<Desc/Clms Page number 1>
Les 'alliages nickel-cuivre-silicium ont des proprié- tés avantageuses, spécialement comme pièces coulées réalisées dans des moules. Elles sont exemptes de fissures et, à l'état recuit, elles peuvent être usinées, bien que pas très facile- ment. Parfois, l'usinabilité de ces pièces coulées varie consi- dérablement d'une-manière qui ne peut pas être expliquée en se basant sur la dureté.
Il est connu que, dans des alliages, contenant du carbone, constitués principalement de nickel, le graphite peut être amené à se présenter sous forme nodulaire par l'addition
<Desc/Clms Page number 2>
de magnésium à l'alliage, et qu'alors les alliages peuvent être aisément usinés. Lorsque, cependant, l'alliage contient une quantité importante de cuivre en plus de silicium, il est dif- ficile de rendre le graphite nodulaire, et jusqu'à présent l'in- 'clusion de graphite dans de tels alliages avait toujours pour - résultat une réduction importante de là résistance au frottement 'et à l'usure.
Suivant la présente invention, on inclut dans des alliàges nickel-cuivre-silicium, du carbone en une quantité de
EMI2.1
0,4 4 0,7%, et du graphite nodulaire est produit dans les alliages par traitement du métal fondu avec de 1 à 2% de carbura
EMI2.2
de,calcium et en introduisant de 0,1 à 0,2% de magnésium dans le 'métal fondu traité. Le graphite nodulaire produit, qui est ca-
EMI2.3
"rac)éristique des pièces coulées réalisées suivant l'invention, est à bord duveteux et est représenté par les dessins annexés.
Les figures 1 et 2 sont des reproductions de micro- photographies prises respectivement à 250 et 1000 diamètres.
Le calcium métallique et des composés de calcium, par exemple, le siliciure de calcium et le nickel-calcium, ne sont pas équivalents au.carbure de calcium pour les buts de la présente invention. Lorsqu'on-utilise de telles autres formes
EMI2.4
de calcium,.,.on:ntobtient pas les nodules de graphite duveteux caractéristiques.
Les alliages suivant l'invention contiennent de 0,5
EMI2.5
à..3, de silicium, de 0 t: à 07% de carbone, de 25 à<35>1 de cuivre, de 0 à 2,5% de manganèse, de 0 , 5 de , f s , del ; 0 K 1% de chrome, et de 0 à 2% de cobalt, le restea à pa';j .e 3.mp'urétés étant.constitué par du nickel. )' , " 1, Le calcium peut être décelé par vole S'Pêt't6''-@àphique dans les pièces coulées, mais la teneur en calcium est"basse.. habituellement inférieure à 0,01.. , '" '"/"' Dans les alliage coulés. la teneur en magnésium
<Desc/Clms Page number 3>
devrait être d'au'moins 0,02%, et le magaesium est de préfèren- ce, introduit de telle sorte que l'alliage coulé contienne de
0,08 à 0,15% de magnésium.
Il est important que la teneur en silicium de la piè- .ce coulée ne soit pas inférieure à environ 0.5%,car sinon la ré- sistance au frottement, la résistance à l'usure et les propriété mécaniques des pièces coulées résultantes sont réduites, et les 'pièces coulées.tendent à devenir magnétiques. D'autre part, la teneur en silicium ne devrait pas excéder environ 3,5%} car si- non il est difficile de produire un graphite nodulaire, et la ductilité en souffre. Le'silicium est, de préférence, maintenu .dans la gamme de 2 à 3%, car celle-ci mène à la meilleure combi- ' naison de propriétés mécaniques avec la résistance au frottement et la résistance à l'usure.
La teneur en cuivre doit être d'au moins 25% afin de donner une bonne résistance et une bonne aptitude au durcisse- ment, mais elle ne doit pas excéder 35%, car sinon l'usinabilité et, la ductilité sont diminuées, et de préférence cette teneur ne doit pas dépasser 32%.
.La.teneur en carbone est, de préférence, de 0,5% à environ 0,7%.
Il peut y avoir du fer en des quantités allant jusqu'à 5% sans affecter désavantageusement les propriétés des alliages.
Si des pièces coulées non magnétiques sont voulues, la teneur en fer ne devrait pas excéder 2%, suivant la teneur des autres éléments,tels que le silicium, qui réduisent la susceptibilité magnétique et la température Curie requise dans l'utilisation en vue.
Le manganèse est un constituant avantageux qui favo- rise la fluidité et l'obtention d'une pièce coulée saine.
Parmi les impuretés possibles, le soufre devrait être ! maintenu à une basse teneur, c'est-à-dire, en dessous de 0,02%.
<Desc/Clms Page number 4>
Des éléments, tels que le titane et le/zirconium, affectent désa- vantageusement la forme- du graphite et devraient si possible être totalement absents, comme devraient l'être le phosphore, le zinc et le plomb qu, en tout cas, ne devraient pas être pré- sents en des quantités excédant un total de 0,1%.
La teneur en nickel est normalement comprise entre 62 et 68%.
Dans la production d'alliages, l'addition de carbure de calcium est; de préférence, réalisée pendant que le bain est surchauffé d'environ 90 C au-dessus de la température normale de coulée pour ie métal; la température surchauffée est, par .exemple, d'environ 1650 ce Après achèvement de l'addition du car- 'bure de calcium, il¯est préférable d'écumer les scories résultan- tes et de refroidir le bain jusqu'à la gamme de températures' .de coulée d'environ 1370 à 1540 C avant addition du magnésium.
A titre d'exemple, dans un alliage de nickel.fondu, contenant 29,3% de cuivre, 2,6% de silicium, 0,7% de manganèse, 1,4% de fer et 0,1% de carbone, la teneur en carbone était ré- glée à 0,6;., Une addition de 1,5% de carbure de calcium pulvéru- lent était.faite à la surface de l'alliage fondu, et le carbure était agité dans celui-ci jusqu'à ce que les réactions d'addi- tion aient cessé. On ajoutait alors 0,15% de magnésium sous la forme d'un alliage de nickel et de magnésium, et on l'agitait dans le matai fondu, et celui-ci était coulé. L'alliage coulé contenait 0,004% de soufre, 0,15% de magnésium et moins d'envi- ron 0,01% de calcium.
Une certaine quantité du même métal original, prise avant le réglage de la teneur en carbone et qui est par consé- que quent non graphita était coulée pour des raisons de comparaison.
Les propriétés des deux pièces coulées étaient les suivantes, la dureté étant mesurée sur l'échelle "B"Rockwell, et les résistan- cesà la traction et à la flexion étant données en kg/cm2x103
<Desc/Clms Page number 5>
EMI5.1
<tb> Pièce <SEP> coulée <SEP> Pièce <SEP> coul
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> graphitique <SEP> non <SEP> graphitique
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Résistance <SEP> à <SEP> la <SEP> traction <SEP> 6,95 <SEP> 6,4
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Résistance <SEP> à <SEP> la.
<SEP> flexion <SEP> 4,6 <SEP> ' <SEP> 3,2
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Dureté <SEP> 88 <SEP> 85
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Allongement, <SEP> % <SEP> 21 <SEP> 38
<tb>
Les pièces coulées étaient également comparées pour ce qui concerne l'usinabilité, en utilisant une mèche fraîchement et aiguisée/en forant des trous dans des plaques d'essai jusqu'à ce que la mèche ne sache plus achever un, trou ou jusqu'à ce que la pression de forage devienne excessive.
Sous ces conditions, les nombres de trous forés étaient :
EMI5.2
<tb> Alliage <SEP> Alliage <SEP> non
<tb>
<tb> graphilique <SEP> graphilique
<tb>
<tb>
<tb> Alliage <SEP> tel <SEP> que <SEP> coulé <SEP> 133 <SEP> 2
<tb>
<tb>
<tb> Alliage <SEP> racuit <SEP> 364 <SEP> 14 <SEP> 1/2
<tb>
Les copeaux produits lors du forage dans l'alliage graphilique étaient finement rompus, tandis que ceux qui étaient produits lors du forage dans l'alliage non graphilique tendaient à s'enrouler.
En dépit de la haute teneur en carbone, les alliages suivant l'invention ont une résistance étonnamment bonne au frottement et l'usure, spécialement s'ils peuvent être lu- brifiés.
Si on inclut le carbone dans les alliages sans trai- tement de ceux-ci avec du carbure de calcium et du magnésium, le graphite est présent sous la forme de paillettes, et les alliages ont des propriétés physiques réduites. Les additions de carbure de calcium et de magnésium coopèrent pour produire la structure graphitique caractéristique. C'est ainsi qu'une cer- taine quantité du métal fondu contenant du carbone, décrit ci- avant, était traitée avec des additions individuelles de 1,5% de carbure de calcium et de 0,15% de magnésium, et les proprié. tés des pièces coulées résultantes étaient les suivantes,
les
<Desc/Clms Page number 6>
résistances à la traction et à la flexion étant données en kg/cm2x103
EMI6.1
<tb> Addition <SEP> de <SEP> Mg <SEP> Addition <SEP> de <SEP> CaC2
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> seulement, <SEP> à <SEP> 1' <SEP> seulement, <SEP> à <SEP> 1,2
<tb>
<tb>
<tb> alliage-tel <SEP> alliage <SEP> tel
<tb>
<tb>
<tb> , <SEP> que <SEP> coulé <SEP> que <SEP> coulé
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> :Résistance <SEP> à <SEP> la <SEP> traction <SEP> ' <SEP> . <SEP> 4,6 <SEP> 5,4
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Résistance/à <SEP> la <SEP> flexion,
<tb>
<tb>
<tb> (0,5% <SEP> d'extension) <SEP> 3,7 <SEP> 4,0
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> {Allongement, <SEP> % <SEP> 5 <SEP> à <SEP> 7 <SEP> 9
<tb>
Ces'chiffres montrent que les propriétés de la pièce coulée produite.;
, par les additions successives de carbure de calcium et de magnésium étaient supérieures à celles des pièce' coulées produites en utilisant de simples additions, soit de .carbura de calcium seul, soit de magnésium seul.
Comme indiqué par le test de forage mentionné ci- avant, si les pièces coulées sont recuites, elles deviennent plus tendres et plus facilement usinables. Un recuit peut être effectué à une température de 870 à 95 C et être suivi d'un refroidissement moyennement rapide, par exemple, une trempe dans l'huile. Dans le traitement de pièces coulées d'allure compli- que, il est préférable de refroidir les pièces lentement à par- tir de'la température de recuit jusqu'à une temprature intermé- diaire, par exemple de 70000,.avant trempe, afin d'éviter des fissures.
Les pièces coulées peuvent être soumises à un traite- ment de durcissement prolongé, jusqu'à une dureté excédant cella trouvée dans le cas d'une simple coulée, et ce par chauffage à des températures de-535* 4 650 C. Par exemple, un traitement à une température de 595 C pendant environ 4 à 6 heures peut être utilisé. Des pièces coulées qui ont été recuites, ou recuites et, ,soumises à un durcissement prolongé, ont une structure plus homo- gène que celle que l'on trouve dans le cas d'une simple coulée.
<Desc / Clms Page number 1>
Nickel-copper-silicon alloys have advantageous properties, especially as castings made in molds. They are free from cracks and in the annealed condition they can be machined, although not very easily. Sometimes, the machinability of these castings varies widely in a way that cannot be explained on the basis of hardness.
It is known that, in alloys, containing carbon, consisting mainly of nickel, the graphite can be made to be present in nodular form by the addition
<Desc / Clms Page number 2>
magnesium to the alloy, and then the alloys can be easily machined. When, however, the alloy contains a large amount of copper in addition to silicon, it is difficult to make the graphite nodular, and heretofore the inclusion of graphite in such alloys has always been for - the result is a significant reduction in friction and wear resistance.
According to the present invention, nickel-copper-silicon alloys include carbon in an amount of.
EMI2.1
0.4 4 0.7%, and nodular graphite is produced in alloys by treating molten metal with 1 to 2% carbura
EMI2.2
of, calcium and introducing 0.1 to 0.2% magnesium in the molten metal treated. The nodular graphite produced, which is ca-
EMI2.3
"rac) eristic of the castings made according to the invention, is fluffy edge and is shown in the accompanying drawings.
Figures 1 and 2 are reproductions of micro-photographs taken at 250 and 1000 diameters, respectively.
Metallic calcium and calcium compounds, for example, calcium silicide and nickel-calcium, are not equivalent to calcium carbon for the purposes of the present invention. When using such other forms
EMI2.4
of calcium,.,. on: does not obtain the characteristic fluffy graphite nodules.
The alloys according to the invention contain 0.5
EMI2.5
to..3, silicon, 0 t: 07% carbon, 25 to <35> 1 copper, 0 to 2.5% manganese, 0.5%, f s, del; 0 K 1% of chromium, and from 0 to 2% of cobalt, the remainder at pa '; j .e 3.mp'uretes being.constitué by nickel. ) ', "1, Calcium can be detected by flies S'Pêt't6' '- @ phique in castings, but the calcium content is" low .. usually less than 0.01 ..,' "' "/" 'In cast alloys. The magnesium content
<Desc / Clms Page number 3>
should be at least 0.02%, and magaesium is preferably introduced such that the cast alloy contains
0.08 to 0.15% magnesium.
It is important that the silicon content of the cast part is not less than about 0.5%, because otherwise the friction resistance, wear resistance and mechanical properties of the resulting castings are reduced, and castings tend to become magnetic. On the other hand, the silicon content should not exceed about 3.5%} otherwise it is difficult to produce a nodular graphite, and the ductility suffers. The silicon is preferably kept in the range of 2 to 3%, as this leads to the best combination of mechanical properties with friction resistance and wear resistance.
The copper content should be at least 25% in order to give good strength and good hardenability, but it should not exceed 35%, otherwise the machinability and ductility are reduced, and preferably, this content should not exceed 32%.
The carbon content is preferably 0.5% to about 0.7%.
There may be iron in amounts up to 5% without adversely affecting the properties of the alloys.
If non-magnetic castings are desired, the iron content should not exceed 2%, depending on the content of other elements, such as silicon, which reduce the magnetic susceptibility and Curie temperature required in the intended use.
Manganese is an advantageous constituent which promotes fluidity and the production of a healthy casting.
Among the possible impurities, sulfur should be! maintained at a low content, i.e., below 0.02%.
<Desc / Clms Page number 4>
Elements, such as titanium and zirconium, adversely affect the shape of graphite and should if possible be completely absent, as should be phosphorus, zinc and lead which, in any case, should not. not be present in amounts exceeding a total of 0.1%.
The nickel content is normally between 62 and 68%.
In the production of alloys, the addition of calcium carbide is; preferably carried out while the bath is superheated to about 90 ° C above normal casting temperature for the metal; the superheated temperature is, for example, about 1650 cc After the addition of the calcium carbide is complete, it is preferable to skim the resulting slag and cool the bath to the range. casting temperatures of about 1370 to 1540 C before addition of the magnesium.
For example, in a molten nickel alloy, containing 29.3% copper, 2.6% silicon, 0.7% manganese, 1.4% iron and 0.1% carbon, the carbon content was set to 0.6;., An addition of 1.5% powdered calcium carbide was made to the surface of the molten alloy, and the carbide was stirred therein. until the addition reactions have ceased. Then 0.15% magnesium was added in the form of an alloy of nickel and magnesium, and stirred into the molten matai, and it was cast. The cast alloy contained 0.004% sulfur, 0.15% magnesium and less than about 0.01% calcium.
A certain amount of the same original metal, taken before the carbon content adjustment and which is therefore non-graphite, was cast for comparison purposes.
The properties of the two castings were as follows, the hardness being measured on the Rockwell "B" scale, and the tensile and flexural strengths being given in kg / cm2x103.
<Desc / Clms Page number 5>
EMI5.1
<tb> Part <SEP> casting <SEP> Part <SEP> coul
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> graphitic <SEP> not <SEP> graphitic
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Resistance <SEP> to <SEP> the <SEP> traction <SEP> 6.95 <SEP> 6.4
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Resistance <SEP> to <SEP> la.
<SEP> flexion <SEP> 4.6 <SEP> '<SEP> 3.2
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Hardness <SEP> 88 <SEP> 85
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Elongation, <SEP>% <SEP> 21 <SEP> 38
<tb>
Castings were also compared for machinability, using a freshly sharpened bit / drilling holes in test plates until the bit could no longer complete a hole, or until that the drilling pressure becomes excessive.
Under these conditions, the numbers of holes drilled were:
EMI5.2
<tb> Alloy <SEP> Alloy <SEP> no
<tb>
<tb> graphilic <SEP> graphilic
<tb>
<tb>
<tb> Alloy <SEP> such <SEP> than <SEP> cast <SEP> 133 <SEP> 2
<tb>
<tb>
<tb> Alloy <SEP> racuit <SEP> 364 <SEP> 14 <SEP> 1/2
<tb>
Chips produced when drilling in the graphilic alloy were finely broken, while those produced when drilling in the non-graphilic alloy tended to curl.
Despite the high carbon content, the alloys according to the invention have surprisingly good resistance to friction and wear, especially if they can be lubricated.
If carbon is included in the alloys without treatment thereof with calcium carbide and magnesium, the graphite is present in the form of flakes, and the alloys have reduced physical properties. The additions of calcium and magnesium carbide work together to produce the characteristic graphitic structure. Thus, a certain amount of the carbon-containing molten metal, described above, was treated with individual additions of 1.5% calcium carbide and 0.15% magnesium, and the properties thereof. . tees of the resulting castings were as follows,
the
<Desc / Clms Page number 6>
tensile and flexural strengths given in kg / cm2x103
EMI6.1
<tb> Addition <SEP> of <SEP> Mg <SEP> Addition <SEP> of <SEP> CaC2
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> only, <SEP> to <SEP> 1 '<SEP> only, <SEP> to <SEP> 1,2
<tb>
<tb>
<tb> alloy-tel <SEP> alloy <SEP> tel
<tb>
<tb>
<tb>, <SEP> than <SEP> sunk <SEP> than <SEP> sunk
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>: Resistance <SEP> to <SEP> the <SEP> traction <SEP> '<SEP>. <SEP> 4.6 <SEP> 5.4
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Resistance / to <SEP> the <SEP> bending,
<tb>
<tb>
<tb> (0.5% <SEP> extension) <SEP> 3.7 <SEP> 4.0
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> {Elongation, <SEP>% <SEP> 5 <SEP> to <SEP> 7 <SEP> 9
<tb>
These figures show the properties of the casting produced .;
The successive additions of calcium carbide and magnesium were superior to those of the castings produced using simple additions of either calcium carbon alone or magnesium alone.
As indicated by the drill test mentioned above, if the castings are annealed, they become softer and more easily machinable. Annealing can be carried out at a temperature of 870 to 95 C and be followed by moderately rapid cooling, for example, quenching in oil. In the treatment of complicated looking castings, it is preferable to cool the parts slowly from the annealing temperature to an intermediate temperature, for example 70,000, before quenching, in order to to avoid cracks.
Castings can be subjected to a prolonged hardening treatment, to a hardness exceeding that found in the case of a single casting, by heating to temperatures of -535 * 4650 C. For example, treatment at a temperature of 595 C for about 4 to 6 hours can be used. Castings which have been annealed, or annealed, and subjected to prolonged hardening, have a more homogeneous structure than that found in the case of a single cast.