Alliage à base de zinc. La présente invention a pour objet un alliage à. base de zinc, propre à être coulé en coquilles.
Les exigences mécaniques de l'opération de coulage en coquilles nécessitent la cons truction d'un creuset et d'une coquille en fer et acier. Ces métaux sont sujets- à être atta qués par le zinc fondu et l'expérience a mon tré que 0,25 % au moins d'aluminium doit être ajouté au zinc, dans le but de diminuer cette attaque d'une façon suffisante pour as surer aux appareils une durée de vie raison nable.
Les alliages destinés au coulage en co quilles doivent avoir un degré de fluidité suf fisant pour couler convenablement dans les coquilles utilisées et pour les remplir complè tement; une proportion de '2% d'aluminium ou davantage apparait nécessaire à l'obten tion d'un degré de fluidité adéquate. On sait depuis longtemps que l'aluminium augmente la résistance à la traction du zinc et sa pré sence est de ce fait désirable, dans les allia- ges pour coulage en coquilles, en quantités allant de 2. à 10% et même à 157o.
Les alliages zinc-aluminium contenant moins de 80% d'aluminium environ, subis sent un changement de structure après la so lidification, qui est communément connu sous le nom de "changement de phase" ou plus spécialement, dans ce cas, sous le nom de "réaction eutectoïde". Ce changement de phase consiste dans la formation de deux formes ou phases cristallines à partir d'une phase primitivement existante;
il est accom pagné généralement, dans les alliages connus indiqués ci-dessus, de certains changements des propriétés, physiques de ceux-ci, tels que, par exemple, une augmentation de la densité, de la dureté, de la résistance à la traction et une diminution de la. ductibilité et de la ré sistance au choc. Ce changement de phase peut se produire durant le refroidissement de l'alliage, après le coulage, ou peut être re tardé ou empêché par certaines influences. Dans de tels cas, il peut avoir lieu graduelle- ment pendant une période de plusieurs mois à la température ordinaire.
Un stade secondaire du changement de phase, qui se produit quelquefois, réside dans la croissance ou la coalescence des particules extrêmement petites des nouvelles phases for mées en premier lieu, en particules plus grandes. Ce stade peut être accompagné d'un amollissement et d'une diminution de la ré sistance à la traction, ainsi que d'une aug mentation de la. ductilité et de la résistance au choc.
Les: alliages zinc aluminium dont la com position est comprise dans les limites ci- dessus, peuvent également être sujets à un type de désintégration que l'on nomme géné ralement "oxydation intercristalline", Dans les cas extrêmes, sous l'influence de la cha leur et .de l'humidité, l'oxydation intercris- talline peut pénétrer complètement dans des échantillons de ces alliages et en provoquer le gonflement, le gauchissement et même la désintégration complète.
L'oxydation inter- cristalline est en quelque sorte associée au changement de phase et en dépend en partie.
Il a. été reconnu jusqu'ici que certains au tres métaux, lorsqu'ils sont présents dans ces alliages zinc-aluminium, exercent des ef fets importants, soit sur le changement de phase, soit sur l'oxydation intercristalline, soit sur les deux. On sait, par exemple, que le cuivre et le magnésium exercent une in fluence sur le changement .de phase, soit en ce qui concerne la vitesse à laquelle il a lieu, soit en ce qui concerne l'achèvement complet de la. réaction, soit encore à d'autres points de vue non complètement connus.
L'effet parti culier produit sur le changement de phase par le cuivre et le magnésium agit favora blement en augmentant la résistance des a.1- liages à l'oxydation intercristalline. Le plomb, tout en n'exerçant pas une influence marquée sur le changement de phase, diminue très sérieusement la résistance de ces alliages zinc-aluminium à l'oxydation intercristalline.
Le cadmium, quoiqu'il ait un certain effet sur le changement de phase, diminue ordinairement, en présence du plomb, la ré sistance de ces alliages à l'oxydation inter- cristalline.
On connait et utilise des alliages à base de zinc, convenant au coulage en coquilles. Un alliage contenant 4% d'aluminium, 3% de cuivre et le solde de zinc métallique très pur, est déjà utilisé sur une grande échelle dans bien des buts et donne satisfaction.
On peut cependant faire-deux objections à cet alliage: Tout d'abord, en vieillissant, soit â des tem pératures normales, soit à des températures légèrement élevées, l'alliage perd une partie importante de sa résistance au choc et subit un changement dans ses dimensions linéaires. Deuxièmement, en présence d'humidité et particulièrement en présence de la chaleur et de l'humidité réunies, l'alliage subit une oxydation intercri:
stalline qui est la cause de changements sérieux dans ses propriétés phy siques et-ses dimensions.
Un alliage perfectionné à. base de zinc; pour coulage en coquilles, est décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique de Peirce et Anderson nc 15H761 du 17 août 1926. Cet alliage (qui, tel qu'il est mis, sur le mar ché, est ordinairement formé par 4% d'alu minium, 3 % de cuivre, 0,1 % de magnésium, le solde étant du zinc très pur) est pratique ment exempt du second défaut de l'alliage mentionné en premier, c'est-à-dire de l'oxyda tion intercristalline. Il est cependant sujet au premier défaut,
à savoir la perte de ré sistance au choc et le'changement de dimen sions par vieillissement. Ce défaut de ces alliages empêche leur emploi dans un large domaine où ils pourraient autrement trouver des applications utiles. Ces alliages possèdent une résistance à la traction très élevée, bien supérieure à celle qui est ordinairement néces saire et l'élimination des défauts que l'on vient de .citer est avantageuse, même si elle se fait au détriment d'une réduction considé rable de la résistance à- la traction.
Au brevet suisse ne 148193, du 6 .décem bre 1929, on a décrit un alliage dans lequel ce défaut, consistant dans la diminution de la résistance au choc et le changement de di mensions par vieillissement, est pratiquement éliminé, quoique cela soit aux dépens de la résistance à la traction. Suivant sa composi tion préférée, cet alliage contient 4 % d'alu minium,<B>0,1</B> % de magnésium et le zinc de base est formé par du zinc métallique de grande pureté ne contenant pas plus de 0,01 % de plomb et de cadmium.
Un but de la présente invention est d'aug menter la résistance à la traction, après vieil lissement, des alliages à base de zinc tels que ceux décrits au brevet no 14819$, tout en conservant pratiquement certains des avanta ges de ces alliages. Il est indiqué dans le bre vet suisse no 148-193 que la diminution de la résistance au choc et le changement de di mensions qui se produisent par vieillissement dans les alliages bien connus contenant 4% d'aluminium et 3 % de cuivre, avec ou sans autres additions, doivent être attribués à la présence du cuivre.
On a cependant trouvé, au cours de re cherches ultérieures, que la présence de cui vre en quantités limitées, dans les alliages du brevet no 148193, se traduit par une amé lioration dans la résistance à la traction après vieillissement, sans inconvénient sérieux pour certaines propriétés désirables revendi quées pour lesdits alliages.
Basée sur ces constatations, la présente invention a pour objet un alliage perfectionné à base de zinc, contenant une quantité appro priée d'aluminium, pour le coulage en co quilles, c'est-à-dire de 2 ù 10 % (de préférence 2-5% et particulièrement 4%), de 0,01 à 0,3 % de magnésium (de préférence 0,1 % en viron), de 0,05 à 2 % de cuivre (de préférence 1 % environ), pas plus de 0,01 % de plomb et de cadmium ensemble, constituant des impu retés, le solde étant du zinc.
Les impuretés de cet alliage ne s'éléve- ront, de préférence, pas au-dessus de 0,003 % de plomb, 0,003 % de cadmium et 0,001 d'étain comme impureté accidentelle. Il est entendu que cet alliage peut être absolument exempt de plomb et de cadmium, ou peut ne contenir que l'un de ces métaux en proportion inférieure à 0,01 %.
Cet alliage ne change pratiquement pas de dimensions linéaires lors du vieillissement. Il a été reconnu jusqu'ici que l'on obtient généralement des résultats supérieurs en utili sant du zinc métallique très pur, comme base dans les alliages destinés au coulage en co quilles. Le zinc métallique bien connu sous le nom de "Iiorsehead brand" a été considéré comme donnant pleine satisfaction dans ce but, et il n'a pas été considéré comme néces saire ou avantageux d'employer du zinc mé tallique de plus grande pureté.
Le zinc "Horsehead brand" a en moyenne 99,94% de zinc, il contient environ 0,045 % de plomb et environ 0,003 % de cadmium.
Sous sa forme préférée, l'alliage perfec tionné à base de zinc pour coulage en co quille, de l'invention, est préparé avec du zinc métallique de grande pureté, ne conte nant pas plus de 0,01 % de plomb et de cad mium. De préférence, cet alliage contient environ 4 % d'aluminium, environ 0,1% de magnésium, environ 1 % -de cuivre et pas plus de 0,01 % de plomb et de cadmium. Il est de préférence pratiquement exempt d'étain, et ce métal ne dépassera pas de préférence envi ron<B>0,001</B> %.
Les tables suivantes illustrent l'améliora tion de la. résistance à la traction après vieil lissement, obtenue avec quatre alliages C, D, E et F, conformes à l'invention, comparati vement à l'alliage B qui correspond à l'al liage D du brevet américain no 1779525 dont le brevet suisse correspondant est celui no 148193. Les tables montrent aussi des avantages, sous le rapport de la résistance au choc et de la dilatation linéaire, sur l'alliage A correspondant à l'alliage B du brevet amé ricain no 1779525.
EMI0004.0001
<I>Table <SEP> I.</I>
<tb> <I>Composition <SEP> d'alliages <SEP> contenant <SEP> du <SEP> zinc <SEP> métallique.</I>
<tb> Alliage <SEP> Al <SEP> Cu <SEP> Mg <SEP> Pb <SEP> Cd
<tb> A <SEP> 4 <SEP> % <SEP> 3 <SEP> % <SEP> 0,10/0 <SEP> 0,00250/, <SEP> 0,002 <SEP> /o
<tb> 40/, <SEP> <B>0-/,</B> <SEP> 0,1 <SEP> 0/0 <SEP> 0,00250/, <SEP> 0,002 <SEP> %
<tb> C <SEP> 4-/o <SEP> 0,10/0 <SEP> 0,1 <SEP> 0/0 <SEP> 0,0025% <SEP> 0,002 <SEP> %
<tb> D <SEP> 40/, <SEP> <B>0,50/,</B> <SEP> 0,1 <SEP> 0/0 <SEP> <B>0,00250/.</B> <SEP> 0,002 <SEP> 0/0
<tb> E <SEP> 40/0 <SEP> 1 <SEP> % <SEP> 0,1 <SEP> 0/0 <SEP> 0,0025 <SEP> "/0 <SEP> 0,002 <SEP> <B>0/,</B>
<tb> F <SEP> 40/, <SEP> 2 <SEP> <B>0/0</B> <SEP> 0,1 <SEP> % <SEP> 0,0025 <SEP> % <SEP> 0,
002 <SEP> %
EMI0004.0002
<I>Table <SEP> II.</I>
<tb> <I>Résistance <SEP> à <SEP> la <SEP> rupture <SEP> par <SEP> traction <SEP> en <SEP> lcg/crrz2 <SEP> pour <SEP> éprouvettes <SEP> plates.</I>
<tb> Après
<tb> Tel <SEP> que <SEP> Après <SEP> exposition <SEP> a <SEP> la <SEP> vapeur <SEP> è, <SEP> 95 <SEP> <SEP> C <SEP> 30 <SEP> jours
<tb> Alliage <SEP> <B>coulé</B> <SEP> d'exposition
<tb> è, <SEP> la <SEP> vapeur
<tb> <SEP> 1 <SEP> jour <SEP> I <SEP> 5 <SEP> jours <SEP> I <SEP> 10 <SEP> jours <SEP> I <SEP> 20 <SEP> jours <SEP> â <SEP> 70 <SEP> <SEP> C
<tb> A <SEP> 3291,2 <SEP> 3101,3 <SEP> 3045,1 <SEP> 3024 <SEP> 2714,6 <SEP> 2960,7
<tb> (46800) <SEP> (44100) <SEP> (43300) <SEP> (43000) <SEP> (38600) <SEP> (42100)
<tb> B <SEP> 2939,6 <SEP> 2552,8 <SEP> 2362,9 <SEP> 2243,3 <SEP> 2067,6 <SEP> 2306,6
<tb> (41800) <SEP> (36300) <SEP> (33600)
<SEP> (31900) <SEP> (29400) <SEP> (32800)
<tb> C <SEP> 2770,8 <SEP> 2524,6 <SEP> 2384 <SEP> 2194,1 <SEP> 2173 <SEP> 2384
<tb> (39400) <SEP> (35900) <SEP> (33900) <SEP> (31200) <SEP> (30900) <SEP> (33900)
<tb> D <SEP> 2784,8 <SEP> 2602 <SEP> 2398,1 <SEP> 2299,6 <SEP> 2285,5 <SEP> 2461,4
<tb> (39600) <SEP> (37000) <SEP> (34100) <SEP> (32700) <SEP> (32500) <SEP> (35000)
<tb> E <SEP> 3002,8 <SEP> 2672,3 <SEP> 2510,6 <SEP> _ <SEP> 2348,9 <SEP> 2384 <SEP> 2630,1
<tb> (42700) <SEP> (38000) <SEP> (35700) <SEP> (33400) <SEP> (33900) <SEP> (3'l400
<tb> F <SEP> 3024 <SEP> 2693,4 <SEP> 2630,1 <SEP> 2559,8 <SEP> 2545,8 <SEP> 2623,1
<tb> (43000) <SEP> (38300) <SEP> (37400) <SEP> (36400) <SEP> (36200) <SEP> (37300) On a indiqué entre parenthèses les valeurs correspondantes en livres par pouce carré.
EMI0005.0001
<I>Table <SEP> III.</I>
<tb> <I>Résistance <SEP> au <SEP> choc <SEP> en <SEP> mkg/cms</I>
<tb> Après
<tb> Tel <SEP> que <SEP> Après <SEP> exposition <SEP> à, <SEP> la <SEP> vapeur <SEP> à <SEP> 95 <SEP> <SEP> C <SEP> 30 <SEP> ours
<tb> Alliage <SEP> d'expôsition
<tb> coulé <SEP> à <SEP> la <SEP> vapeur
<tb> 1 <SEP> jour <SEP> I <SEP> 5 <SEP> jours <SEP> I <SEP> 10 <SEP> jours <SEP> I <SEP> 20 <SEP> jours <SEP> à <SEP> 70 <SEP> C
<tb> A <SEP> 2.786 <SEP> 2,015 <SEP> 0,729 <SEP> 0,364 <SEP> 0,386 <SEP> 0,493
<tb> (130) <SEP> (94) <SEP> (34) <SEP> (17) <SEP> (18) <SEP> (23)
<tb> B <SEP> 1,864 <SEP> 2,336 <SEP> 2,100 <SEP> 2,036 <SEP> 2,550 <SEP> 1,693
<tb> (87) <SEP> (109) <SEP> (98) <SEP> (95) <SEP> (119) <SEP> (79)
<tb> C <SEP> 2,700 <SEP> 4,243 <SEP> 2,572 <SEP> 1,929 <SEP> <B>1</B>,050 <SEP> 2,314
<tb> (126) <SEP> (198)
<SEP> (120) <SEP> (90) <SEP> (49) <SEP> (108)
<tb> D <SEP> 3,407 <SEP> 3,686 <SEP> 3,579 <SEP> 2,550 <SEP> 1,607 <SEP> 2,572
<tb> (159) <SEP> (172) <SEP> (167) <SEP> (119) <SEP> (75) <SEP> (120)
<tb> E <SEP> 3,622 <SEP> 4,072 <SEP> 3,643 <SEP> 2,936 <SEP> 1,457 <SEP> 2,829
<tb> (169) <SEP> (190) <SEP> (170) <SEP> (137) <SEP> (68) <SEP> (132)
<tb> F <SEP> 3,172 <SEP> 3,772 <SEP> 2,465 <SEP> 1,7<B>5</B>7 <SEP> 1,136 <SEP> 2,615
<tb> (148) <SEP> (176) <SEP> (115) <SEP> (82) <SEP> (53) <SEP> (122) On a indiqué entre parenthèses les valeurs correspondantes en livres-pieds par pouce carré.
EMI0005.0002
<I>Table <SEP> IV.</I>
<tb> <I>Dilatation <SEP> linéaire <SEP> en <SEP> millimètres.</I>
<tb> Après
<tb> Tel <SEP> que <SEP> Après <SEP> exposition <SEP> à <SEP> la <SEP> vapeur <SEP> à <SEP> <B>95'</B> <SEP> C <SEP> 30 <SEP> jours
<tb> Alliage <SEP> coulé <SEP> d'exposition
<tb> largeur <SEP> à <SEP> la <SEP> vapeur
<tb> 1 <SEP> jour <SEP> I <SEP> 5 <SEP> jours <SEP> I <SEP> 10 <SEP> jours <SEP> I <SEP> 20 <SEP> jours <SEP> I <SEP> à <SEP> 70 <SEP> <SEP> C
<tb> A <SEP> 18,875 <SEP> 0,0127 <SEP> 0,0127 <SEP> 0,0483 <SEP> 0,0584 <SEP> 0,0483
<tb> (0,7431) <SEP> (0,0005) <SEP> (0,0005) <SEP> (0,0019) <SEP> (0,0023) <SEP> (0,0019)
<tb> B <SEP> 18,864 <SEP> 0,0025 <SEP> 0,0076 <SEP> 0,0229 <SEP> 0,0330 <SEP> 0,0178
<tb> (0,7427) <SEP> (0,0001) <SEP> (0.0003) <SEP> (0,0009) <SEP> (0,0013) <SEP> (0,0007)
<tb> C <SEP> 18,875 <SEP> 0,
0051 <SEP> 0,0025 <SEP> 0,0178 <SEP> 0,0356 <SEP> 0,0051
<tb> (0,7431) <SEP> (0,0002) <SEP> (0,0001) <SEP> (0,0007) <SEP> (0,0014) <SEP> (0,0002)
<tb> D <SEP> 18,877 <SEP> 0,0076 <SEP> 0,000 <SEP> 0,0076 <SEP> 0,0229 <SEP> 0,0127
<tb> (0,7432) <SEP> (0,0003) <SEP> (0,0000) <SEP> (0,0003) <SEP> (0,0009) <SEP> (0,0005)
<tb> E <SEP> 18,887 <SEP> 0,0025 <SEP> 0,0025 <SEP> 0,0152 <SEP> 0,0178 <SEP> 0,0051
<tb> (0,7436) <SEP> (0,0001) <SEP> (0,0001) <SEP> (0,0006) <SEP> (0,0007) <SEP> (0,0002)
<tb> F <SEP> 18,882 <SEP> 0,000 <SEP> 0,0025 <SEP> 0,0178 <SEP> 0,0229 <SEP> 0,0025
<tb> (0,7434) <SEP> (0,0000) <SEP> (0,0001) <SEP> (0,0007) <SEP> (0,0009) <SEP> (0;0001) On a indiqué entre parenthèses les valeurs correspondantes en pouces.
Comme 7.e montrent les tables ci-dessus, l'alliage de l'invention, sous sa forme préfé rée, présente une résistance à la traction sen siblement plus grande que celle de l'alliage préféré du brevet américain no 1779525 et cela. dans son état original aussi bien qu'après vieillissement. Il présente en même temps une même conservation extraordinaire de ses di mensions et d'autres propriétés physiques après un vieillissement accéléré.
Cela permet d'utiliser cet alliage pour le coulage en co quilles; lorsqu'il est nécessaire d'avoir une résistance à la traction élevée et permanente ainsi que-d'autres propriétés physiques qui ne soient pas désavantageusement changées aux températures élevées et en présence d'humi dité.