alliage à, base d'aluminium. Des alliages à base d'aluminium, conte nant des éléments constitutifs variés dans des proportions différentes, sont bien connus et d'un usage courant. Il est également bien connu dans le métier de tremper certains de ces alliages à partir de températures déter minées et de les ;,vieillir" ensuite, soit natu rellement, soit artificiellement, dans le but d'améliorer leurs propriétés physiques.
De tels alliages contiennent souvent du cuivre ajouté intentionnellement comme élément d'alliage, et contiennent comme impureté différentes quantités de silicium, habituellement dans une proportion non supérieure à 0,41/o envi ron, le silicium provenant à la fois des ma tières entrant dans la fabrication des alliages et des récipients dans lesquels ceux-ci sont produits.
La présente invention a pour objet un alliage à base d'aluminium, sensiblement exempt de cuivre, et contenant du magné- sium et une proportion non inférieure à 0,5 % de silicium, cet alliage ayant été trempé et soumis à un vieillissement artificiel, de façon à présenter de la dureté et une grande ré sistance de rupture à la traction.
Dans la réalisation de l'invention en pra tique, l'alliage peut contenir des proportions variées à la fois de magnésium et de sili cium, et d'autres éléments peuvent y être ajoutés tels que du nickel, du manganèse et du chrome. Le choix des quantités convena bles de magnésium et de silicium est déter miné par le traitement auquel l'alliage est soumis et l'usage auquel il est destiné. La teneur en magnésium peut dépasser la teneur en silicium, et lorsque la teneur en magné sium est élevée, celle en silicium peut être très faible, et inversement.
Cependant la te neur en silicium ne doit en aucun cas être inférieure à 0,5 %. D'une manière générale, les propriétés physiques maxima peuvent être obtenues avec environ 1 % de magnésium et 1 % de silicium,
bien que l'on puisse utiliser des proportions allant jusqu'à 4 % de chacun de ces métaux. Plus les proportions de ma- gnésium et de silicium existant dans l'alliage sont grandes, plus les alliages sont difficiles à usiner.
La température de trempe de l'alliage et la période de temps pendant laquelle il est maintenu à cette température dépendent, jus qu'à un certain degré, de la composition et de l'usage auquel l'alliage est destiné, et il en est également de même en ce qui con cerne le vieillissement de l'alliage.
La tem pérature de trempe est habituellement supé rieure à 500 0 C environ et peut aller jus qu'à 580 0 C, et la période de temps pen dant laquelle l'alliage peut être maintenu à la température de trempe peut aller d'une fraction d'une heure jusqu'à quinze heures ou davantage. Lorsque les alliages sont sous forme de pièces coulées, d'excellents résultats ont été obtenus en maintenant les pièces cou lées à une température de trempe de 550 0 C ou légèrement plus élevée pendant 15 heures.
L'alliage peut être soit trempé à la tem pérature normale ou . ambiante et ensuite chauffé et soumis au vieillissement artificiel, soit trempé à la température désirée de vieil lissement artificiel et maintenu à cette tem pérature pendant le temps nécessaire. Le vieillissement peut être effectué à des tem pératures variant d'environ 100à 200 0 C.
L'invention peut être expliquée davantage en référence à quelques exemples d'alliages, qui ont été produits et essayés par les in venteurs.
Un alliage forgé contenant 0,75 % de si- licium et 0,5 0lfo de magnésium, après avoir été chauffé jusqu'à une température de 500 0 C environ et refroidi lentement dans un foui, possédait une dureté Brinell de 29, une résis tance de rupture à la traction de 1050 kg/cin2 et un allongement de 35 0% environ sur 5 cm.
Dans cet état, sa ductilité ou plasticité se rapprochait de celle de l'aluminium pur du commerce, de sorte que des articles de formes compliquées pouvaient être faits à partir de cet alliage par de-, procédés de façonnage. Après avoir été forgé et ensuite trempé à partir d'une température de 560 0 C, il possédait une dureté Brinell de 38, une résistance de rupture à la traction de 1470 kg/em2 et un allongement de 37,5 "/o sur 5 cm.
Après vieil lissement pendant 17 heures à 150 0 C, la dureté Brinell était montée jusqu'à 110, la ré sistance de rupture à la traction à 311N kg/cni=, et l'allongement était réduit à 13,5 % sur 5 cm.
La preuve que cette amélioration des propriétés physiques est due au vieillissement artificiel est fournie par le fait que le même alliage, soumis à un vieillissement naturel à la température normale ou ambiante pendant sept jours, possédait une résistance de rup ture à la traction de 2170 kg/cin= et un al longement de 30 "/o sur 5 cm.
Le même alliage (à 0,75 (1/o de silicium et 0,5 1/o de magnésium) a été trempé à partir de 550 0 C et le métal a été étiré de 15 0/0 dans une machine à étirer. Il a été ensuite soumis au vieillissement artificiel pendant 60 heures à 145<B>'</B> ' C, après quoi il possédait une résistance de rupture à la traction de 2961 lçg/cin , un allongement de 12,5 % sur 5 cm, et une dureté Brinell de 99.
Des pro priétés physiques finales analogues étaient ob tenues en laissant le barreau d'essai trempé vieillir naturellement, c'est-à-dire à la tempé rature normale ou ambiante, pendant une semaine, en l'étirant ensuite de 15 "/o et en le soumettant à un vieillissement artificiel pendant 60 heures ï), 1.45 0 C.
Un alliage contant 1 0;\o de inagnésiiini et 1,75 % de silicium, après avoir été forgé, fut trempé à partir d'une température de 550 0 C et soumis à un vieillissement artificiel pen dant 15 heures à une température de 150 0 C. Après trempe et vieillissement, il possédait une résistance de rupture à la traction de 3738 hg/em , un allongement de 12,5 % sur 5 cm et une dureté Brinell de 123.
Un alliage contenant 4 % de magnésium et 2 % de silicium, après avoir été forgé, fut trempé à partir d'une température de 550 0 C et soumis à un vieillissement artifi ciel pendant 40 heures à 100 0 C.
Il possé dait alors une résistance de rupture à la trac tion de 3384,5 kg,'crn=, un allongement de 15 % sur 5 cm et une dureté Brinell de 106. Le même alliage, soumis à un vieillissement additionnel pendant 18 heures à 150 0 C pos sédait une résistance de rupture à la traction de 3731<B>kg'</B> cm2, un allongement de 13 sur 5 cm et une dureté Brinell de 125.
Les exemples ci-dessus se rapportent tous à des alliages à base d'aluminium, travaillés mécaniquement, contenant du magnésium et du silicium. L'exemple ci-après montre que ces alliages, sous forme de pièces coulées, ont une résistance et une dureté notablement améliorées.
Un alliage contenant 1,75 0% de silicium et 1 % de magnésium possédait, après coulée dans un moule permanent, une eésistance de rupture à la traction de 1400 kg/cm',
un al- longement de 5 % sur 5 cm et une dureté Brinell de 60. Après trempe à partir d'une température de 500 0 C maintenue pendant un peu plus de 15 heures, la résistance de rupture à la traction fut portée jusqu'à 2520 kg/cm2, l'allongement fut porté jusqu'à 16 % sur 5 cm et la dureté Brinell à 67.
Après vieillissement artificiel pendant 15 heures à 150 0 C; la résistance de rupture à la traction fut encore accrue jusqu'à 3500 kg/crn2, la du reté Brinell jusqu'à 123, tandis que l'allonge- ment diminua jusqu'à 5,5 %. Pour obtenir les meilleurs résultats, les pièces coulées for mées de l'alliage suivant l'invention doivent, comme il a été mentionné précédemment, être maintenues pendant une période de temps con sidérable à la température de trempe.
Cette période de temps peut être de 15 heures ou davantage et la température de trempe peut être de 550 0 C ou légèrement plus élevée.
L'addition d'autres métaux d'alliage, tels que le nickel, manganèse et chrome, ne dé truit pas l'effet du magnésium et du silicium, mais a pour résultat, dans certains cas, par ticulièrement dans les alliages usinés, une amélioration de certaines propriétés physiques de l'alliage.
Par exemple un alliage contenant 1 % de magnésium, 0,5 % de silicium et 2 % de nickel possédait une résistance de rupture à la traction de 1120 kg,/cm', un allongement de 5 % sur 5 cm et une dureté Brinell de 55,
lorsqu'il était coulé dans un moule per manent. Après trempe de l'alliage à partir de 550 0 C, température à laquelle l'alliage fut maintenu pendant 15 heures, sa résistance de rupture à la traction fut porte jusqu'à 1939 kg/cm2, son allongement à 13 % sur 5 cm et sa dureté Brinell à 59. Soumis au vieillissement à une température de 150 0, sa résistance de rupture à la traction fut de 3038 kg/cm', son allongement de 3,5 % sur 5 cm et sa dureté Brinell de 114.
Le même alliage, forgé et ensuite trempé et soumis au vieillissement de la même manière, possé dait une résistance de rupture à la traction de 3332 kg/cm2, un allongement de 19 0% sur 5 cm et une dureté Brinell de 106.
Il résulte des exemples précédents que l'al liage obtenu suivant l'invention, soit travaillé mécaniquement, soit coulé, possède des pro priétés physiques avantageuses résultant de son vieillissement artificiel.
aluminum-based alloy. Aluminum-based alloys, containing various constituent elements in different proportions, are well known and in common use. It is also well known in the art to quench some of these alloys from determined temperatures and then age them, either naturally or artificially, with the aim of improving their physical properties.
Such alloys often contain intentionally added copper as an alloying element, and contain as an impurity different amounts of silicon, usually in a proportion of not more than 0.41% or so, the silicon coming from both the materials entering into it. the manufacture of alloys and the containers in which they are produced.
The present invention relates to an aluminum-based alloy, substantially free of copper, and containing magnesium and a proportion of not less than 0.5% of silicon, this alloy having been quenched and subjected to artificial aging, so as to present hardness and high tensile strength.
In carrying out the invention in practice, the alloy may contain varying proportions of both magnesium and silicon, and other elements may be added thereto such as nickel, manganese and chromium. The choice of the correct amounts of magnesium and silicon is determined by the treatment to which the alloy is subjected and the use to which it is intended. The magnesium content may exceed the silicon content, and when the magnesium content is high, that of silicon may be very low, and vice versa.
However, the silicon content should in no case be less than 0.5%. In general, the maximum physical properties can be obtained with about 1% magnesium and 1% silicon,
although proportions of up to 4% of each of these metals can be used. The greater the proportions of magnesium and silicon existing in the alloy, the more difficult the alloys are to machine.
The tempering temperature of the alloy and the period of time during which it is maintained at that temperature depend, to some extent, on the composition and use for which the alloy is intended, and so is also with regard to the aging of the alloy.
The quenching temperature is usually greater than about 500 0 C and can go up to 580 0 C, and the period of time during which the alloy can be maintained at the quenching temperature can range from a fraction from one hour to fifteen hours or more. When the alloys are in the form of castings, excellent results have been obtained by maintaining the castings at a quenching temperature of 550 ° C. or slightly higher for 15 hours.
The alloy can be either tempered at normal temperature or. room and then heated and subjected to artificial aging, or quenched to the desired temperature of artificial aging and maintained at that temperature for the time required. Aging can be carried out at temperatures varying from approximately 100 to 200 ° C.
The invention can be further explained with reference to a few examples of alloys, which have been produced and tested by the inventors.
A forged alloy containing 0.75% silicon and 0.5% magnesium, after being heated to a temperature of about 500 ° C. and slowly cooled in a pit, had a Brinell hardness of 29, a resis tensile strength of 1050 kg / cin2 and an elongation of about 350% over 5 cm.
In this state, its ductility or plasticity approached that of pure commercial aluminum, so that complicated shaped articles could be made from this alloy by shaping processes. After being forged and then quenched from a temperature of 560 0 C, it had a Brinell hardness of 38, a tensile strength of 1470 kg / em2 and an elongation of 37.5 "/ o over 5. cm.
After aging for 17 hours at 150 0 C, the Brinell hardness rose to 110, the tensile strength at 311N kg / cni =, and the elongation was reduced to 13.5% over 5 cm .
The evidence that this improvement in physical properties is due to artificial aging is provided by the fact that the same alloy, subjected to natural aging at normal or room temperature for seven days, had a tensile strength of 2170 kg. / cin = and an al length of 30 "/ o by 5 cm.
The same alloy (at 0.75 (1 / o silicon and 0.5 1 / o magnesium) was quenched from 550 ° C. and the metal was drawn 15% in a drawing machine. It was then subjected to artificial aging for 60 hours at 145 <B> '</B>' C, after which it had a tensile strength of 2961 lcg / cin, an elongation of 12.5% over 5 cm, and a Brinell hardness of 99.
Similar final physical properties were obtained by allowing the hardened test bar to age naturally, i.e. at normal or room temperature, for one week, then stretching it 15 "/ o and by subjecting it to artificial aging for 60 hours ï), 1.45 0 C.
An alloy containing 10; \ o of inagnésiiini and 1.75% silicon, after being forged, was quenched from a temperature of 550 0 C and subjected to artificial aging for 15 hours at a temperature of 150 0 C. After quenching and aging, it had a tensile strength of 3738 hg / em, an elongation of 12.5% over 5 cm and a Brinell hardness of 123.
An alloy containing 4% magnesium and 2% silicon, after having been forged, was quenched from a temperature of 550 0 C and subjected to artificial aging for 40 hours at 100 0 C.
It then had a tensile strength of 3384.5 kg, 'crn =, an elongation of 15% over 5 cm and a Brinell hardness of 106. The same alloy, subjected to additional aging for 18 hours at 150 0 C has a tensile strength of 3731 <B> kg '</B> cm2, an elongation of 13 by 5 cm and a Brinell hardness of 125.
The above examples all relate to mechanically worked aluminum-based alloys containing magnesium and silicon. The example below shows that these alloys, in the form of castings, have a markedly improved strength and hardness.
An alloy containing 1.75 0% silicon and 1% magnesium had, after casting in a permanent mold, a tensile strength of 1400 kg / cm ',
an elongation of 5% over 5 cm and a Brinell hardness of 60. After quenching from a temperature of 500 0 C maintained for a little over 15 hours, the tensile strength was increased to 2520 kg / cm2, the elongation was increased to 16% over 5 cm and the Brinell hardness to 67.
After artificial aging for 15 hours at 150 ° C.; the tensile strength was further increased to 3500 kg / cm2, the Brinell retention to 123, while the elongation decreased to 5.5%. In order to obtain the best results, the castings formed from the alloy according to the invention must, as previously mentioned, be maintained for a period of time which is considerable at the quenching temperature.
This period of time can be 15 hours or more and the quenching temperature can be 550 ° C. or slightly higher.
The addition of other alloying metals, such as nickel, manganese and chromium, does not destroy the effect of magnesium and silicon, but results, in some cases, particularly in machined alloys, in improvement of certain physical properties of the alloy.
For example an alloy containing 1% magnesium, 0.5% silicon and 2% nickel had a tensile strength of 1120 kg, / cm ', an elongation of 5% over 5 cm and a Brinell hardness of 55,
when it was cast in a permanent mold. After quenching the alloy from 550 0 C, temperature at which the alloy was maintained for 15 hours, its tensile strength was increased to 1939 kg / cm2, its elongation at 13% over 5 cm and its Brinell hardness at 59. When subjected to aging at a temperature of 150 0, its tensile strength was 3038 kg / cm 2, its elongation of 3.5% over 5 cm and its Brinell hardness of 114.
The same alloy, forged and then quenched and aged in the same manner, had a tensile strength of 3332 kg / cm2, an elongation of 190% over 5 cm and a Brinell hardness of 106.
It follows from the preceding examples that the alloy obtained according to the invention, either mechanically worked or cast, has advantageous physical properties resulting from its artificial aging.