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MÉMOIRE DESCRIPTIF
DÉPOSÉ A L'APPUI D'UNE DEMANDE
DE BREVET D'INVENTION la Société dite: IMPERIAL CHEMICAL INDUSTRIES LIMITED Procédé de fabrication drainages à base de cuivre et produits en résultant.
Demande de brevet anglais du 19 Septembre 1939 en sa faveur et en faveur de MM. M. COOK et W.O. ALEXANDER
La présente invention se rapporte à la fabrication d'al- liages contenant du cuivre comme constituant primaire et de l'alu- minium comme constituant secondaire. Ces alliages sont générale- ment désignés et sont désignés ci-dessous par bronzes d'aluminium.
L'invention a pour objet la fabrication d'alliages de .bronze d'aluminium possédant une résistance accrue à la corrosion et notamment une résistance élevée à la corrosion par l'eau de mer, propriétés qui rendent ces alliages particulierement propres à la fabrication de produits ouvrés ou façonnés tels que tubes de condenseurs, viroles et analogues.
On a proposé antérieurement d'employer des alliages à base de cuivre, d'une vaste gamme de compositions, pour la fabri- cation de pièces pour condenseurs et analogues. Suivant l'une de ces propositions un procédé de fabrication d'un alliage de lai- ton, utilisable pour des pièces de condenseurs, consiste à mé- langer d'abord à 70% ou plus de cuivre et 1% ou plus d'aluminium, une quantité de zinc et à ajouter ensuite 0,2% à 2% de chrome, par petites quantités à la fois. On a fait diverses propositions pour améliorer les propriétés mécaniques des alliages contenant du cuivre et de l'aluminium ensemble avec d'autres éléments, tels que le chrome, le silicium, le nickel ou le cobalt, en soumettant les alliages à un tra.itement thermique en deux stades.
Suivant l'une de ces propositions des alliages de cuivre conte- nant 0,2% à 3% de chrome, 1 à 10% d'aluminium, avec ou sans autres métaux, tels que le nickel, en quantités s'élevant jusqu'à 10%, sont soumis à un traitement thermique en deux stades qui comprend les opérations consistant à chauffer des alliages à des tempéra- tures comprises entre 700 C et leur point de fusion, à appli- quer ensuite un refroidissement brusque et finalement un vieillis- sement à des températures comprises entre 350 et 700 C.
Suivant la présente invention le procédé de fabrication d'alliages à base de cuivre résistant à la corrosion consiste à soumettre un bronze d'aluminium, contenant 1 à 12% d'aluminium et 0,05 à 1% de chrome, à un traitement thermique qui comprend les opérations consistant à chauffer l'alliage à des températures comprises entre 700 C et le point de fusion de cet alliage, dans le but d'amener la totalité ou une portion substantielle du chro- : me à un état de solution solide; à refroidir ensuite brusquement l'alliage de sorte que le chrome soit maintenu dans une forte mesure dans cet état de solution solide et à éviter tout traite- ment thermique subséquent capable de provoquer une précipitation ou un durcissement par vieillissement de l'alliage.
La quantité
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de chrome qui peut passer à l'état de solution solide dépendra non seulement de la teneur totale en chrome de l'alliage, mais aussi du temps et de la température de l'opération de chauffage, le temps étant convenablement non inférieur à vingt minutes. Une proportion préparée de chrome est de 0,2% à 0,5% L'alliage est chauffé préférablement à une température comprise entre 8000 et 900 C, pendant environ une heure. Pour assurer que le chrome demeure dans une forte mesure en solution solide, la vitesse du refroidissement ne doit pas être inférieure à 25 C par minute, quoique pour des températures plus élevées ou plus basses la vitesse du refroidissement puisse être légèrement moindre.
En soumettant des bronzes d'aluminium contenant du chrome à un procédé de traitement thermique suivant la présente invention, appelé ci-dessous traitement thermiaue de dissolu- tion, on obtient une augmentation très marquée de la résistance à la corrosion non seulement comparativement aux bronzes d'alumi- nium exempts de chrome, mais aussi comparativement aux alliages cuivre-chrome contenant de l'aluminium durcis par vieillissement moyennant un procédé de traitement thermique en deux stades, par lequel le chrome est uniformément répandu par précipitation dans toute la masse de l'alliage.
Il a été constaté conformément à la présente invention que les alliages fabriqués suivant cette der- nière accusent une supériorité marquée dans leur résistance à la corrosion, sur les alliages cuivre-aluminium-chrome écrouis, recuits de la manière ordinaire par un chauffage à des températures comprises entre 600 et 650 C.
La présente invention est applicable non seulement aux bronzes d'aluminium proprement dits contenant du chrome, mais aussi aux bronzes d'aluminium qui peuvent contenir en faibles proportions, à savoir, jusqu'à 5% pour chacun d'eux, des élé- ments additionnels ou des impuretés, comme par exemple du manga- nèse, du zinc et du fer. Des meilleures propriétés de résistance à la corrosion, dues à la présence de chrome en solution solide dans l'alliage, sont obtenues indépendamment de la présence ou de l'absence de ces faibles proportions d'autres constituants dans l'alliage.
Outre les avantages tout à fait remarquables au point de vue de leur résistance accrue à la corrosion, les alliages suivant la présente invention ont des propriétés précieuses au point de vue dureté et résistance à la traction accrues compara- tivement aux bronzes d'aluminium proprement dits. Dans les cas où l'on désire obtenir encore une augmentation de la résistance et de la dureté on peut ajouter une quantité de nickel s'éle- vant jusqu'à 10%. préférablement une quantité comprise entre les limites de 3 et 5%
Les alliages suivant la présente invention peuvent être travaillés à chaud et/ou à froid avant le traitement thermique de dissolution et, si on le désire, les alliages peuvent être travaillés à froid après le traitement thermique de dissolution.
Les opérations ordinaires de recuit appliquées après le travail à froid peuvent être exécutées avant le traitement thermique de dissolution, mais si l'on applique un traitement thermique ulté- rieur après le traitement thermique de dissolution, par exemple dans le but de supprimer ou d'atténuer les tensions internes de la matière, il faut prendre des précautions pour assurer que le traitement thermique subséquent soit exécuté à une température telle que le chrome demeure dans une forte proportion en solu- tion solide et qu'il ne se produise pas de durcissement par trempe ou par vieillissement. Cette température n'exédera pas 420 C et pour la plupart des alliages elle sera considérablement moindre.
Au lieu d'appliquer le traitement thermique de dissolution sous la forme d'une opération distincte le traitement thermique de dissolution peut comprendre, dans le cas d'un produit travaillé @
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à chaud, un chauffage de l'alliage à une température supérieure à 700 C pendant le temps nécessaire puis immédiatement après, un traitement mécanique à chaud de l'alliage, ce traitement méca- nique à chaud étant suivi d'un refroidissement rapide de l'allia- ge à parti d'une température située au voisinage ou au-dessus de 700 C.
Dans la fabrication de l'alliage le chrome est incorpo- ré préférablement dans une masse fondue contenant du cuivre sous forme d'un alliage durcissant cuivre-chrome. Le durcissant peut être, soit un alliage cuivre-chrome proprement dit, contenant par exemple 10 à 15% de chrome et sensiblement exempt d'autres addi- tions ou impuretés, ou il peut avoir la forme d'un alliage ternai- re, contenant environ 10 à 15% de chrome et une proportion sem- blable d'aluminium. Lorsque le durcissant s'est dissous dans la masse fondue on ajoute la totalité ou le reste de l'aluminium.
Des désoxydants sont ajoutés au métal fondu en quantités suffisan- tes pour assurer l'absence d'oxygène dans la masse fondue. Un désoxydant convenable à cet effet peut être constitué par exemple par 0,2% d'aluminium, ou 0,5% de manganèse, ou 0,3% de zinc. Du charbon ou des fondants, tels que le borax, le verre ou leur équiva- lent peuvent être employés pour couvrir le métal pendant la fusion et la coulée.
Suivant un exemple d'exécution de l'invention, applicable à la fabrication des tubes de condenseurs, un alliage composé de 92,5% de cuivre, 7% d'aluminium et 0,5% de chrome est fondu, coulé de la manière décrite ci-dessus, et les billettes coulées sont extrudées ou percées à chaud de manière à obtenir des billettes tubulaires à paroi épaisse. Les billettes tubulaires sont ensuite étirées à froid en une série d'opérations d'étirage alternant avec les opérations de recuit nécessaires. L'opération de recuit finale comprend un chauffage des produits à une température d'en- viron 850 C pendant une heure,suivi d'un refroidissement brusque dans l'eau. Ensuite les tubes sont soumis à une opération finale d'étirage à froid.
Les tableaux suivants indiquent à titre d'exemple les compositions de quelques alliages typiques suivant l'invention et les propriétés améliorées dé ces alliages. A titre de comparai- son les tableaux donnent des alliages correspondants, avec et sans chrome, soumis à différents traitements thermiques.
TABLEAU 1.
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Alliages <SEP> de <SEP> base <SEP>
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EMI3.3
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<tb> 3 <SEP> 90,0 <SEP> 6,7 <SEP> 0,3 <SEP> 3,0
<tb>
EMI3.4
4 92,5 7,0 0,5 93o 7,0 5 90,4 6,5 0,6 2,5 6 91 9 7 1 1 0 -- ----¯...¯-------.&.:-"......4.t. 0,8" # -- ... 1'IIrW -- 85 0 9 5 0 5 5 90,0 10,0 9 87,5 2,0 v,5 -- ¯ ¯ #"r"""" 9 Jlo 11;0 . 0;5 215 ¯¯8,.- 12,0
Pour comparer.. la résistance à la corrosion des différents alliages, on procède à des essais de corrosion accélérée.
Dans ces essais des éprouvettes pesées sont immergées dans de l'eau de mer, que l'on fait circuler pneumatiquement én circuit fermé, pendant des laps de temps convenables, après lesquels on retire les éprouvettes, on les sèche, on les pèse de nouveau, la perte en poids par unité de surface de chaque éprouvette indiquant la résistance de celle-ci à la corrosion.
Dans le tableau 2 la résistance à la corrosion de quel-
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ques-uns des alliages du tableau 1 est comparée à des alliages de la même composition traités thermiquement de deux manières différentes ainsi qu'aux alliages de base correspondants sans chrome, après un traitement normal par recuit.
TABLEAU 2.; ¯ ¯
EMI4.1
Porte de poids en milligramles PaFâ'éc-ïî4iê--- carre après 500 heures d'immersion.¯ ----- --- Alliage après"Alliage dur-' "Alliage"après Alliage de
EMI4.2
<tb> un <SEP> traitement <SEP> ci <SEP> par <SEP> vieil-: <SEP> un <SEP> recuit <SEP> à <SEP> ;base <SEP> corresthermique <SEP> de <SEP> : <SEP> lisement <SEP> : <SEP> 600 <SEP> - <SEP> 650 C <SEP> :pondant <SEP> sans
<tb> Alliage <SEP> dissolution <SEP> par <SEP> un <SEP> :chrome <SEP> après
<tb> N . <SEP> : <SEP> suivant <SEP> la <SEP> : <SEP> chauffage: <SEP> :un <SEP> recuit <SEP> à
<tb> présente <SEP> in- <SEP> . <SEP> connu <SEP> en <SEP> :600 <SEP> - <SEP> 650 C
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EMI4.3
vention. ¯ u¯ du tad,gs l y ¯, ¯ . .¯ ¯¯¯.
I 7'6------" - 345 365 1103
EMI4.4
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<tb> 3 <SEP> 70 <SEP> 310 <SEP> 336
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<tb> 4 <SEP> 83 <SEP> 950 <SEP> 960 <SEP> 950
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<tb> 5 <SEP> 110 <SEP> 340 <SEP> 370)
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<tb> 7 <SEP> 108 <SEP> 720 <SEP> 730 <SEP> 750
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<tb> 8 <SEP> 113 <SEP> 350 <SEP> 322
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<tb> 9 <SEP> 98 <SEP> 530 <SEP> 473 <SEP> 367
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<tb> 10 <SEP> 101 <SEP> ¯¯¯ <SEP> 500 <SEP> 460 <SEP> so
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Les exemples suivants montrent les propriétés mécaniques améliorées de quelques alliages du tableau l, les propriétés de l'alliage de base correspondant sans chrome étant données à titre comparatif.
TABLEAU 3.
EMI4.5
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Alliage <SEP> : <SEP> Résistance <SEP> extréme <SEP> à <SEP> : <SEP> Dureté <SEP> à <SEP> la <SEP> pyramide <SEP>
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<tb> N . <SEP> : <SEP> la <SEP> traction <SEP> en <SEP> de <SEP> diamant
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Wn;m.---- - - ¯....l-¯. ---- --.- - -,,.-,- ,--
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Des expériences ont prouvé qu'il n'y a pas avantage à augmenter la teneur en chrome au-dessus d'environ 1% et usuellement la quantité optimum est comprise entre 0.2% et 0,5%
Outre les propriétés susmentionnées d'une grande résistance à la corrosion, d'une résistance accrue à la traction et d'une dureté accrue,
les alliages suivant la présente invention ont la qualité de se laisser bien travailler et conviennent par conséquent d'une manière excellente à la fabrication de tubes pour condenseurs, de viroles, et d'autres pièces accessoires travaillées pour bateaux, d'équipements pour installations chi- miques et d'autres produits qui exigent un haut degré de résis- tance à la corrosion, de résistance à la traction et de dureté.
Pour les usages généraux les alliages amenés à la forme de tôles, de tubes ou de barres peuvent contenir convenablement 1 à 5% d'aluminium et 0,1 à 0,7% de chrome, avec ou sans 2 à 5% dE nickel.
Pour les tubes de condenseurs les alliages contiennent prférable- ment 5 à 8,5% d'aluminium et 0,1 à 0,7% de chrome, avec ou sans 2 à 4,5% de nickel. Pour les pièces forgées, travaillées à la presse, matricées à chaud et analogues on peut employer une teneur plus élevée en aluminium et pour ces produits les alliages peuvent contenir 8,5 à 12% d'aluminium et 0,2 à 0,7% de chrome, et si l'on veut jusqu'à 5% de nickel.