MC338A1 - Perfectionnements aux alliages à base de cuivre et notamment aux alliages de cuivre au chrome destinés à la fabrication des électrodes de soudage - Google Patents

Description

H 4730 CAS 15 LF/JA/

ït-JU

S 17 54

- BREVET D'INVENTION -

Perfectionnements aux alliages à base de cuivre et notamment aux alliages de cuivre au chrome destinés à la fabrication des électrodes de soudage

Société dite : Mallory Metallurgical Products Ltd .

On connaît bien et on utilise depuis longtemps des alliages de cuivre au chrome contenant jusqu'à 2% environ de chrome pour la fabrication des électrodes de soudage, ceci en raison des propriétés physiques qu'ils présentent après traitement thermique convenable, haute conductibilité calorifique et électrique et bonne dureté .

Il est également connu d'utiliser à la fabrication des électrodes de soudage des alliages de cuivre et de zirconium. Par exemple, on a proposé de produire un alliage de cuivre au chrome mûri, pour la fabrication des électrodes, en soumettant un alliage de cuivre à

0,1-5$ de zirconium à untraitement de mûrissement comprenant le chauffage de l'alliage à

une température de 100 à 1000°C, suivi de refroidissement rapide par trempe à l'eau, puis nouveau chauffage à une température inférieure à 700°C, de préférence de j500 à 500°C. Les alliages ainsi produits sont considérés comme ayant une résistance à la traction relativement élevée

à haute température ainsi qu'une bonne résistance à l'usure et à l'adoucissement à haute température. L'alliage peut éventuellement comporter des additions d'autres métaux non susceptibles d'affecter les propriétés de l'alliage mûri .

Les alliages des types précités se révèlent jusqu'à présent acceptables pour la fabrication des électrodes de soudage, ceci surtout du fait qu'ils offrent, à cet usage, des caractéristiques plus avantageuses que le cuivre non allié, les autres alliages à base de cuivre ou d'autres alliages connus ayant les caractéristiques minima requises pour la fabrication des électrodes .

Toutefois, les alliages de cuivre au chrome, s'ils présentent la dureté et la conductibilité calorifique et électrique voulues, ont tendance à présenter rapidement des failles intercristallines ou criques quand ils subissent des efforts à des températures élevées (supérieures à 200°C), l'allongement étant faible ou nul, ce qui réduit fortement le temps de service de l'électrode de soudage en un tel alliage. En outre, les électrodes fabriquées à

partir de ces alliages sont susceptibles d'adoucissement et de déformation indésirables, de sorte qu'elles s'aplatissent après usage prolong à haute température .

Les alliages mûris de cuivre au zirconium présentant l'avantage que leur taux d'adoucissement devient, quand on les porte à haute température pendant une période prolongée inférieur à celui des alliages de cuivre au chrome, mais ils n'ont pas la dureté de ces derniers et, de ce fait, ne conviennent pas pour la fabrication d'électrodes de soudage .

Au cours de tentatives faites pour apporter des améliorations d'ensemble aux proprié tés des matières servant à la fabrication des électrodes de soudage et pour mettre au point une matière qui présenterait les propriétés désirables des alliages de cuivre au chrome, et-celles des alliages de cuivre au sirconium, non seulement en combinaison, mais én outre à un

degré considérablement accru, la demanderesse s'est livrée à des expériences sur le traitement thermique des alliages à base de cuivre, tant au chrome qu'au zirconium, et a fait la découverte inattendue qu'un alliage normal de cuivre au chrome, contenant jusqu'à 2$ de chrome et un faible pourcentage de zirconium acquiert, s'il subit un traitement thermique particulier,

des caractéristiques nettement supérieures ,

pour la fabrication d'électrodes de soudage, à celles d'un alliage binaire cuivre-chrome ou cuivre-zirconium tel qu'actuellement utilisé à cette fin .

Le but principal de l'invention est donc d'améliorer les alliages à base de cuivre pour la fabrication des électrodes de soudage .

Un autre but de l'invention est de mettre au point, pour la fabrication d'électrodes de soudage, un alliage à base de cuivre présentant une résistance au criquage, sous contrainte à des températures dépassant 200°C, supérieure à celle des alliages courants de cuivre au chrome .

Un autre but de l'invention est de mettre au point, pour la fabrication des électrodes de soudage, un alliage à base de cuivre présentant en service à haute température (au-delà de 200°C), un taux d'adoucissement moins grand et une résistance accrue à la déformation .

Suivant une caractéristique de l'invention, il est prévu un procédé de production d'alliage à base de cuivre pour la fabrication d'électrodes de soudage présentant à l'usage des propriétés améliorées, ce procédé comprenant l'élaboration d'un alliage à base de cuivre contenant, en poids, un pourcentage de chrome compris entre une valeur faible et 2%, un pourcentage de zirconium faible, qu'on définira ci-après, et la différence en cuivre, puis l'application à cet alliage d'un traitement thermique consistant à le porter à une température allant de 1000°C et au point de solidus de l'alliage, h lg^tofroidir rapidement à partir de cette température puis à le^mûrig à une température de 300 à 500°C

pendant le temps voulu pour porter ses propriétés au degré optimum .

Suivant une autre caractéristique de l'invention, un procédé de traitement thermique d'un alliage à base de cuivre contenant, en poids, un pourcentage de chrome compris entre une valeur faible et 2%, un pourcentage de zirconium faible, qu'on définira ci-après, et la différence en cuivre, comprend le chauffage de l'alliage à une température variant entre 1000°C et le point de solidus de l'alliage, la trempe rapide de l'alliage à partir de cette température, puis son mûrissement à une température de 300 à 500°C pendant le temps voulu pour porter ses propriétés au degré optimum .

On constate que la température de solidus d'un alliage de cuivre au chrome et au zirconium est inversement proportionnelle à la teneur en zirconium de l'alliage; autrement dit, plus la teneur en zirconium s'élève, plus la tempéra ture de solidus baisse. En conséquence, il n'est pas possible de préciser catégoriquement les teneurs-limites éventuelles de l'alliage en zirconium; en effet, pour bénéficier d'une température de trempe aussi élevée que possible, il est clair qu'il vaut mieux maintenir la teneur de l'alliage en zirconium à la plus faible valeur possible permettant l'obtention des avantages résultant de la présence de zirconium dans l'alliage. L'expression "faible pourcentage de zirconium",

telle qu'utilisée dans la présente description et dans son résumé, désigne donc un pourcentage compris entre 0,02$ environ et me valeur non susceptible de ramener le point de solidus de l'alliage à 1000°C .

Une addition à l'alliage de 0,02 à 0,1$ en poids de zirconium se révèle très indiquée aux fins de l'invention .

On maintient de préférence la teneur en chrome de l'alliage entre 0,25 et 1,1$ avec, éventuellement, addition de 0,1$ de silicium .

Dans la mise en oeuvre de l'invention, on constate qu'un alliage contenant 0,5$ de chrome,

0,08$ de zirconium, 0,1$ de silicium et la différence en cuivre, acquiert après traitement

thermique suivant l'invention, pour la fabrication d'électrodes de soudage, des propriétés nettement améliorées, le traitement thermique consistant avantageusement à porter l'alliage à une température de 1020°C, à le tremper à l'eau, puis à le mûrir à une température de 450°C pendant 16 heures .

L'amélioration obtenue dans les propriétés des alliages par mise en oeuvre de l'invention ressort clairement de l'examen des dessins annexés, auxquels on va maintenant se référer et sur lesquels :

la figure 1 est un diagramme indiquant aux fins de comparaison les duretés à température ambiante, exprimées en unités Rockwell, échelle B,

d'un alliage suivant l'invention après réchauffage à 600°C pendant des temps variés, ainsi que celles d'un alliage de même composition, mais n'ayant pas subi le traitement thermique suivant l'invention, après réchauffage semblable et que les duretés à température ambiante, après réchauffage semblable, d'alliages à base de cuivre connus soumis, l'un, au traitement thermique normal et,

l'autre, au traitement thermique suivant l'invention.

La figure 2 est un diagramme indiquant les résultats d'essais de dureté à chaud effectués sur un alliage suivant l'invention et sur un alliage connu à base de cuivre ayant la même composition que celui utilisé pour obtenir

les résultats portés sur la figure 1 .

Si l'on se reporte aux dessins, et d'abord à la figure 1, on voit en a.la courbe de dureté à température ambiante d'un alliage contenant 0,5$ de chrome, 0,08$ de zirconium, 0,1$ de silicium et la différence en cuivre- précédemment soumis au traitement thermique suivant l'invention comprenant, dans ce cas, un chauffage à 1020°C, une trempe à l'eau, puis un mûrissement à 450°C - après réchauffage à 600°C pendant des temps variés, allant jusqu'à 16 heures .

La courbe b représente la dureté à température ambiante d'un alliage de même composition, mais trempé à une température de 1000°C seulement, puis mûri à 450°C,

après réchauffage analogue .

Comme le montrent clairement ces courbes, un alliage élaboré et traité thermiquement suivant l'invention présente , après réchauffage ou revenu à 600°C pendant 12 heures, une dureté Rockwell "B" à température ambiante de 66, tandis qu'un alliage semblable trempé à une température de 1000°C seulement et mûri ensuite ne présente, après réchauffage ou revenu à 600°C pendant le même temps, qu'une dureté Rockwell "B" de 60 à température ambiante .

lies courbes ç et d indiquent, aux fins de comparaison, les duretés à température ambiante, après réchauffage semblable, la première (c), d'un alliage connu de cuivre au chrome,

contenant 0,86$ de chrome, 0,05$ de silicium et la différence en cuivre, soumis au traitement -

thermique suivant l'invention comprenant une trempe à 1020°C et un mûrissement à 450°C et, la seconde (d), d'un alliage de même composition, mais trempé à 1000°C seulement avant mûrissement .

L'amélioration apportée à la résistance au revenu des alliages suivant l'invention apparaît clairement à l'examen de ces courbes de réchauffage .

Si l'on considère maintenant la figure 2, on y voit sous forme de diagramme les résultats d'essais de dureté à chaud opérés sur les deux alliages soumis aux essais précédents à l'aide d'une bille en carbure de tungstène de 3,175mm, les duretés étant en conséquence indiquées en unités Rockwell, échelle K . La courbe e indique les résultats obtenus avec l'alliage courant contenant 0,86$ de chrome, 0,05$ de silicium et la différence en cuivre et l^éourbe f ceux obtenus avec un alliage suivant l'invention contenant 0,5$ de chrome, 0,08$ de zirconium, 0,1$ de silicium et la différence en cuivre .

L'amélioration de la dureté de l'alliage est clairement indiquée par œs deux courbes, tout commentaire étant superflu .

Bien entendu, on pourra éventuellement soumettre les alliages préparés suivant l'invention à un écrouissage, soit après trempe et avant mûrissement, soit après traitement de mûrissement,

pour améliorer encore leurs propriétés mécaniques.

On constate en oiire que les alliages présentent entre 200 et 500°C, un meilleur allongement, visqueux, sans failles intercristallines. Ils possèdent en outre, dans cette gamme de températures, de meilleures caractéristiques de résistance à la traction et d'allongement à l'essai de cuurte durée .

On appréciera mieux l' amélioration de ces caractéristiques d'après les essais comparés décrits ci-dessous, effectués sur divers alliages suivant l'invention et sur des alliages connus de cuivre au chrome" pour électrodes de soudage .

ESSAI I - Résistance à la traction à l'essai de longue durée ch<3As^

A Dans cet essai, on soumet (a) un alliage binaire cuivre-chrome contenant 1,35$ de chrome èt (b) un alliage ternaire cuivre-chrome-zirconium contenant 1,35$ de chrome et 0,01$

de zirconium1 gant subi le traitement thermique suivant l'invention à un essai de fluage à 400°C ,

- 11 -

L'alliage (a) cède au bout de 1J2 heures sous une charge de 5,62 kg/mm2 seulement, alors que l'alliage (b) supporte pendant 250 heures sans rupture une charge de 8,44 kg/ mm2 .

ESSAI II - Allongement à l'essai de longue durée .

On. applique cet essai aux alliages utilisés dans l'essai I . On soumet les deux alliages à une charge de 8,44 kg/mm2 à une température de 300°C. Au bout de 250 heures, l'alliage (a) présente un allongement de 0,73$j tandis que pour l'alliage (b) cet allongement est de 1,42$ .

ESSAI III - Résistance à la traction et allongement à l'essai de courte durée *

On soumet à cet essai, à température ambiante et à 400°C, un alliage binaire normal cuivre-chrome contenant 0,86$ de chrome et la différence en cuivre et un alliage cuivre-chrorne-zirconium suivant l'invention , contenant 0,80$ de chrome, 0,10$ de zirconium et la différence en cuivre .

Pour l'alliage binaire cuivre-chrome, l'allongement est de 3 à 4$ à 400°C et de 14$ à température ambiante . Pour l'alliage ternaire suivant l'invention, il est de 8-10$ à 400°C et de 11-12$ à température ambiante. Comme on le voit, l'alliage suivant

l'invention ne subit à haute température qu'une perte d'allongement faible par rapport à celle que subit l'alliage standard .

Pour mettre en évidence l'amélioration des résultats qu'on peut obtenir en pratiquant le soudage à l'aide d'électrodes en alliage suivant l'invention, par rapport à ceux que permettent d'obtenir les électrodes standard en cuivre au chrome, on a encore pratiqué les essais suivants .

On soude l'une à l'autre, par points, des tôles d'acier laminées à froid de 1,27 mm d'épaisseur , d'abord à l'aide d'électrodes ën cuivre au chrome, puis à l'aide d'électrodes en un alliage cuivre-chrome-zirconium contenant 1$ de chrome et 0,1$ de zirconium ayant subi le traitement thermique suivant l'invention et l'on mesure dans chaque cas, après 5 000 soudures par points l'augmentation de section et la perte de longueur subies par l'électrode . On obtient les résultats suivants :

Electrode Augmentation Perte de longueur de section de de l'électrode l'électrode {%) (mm)

cuivre-chrome J1,7 0,089

cuivre-chrome-

zirconium 26,5 0,025

Bien entendu, l'invention vise aussi toute électrode de soudage réalisée à partir d'un alliage présentant une composition ou ayant subi un traitement thermique suivant l'invention .

Claims (1)

1. - 12 -

   -RE'SUME-

   10 - Un procédé d'élaboration d'alliage à base de cuivre pour électrodes de soudage, caractérisé en ce qu'il contient, en poids, un pourcentage de chrome compris entre une valeur faible et 2$, un pourcentage de zirconium faible, tel que précédemment défini et la différence en cuivre, ce procédé étant par ailleurs caractérisé par les points suivants, considérés isolément ou en combinaisons diverses;

   a) l'alliage contient de 0,02 à 0,1$ en poids de zirconium;

   b) l'alliage contient de 0,25 à 1,1$ en poids de chrome et, éventuellement , jusqu'à 0,1$ en poids de silicium;

   c) l'alliage comprend,

   en poids, 0,5$ de chrome, 0,08$ de zirconium, 0,1$ de silicium et la différence en cuivre »

   2° - Un procédé de traitement thermique d'alliage à base de cuivre pour électrodes de soudage, comprenant le chauffage d'un alliage à base de cuivre tel que décrit sous 1°) à une température comprise entre 1000°C et le point de .solidus de. l'alliage,..

   - *4

   M

   r la trempe rapide de l'alliage à partir de cette température, puis, un œâri-ss-effieïït à une température de JOO a 500°C pendant un temps suffisant pour porter les propriétés de l'alliage à un degré optimum, ce procédé étant par ailleurs caractérisé par les points suivants, considérés isolément ou en combinaisons diverses;

   a) on porte l'alliage à 1020°C avant de le tremper à l'eau;

   b) on assure le jaunissement en maintenant l'alliage à 450°C pendant 16 heures ;

   3° - A titre de produit industriel nouveau, tout alliage à base de cuivre obtenu par mise en oeuvre des procédés décrits sous 1° et 2°, considérés isolément ou en combinaisons diverses;

   O R ? G f N A L

   en Jk- pages contenant Renvois

   14 PAGES . ^Jq moj; ajouféV-^—rayé nul

   Par prôèwji!™ "^Société dite :

   Mallory Metallurgical Products Ltd .

   José CURAU

   Conseil en Propriété Industrielle 28. Boul. Princesse Charlotte, 28