Alliage pour moulages et procédé de fabrication de celui-ci La présente invention se rapporte à un alliage pour moulages et à un procédé de fabrication de celui-ci.
Les alliages nickel-cuivre-silicium ont des pro priétés avantageuses, en particulier sous forme de pièces moulées dans des moules à cire perdue. Ils sont exempts de fentes et, à l'état recuit, ils peuvent être usinés, quoique pas très facilement. L'usinabi- lité de ces pièces varie parfois considérablement, d'une façon qu'on ne peut expliquer en se basant sur leur dureté.
Il est connu en outre dans les alliages contenant du carbone et consistant principalement en nickel, le graphite peut être mis sous forme nodulaire par ad dition de magnésium à l'alliage, et que ces alliages peuvent alors être usinés aisément.
L'alliage selon l'invention est caractérisé en ce qu'il contient de 25 à 35 % de cuivre, de 0,5 à 3,5 % de silicium, de 0,4 à 0,7 % de carbone,
de 0,02 à 0,2 % de magnésium, du calcium en propor- tion d'au plus<B>0,01</B> 0/0, le reste étant constitué au moins en majeure partie par du nickel, et en ce que sa microstructure contient des nodules de graphite ayant un bord fin et dentelé.
Le procédé de fabrication de cet alliage est ca ractérisé en ce que l'on traite un métal fondu con tenant du cuivre, du silicium, du carbone, le reste étant constitué au moins en majeure partie par du nickel, avec de 1 à 2'% de carbure de calcium, puis en ce que l'on introduit de 0,1 à 0,
2 % de magné- sium dans le bain ainsi traité, les teneurs en cuivre, silicium et carbone dudit métal fondu étant telles que l'alliage final contienne de 25 à 35 % de cuivre, de 0,5 à 3,
5 % de silicium et de 0,4 à 0,7 % de carbone. Les fig. 1 et 2 du dessin annexé sont des repro ductions de photomicrographies d'une forme d'exé cution de l'alliage selon l'invention.
Le calcium métallique, des composés de calcium comme le siliciure de calcium, le nickel-calcium, ne sont pas équivalents au carbure de calcium pour réaliser le but de la présente invention. Si l'on em ploie ces autres formes de calcium on n'obtient pas les nodules de graphite caractéristiques à bord fin et dentelé.
L'alliage selon l'invention peut contenir en ou- tre au plus 2,5 % de manganèse, au plus 5'% de fer,
au plus 1 % de chrome et au plus 2 % de co- balt, le reste, impuretés mises à part, étant du nickel.
Le calcium peut être décalé spectographiquement dans les pièces moulées, mais la teneur en calcium est faible, d'au plus<B>0,01</B> Le magnésium est de préférence introduit de façon que l'alliage moulé en contienne de 0;08 à 0,15%.
II est important que la teneur en silicium de l'alliage ne soit pas inférieure à 0,5 0/0, car autre ment la résistance à l'excoriation, la résistance à l'usure et les propriétés mécaniques des pièces mou lées résultantes sont diminuées et ces pièces tendent à devenir magnétiques.
D'autre part, la teneur en silicium ne doit pas excéder 3,5 %, car autrement il est difficile de produire du graphite nodulaire, et la ductilité en souffre. De préférence, la teneur en silicium est maintenue entre 2 et 3 0/0, ce qui donne la meilleure combinaison des propriétés mécaniques avec la résistance voulue à l'excoriation et l'usure.
La teneur en cuivre doit être d'au moins 25'% en vue d'assurer la résistance et la faculté de durcisse- ment voulues, mais ne doit pas dépasser 35 %,
car alors la possibilité d'usinage et la ductilité sont dimi nuées ; il est bon qu'elle ne dépasse pas 32 0/0.
La teneur en carbone est de préférence de 0,5 % à 0,7 %.
Le fer peut être présent en une proportion allant jusqu'à 5 % sans modifier de façon nuisible les pro- priétés de l'alliage.
Si l'on doit avoir des pièces mou lées non magnétiques, la teneur en fer ne doit pas dépasser 2 %, et dépend de la teneur en autres élé- ments, tels que le silicium, qui réduisent la suscepti bilité magnétique, et du point de Curie requis dans l'emploi auquel la pièce est destinée.
Le manganèse est un constituant avantageux car il confère de la fluidité et assure l'obtention de mou lages sains. .
Si possible, le soufre, qui est une impureté, doit être maintenu à une faible teneur, c'est-à-dire au- dessous de 0,02%. Des éléments comme le titane et le zirconium ont un effet nuisible sur la forme du graphite, et doivent si possible être tout à fait ab sents ; il en est de même du phosphore, du zinc et du plomb, lesquels ne doivent en tout cas pas être présents en des quantités dont le total dépasse 0,1 0/0.
La teneur en nickel est normalement comprise entre 62 et 68 0/0.
Lors de la préparation de l'alliage, l'addition de carbure de calcium est faite de préférence tandis que le bain est surchauffé d'environ 901) C au-dessus de la température normale de coulée de ce métal ; cette température de surchauffe est par exemple de 16500 C. Lorsque l'adjonction du carbure de cal cium est terminée, il est préférable d'enlever par écu mage la scorie résultante et de refroidir le bain à la température de coulée d'environ 1370 à 1540e C, avant d'ajouter le magnésium.
Par exemple, dans un alliage fondu au nickel, 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 a été amenée à 0,6 %. On a fait, à la surface de la masse fondue, une ad- jonction de 1,5 % de carbure de calcium en pou- dre,
et on a agité le carbure dans la masse fondue jusqu'à ce que les réactions produites par cette addi tion aient cessé. On a fait alors une adjonction de 0,15 % de magnésium sous forme d'un alliage nickel- magnésium et on a agité celui-ci dans la masse fondue puis on a coulé le métal.
L'alliage coulé con- tenait 0,004 % de soufre, 0,15'% de magnésium et moins de 0,01,% de calcium.
A titre de comparaison, on a coulé du même métal original avant l'ajustement de sa teneur en carbone, et par conséquent non graphitique. Les propriétés des pièces moulées de ces deux métaux ont été les suivantes, la dureté étant mesurée d'après l'échelle de Rockwell B , et les résistances à la traction et à l'allongement étant données en 103 kg/cm2.
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Pièce <SEP> Pièce
<tb> moulée <SEP> moulée
<tb> graphitique <SEP> non <SEP> graphitique
<tb> Résistance <SEP> à <SEP> la <SEP> traction <SEP> <B>....</B> <SEP> 6,95 <SEP> 6,4
<tb> Résistance <SEP> à <SEP> l'allongement <SEP> . <SEP> . <SEP> 4,6 <SEP> 3,2
<tb> Dureté <SEP> ..................
<SEP> 88 <SEP> 85
<tb> Allongement, <SEP> 0/0 <SEP> .......... <SEP> 21 <SEP> 38 On a aussi comparé ces pièces au point de vue de leur faculté d'être usinées, en employant un foret fraichement meulé et en perçant des trous dans des plaques d'essai jusqu'à ce que le foret ne puisse plus terminer un trou ou jusqu'à ce que la pression de forage devienne trop grande.
Dans ces conditions, les nombres des trous percés ont été les suivants
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Alliage <SEP> Alliage
<tb> graphitique <SEP> non <SEP> graphitique
<tb> Tel <SEP> que <SEP> moulé <SEP> <B>......</B> <SEP> 133 <SEP> 2
<tb> Recuit <SEP> ............ <SEP> 364 <SEP> 141/2 Les copeaux produits en perçant l'alliage graphi- tique étaient finement brisés, tandis que ceux pro duits en perçant l'alliage non graphitique avaient ten dance à boucler.
Malgré sa haute teneur en carbone, l'alliage selon l'invention a une résistance étonnamment élevée à l'excoriation et à l'usure, particulièrement lorsqu'il peut être lubrifié.
Si le carbone est introduit dans ces alliages sans traiter ceux-ci avec du carbure de calcium et du magnésium, le graphite est présent sous forme de paillettes, et les alliages ont des propriétés physi ques inférieures. Les adjonctions du carbure de cal cium et du magnésium coopèrent pour produire la structure caractéristique du graphite. Ainsi, on a traité du métal fondu contenant du carbone décrit ci-dessus séparément avec une adjonction de 1,5 0/0 de carbure de calcium et avec une adjonction de 0,15 % de magnésium ;
les propriétés des pièces moulées ont été les suivantes, les résistances à la traction et à l'allongement étant données en 103 kg/cm2.
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Addition <SEP> Addition
<tb> de <SEP> Mg <SEP> seul. <SEP> de <SEP> CaC" <SEP> seul.
<tb> Tel <SEP> que <SEP> moulé <SEP> Tel <SEP> que <SEP> moulé
<tb> Résistance <SEP> à <SEP> la <SEP> traction <SEP> . <SEP> . <SEP> 4,6 <SEP> 5,4
<tb> Résistance <SEP> à <SEP> l'allongement
<tb> (0,5 <SEP> % <SEP> d'extension) <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> .
<SEP> 3,7 <SEP> 4,0
<tb> Allongement, <SEP> % <SEP> <B>........</B> <SEP> 5 <SEP> à <SEP> 7 <SEP> 9 Ces chiffres montrent que les propriétés des piè ces moulées obtenues en faisant des additions suc cessives de carbure de calcium et de magnésium ont été meilleures que celles de pièces moulées obte nues en faisant des additions de seulement le car bure de calcium ou seulement le magnésium.
Comme cela est indiqué pour les essais de per çage mentionnés ci-dessus, quand les pièces cou lées sont recuites, elles deviennent plus tendres et plus facilement usinables. Le recuit peut être effec tué à une température de 870 à 925o C et peut être suivi d'un refroidissement assez rapide, par exem- ple par trempe dans de l'huile. Lorsqu'on traite des pièces moulées de forme compliquée, il est pré férable de les refroidir lentement à partir de la tem pérature de recuit jusqu'à une température inter médiaire, par exemple 7000 C avant de les tremper, en vue d'éviter un fendillement.
Les pièces mou, lées peuvent être durcies par vieillissement pour les amener à un degré de dureté supérieur à celui -trouvé pour les pièces à l'état obtenu par coulage, en les chauffant à des températures de 535 à 650o C. On peut par exemple appliquer un traitement à une tem pérature de 595o C pendant environ 4 à 6 heures. Des pièces moulées qui ont été recuites ou recuites et soumises à un durcissement par vieillissement, ont une structure plus homogène que celle qu'elles ont à l'état obtenu par coulage.
The present invention relates to an alloy for castings and a method of making the same.
Nickel-copper-silicon alloys have advantageous properties, in particular in the form of parts cast in lost wax molds. They are free of slits and, in the annealed condition, they can be machined, although not very easily. The machinability of these parts sometimes varies considerably, in a way that cannot be explained on the basis of their hardness.
It is further known in alloys containing carbon and consisting mainly of nickel, graphite can be formed into nodular form by adding magnesium to the alloy, and that these alloys can then be easily machined.
The alloy according to the invention is characterized in that it contains 25 to 35% copper, 0.5 to 3.5% silicon, 0.4 to 0.7% carbon,
from 0.02 to 0.2% of magnesium, calcium in a proportion of not more than <B> 0.01 </B> 0/0, the remainder being at least predominantly nickel, and in that its microstructure contains graphite nodules having a fine, serrated edge.
The manufacturing process of this alloy is characterized in that a molten metal containing copper, silicon and carbon is treated, the remainder being constituted at least mainly by nickel, with 1 to 2 ' % of calcium carbide, then in that one introduces from 0.1 to 0,
2% of magnesium in the bath thus treated, the copper, silicon and carbon contents of said molten metal being such that the final alloy contains 25 to 35% copper, from 0.5 to 3,
5% silicon and 0.4 to 0.7% carbon. Figs. 1 and 2 of the accompanying drawing are reproductions of photomicrographs of an embodiment of the alloy according to the invention.
Metallic calcium, calcium compounds like calcium silicide, nickel-calcium, are not equivalent to calcium carbide to achieve the object of the present invention. If these other forms of calcium are used, the characteristic graphite nodules with a fine, serrated edge are not obtained.
The alloy according to the invention may further contain at most 2.5% manganese, at most 5% iron,
not more than 1% chromium and not more than 2% cobalt, the remainder, apart from impurities, being nickel.
Calcium can be spectographically shifted in castings, but the calcium content is low, at most <B> 0.01 </B> Magnesium is preferably introduced so that the cast alloy contains 0 ; 08 to 0.15%.
It is important that the silicon content of the alloy is not less than 0.5 0/0, because otherwise the resistance to excoriation, the wear resistance and the mechanical properties of the resulting soft parts are diminished and these parts tend to become magnetic.
On the other hand, the silicon content should not exceed 3.5%, because otherwise it is difficult to produce nodular graphite, and the ductility suffers. Preferably, the silicon content is maintained between 2 and 30/0, which gives the best combination of mechanical properties with the desired resistance to excoriation and wear.
The copper content should be at least 25% in order to ensure the desired strength and hardening ability, but should not exceed 35%,
because then the possibility of machining and the ductility are reduced; it is good that it does not exceed 32 0/0.
The carbon content is preferably 0.5% to 0.7%.
Iron can be present in an amount of up to 5% without adversely affecting the properties of the alloy.
If one is to have non-magnetic wetted parts, the iron content should not exceed 2%, and depends on the content of other elements, such as silicon, which reduce magnetic susceptibility, and the point of Curie required in the job for which the piece is intended.
Manganese is an advantageous constituent because it confers fluidity and ensures that healthy moldings are obtained. .
If possible, sulfur, which is an impurity, should be kept low, ie below 0.02%. Elements like titanium and zirconium have a detrimental effect on the shape of graphite, and should if possible be absent altogether; the same applies to phosphorus, zinc and lead, which must in any case not be present in quantities the total of which exceeds 0.1%.
The nickel content is normally between 62 and 68%.
When preparing the alloy, the addition of calcium carbide is preferably made while the bath is superheated to about 901) C above the normal casting temperature of this metal; this superheating temperature is for example 16,500 C. When the addition of the calcium carbide is complete, it is preferable to remove the resulting slag by skimming and to cool the bath to the casting temperature of about 1370 to 1540th C, before adding 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 brought to 0.6%. An addition of 1.5% calcium carbide powder was made to the surface of the melt,
and the carbide in the melt was stirred until the reactions produced by this addition ceased. An addition of 0.15% magnesium was then made as a nickel-magnesium alloy and this was stirred in the melt and then the metal was poured.
The cast alloy contained 0.004% sulfur, 0.15% magnesium and less than 0.01% calcium.
For comparison, the same original metal was cast before its carbon content was adjusted, and therefore not graphitic. The properties of the castings of these two metals were as follows, the hardness being measured according to the Rockwell B scale, and the tensile strengths and elongation being given in 103 kg / cm2.
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Room <SEP> Room
<tb> molded <SEP> molded
<tb> graphitic <SEP> not <SEP> graphitic
<tb> Resistance <SEP> to <SEP> the <SEP> traction <SEP> <B> .... </B> <SEP> 6.95 <SEP> 6.4
<tb> Resistance <SEP> to <SEP> elongation <SEP>. <SEP>. <SEP> 4.6 <SEP> 3.2
<tb> Hardness <SEP> ..................
<SEP> 88 <SEP> 85
<tb> Elongation, <SEP> 0/0 <SEP> .......... <SEP> 21 <SEP> 38 These parts were also compared from the point of view of their ability to be machined, using a freshly ground drill bit and drilling holes in test plates until the drill can no longer complete a hole or until the drilling pressure becomes too great.
Under these conditions, the numbers of drilled holes were as follows
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Alloy <SEP> Alloy
<tb> graphitic <SEP> not <SEP> graphitic
<tb> Such <SEP> that <SEP> molded <SEP> <B> ...... </B> <SEP> 133 <SEP> 2
<tb> Annealing <SEP> ............ <SEP> 364 <SEP> 141/2 The shavings produced by drilling the graphite alloy were finely broken, while those produced by piercing the non-graphitic alloy tended to buckle.
Despite its high carbon content, the alloy according to the invention has surprisingly high resistance to excoriation and wear, particularly when it can be lubricated.
If carbon is introduced into these alloys without treating them with calcium carbide and magnesium, the graphite is present as flakes, and the alloys have inferior physical properties. The additions of calcium carbide and magnesium work together to produce the characteristic structure of graphite. Thus, the carbon-containing molten metal described above separately was treated with an addition of 1.5% calcium carbide and an addition of 0.15% magnesium;
the properties of the molded parts were as follows, the tensile strengths and elongation being given in 103 kg / cm2.
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Addition <SEP> Addition
<tb> of <SEP> Mg <SEP> alone. <SEP> of <SEP> CaC "<SEP> alone.
<tb> Tel <SEP> than <SEP> molded <SEP> Tel <SEP> than <SEP> molded
<tb> Resistance <SEP> to <SEP> the <SEP> traction <SEP>. <SEP>. <SEP> 4.6 <SEP> 5.4
<tb> Resistance <SEP> to <SEP> elongation
<tb> (0.5 <SEP>% <SEP> extension) <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>.
<SEP> 3.7 <SEP> 4.0
<tb> Elongation, <SEP>% <SEP> <B> ........ </B> <SEP> 5 <SEP> to <SEP> 7 <SEP> 9 These figures show that the properties of These castings obtained by making successive additions of calcium carbide and magnesium were better than those of castings obtained by making additions of only calcium carbide or only magnesium.
As indicated for the above-mentioned drill tests, when castings are annealed, they become softer and more easily machinable. Annealing can be carried out at a temperature of 870 to 925o C and can be followed by fairly rapid cooling, for example by quenching in oil. When treating molded parts of complicated shape, it is preferable to cool them slowly from the annealing temperature to an intermediate temperature, for example 7000 C before quenching them, in order to avoid cracking.
The soft parts can be hardened by aging to bring them to a higher degree of hardness than that found for the parts in the state obtained by casting, by heating them to temperatures of 535 to 650 ° C. One can for example apply a treatment at a temperature of 595o C for about 4 to 6 hours. Castings which have been annealed or annealed and subjected to age hardening have a more homogeneous structure than that which they have in the condition obtained by casting.