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Perfectionnements relatifs aux alliages de cuivre,
L'invention se rapporte à des allia.ges de cuivre conte- nant du nickel et de l'aluminium, et tels ave les propriétés physi- ques des alliages, spécialement la dureté, puissent être améliorées par un traitement thermique approprié. Ces alliages sont du genre communément appelés alliages durcissables par précipitation ou par recuit.
Avec certains alliages de cuivre durcissables par recuit, par exemple ceux contenant de petites quantités d'aluminium et jusqu'à 40% de nickel, le traitement thermique nécessaire pour ob- tenir la dureté est exécuté en une ou deux phases. Là où un trai- tement thermique en une seule phase est employé on a proposé de chauffer l'alliage à une température d'environ 800 C. et de le laisser refroidir lentement à l'air à une vitesse dépendant de la composition de l'a.lliage, afin d'augmenter sa dureté et sa. résis- tance.
Il est plus courant, cependant, de fair3 subir à l'alliage un traitement thermioue en deux phases comprenant le refroidisse- ment brusque de l'alliage depuis une température de solution à chaud d'environ 800 C. et son recuit à une température de 500 C. à 700 C.
La présente invention a pour objet des alliages de cui- vre qui possèdent une dureté et une résistance supérieures à celles des alliages cuivre/nickel/aluminium- durcissables par recuit du genre indiqué. Elle a aussi pour objet des alliages durcissables qui ont les propriétés physiques désirées de résistance élevée à la traction et de grande dureté à des températures relativement hautes, par exemple 300 C. à 750 C.
Suivant l'invention, on obtient des alliages de cuivre durs en faisant subir à l'alliage le traitement thermioue nécessaire pour provoquer le durcissement par recuit ou précipitation, le dit alliage consistant essentiellement en cuivre, nickel, aluminium et chrome, la teneur en nickel étant de 15% à 40%, la teneur en alu- minium de 0,5% à 4%, la teneur en chrome de 0,1% à 2% et le pour- centage de nickel variant dans les limites données suivant les propriétés requises de l'alliage achevé, et le pourcentage d'alu- minium et/ou de chrome augmentant de préférence dans les limites données avec l'augmentation de la teneur en nickel.
Il est possible d'obtenir l'effet de durcissement par différents traitements thermiques suivant la composition de
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l'alliage. Tous les alliages, par exemple, sont obtenus à l'état doux par chauffage à une température de 700 C à 1100 C., qui est la température de la solution à chaud, suivi d'un refroidissement brusque. Des alliages contenant des teneurs en nickel plus élevées,
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par exemple de 30% à 40.'!, peuvent aussi être obtenus à l'état doux en les refroidissant à des vitesses moindres. Des alliages l'état doux, obtenus par une de ces voies de refroidisse ent, peuvent être durcis en réchauffa.nt par après à une t0p(rturo due 400 C. à 650 C.
En outre, tous les alli?ges suivant l'inv^ntion peuvent être durcis par un traitement therY!Î(1ue unique consistant à chauffer l'alliage à une température de 700 C. à 1100 C. suivi d'un refroidissement à une vitesse qui est 11ter-in-'e per s compo- sition, la vitesse de refroidissement diminuent avec l'f'ug'11ent2- tion de la teneur en cuivre.
Outre le durcissement obtenu per le tr=.ite..ent th2r!'1iC'ue mentionné plus haut, un durcissement plus grond encor b.<ut être obtenu en travaillant à froid l'alliage à son état doux, guis en le réchauffant à des températures variant de 400 C. à 650 C. sui-
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vant la composition de l'alliage et la ouantitr de tr,-vqil à froid auouel il a été soumis.
Dans des alliages ayant une teneur en nickel entre 15%
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et 21% il est préférable que la teneur en al1?1dniu'1l soit située entre 1% et 3, et celle en chrome entre 0,125-,--. et 0,75'. Avec une teneur en nickel plus élevée située entre 32% et 30% il est prférable d'augmenter la. teneur en chrome pour l'amener entre 0,?' et le. Avec une teneur en nickel encore plus élevée, de ::'1'" jusqu'à un maximum de 40%, la teneur en chrome peut encore être augment'e pour se tenir entre 0,5% et 2%.
D'autres éléments peuvent encore être ajoutas aux alliages suivant l'invention, sans affecter matériellement l'influence bienfaisante du chrome en combinaison avec le nickel et l'aluminium. Ainsi, un quelconque des éléments tels que manganèse, magnésium, fer, silice, cobalt ou zinc peuvent être pr'sents comme
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additions intentionnelles ou comme impuretés dans des alliages de ce type en quantités qui, de pr4f/rence, ne devreient pas dépars- ser 5% de chaque élément et, en général devraient être de beaucoup inférieures à cette quantité.
Le tableau 1 donne des exemples de compositions d'allia-
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ges suivant l'invention, avec des compositions d'alliages complé- mentaires, mais sans l'addition de chrome.
TABLEAU I.
Composition en % en poids.
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<tb> Alliage
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> N . <SEP> Cu <SEP> Ni <SEP> Al <SEP> Cr
<tb>
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¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯..¯¯.###.¯¯¯¯¯¯¯
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<tb> 1 <SEP> 83,0 <SEP> 15,0 <SEP> 2,0 <SEP> --
<tb>
<tb> 2 <SEP> 82,5 <SEP> 15,0 <SEP> 2,0 <SEP> 0,5
<tb>
<tb> 3 <SEP> 70,2 <SEP> 28,3 <SEP> 1,5
<tb>
<tb> 4 <SEP> 70,2 <SEP> 27,8 <SEP> 1,5 <SEP> 0,5
<tb>
<tb> 5 <SEP> 58,0 <SEP> 40,0 <SEP> 2,0 <SEP> --
<tb>
<tb> 6 <SEP> 57,5 <SEP> 40,0 <SEP> 2,0 <SEP> 0,5
<tb>
Pour illustrer l'influence des différentes formes de traitement des alliages donnés dans ce tableau, les pllipges tom- bant dans le cadre de la présente invention, à savoir les alliages
2,4 et 6,
par refroidissement brusque dans l'eau d'une température de 850 C. étaient adoucis et avaient une dureté à la pyramide en diamant de 135,140 et 146 respectivement. On a trouvé, cependant, que des alliages ayant une teneur élevée en nickel pouvaient être
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amenés à l'état doux en refroidissant beaucoup plus lentement.
Ainsi, dans le cas de l'alliage n 4, si on refroidit en 3/2 heure à la température ordinaire une solution chauffée à une température de 850 C, l'alliage a une dureté à la pyramide en diamant de 156.
Ces alliages, qu'on les ait amenés à l'état doux par refroidissement brusque à l'eau ou par refroidissement lent, de,la température de solution à chaud, étaient recuits en réchauffant à une température d'environ 500 C, la dureté étant élevée par ce traitement à 234, 235 et 256 P.D. pour les alliages n .2,4 et 6 respectivement. Pour comparer, les duretés des alliages correspon- dants 1, 3 et 5 sans addition de chrome, après un traitement ther- mique identique, étaient seulement de respectivement 216, 205 et 210 P. D.
Dans des conditions semblables de refroidissement lent, par exemple après avoir refroidi en 3/2 heure d'environ 850 C. à la température ordinaire, on a constaté que l'alliage n .2 conte- nant 15% de nickel avait une dureté à la pyramide en diamant maxima de 236, ceci étant en substance la même dureté que celle obtenue par le traitement thermique en deux phases décrit dans le préambule. L'alliage n .4. contenant 27,8% de nickel, d'autre part, restait doux après ce traitement thermique et avait une dureté à la pyramide en diamant de 156.
Afin d'amener à un état de dureté maximum cet alliage (n .4) il a été nécessaire de prolonger le refroidissement jusqu'à environ 8 heures, ou autrement de soumet- tre l'alliage à un traitement thermique en deux phases comprenant l'adoucissement et le réchauffage de l'alliage adouci à une tem- pérature d'environ 500 C. Ceci illustre l'influence très considé- rable de la teneur en nickel sur le durcissement des alliages, due à la variation de la vitesse de refroidissement à partir de la température de solution à chaud, et on constate donc au'avec des teneurs en aluminium ou en chrome constantes en substance, une augmentation de la teneur en nickel des alliages correspond à une gamme plus grande de durées de refroidissement pour aboutir à l'adoucissement.
Comme exemple de l'effet du travail à froid sur les alliages suivant l'invention, l'alliage n .4, lorsqu'il était re- froidi lentement à partir de 850 C, puis soumis à une réduction de 75% de sa surface par le travail à froid et recuit en réchauf- fant pendant deux heures à 500 C., donnait une dureté à la pyramide en diamant de 359. Pour comparer, l'alliage complémentaire n .3, avec exactement le même traitement, avait une dureté à la pyramide en diamant de seulement 304; ceci démontre clairement l'effet avan- tageux de l'addition de chrome.
Un autre avantage de l'addition de chrome à ces alliages est qu'elle rend possible la conservation de la résistance à la traction à des températures élevées dans une mesure beaucoup plus grande qu'il n'était possible avec des alliages de cuivre conte- nant du nickel et de l'aluminium, connus jusqu'ici. Cet effet est clairement illustré par, le tableau 2, qui donne la' comparaison , entre les résistances à la traction entre lesalliages 3 et 4, contenant respectivement pas de chrome et 0,5% de chrome. Dans chaque cas les alliages étaient refroidis brusquement dans l'eau à partir d'une température de 850 C. et recuits en réchauffant pendant deux heures à une température de 600 C.
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TABLEAU 2.
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Température : Alli¯a e n .3 ¯ .lli^ge n¯ .4¯ de l'essai . 28,3%Ni. l,5c Al. : 27,8'" Ni. 1,5;0 Al. O,5"Cr.
C. reste Cu ¯ reste Cru :Rés1stanëTaïï n:-:RèsIstanëë--T-dTa11 nge- :à la trac- . gement sur :à la trac- . ment sur :tinn en Kj3R 1'1. Hnn on 5,08 cm.
¯¯¯.¯¯¯"K/mmS¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯K.gZmm3¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯
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<tb> Température
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> ordinaire <SEP> 66,682 <SEP> 23,0 <SEP> 80,061 <SEP> 21,0
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 250 <SEP> 47,479 <SEP> 12,0 <SEP> 64,006 <SEP> 6,5
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 400 <SEP> 42,342 <SEP> 4,5 <SEP> 5?,980 <SEP> 3,5
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 450 <SEP> 38,563 <SEP> 3,0 <SEP> 51,573 <SEP> 3,5
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 500 <SEP> 36,202 <SEP> 2,0 <SEP> 46,692 <SEP> 2,5
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 550 <SEP> 34,313 <SEP> 1,0 <SEP> 42,757 <SEP> 1,0
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 600 <SEP> 32,107 <SEP> 2,0 <SEP> 78,720 <SEP> 2,0
<tb>
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650 2s,610 4,0 57,054 1,0
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<tb> 700 <SEP> 17,941 <SEP> 8,0 <SEP> 28,489 <SEP> 4,0
<tb>
<tb> 750 <SEP> 18,888 <SEP> 7,0
<tb>
On a constata que les alliages cités plus haut peuvent
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être facilement coules, et travaillés chaud ou à froid,
cor..>e per exemple par extrudage, pressage, lan'in-e, étirage etc, et ils peuvent donc être employés sous une "'ue1co11nue dn ces for,-es.
La dureté uninue de ces alliages les rend particulière- ment appropriés pour la fabrication d'outils ne donnant PAS d'é-
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tincelles tandis que leur résistance et leur Furet,', co'-1;l'1' cs avec leur résistance à 1p corrosion, r?nd possible leur emploi dans des systèmes d'4changeurs therinues,:soit encore fl;Ti=- Des condi- tions impliquant une action érosive due à des matières solides en
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suspension dans le milieu circulant. D'autres proprits remarquables, telles que la résistance à l'oxydation et l'entartrage, combinées avec la conservation de la rpsistrnce à des tM1pfrr tures de SOOOC. à 600 C., devraient conduire à leur emploi dans le domaine des industries ehiminues. Des applications plus spf.cifi0ues comprennent leur emploi pour l'aubage des turbines et les soupa- pes dans des systèmes à charge élevée.
R E V E N D I C A T 1 0 N S
1) Procédé de fabrication d'alliages durs de cuivre, caractérisé en ce qu'on soumet un alliage à un traitement thermi- que nécessaire pour amener le durcissement par recuit oi, par pré- cipitation, le dit alliage consiste essentielle ent en cuivre nickel, aluminium et chrome, la teneur en nickel étant de 15% a 40, la teneur en aluminium de 0,5% à 4,'.!, et le, teneur en chrome de 0,1% à 2%.