CH693948A5 - Alliage à base de cuivre. - Google Patents
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Description
La présente invention porte sur un alliage à base de cuivre et sur ses applications et plus précisément sur un maillechort destiné à être utilisé pour la manufacture de composants de stylo à bille.
Il est connu d'utiliser des alliages à base de cuivre de différentes compositions pour former des guides d'encre tubulaires, des réservoirs d'encre et des pointes d'instruments d'écriture. Certains alliages connus présentent toutefois l'inconvénient d'être incompatibles avec les encres à faible viscosité utilisées dans les stylos à bille de nouvelle génération.
L'incompatibilité entre l'alliage et l'encre peut alors réduire l'efficacité fonctionnelle et le confort d'écriture de l'instrument. Les fuites d'encre qui peuvent en suivre provoquent une dégradation de la qualité de l'écriture et, dans les cas plus graves, des taches et des salissures.
La résistance aux encres en gel peut être améliorée en augmentant la teneur en cuivre de l'alliage, comme par exemple dans les laitons alpha et dans les maillechorts alpha . Cette solution présente toutefois l'inconvénient de réduire la susceptibilité à la déformation à chaud de l'alliage. La mauvaise déformabilité à chaud des alliages de l'art antérieur implique des couts de production plus importants.
Une autre limitation du laiton est que leur coloration jaune n'est pas appréciée par tous les consommateurs.
Un but de la présente invention est de proposer un alliage et des composants de stylo à bille exempts des limitations de l'art antérieur.
Selon l'invention ces buts sont atteints par les alliages, les dispositifs et les méthodes faisant l'objet des revendication dans les catégories correspondantes, et par exemple par un alliage comprenant: entre 44.1 et 45.6 parties en poids de Cu; entre 35.6 et 37.1 parties en poids de Zn; entre 11.8 et 12.7 parties en poids de Ni; entre 4.6 et 5.4 parties en poids de Mn.
La présente invention sera mieux comprise à la lecture des revendications ci-jointes et de la description donnée à titre d'exemple et illustrée par les figures annexées. La fig. 1 représente une coupe métallographique d'un alliage selon l'invention dans une structure monophasée alpha . La fig. 2 représente une coupe métallographique d'un maillechort de l'art antérieur dans une structure biphasée alpha / beta . La fig. 3 représente une coupe métallographique d'un maillechort biphasé de l'art antérieur corrodé suite à l'exposition à une encre. La fig. 4 représente un diagramme du taux de phase beta d'un alliage selon l'invention selon la température du traitement thermique.
Selon un aspect de l'invention, l'alliage selon l'invention est un maillechort de couleur blanc, gris ou argentée, dont la composition est: Tableau 1
<tb><TABLE> Columns = 3 <tb>Head Col 1: % poids <tb>Head Col 2: min <tb>Head Col 3: max <tb><SEP> Cu<SEP> 43.00<SEP> 48.00 <tb><SEP> Zn<SEP> 33.00<SEP> 38.00 <tb><SEP> Ni<SEP> 10.00<SEP> 15.00 <tb><SEP> Mn<SEP> 3.50<SEP> 6.50 <tb><SEP> Pb<SEP> 0.00<SEP> 4.00 <tb></TABLE>
Cet alliage a la caractéristique d'avoir deux types de microstructures contrôlables par traitement thermique. La première, la structure monophasée alpha , est composé essentiellement d'une seule phase cristalline de structure uniforme. La fig. 1 représente une microphotographie d'une coupe métallographique de l'alliage selon l'invention présentant la structure alpha . On peut constater que l'alliage se compose essentiellement d'une solution solide uniforme de ses composantes 10, mis à part les particules noires de plomb 82.
L'alliage selon l'invention peut aussi présenter la structure biphasée alpha / beta . Cette structure, représentée sur la fig. 2, comporte des grains d'une deuxième phase 20, la phase beta , dont la teneur en cuivre est inférieure à celle de la phase alpha et qui sont distinguables sur la fig. 2 par leur couleur plus foncée.
Les différentes structures de l'alliage selon l'invention sont adaptées à des procédés de formage et d'usinage spécifiques. En particulier la structure biphasée alpha / beta est favorable à la déformation à chaud, alors que la structure monophasée alpha est favorable à la déformation à froid.
L'adjonction de plomb dans l'alliage facilite les opérations d'usinage, par exemple de décolletage. Il serait toutefois aussi possible d'éliminer le plomb, ou de réduire sa teneur, lorsque cette caractéristique n'est pas requise.
L'alliage selon l'invention peut donc se présenter dans les deux structures monophasée alpha et biphasée alpha / beta . Il est toutefois possible de contrôler la structure par un traitement thermique entre 570 DEG C et 780 DEG C pendant 1-3 heures, suivi d'un refroidissement rapide jusqu'à température ambiante. A la suite de ce traitement la structure de l'alliage est essentiellement alpha .
L'invention comprend aussi des alliages auxquels, aux éléments de la nature et dans les proportions définies par le tableau 1 ci-dessus, s'ajoutent des faibles quantités d'autres éléments, métalliques ou non, tels que Magnésium, Aluminium, Fer, Phosphore, ou tout autre élément ou espèce chimique.
Dans un deuxième exemple d'alliage selon l'invention, la composition de l'alliage est déterminée par le tableau 2 ci-dessus. Tableau 2
<tb><TABLE> Columns = 3 <tb>Head Col 1: % poids <tb>Head Col 2: min <tb>Head Col 3: max <tb><SEP> Cu<SEP> 44.10<SEP> 45.60 <tb><SEP> Zn<SEP> 35.60<SEP> 37.10 <tb><SEP> Ni<SEP> 11.80<SEP> 12.70 <tb><SEP> Mn<SEP> 4.60<SEP> 5.40 <tb><SEP> Pb<SEP> 1.35<SEP> 1.85 <tb></TABLE>
La fig. 4 représente le taux de phase beta en fonction de la température de traitement thermique. Le choix de la température du traitement thermique permet de modifier la proportion de la phase beta , et par conséquent, d'obtenir des matériaux de caractéristiques différentes. En particulier le traitement thermique à des températures comprises entre 630 DEG C et 720 DEG C donne lieu à une structure monophasée alpha .
Le diagramme de la fig. 4 est spécifique à la composition d'alliage spécifiée dans le tableau 2. Selon un autre aspect de l'invention il serait aussi possible d'adopter des différentes proportions de Cu, Zn, Ni, Mn et Pb et d'obtenir un alliage dont la proportion des phases alpha et beta est modifiable par traitement thermique. En particulier on pourra varier indépendamment la proportion de chacune des composantes de l'alliage dans la plage de valeurs indiquée dans le tableau 1, ou au delà. Les températures requises pour modifier la structure de l'alliage ainsi obtenu seront alors différentes.
L'alliage selon l'invention présente une résistance accrue à la corrosion due aux encres en gel lorsque il est dans la structure monophasée alpha . La phase beta est en effet la seule qui est dissoute par les encres en gel. La fig. 3 représente une coupe métallographique d'un maillechort alpha / beta corrodé par réaction chimique avec l'encre. On peut observer que seule la phase beta est attaquée et que sa dissolution laisse des cavités 25.
Bien que l'alliage de l'invention décrite ci-dessus se prête particulièrement à la réalisation des pointes d'instruments d'écriture, et notamment de stylo à bille, la présente invention ne se limite pas à cet usage spécifique, mais comprend aussi tout autre usage de l'alliage selon l'invention.
Selon un autre aspect de l'invention, l'alliage ayant la composition ci-dessus est d'abord coulé en billettes ou en lingots ou en une autre forme adaptée à la déformation à chaud.
Contrairement aux maillechorts alpha , l'alliage selon l'invention offre une excellente déformabilité à haute température. Tous les procédés usuels de déformation à chaud sont possibles. Typiquement les billettes sont extrudées à chaud à une température comprise entre 720 DEG C et 870 DEG C, température à laquelle sa structure est biphasée alpha / beta . Les fils ainsi obtenus sont ensuite traités thermiquement entre 630 DEG C et 720 DEG C, comme expliqué ci-dessus, pour obtenir la structure monophasée alpha .
La structure monophasée alpha se prêtant à la déformation à froid, le matériau extrudé est alors tréfilé pour obtenir des barres ou des fils de diamètre convenable pour former des tubes de guides d'encre, des réservoirs d'encre, ou des pointes pour des instruments d'écriture.
Le matériau ainsi obtenu peut être aisément mis en oeuvre à froid par frappe, usinage, sertissage, tournage ou par tout autre procédé.
Les caractéristiques mécaniques de l'alliage selon l'invention traité comme ci-dessus dépendent de son taux d'écrouissage, selon le tableau suivant: Tableau 3
<tb><TABLE> Columns = 3 <tb>Head Col 1: Etat <tb>Head Col 2: résistance mécanique [MPa] <tb>Head Col 3: Allongement à la rupture [%] <tb><SEP> Après traitement thermique<SEP> 450-600<SEP> 25-50 <tb><SEP> Taux de réduction de 20% Après traitement thermique<SEP> 600-800<SEP> 10-30 <tb><SEP> Taux de réduction de 40% Après traitement thermique<SEP> 800-1100<SEP> 1-20 <tb></TABLE>
La résistance mécanique et l'allongement à la rupture dans le tableau ci-dessus ont été déterminés selon la méthode standardisée EN 10002-1
Claims (15)
1. Alliage comprenant: entre 43 et 48 parties en poids de Cu; entre 33 et 38 parties en poids de Zn; entre 10 et 15 parties en poids de Ni; entre 3.5 et 6.5 parties en poids de Mn; entre 0 et 4 parties en poids de Pb.
2. Alliage selon la revendication 1, comprenant: entre 44.1 et 45.6 parties en poids de Cu; entre 35.6 et 37.1 parties en poids de Zn; entre 11.8 et 12.7 parties en poids de Ni; entre 4.6 et 5.4 parties en poids de Mn.
3. Alliage selon la revendication 2, comprenant entre 1.35 et 1.85 parties en poids de Pb.
4. Alliage selon la revendication 2, comprenant aussi d'autres éléments ou produits chimiques.
5. Alliage selon l'une des revendications de 1 à 4, présentant une structure monophasé alpha et une structure biphasé alpha / beta , dans lequel la proportion de la phase beta de ladite structure biphasé alpha / beta est dépendante de la température, et peut être modifiée et/ou essentiellement annulée par un traitement thermique.
6. Alliage selon la revendication 5, dans lequel la résistance mécanique après ledit traitement thermique est comprise entre 450 et 600 MPa et l'allongement à la rupture après ledit traitement thermique est compris entre 25% et 50%.
7. Alliage selon l'une des revendications de 1 à 5, essentiellement résistant aux encres, et aux encres à faible viscosité.
8. Instrument d'écriture, comprenant un alliage selon l'une des revendications de 1 à 5.
9. Instrument d'écriture comprenant un réservoir d'encre et/ou une pointe d'écriture comprenant un alliage selon l'une des revendications de 1 à 5.
10. Procédé de fabrication d'un alliage selon l'une des revendications de 1 à 5, comprenant: une étape de coulée de l'alliage fondu; une étape de déformation à chaud; une étape de traitement thermique; une étape de déformation à froid.
11. Procédé selon la revendication 10, dans lequel la température dudit traitement thermique est comprise entre 630 DEG C et 720 DEG C.
12. Procédé selon la revendication 10, dans lequel la température de ladite déformation à chaud est entre 720 DEG C et 870 DEG C.
13. Procédé pour modifier le taux de la phase beta dans un alliage selon la revendication 5 et obtenir un alliage dans lequel la phase beta est essentiellement absent, comprenant une étape de traitement thermique.
14. Procédé selon la revendication 13 dans lequel la température dudit traitement thermique est comprise entre 570 DEG C et 780 DEG C.
15. Procédé selon la revendication 13 dans lequel la température dudit traitement thermique est comprise entre 630 DEG C et 720 DEG C.
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