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ALLIAGE DE ZINC COULABLE EN CHAMBRE CHAUDE.
La présente invention rapporte à un alliage à base de zinc contenant Al et Cu, coulable sous pression dans une machine à chambre chaude.
Un tel alliage est décrit dans le do : ument"SAE technical-per séries 930788. ACuZinc : improved zinc alloys for die casting application, M. D. Hanna and M. S. Rashid. International Congress and Exposition Detroit, Michigan, March 1-5,1993". Cet alliage connu, appelé "ACuZinc 5"est constitué de 5,0-6, 0% de Cu, 2,8-3, 3% d'Al et 0,025- 0,05% de Mg, reste Zn (tous les pourcentages donnés dans la présente demande de brevet sont des % en poids). La résistance au fluage de cet alliage, quoique sensiblement supérieure à celle des alliages Zamak ou ZA coulés depuis longue date en chambre chaude, est encore relativement faible.
Le but de la présente invention est de fournir un alliage tel que défini ci-dessus, qui présente une meilleure résistance au fluage que l'alliage connu précité.
A cet effet, selon l'invention l'alliage contient 12-30% d'Al, 5-20% de Cu, 0,01-2% de Si, 0-1% de Mg, 0-1% de Ti, 0-0,5% de Cr, 0-1% de Mn, 0-0,5% de Nb et 0-0,1% d'un métal des terres rares tel que Y ou d'un mélange de métaux des terres rares, le reste étant du zinc et les impuretés inévitablement présentes dans le zinc et dans les éléments d'alliage précités.
En effet, il a été trouvé d'une part qu'un tel alliage présente à l'état liquide une si faible agressivité vis-à-vis des aciers qu'il est coulable en chambre chaude et d'autre part qu'il présente à l'état coulé une bonne résistance au fluage.
L'alliage selon l'invention contient avantageusement 12-20% d'Al en combinaison avec 5-13% de Cu ou 25-30% d'Aï en combinaison avec 15-20%
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de Cu, et préférentiellement 15-17% d'Al en combinaison avec 8-10% de Cu ou 25, 5-28, 5% d'Al en combinaison avec 15-18% de Cu.
La teneur préférentielle en Si est de 0,1-1%.
Il est souhaitable que le Zn, Al et Cu, utilisés pour fabriquer l'alliage, aient une pureté de respectivement 99,995%, 99,97% et > 99,99%, parce qu'il a été trouvé que la présence dans l'alliage
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d'impuretés influence défavorablement sa fluidité et ses propriétés mécaniques.
Lorsque l'alliage contient un métal ayant une très grande affinité pour l'oxygène, tel que par exemple Y, au moins une partie de ce métal peut être orésente à l'état oxydé.
L'excellente résistance au fluage de l'alliage selon l'invention est illustrée par la description ci-dessous d'une série d'essais comparatifs, dont les résultats sont donnés dans le diagramme cijoint.
On a testé deux alliages connus, Zamak 5 et ACuZinc 5, et deux alliages selon l'invention, qui seront désignés ci-après par"X27"et "X28", Composition de ces alliages : - Zamak 5 : 4% Al, 1% Cu, 0,04% Mg, reste Zn ;
ACuZinc 5 : 3% Al, 5,5% Cu, 0,04% Mg, reste Zn ;
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X27 : 17% Al, 9, 5% Cu, 0, 5% Si, reste Zn ; X28 : 27% Al, 16, 5% Cu, 0, 1% Si, reste Zn. On a coulé des éprouvettes de ces alliages dans une machine à chambre chaude.
Les conditions générales de coulée étaient comme suit : temps de cycle : 12 secondes - température du bain : 420-520oC - pression exercée sur le métal : 50 MPa - vitesse du piston : 1, 2 m/s - diamètre de buse : 9, 5 mm - température du moule : 180-2500C La forme et les dimensions de ces éprouvettes sont celles prescrites par le Comité Technique des Producteurs Européens de Zinc pour les éprouvettes à utiliser dans l'essai de traction des tôles et feuilles en zinc et en alliages de zinc.
Les éprouvettes ont été soumises à l'essai de fluage à 100. C sous une charge de 40 MPa. Les courbes de fluage, donnant l'allongement (en%) mesuré en fonction du temps (en heures), sont représentées au diagramme ci-joint.
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On voit que les alliages selon l'invention résistent beaucoup mieux au fluage que les alliages connus.
Les alliages selon l'invention se distinguent non seulement par leur bonne résistance au fluage, mais encore par leur dureté élevée, comme cela ressort du tableau ci-dessous donnant la dureté à l'état coulé des alliages X27 et X28 et d'une série d'alliages connus.
Tableau
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<tb>
<tb> Alliage <SEP> Dureté <SEP> Brinell
<tb> (62,5 <SEP> kgf)
<tb> Zamak <SEP> 3 <SEP> (1) <SEP> 82
<tb> Zamak <SEP> 5 <SEP> 91
<tb> ACuZinc <SEP> 5 <SEP> 119
<tb> ACuZinc <SEP> 10 <SEP> (2) <SEP> 145
<tb> ZA <SEP> 12 <SEP> (3) <SEP> 110
<tb> ZA <SEP> 27 <SEP> (4) <SEP> 115
<tb> X27 <SEP> 149
<tb> X28 <SEP> 185
<tb>
(1) 4% Al, 0,001% Cu, 0,04% Mg, reste Zn ; coulable en chambre chaude.
(2) 3,5% Al, 10,5% Cu, 0,04% Mg, reste Zn ; coulable en chambre froide.
(3) 4% Al, 0,85% Cu, 0,022% Mg, reste Zn ; coulable en chambre chaude.
(4) 26% Al, 2,5% Cu, 0,015% Mg, reste Zn ; coulable en chambre froide.
La présente invention se rapporte également à un procédé de fabrication d'articles en un alliage à base de zinc contenant Al et Cu par coulée sous pression dans une machine à chambre chaude, ce procédé étant caractérisé en ce que l'alliage est l'alliage de l'invention.
Comme l'alliage de l'invention est coulable en chambre chaude, il est forcément coulable en chambre froide et en gravité.
La présente invention se rapporte donc également à un procédé de fabrication d'articles en un alliage à base de zinc contenant Al et Cu par coulée sous pression dans une machine à chambre froide ou par coulée en gravité, ce procédé étant caractérisé en ce que l'alliage est l'alliage de l'invention.
La présente invention se rapporte en outre à l'utilisation de l'alliage selon l'invention comme matériau antifriction.
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CASTABLE ZINC ALLOY IN HOT CHAMBER.
The present invention relates to a zinc-based alloy containing Al and Cu, which can be cast under pressure in a hot chamber machine.
Such an alloy is described in the do: ument "SAE technical-per series 930788. ACuZinc: improved zinc alloys for die casting application, M. D. Hanna and M. S. Rashid. International Congress and Exposition Detroit, Michigan, March 1-5.1993". This known alloy, called "ACuZinc 5" consists of 5.0-6.0% Cu, 2.8-3.3% Al and 0.025-0.05% Mg, remains Zn (all percentages given in the present patent application are% by weight). The creep resistance of this alloy, although appreciably greater than that of Zamak or ZA alloys which have been cast for a long time in a hot chamber, is still relatively low.
The object of the present invention is to provide an alloy as defined above, which has better creep resistance than the known alloy mentioned above.
To this end, according to the invention, the alloy contains 12-30% Al, 5-20% Cu, 0.01-2% Si, 0-1% Mg, 0-1% Ti, 0-0.5% Cr, 0-1% Mn, 0-0.5% Nb and 0-0.1% of a rare earth metal such as Y or a mixture of earth metals rare, the remainder being zinc and the impurities inevitably present in the zinc and in the abovementioned alloying elements.
Indeed, it has been found on the one hand that such an alloy has in the liquid state such low aggressiveness with respect to steels that it is pourable in a hot chamber and on the other hand that it has in the cast state, good creep resistance.
The alloy according to the invention advantageously contains 12-20% Al in combination with 5-13% Cu or 25-30% Al in combination with 15-20%
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Cu, and preferably 15-17% Al in combination with 8-10% Cu or 25.5-28.5% Al in combination with 15-18% Cu.
The preferred Si content is 0.1-1%.
It is desirable that the Zn, Al and Cu, used to make the alloy, have a purity of 99.995%, 99.97% and> 99.99%, respectively, because it has been found that the presence in the alloy
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impurities adversely affect its fluidity and mechanical properties.
When the alloy contains a metal having a very high affinity for oxygen, such as for example Y, at least part of this metal can be present in the oxidized state.
The excellent creep resistance of the alloy according to the invention is illustrated by the description below of a series of comparative tests, the results of which are given in the attached diagram.
Two known alloys were tested, Zamak 5 and ACuZinc 5, and two alloys according to the invention, which will be designated below by "X27" and "X28", Composition of these alloys: - Zamak 5: 4% Al, 1 % Cu, 0.04% Mg, residue Zn;
ACuZinc 5: 3% Al, 5.5% Cu, 0.04% Mg, residue Zn;
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X27: 17% Al, 9.5% Cu, 0.5% Si, remains Zn; X28: 27% Al, 16.5% Cu, 0.1% Si, remains Zn. Test pieces of these alloys were poured into a hot chamber machine.
The general casting conditions were as follows: cycle time: 12 seconds - bath temperature: 420-520oC - pressure exerted on the metal: 50 MPa - piston speed: 1, 2 m / s - nozzle diameter: 9, 5 mm - mold temperature: 180-2500C The shape and dimensions of these test pieces are those prescribed by the Technical Committee of European Zinc Producers for the test pieces to be used in the tensile test of sheets and sheets of zinc and alloys zinc.
The test pieces were subjected to the creep test at 100. C under a load of 40 MPa. The creep curves, giving the elongation (in%) measured as a function of time (in hours), are shown in the attached diagram.
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It can be seen that the alloys according to the invention resist creep much better than known alloys.
The alloys according to the invention are distinguished not only by their good creep resistance, but also by their high hardness, as shown in the table below giving the hardness in the cast state of alloys X27 and X28 and of a series of known alloys.
Board
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<tb>
<tb> Alloy <SEP> Hardness <SEP> Brinell
<tb> (62.5 <SEP> kgf)
<tb> Zamak <SEP> 3 <SEP> (1) <SEP> 82
<tb> Zamak <SEP> 5 <SEP> 91
<tb> ACuZinc <SEP> 5 <SEP> 119
<tb> ACuZinc <SEP> 10 <SEP> (2) <SEP> 145
<tb> ZA <SEP> 12 <SEP> (3) <SEP> 110
<tb> ZA <SEP> 27 <SEP> (4) <SEP> 115
<tb> X27 <SEP> 149
<tb> X28 <SEP> 185
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(1) 4% Al, 0.001% Cu, 0.04% Mg, residue Zn; flowable in hot room.
(2) 3.5% Al, 10.5% Cu, 0.04% Mg, residue Zn; pourable in cold room.
(3) 4% Al, 0.85% Cu, 0.022% Mg, residue Zn; flowable in hot room.
(4) 26% Al, 2.5% Cu, 0.015% Mg, residue Zn; pourable in cold room.
The present invention also relates to a process for manufacturing articles of a zinc-based alloy containing Al and Cu by die-casting in a hot chamber machine, this process being characterized in that the alloy is the alloy of the invention.
As the alloy of the invention is pourable in a hot room, it is necessarily pourable in a cold room and by gravity.
The present invention therefore also relates to a process for manufacturing articles of a zinc-based alloy containing Al and Cu by pressure casting in a cold room machine or by gravity casting, this process being characterized in that the alloy is the alloy of the invention.
The present invention also relates to the use of the alloy according to the invention as an anti-friction material.