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Alliage de magnésium-lithium"
La présente invention est relative aux alliages à base de magnésium et a pour objet des alliages perfectionnés à base de magnésium qui contiennent du lithium et qu'on appellera ci-après "alliages de magnésium-lithium". Les alliages de magnésium et de lithium ont fait l'objet d'études à plusieurs reprises mais, en dépit du fait que certains de ces alliages @ des densités inférieures à d'autres alliages de magnésium, ils n'ont pas permis d'améliorer les propriétés des alliages à base de magnésium et leur emploi n'a pas été satisfaisant.
La Demanderesse a découvert que le sodium a un effet préjudiciable marqué sur les alliages de magnésium-lithium et que l'élimination ou la réduction du sodium à de faibles proportions admissibles, dans les alliages caractérisés par le fait qu'ils possèdent au moins en partie une structure de
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réseau cristallin cubique (phase bêta) à corps centré, permet d'obtenir des alliages qui sont éminemment malléa- bles, ductiles et façonnables à froid, qui possèdent des propriétés directionnelles moins prononcées et qui possè- dent une bonne résistance à la traction et une résistance à la corrosion très satisfaisante, La Demanderesse a aussi découvert que certains autres métaux, notamment le zinc et l'aluminium,
peuvent être incorporés aux alliages de magné- sium et de lithium en y apportant des améliorations marquées, qui sont augmentées par l'élimination ou la, diminution du sodium. Le cadmium et l'argent peuvent aussi être également incorporés aux alliages de magnésium et de lithium.
La présente invention offre par conséquent un alliage perfectionné de magnésium et de lithium qui ne contient pas des proportions nuisibles de sodium et qui est caractérisé par le fait que sa structure est en partie ou en totalité celle d'un réseau cristallin cubique (phase bêta) à corps centré.
Dans une forme de réalisation plus complète, l'in- vention offre un alliage de magnésium et de lithium qui est composé d'au moins 70 % de magnésium et de 3,6% à 12% de lithium et d'un ou plusieurs métaux capables d'améliorer les propriétés physiques sus-mentionnées, cet alliage étant de préférence complètement libre de sodium et, en tout cas, n'en contenant pas plus de 0,1 %
En. l'absence du sodium, les alliages de magnésium de la structure cristalline hexagonale serrée (cristaux alpha) sont inférieurs, du point de vue de la ductilité, aux alliages (le magnésium et de lithium dont la structure est en partie ou en totalité celle des cristaux cubiques (cris- taux bêta) à corps centré.
Les alliages de magnésium à phase bêta ont une ductilité élevée, et les alliages de magnésium et de lithium suivant l'invention, qui sont libres de sodium, possèdent non seulement une ductilité et une résistance à
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la traction élevées, mais sont aussi caractérisés par un allongement et une striction exceptionnels.
L'addition de zinc, par exemple, aux alliages de magné- sium et de lithium provoque la formation d'une phase bêta dans des alliages contenant une proportion de lithium aussi faible que 3,6 %. Des teneurs en zinc comprises entre 2 % et 11% ont un effet utile marqué en ce sens qu'elles augmentent la résistance à la traction et le module d'élasticité et donnent de meilleures propriétés de travail. Des alliages de ce genre sont décrits plus en détail dans la demande de ,
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brevet du 17 juin 1948 ayant pour titre "A1l1a!&s" . La réduction de la teneur en.podium de ces alliages à des valeurs inférieures à 0,1 % apporte des améliorations exceptionnelles, manifestées par une plus gran- de striction et un plus grand allongement sous les efforts de traction.
Un alliage contenant 81,6 % de magnésium , 8,4% de lithium, 10% de zinc et une trace de sodium possédait les propriétés physiques suivantes :
Résistance à la rupture en kg/cm2 2569 kg/cm ;;Résistance de limite d'élasticité 2 (diviseurs) 2261 kg/cm
Allongement (sur 2,5 cm) 20,8 %
Striction 29,8%
Les variations apportées aux propriétés de résistance à la traction et à la ductilité par la variation de la teneur en sodium d'un alliage contenant 87% de magnésium, 9% de lithium et 4% de zinc sont illustrées par le tableau suivant :
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<tb> Coulée <SEP> Teneur <SEP> en <SEP> Allongement <SEP> Stric- <SEP> Résistance <SEP> Résistance
<tb> N <SEP> sodium, <SEP> % <SEP> sur <SEP> 2,5 <SEP> cm <SEP> tion <SEP> à <SEP> la <SEP> limite <SEP> à <SEP> la <SEP> rupture
<tb>
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% µÉ d'éla8tii- kg/cm ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ té kg/cm¯¯¯¯¯¯¯¯¯
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<tb> 1 <SEP> 0,035 <SEP> 35. <SEP> 68. <SEP> 1743 <SEP> 2163
<tb>
<tb> 2 <SEP> 0,034 <SEP> 33. <SEP> 66,5 <SEP> 1722 <SEP> 2219
<tb>
<tb> 3 <SEP> 0,028\ <SEP> 34. <SEP> 67,3 <SEP> 1694 <SEP> 2198
<tb>
<tb> 4 <SEP> 0,045 <SEP> 31,5 <SEP> 62,1 <SEP> 1729 <SEP> 2206
<tb>
<tb> 5 <SEP> 0,041 <SEP> 35. <SEP> 59,4 <SEP> 1722 <SEP> 2198
<tb>
<tb> 6 <SEP> 0,028 <SEP> 34.
<SEP> 58,2 <SEP> 1729 <SEP> 2226
<tb>
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<tb> Coulée <SEP> Teneur <SEP> Allongement <SEP> Stric- <SEP> Résistance <SEP> Résistance
<tb> N <SEP> en <SEP> so- <SEP> sur <SEP> 2,5 <SEP> cm <SEP> tion <SEP> à <SEP> la <SEP> limite <SEP> à <SEP> la <SEP> rupture
<tb>
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dium, % % d'elastici- kg/cm ¯ f ' t é kcm
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<tb> 7 <SEP> 0,066 <SEP> 23,5 <SEP> 34,1 <SEP> 1694 <SEP> 2184
<tb>
<tb> 8 <SEP> 0,053 <SEP> 29,5 <SEP> 46,7 <SEP> 1778 <SEP> 2205
<tb>
<tb> 9 <SEP> 0,096 <SEP> 10 <SEP> 13,7 <SEP> 1694 <SEP> 2188
<tb>
<tb> 10 <SEP> 0,128 <SEP> 10,5 <SEP> 16,3 <SEP> 1638 <SEP> 2179
<tb>
<tb> 11 <SEP> 0,175 <SEP> 8,5 <SEP> 12,1 <SEP> 1673 <SEP> 2156
<tb>
par analyse spectrographique.
Une phase bêta se forme aussi dans les alliages de magnésium-lithium contenant de l'aluminium. La demande de brevet français en date du 17 juin 1946 intitulé "perfec-
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tionnements aux#erit plus en détail les alliages de magnésium-lithium contena.nt 1% à 8 %' d'aluminium. Ces alliages sont aussi caractérisés par une résistance à la. rupture élevée, une ductilité élevée, un module d'élasti- cité élevé et de bonnes propriétés de travail à froid.
L'absence ou la réduction à une très faible teneur (infé-
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rieure à 0,1 ;) du sodium de ces alligges, a des effets utiles marqués sur l'alliage.
Dans un autre exemple de réalisation de l'invention, on a préparé un alliage de magnésium-lithium contenant 88,8 % de magnésium, 9,2 % de lithium et 2 % d'aluminium, la teneur en sodium ayant été réduite à une trace. Ces' alliages possé- daient les propriétés physiques suivantes :
Résistance à la rupture, kg/cm2 2289
Résistance à la limite d'élasticité kg/cm2 (diviseurs) 1898
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Allongement, j(, 27, 5
Striction, % 51,6
Un alliage contenant 84,6 ;5 de magnésium, 7,4 % de lithium, 4% d'aluminium et 4% de zinc possédait les pro- priétés physiques suivantes .
Résistance à la rupture, kg/cm 2905 Résistance à la limite d'élasticité kg/cm (déport 0,2 %) 2212
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Allongement sur 2,5 cm, el' 17,7
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striction, % 23,9
Densité 1,6
Les alliages quaternaires de magnésium-lithium contenant du zinc et de l'argent ou du cadmium, ou à la fois de l'argent et du cadmium, sont aussi améliorés par la suppression ou une réduction sensible de la teneur en sodium. Contrairement aux alliages de magnésium-lithium-zinc dont la résistance mécanique diminue et la, ductilité augmente lorsqu'on augmente la teneur en lithium, les alliages contenant du zinc et de l'argent, ou du zinc et du cadmium, possèdent une résistance mécanique élevée et une bonne ductilité dans les échelles favorables de lithium et de zinc.
Des exemples d'alliages de ce'genre sont donnés ci-dessous : magnésium 81,9 %, lithium-10,1 % zinc 4% et argent 4 %; magnésium 78,3% lithium 9,7 %, zinc 6% et osmium 6 %; magnésium 73 %, lithium 12 %, argent 5% et cadmium 5 %. Tous ces alliages quaternaires contiennent la structure de réseau cristalline du type bêta importante et sont considérablement améliorés par la .réduction du sodium à des valeurs inférieures à 0,1 %, par exemple.
Des alliages de ce genre sont décrits plus en détail dans la demande de brevet belge en date du 17 juin
1946 intitulé Il Alliages à base de magnésium"
Les présents alliages peuvent être préparés dans tout type d'opération de fusion approprié; par exemple, on peut fondre le magnésium dans un creuset de fer au-dessous d'un fondant et incorporer dans le bain de magnésium, de toute manière appropriée, le zinc, l'aluminium, l'argent ou le cadmium, suivant le cas. Pour éviter une oxydation excessive du lithium pendant la formation de l'alliage, il est néces- saire d'avoir recours à des moyens pour maintenir le lithium au-dessous de la surface du magnésium fondu. Une coupelle d'acier perforée retournée ou un "phosphoriseur" peuvent être utilisés à cet effet.
Des températures d'environ 704
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à 760 C peuvent être appliquées pour l'opération.
L'élimination du sodium peut être assurée par l'uti- lisation de métaux libres de sodium et par l'application d'un fondant d'affinage ou de traitement qui ou bien est libre de sodium, ou bien ne possède pas le pouvoir d'ajouter du sodium à 1''alliage. D'un point de vue pratique, l'uti- lisation de métaux libres de sodium est actuellement pres- que impossible.
Un procédé de fabrication efficace et économique d'alliages de magnésium-lithium de faible teneur adéquate en sodium consiste à traiter l'alliage par un fondant spécial qui fait l'objet de la demande de brevet '.belge' en date du 17 juin 1946 intitulé !!Procédé de traitement des allia- les de magnésium" Brièvement, ce fondant est un mélange de chlorure de lithium et d'un fluorure approprié tel que le fluorure de lithium ou le fluorure de potassium. Un fondant spécialement effi- cace comprend environ 75% de chlorure de lithium et environ 25 % de fluorure de lithium. Ce fondant est plus léger que le magnésium, et celui-ci peut être protégé au cours de sa fusion.
Les métaux d'alliage peuvent être introduits au- dessous du fondant et aussi protégés contre les gaz de réac- tion et agents similaires. L'alliage peut être agité avec le fondant conformément à l'une quelconque des pratiques habituelles. Le fondant possède une affinité particulière pour le sodium et assure la réduction du sodium à des valeurs inférieures à 0,1 % Une des caractéristiques remarquables du fondant est qu'il peut contenir initialement de faibles pourcentages des sels de sodium et posséder encore la propriété d'éliminer le sodium de l'alliage.
On peut aussi traiter les alliages soumis au traitement avec le fondant d'affinage en insufflant un gaz, tel que l'azote ou l'ammoniaque, dans le métal et le fondant pour effectuer une réduction du sodium.
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Les traitements sus-mentionnés servant à effectuer l'élimination ou la diminution du sodium peuvent aussi être appliqués à l'élimination ou à la diminution du potassium.
Résumé
A titre de produit, industriel nouveau, un alliage de magnésium et de lithium caractérisé par les points suivants, considérés séparément ou en combinaisons :
1. Il contient moins de 0,1% de sodium et possède au moins en partie une structure à cristaux bêta.
2. Il est composé d'une proportion prépondérante de magnésium , de 3,6% à 12% de lithium et ne contient pas plus de 0,1 % de sodium.
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