 1-'alliage à utiliser suivant la présente invention, une double action. On sait qu'il est soluble dans des alliages d'Al à
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l'état liquide et forme aussi avec du Pb, ou avec les métaux de remplacement de ce'dernier, des cristaux mixtes.
Cette proprié- téle rend capable aussi bien d'agir comme métal transmetteur que d'augmenter les qualités de glissement, pour autant qu'il soit présent sous forme de l'eutectique -Al-Sn. Par contre, le Mg, qui peut être ajouté en quantités de 0,2 à 2%, n'exerce que la premiere de ces actions, à savoir celle d'agir cornue métal transmetteur.Pour faire varier les caractéristiques mécaniques des alliages à employer suivant la présente invention on peut . leur incorporer encore des éléments formant des cristaux mixtes, par exemple du nickel et du Zn.
Le premier est employé utilement en quantités s'éle- vant jusqu'à 2%, le dernier en quantités s'élevant jusqu'à 10%. En outre les alliages pour coussinets ou paliers à glisse- ment suivant-l'invention peuvent être additionnés encore de métaux de là famille du,fer, tels que le Fe, le Mn, le Cr, en quantités s'élevant jusqu'à environ 2%, séparément ou ensemble.
Ci-dessous un exemple d'exécution d'un alliage à uti- liser suivant la présente invention, qui a fournie de bons ré- sultats en coopération avec des arbres en acier doux:
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<tb> 3.,5 <SEP> %de <SEP> Cu
<tb> 0, <SEP> 6 <SEP> % <SEP> de <SEP> Mg
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0, 6 j de Mn 4,5%dePb+Bi+Cd+Zn+Sn
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<tb> reste <SEP> Al, <SEP> avec <SEP> les <SEP> impuretés <SEP> usuelles.
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R E V E N D I C A T 1 ON S
1)L'utilisation d'alliages d'aluminium contenant 0,6 à, 10% de Cu, préférablement 1,5 à 6% de Cu, plus que 0,5 jusqu'à 8% de Pb, comme matériau pour pièces de machines travaillant au glissement, notamment pour coussinets ou paliers à glissement..