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"Perfectionnements aux alliages à base de manganèse".
La prenante invention ooncerne des perfectionnements aux alliages à base de manganèse. Les alliages de cuivre et de canga- nèse, contenant environ 10 à 55% de cuivre, ont une capacité éle- vée d'amortissement et on a prévu toute une série d'alliages basée eur ce système binaire, qui ont des propriétés intéressantes pour des applications particulières.
L'existence d'une capacité élevée d'amortissement (dumping eat très avantageuse pour un alliage destiné à des hélices marines, mais à cet effet cette capacité doit tre accompagnée par une téna
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cité, une résistance à la fatigue, une résistance à l'ér.osion et une résistance à la corrosion qui sont élevées. En outre, un tel
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alliage doit pouvoir 3tre fondu et coulé par les procédés courante grâce auxquels on produit de très grandes pièces coulées d'hélices.
Les alliages qui ont été produite jusqu'à présent ne possèdent pas toutes ces caractéristiques en même temps. D'une manière géné- rale, ils sont difficiles à couler et ont des propriétés mécaniques
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1nfarieurea l'état coulé.
On a maintenant prévu une série d'alliagea bande sur le système manganèse-cuivre et contenant de l'aluminium et du nickel,
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dans lesquels la capacité d' Ctmort1eeornent 0. l'état coulé est meil- leure que celle des alliages binaires, et dans lesquels on peut ob- tenir une capacité élevée d'amortissement sans qu'il soit n6ceseai-
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re de prévoir un traitement thermiilite. Ces nouveaux alliages ont également des caractéristiques raimonnablen de coulée et de bonnes propriétés mécaniques.
Un alliage suivant la présente invention contient 25 à 50% de cuivre, 2,5 6% d'aluminium et 0,5 à 3,5% de nickel, le restant (à part les impuretés et les constituants accidentels) é- tant formé par du manganèse, dont la quantité s'élève jusqu'à au
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moine 47:, le carbone ou le silicium présent) a' élevant respective- ment à moins de 0, 2';. La teneur de m[\'1knè[e n'excède do pr fren pas 60% et la teneur de cuivre n'excède pas de préférence 48. Le fer peut être présent en den quantités allant jusqu'à 5 et l'étain en des quantités allant jusqu'à 2%.
Des alliages ayant une telle composition possèdent non seulement une capacité élevée d'amortissement et une bonne réais- tance à la traction, mais ils peuvent également avoir une résis-
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tance à la fatigue par corrosion supérieure celle du bron.^.o résistance à la traction élevée, qui est utilisé depuis longtemps pour les hélices marines.
A titre d'exemple, un alliage contenant
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54,6 de manganèse, 36-if' de cuivre, 4,5% d'aluminium, 2, 1 de niokeL 2,99C de fer, 0,06% de silicium et O,04;{ de carbone a une limite dl
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endurance sous une pulvérisation saline, basée sur 108 inversions d'effort, de 7,75 tonneo par pouce carré, ce qui se compare fa- vorablement avec dee valeurs d'environ - 6 tonnes par pouce carré pour des alliages acceptes dans la fabrication d'hélices.
Des alliages binaires de manganèse et de cuivre compren- nent une base formée par une solution solide a réseau cristallin à cubes faces centrées, contenant des particules précipitées d'é- manganèse. De l'aluminium peut être ajouté en une quantité allant jusqu'à 2,5 sans modification importante dans la structure coulé*, ! bien que la capacité d'amortissement tombe d'un certain degré. Ce- pendant, lorsqu'on ajoute plus de 2,5% d'aluminium, deux nouvelles phases apparaissent : à savoir une phase à réseau cristallin à cube corps centré, semblable à la phase p des bronzes d'aluminium, et une phase que l'on croit être un composé ternaire complexe Cu3Mn2Al.
Lorsque la phase à cubes corps centré apparaît en petites quantités, la capacité d'amortissement de l'alliage augmente nettement, tan- dis que les propriétés à la traction et l'usinabilité de l'alliage sont également améliorées. Les quantités de ces deux nouvelles phases augmentent au fur et à mesure que la teneur d'aluminium est élevée, mais au-dessus de 6% d'aluminium, la capacité d'amortisse- ment tombe une fois de plus et les propriétés à la traction de 1' alliage se détériorent également. De ce fait, des alliages oonte- nant entre 2,5 et 6% d'aluminium ont une capacité d'amortissement exceptionnellement bonne et d'excellentes propriétés à la traction,' et ils sont plus faciles à usiner que des alliages se situant en @ dehors de ces limites de composition.
La présence d'aluminium en ces quantités améliore également les caractéristiques de coulée.
L'addition de nickel améliore encore les propriétés à la traotion et, conjointement aveo l'aluminium, le nickel améliore également la résistance à la corrosion. L'addition de nickel n'a . pas d'effet important sur les quantités de la phase à cubes corps centré et du composé ternaire complexe, lorsqu'une telle addition se fait en des quantités allant jusqu'à 5%, mais cette addition
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semble avoir une influence sur la précipitation de l'a-manganèse et, si cette teneur de nickel excède 3,5%, la capacité d'amortie- sement commence à tomber rapidement, bien. qu'en dessous de ce ni@ veau., le nickel semble avoir un effet légèrement avantageux our la capacité d'amortissement.
Les effets des variations de la teneur sur de nickel sur les propriétés à la traction et/la capacité d'amor- tissement sont donnés au tableau I suivant.
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TABLEAU 1
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Composition chimique , % Effort donnant 0,17a .Résistance à Allon- Module de CapacJ d'al1on=ct. ton- In traction, be- Young, li- 3'a.mos nés par p0 carré tonnes par nant, vres par sèment pouce carré pouce Cctp# spécif fcn Cu Al Ni ?e Si C ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ ré x 10" quel 1,0 -0,9 .4 0,5 ,7 0,05 0,12 l'.-,3 37,2 26 12,0 19,5 2,6 38,1 4,5 1,5 3,1 0,07 0,12 17,- 37,1 54 11,0 26 ,,7 35.2 4,6 3,5 2,7 0,05 0,02 16,2 4-1, m- j4 1,0 9,5 ,,2 5.b 4.7 4,3 2,7 O,L 0,02 lb,.:
41,5 56 15,5 4
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Les valeurs de la oapacité d'amortissement données au Tableau I peuvent être oomparées aveo les capacités d'amortisse- ment spécifiques de 0,3% pour un bronze typique à résistanoe à la traction élevée, et de 10,6% pour une fonte contenantenviron 3,5% de carbone, cette dernière valeur étant considérée comme une bonne capacité d'amortissement.
La capacité d'amortissement augmente avec la teneur de manganèse jusqu'à un maximum se situant à environ 70% de manganè- se. Par contre, les propriétés à la traotion se détéricrent à des teneurs de manganèse d'environ 60%, et les caractéristiques de coulée sont également meilleures avec des alliages ayant une plus faiblo teneur de manganèse. A titre d'exemple, la température de liquidus diminue avec une diminution de la teneur de manganèse, los points do liquidus d'alliages comportant 70 ot 47% do munga- nèes ae eituant recpectivement à 1150 et 990 C, de norto qu'il est plus facile de maintenir une absence d'inclusions d'oxyde et de gas dans le cas d'alliages ayant une plus faible teneur de manga- nèse.
La largeur de l'intervalle de fusibilité est également ré- duite au fur et 9. mesure que la teneur de manganèse est abaissée, ceci réduisant la tendance des alliageo à une porosité à la con- traction. A cauae de cela, les alliages les plus intéressants semblent devoir être ceux ayant des teneurs de manganèse voisines mais légèrement intérieures à 60%.
La capacité d'amortissement dépend de manière oritique des teneurs de silicium et de carbone, à nouveau parce qu'ils sem- blent gêner la forme de précipitation d'a-manganèse. Si la teneur de silicium ou la teneur de carbone excèdent 0,2%, la capacité d'amortissement de l'alliage devient très basse, coaae montré par le tableau suivant.
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TABLEAU II
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Compo81tiohimique t % Effort dor.r¯ant Résistance à dllon- :1. Capacité d'e- 0, l d'allonge- raction Youno,livr5 morti6geent
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<tb> 'ment,tonnes <SEP> tonnes <SEP> par <SEP> ment, <SEP> par <SEP> pouce <SEP> -6 <SEP> spécifique,
<tb> Mn <SEP> Cu <SEP> Al <SEP> Ni <SEP> Fe <SEP> Si <SEP> C <SEP> par <SEP> pouce <SEP> carré <SEP> pouce <SEP> carré <SEP> % <SEP> carré <SEP> x <SEP> 10 <SEP> %
<tb>
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52,6 7,6 4,3 1,5 3.2 0,09 o )7, 7,4 31 1O,> 2Ó,5 52,4 7,4 5,0 1,6 3,2 0,1 0,38 22,4 3Fs,8 8 14,7 3,5
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<tb> 54,6 <SEP> 36,1 <SEP> 4,5 <SEP> 2,1 <SEP> 2,9 <SEP> 0,06 <SEP> 0,04 <SEP> 17,6 <SEP> 37,7 <SEP> 33 <SEP> 11,6 <SEP> 20
<tb> 55,0 <SEP> 34,4 <SEP> 4,8 <SEP> 2,0 <SEP> 2,9 <SEP> 0,28 <SEP> 0,61 <SEP> 27,0 <SEP> 36,9 <SEP> 0,5 <SEP> 16,
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Lea teneurs de silicium et de carbone doivent, par con- séquent, ne jamais excéder les limitas données. Des quantités de ces éléments excédant lesditea limites durciront également et rendent cassant l'alliage et diminuent son usinabilité. Elles augmentent également l'intervalle de fusibilité, ce qui diminue l'aptitude à la coulée, spécialement avec des alliages ayant une teneur de manganèse élevée.
De petites additoins d'étein améliorent la résistance à la corrosion mais si on l'utilise en des quantités excédant 2%, l'étain rend l'alliage cassant. La présence de fer a relativement peu d'effet sur la capacité d'amortissement ou les propriétés à la traction, mais il est avantageux pour l'amélioration de la ré- sistance à la corrosion par choc. Son addition est par conséquent avantageuse, sauf dans des alliages contenant de l'étain, dans lesquels la teneur de fer devrait être maintenue à une très fai- ble valeur.
On peut ajouter d'autres éléments pour des beoins parti- culiers connus, par exemple du plomb en des quantités allant jus- qu'à 1% en vue d'assurer un alliage s'usinant facilement, sans di- minuer la capacité d'amortissement ou les propriétés mécaniques.
Des propriétés à la traction et des capacités d'amortis- sement qui sont typiques pour des alliages suivant l'invention sont données par le tableau suivant.
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STABLE" III
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Composition chimique, % offert :: # '.nt Résistance à Allon- Module de Capacité Q,1;. "¯cc;e- la traction, 3e- Youn,li- d'anortiscânt, i.-s tordes tjjjt cent, vres par sèment: spé- :.1 '.:1 ;:h ur 1 j::î pouce c¯rrc p pou-9 car- cifi-iiie, :..Il Cu Al ''i 3e e. Fb Si crrs ri x 10-=> % 52,0 j8, 4,5 2,1 3,1 - - 0,02 0,02 1,3 ',2 30 13,2 15 52,6 36,1 4,5 1'> 3,1 - O,7 ù.12 17,- 37,1 34 Il,0 28 59, ti 30,7 4,6 2,C 2,9 - - o,C2 O,a I7.p 35,1 30 10,5 24 4%,ti 44,4 Wb 1,5 0,07 0,4C - 0,C2 U,l?3 17. 37,4 35 11,3 19 >6,0 37,0 4,8 2,C 0,06 - 0,06 C,4 1, 4O,Ó 20 10, o 21 51,3 4,l ,9 1,6 0,06 - 0,01 o,C6 17.= 4G,Ó 30 Il,7 22 50,7 39, ') 4,1 1,4 3,2 - 0,15 0,02 0,7 17,1 35, ô 33 11,2 21 65,4 25,0 4,8 2,1 2,6 0,03 0,01 4.
34,8 42 8,8 30
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Avec de tels alliages, on peut obtenir une capacité d' amortissement élevée a l'état coulé, pourvu que les allures de re- froidissement dans la gamme de températures de 500 ' 300 C ne soient pas trop rapides, c'est-à-dire qu'elles ne soient pas tel- les qu'elles puissent produire dans le cas du moulage mécanique ou autre, des pièces coulées à parois minces. Si nécessaire, ce- pendant, la capacité d'amortissement de telle pièces coulées à refroidissement rapide peut être améliorée par un traitement thermique dans la gamme de températures de 500 à 300 C.
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Los alliagea peuvent également 4tre travaillés tu Oh'1Ud par forgeage et par d'autres procédés. Do tels prooédén peuvent diminuer la capacité d'amortissement, mais les alliages sont sus- cep tibles d'un traitement thermique, qui pontêtre utilisé pour
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rdutiuarar oattf (l1\!,I\O\J. Lou \J'\1.,,(111"\111\ PIQH l\tnJHoI'J'HI île non- 'Je des aJ.lu&13 deorits permettant la fabrluution de billettea et de lingots sains pour un traitement ultérieur.
La présente invention englobe également les hélices et
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les pièces coulées d'hélices, ralisaa en partant les alliages ayant la composition décrite c1-av;nt.
IZI-'V2.''DIC;,TIONS 1. Un alliage à base de manganèse, contenant 25 à 50%
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de cuivre, 215 b, 6% d'aluminium et 0,5 â 3,5 ae nickel, le res- tant (à part les impuretés et les constituants accidentels) étant formé par le manganèse dont la quantité s'élève jusqu'à au moins 47%, le carbone ou le silicium présenta s'élevant respectivement à moins de 0,2%.