Alliage à base d'aluminium. Des alliages à base d'aluminium, con tenant des éléments constitutifs variés dans des proportions différentes, sont bien connus et certains d'entre eux ont été employés in dustriellement depuis un certain temps. Il est également bien connu dans le métier d,## tremper certains de ces alliages à partir de températures déterminées et de les "vieillir" ensuite, soit naturellement à la température ambiante, soit artificiellement à une tempéra ture élevée, dans le but d'améliorer leurs pro priétés physiques.
De tels alliages tcontien# nent souvent du cuivre et du magnésium, et comprennent comme impureté différentes quantités de silicium, habituellement dans une proportion non supérieure à 0,4 %, le si licium provenant à la, fois des matières en trant dans la fabrication des .alliages et des récipients dans lesquels ceux-:ci sont produits.
L'alliage à base d'aluminium qui fait l'objet de l'invention contient du cuivre, du magnésium et du silicium en une proportion non inférieure à 0,5 %, cet alliage ayant été trempé et soumis à un vieillissement a.rtifi- ciel. Cet alliage possède, grâce à sa grande teneur en silicium, une résistance à la, trac tion et une dureté plus grandes qu'un alliage connu quelconque à base d'aluminium, sauf ceux contenant de grandes proportions de zinc; il peut être facilement usiné.
L'alliage suivant l'invention peut con tenir, en outre du cuivre, du magnésium et de la proportion minima de silicium spécifiée ci-dessus, d'autres éléments tels que le man ganèse, le chrome, le nickel et le molybdène. Il a été constaté par les inventeurs que l'.ad- dition de manganèse aide à produire une tex ture fibreuse dans 1.'alliage lorsqu'il se trouve à l'état de traitement à ,chaud, et à produire un allongement plus grand lorsque l'alliage a. été soumis au vieillissement à<B>150</B> C environ. Il a également été constaté par les inventeurs que le chrome possède une action analogue.
L'alliage à employer de préférence contient environ 4,5 % de cuivre, 0,5 /a de magnésium, 0,75 % de silicium et 0,5 % de manganèse.
La température de trempe de l'alliage peut être comprise entre 500 et 550 C environ, mais, il a. été constaté qu'il est préférable de tremper les alliages les plus durs à partir d'une température de 500 à 515 o C environ.
Après qu'il est trempé, l'alliage vieillit normalement à la température ambiante, mais n'atteint pas ses propriétés physiques maxima., à Moins d'être soumis à un vieillissement artificiel à une température élevée.
On peut donner à l'alliage des propriétés physiques différentes en faisant varier les températures du vieillissement .a.rtificiel. Un vieillissement à une température inférieure à<B>130'</B> C en- viren produit un accroissement de résistance par rapport au vieillissement naturel, sans affecter de façon nuisible l'allongement ou ductilité de l'alliage, tandis qu'un vieillisse ment à une température de<B>130'</B> C à.
175 o C environ produit un plus grand accroissement (le résistance et de dureté, mais diminue la du^tilité. En général, la, température préfé rée de vieillissement est supérieure à 100' C environ. Lorsqu'on ne désire pas soumettre l'alliage à. un travail à: froid après trempe, il peut être trempé à la. température désirée de vieillissement artificiel plutôt qu'à la tem pérature ambiante.
Voici quelques résultats obtenus avec des alliages travaillés mécaniquement et des al liages non travaillés mécaniquement ou al liages coulés. En référence d'abord à. des alliages travaillés mécaniquement, un alliage forgé contenant 4,32 % de cuivre, 0,78 @o de silicium, 0.50 % de magnésium et 0,49 @o de manganèse, le reste étant de l'aluminium à.
l'exception des impuretés, possède (lorsqu'il et trempé à partir d'une température com prise entre 500 et 515 C et soumis à un vieil lissement naturel pendant trois jours à. la température ambiante), une résistance de rupture à. la fraction de 4151 l@b/cm\ et un allongement de 25 % sur 5 tin. Cet alliage est:, sauf en. ce qui concerne sa teneur plus élevée en silicium, .analogue aux alliages du commerce traités à chaud.
Après qu'il a. ét c# soumis à un vieillissement artificiel pendant î () heures à 120 o C, sa résistance de rupture est montée jusqu'à<B>4683</B> libl@m@, et son allon gement est de 20,5 % sur 5 tin. Après vieil- lissement artificiel pendant 20 heures à 150 o C, sa résistance de rupture à la trac tion était de<B>5271</B> lig/c:in\, son allongement de 13 % sur 5 cm et sa dureté Brinell était de 160 à<B>172.</B> Le poids spécifique de l'al liage était de 2.8.
Cette résistance de rup ture à la<B>,</B> traction et .cette dureté sont plus brandes que celle,-; d'un alliage connu quel conque à base d'aluminium produit jusqu'ici. excepté des alliages d'aluminium-zine, qui possèdent un poids spécifique de 3,13 envi ron, mais qui présentent des caractéristiques indésirables bien connues qui les rendent inappropriés dans la plupart des cas.
L'exemple suivant montre l'application de l'invention à, des alliages contenant des pro portions relativement faibles de cuivre. L n alliage travaillé mécaniquement, contenant. 0,75 @ de silicium. 1_l,5 0 de magnésium. 1,5 iô (le cuivre ci le reste d'a.luminiuni à l'exception des impuretés, possédait.
après avoir été trempé à partir de 500 o C et sou mis au vieillissement pendant 18 heures 't 745 <B>C</B>, une résistance de rupture â. la trac tion de 39-11h!crn". un a.llongernent da 16,5 % sur 5 -cm et une dureté Brinell. de 130. Soumis au vieillissement à. 100 C, sa résistance de rupture à la traction était d'en viron 3.500 lig/cm\ et son allongement d'en viron 30 % sur 5 cm.
La preuve due c'est à la. teneur élevée en silicium qu'est principalement: due l'amélio ration de certaines propriétés physiques ob tenue par le vieillissement artificiel de l'al liage suivant l'invention, peut être fournie par des essais faits sur uni alliage contenant. une faible proportion de silicium.
Un alliage travaillé mécaniquement, identique à relui du premier exemple donné ci-dessus, sauf qu'il contenait 0.11 ,ô, au lieu de 0,78 @ rle sili cium, possédait - après avoir été trempé :
L partir (le 5110 C et soumis au vieillissement naturel pendant trois ,jours à. la température ambiante - une résistan(-e (le. rupture à 1a. traction de 4219 hg-;'cm\ et un allongement de 22,5 % sur 5 cm.
Après avoir été soumis au vieillissement a-rtifieiel pendant 70 heures à 120 o C, la. résistance de rupture de l'alliage à la traction était de 4144 kg/=2 et son allon gement de 22 % sur 5 cm, et après vieillisse ment pendant 35 heures à 150 C, sa, résis tance de rupture à la traction était de 4151 kg/,cm2 et son allongement de 21,5 sur<B>5 ,CM.</B> Par suite, l'effet de l'accroissement de la teneur en silicium est de rendre l'alliage capable d'atteindre, .comme résultat d'un vieil lissement .artificiel, une résistance à la rup ture,
et une dureté beaucoup plus élevées que celles .qu'on peut obtenir, par vieillissement naturel -ou artificiel, pour des alliages ayant une teneur en silicium telle que celle qu'on peut constater comme impureté clans les al- lia,yes du commerce.
Comme exemple de l'application de l'in vention à des alliages non traités mécanique ment, un alliage contenant 4,5 % de cuivre, 0,5 'ô de manganèse, 0,75 % de silicium et 0.5 %ô de magnésium, possédait, ;
lorsqu'il était coulé clans un moule en coquille, une dureté Brinell de 90 env iron. Trempé à partir d'une température de<B>500'</B> C maintenue pendant 16 heures et ensuite soumis au vieillissement pendant 48 heures à 140' C, l'alliage possé- dait une dureté Brinell de 145 à 155 et une .résistance de rupture à la traction supérieure à 3500 kg/,cm2.
Aluminum-based alloy. Aluminum-based alloys, containing various constituent elements in different proportions, are well known and some of them have been used industrially for some time. It is also well known in the art to quench some of these alloys from specified temperatures and then "age" them, either naturally at room temperature or artificially at an elevated temperature, with the aim of improve their physical properties.
Such alloys often contain copper and magnesium, and include as an impurity different amounts of silicon, usually in an amount not greater than 0.4%, the silicon originating from both materials going into the manufacture of the products. .alloys and the containers in which they are produced.
The aluminum-based alloy which is the subject of the invention contains copper, magnesium and silicon in a proportion of not less than 0.5%, this alloy having been quenched and subjected to a.rtifi aging. - sky. This alloy has, thanks to its high silicon content, a tensile strength and a greater hardness than any known alloy based on aluminum, except those containing large proportions of zinc; it can be easily machined.
The alloy according to the invention can contain, in addition to copper, magnesium and the minimum proportion of silicon specified above, other elements such as man ganese, chromium, nickel and molybdenum. It has been found by the inventors that the addition of manganese helps to produce a fibrous texture in the alloy when in the hot process state, and to produce greater elongation. when the alloy has. been subjected to aging at approximately <B> 150 </B> C. It has also been found by the inventors that chromium has a similar action.
The alloy to be preferably employed contains about 4.5% copper, 0.5 / a magnesium, 0.75% silicon and 0.5% manganese.
The tempering temperature of the alloy can be between 500 and 550 C approximately, but, it has. It has been found that it is preferable to quench the hardest alloys from a temperature of about 500 to 515 o C.
After quenching, the alloy ages normally at room temperature, but does not achieve its maximum physical properties, unless subjected to artificial aging at elevated temperature.
The alloy can be given different physical properties by varying the temperatures of artificial aging. Aging at a temperature below <B> 130 '</B> C enviren produces an increase in strength over natural aging, without adversely affecting the elongation or ductility of the alloy, while a aging at a temperature of <B> 130 '</B> C to.
About 175 ° C produces a greater increase in strength and hardness, but decreases flexibility. In general, the preferred aging temperature is above about 100 ° C. When it is not desired to subject the aging. When cold working alloy after quenching, it can be quenched at the desired temperature of artificial aging rather than at room temperature.
Here are some results obtained with mechanically worked alloys and non-mechanically worked alloys or cast alloys. With reference first to. mechanically worked alloys, a forged alloy containing 4.32% copper, 0.78% silicon, 0.50% magnesium and 0.49% manganese, the remainder being aluminum.
except for impurities, has (when soaked from a temperature between 500 and 515 C and subjected to natural aging for three days at. room temperature), a breaking strength of. the fraction of 4151 l @ b / cm \ and an elongation of 25% over 5 tin. This alloy is :, except in. with regard to its higher silicon content, .analogue to commercial heat treated alloys.
After he has. was subjected to artificial aging for î () hours at 120 o C, its breaking strength rose to <B> 4683 </B> libl @ m @, and its elongation was 20.5% over 5 tin. After artificial aging for 20 hours at 150 o C, its tensile strength was <B> 5271 </B> lig / c: in \, its elongation was 13% over 5 cm and its Brinell hardness. was 160 to <B> 172. </B> The specific gravity of the alloy was 2.8.
This tensile <B>, </B> breaking strength and hardness are greater than that, -; of a known alloy which aluminum-based shell produced so far. except aluminum-zine alloys, which have a specific gravity of about 3.13, but which exhibit well known undesirable characteristics which make them unsuitable in most cases.
The following example shows the application of the invention to alloys containing relatively small pro portions of copper. The mechanically worked alloy, containing. 0.75 @ silicon. 1.50 magnesium. 1,5 iô (the copper and the rest of a.luminiuni except for the impurities, possessed.
after being quenched from 500 o C and subjected to aging for 18 hours' t 745 <B> C </B>, a breaking strength â. tensile strength of 39-11h! crn "elongation of 16.5% over 5cm and Brinell hardness of 130. Aged at 100 ° C, its tensile strength was about 3,500 lig / cm \ and its lengthening of about 30% over 5 cm.
The proof is due to the. high silicon content which is mainly: due to the improvement of certain physical properties obtained by the artificial aging of the alloy according to the invention, can be provided by tests carried out on a containing alloy. a low proportion of silicon.
A mechanically worked alloy, identical to the shine of the first example given above, except that it contained 0.11.6, instead of 0.78 @ rle sili cium, had - after being quenched:
From 5110 C and subjected to natural aging for three days at room temperature - resistance (-e (tensile breakage of 4219 hg -; cm \ and elongation of 22.5%). about 5 cm.
After having been subjected to arterial aging for 70 hours at 120 o C, the. tensile strength of the alloy was 4144 kg / = 2 and its elongation 22% over 5 cm, and after aging for 35 hours at 150 C, its tensile strength was 4151 kg /, cm2 and its elongation of 21.5 over <B> 5, CM. </B> Therefore, the effect of increasing the silicon content is to make the alloy capable of achieving, .as a result of artificial aging, resistance to fracture,
and a much higher hardness than can be obtained by natural or artificial aging for alloys having a silicon content such as that which can be seen as an impurity in commercial alloys.
As an example of the application of the invention to alloys not mechanically treated, an alloy containing 4.5% copper, 0.5% manganese, 0.75% silicon and 0.5% 6 magnesium, possessed,;
when cast in a shell mold a Brinell hardness of about 90 iron. Quenched from a temperature of <B> 500 '</B> C maintained for 16 hours and then aged for 48 hours at 140' C, the alloy had a Brinell hardness of 145 to 155 and a . tensile strength greater than 3500 kg /, cm2.