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Publication number: BE347944A
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Description


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  "pROCEDE DE MOULAGE DES ALLIAGES   ALUMINIUM-SILICIUM.   " 
Le présente invention concerne les alliages d'aluminium contenant du silicium en quantité substantielles, et son objet principal consiste, brièvement, en un   procède   de moulage des' alliages d'aluminium-silicium, simple et efficace, grêce auquel les propriétés physiques de ces alliages, telles que résistanoe à ta traction et maléabilité, sont considérablement améliorées. 



   La présente invention est basée sur la découverte que ces propriétés des' alliages   d'aluminium-silicium   sont sensiblement influencées par' la vitesse de solidification de l'alliage en   fu-   sion, un refroidissement rapide, en vue de l'achèvement de la so- lidification, ayant pour effet une augmentation trbs importante et avantageuse de la résistance à la traction et de l'allongement à la rupture.. 

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   Le dessin annexé, pris à l'aide d'un photomicrographe, avec un agrandissement de 250 diamètres, représente la structure   d'un   alliage d'sluminium-ailiclum contenant dix pour cent de      silicium et moulé conformément à la présente invention. 



   Il est connu, que le moulage d'un alliage d'aluminium en coquille, donne à cet alliage un grain plus fin et des propriétés plysiques un peu meilleures. Toutefois la présente invention est basée sur la découverte qu'én cas d'allées d'aluminium-silicium le dit procédé de moulage, au lieu de produire seulement une re- (1-action générale de la grosseur du grain, et de donner les avan- tages qu'on peut attendre d'un tel changement de structure, pro- duit un changement fondamental du caractère de la structure de l'alliage, et non une simple réduction de la grosseur de tous les grains, à laquelle on pourrait s'attendre d'après ce qui est con- ru. 



   En général le refroidissement rapide d'un alliage   d'alumi-   nium, par son moulage en coquille, à pour but d'obtenir une struc- ture à grain uniformément menu, structure qui se compose   d'élé-   ments constitutifs essentiellement similaires à ceux qu'on trou- ve dans les alliages soumis à un refroidissement lent, et ne dif- fére de ces derniers que psr son grain plus fin. 



   Par contre en cas d'alliages   t'aluminium-silicium,   faisant objet de la présente invention, il s'agit de changer fondamenta- lement non seulement la grosseur relative et la disposition des éléments constitutifs d'aluminium et de silicium, mais aussi leurs quantités relatives. 



   Ce changement fondamental obtenu suivant la présente inventior sera décrit dans ce qui suit : 
Si de l'aluminium commercialement pur est moulé de manière à se refroidir à peu près avec la même vitesse que dans un moule à sable ordinaire, cet aluminium possède un bon   allongement   de rupture mais une résistance assez faible à la traction. Ainsi des éprouvettes de deux pouces de longueur sur un demi pouce de diamètre possèdent une résistance à la traction d'environ 12.000 

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 livres par pouce carré et un allongement de rupture d'environ. 



  25 / . Lorsque l'aluminium est additionné de silicium, la résistant- ce à   la traction   de l'éprouvette augmente d'une valeur qui dé- pend de la quantité ajoutée de silicum, tandis que l'allongement de rupture est en même temps considérablement diminuée. 



   Par exemple, des barres moulées dans des moules en sable, et ayant une teneur d'environ 90  /  d'aluminium et de 10  /  de silicium, possèdent une résistance à lé traction d'environ g   0.000   livres par pouce carré et un allongement de rupture de seu- lement 3 /  environ. 



   Sous le microscope le silicium apparait sous forme de plaques ou aiguilles relativement grandes, qui affaiblissent le métal et le rendent fragile. 



   D'autre part, il a été   constate   suivant la présente invention que sien   gênerai l'alliage   est moulé dans des conditions qui pro- voquent un refroidissement rapide du métal, la structure gran- nuleuse de ce dernier est'considérablement affinée,cet affinement étant accompagné d'une augmentation des propriétés désirables au point de vue résistance à la traction et   maléa'bilité.   



   Le procédé le plus convenable pour provoquer un refroidis- sement rapide, consiste a mouler l'alliage dans des   moules,'dites. ,   coquilles, c'est à dire dans des moules possédant des parois sus- ceptiblesde provoquer une évacuation rapide de la chalaur du mé- tal en fusion. Ces moules sont généralement faits en un métal ferrer, dit fer ou acier. Ils sont généralement dénommés moules permanents ou matrices, et on les emploie aussi bien pour moulage par gravité que pour moulage sous pression. La grande intensité d'enlèvement de chaleur qu'on obtient usuellement avec le moulage sous pression, rend ce procédé de moulage en général, particuliére- ment avantageux pour le but de la présente invention. 



   D'es barres d'un demi pouce de diamètre, moulées dans un moule en fer possédant des parois d'une épaisseur moyenne d'environ un' pouce et un quart, étaient complètement solidifiées en quinze à 

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 vinhrb 8eoonda le température de l'&11i866 en fusion au moment de la coulée étant d'Environ 760   0. bes barres des mg-' mes dimensions coulées à le même   température   dans un moule en sable demandaient plus de cent secondes pour passer de l'état liquide à l'état complètement solide. 



   Les éprouvettes sur lesquelles ônt été constaté les re- sultats d'essais indiqués dans la précédente spécification, ont été obtenues dans les conditions qui viennent   d'être   décrites. 



   La teneur de l'allige en silicium peut être variée consi- 
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 8.érablement, mais, en général, elle ne doit pas être moindre que 3 0'o environ, ni supérieure à 15 0/- environ. 



   Les meilleurs résultats ont été obtenus avec des alliages   possédant   une faible teneur en fer, ne dépassant préférablement pas 0,6 / , - mais les avantages offerts par la présente inven- 
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 ta OR peùvent être réei¯igùeB dans une haute mesure, par un moula" ge sons pression, avec une teneur en fer beaucoup plus élevée. 



   Ainsi, des éprouvettes contenant environ 13  /  de silicium et moine que 0,6 /  de fer, moulées en coquilles de l'espèce susmentionnée, possédaient une résistance à la traction s'élevant jusqu'à   SI.000   livres par pouce carré et un allongement de- rup- 
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 ture jusqu'à 0 %  sur deux pouces,-ce qui représente une sugmen4 tation de plus de 50 /  de résistance à la traction et d'envi- ron 300"/' en allongement de rupture, aomparat3verart doc - prouvettes moulées non en coquilles, ou sans refroidissement ra- pide, et possédant les mêmes dimensions et la même composition. 
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 L'alliage eutectique dtaluminium-silicium possède une com- position d'environ   Il*/'   à   12 / ,   en silicium, et le reste en aluminium.

   Lors d'une solidification par un refroidissement lent, 
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 les alliages contenant moins que 11 /  à 2Z /  de silicium coinaiatent bnun mélange euûectique plus un ee en aluminium, tandis que ceux qui contiennent plus que   Il'/'   a 12 /  consistent en un mélange   entectique   plus un excès de silicium, et ceux qui contiennent   11 /    à 12 /  de silicium se composent   substantiel-   lement d'un mélange eutectique. 



   Il a été observé qu'une solidification rapide change visi-      

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 blement la composition de l'alliage eutactiqus, la teneur en silicium devenant d'autant plus grande, au moins jusqu'à un certain point, que la vitesse de solidification est plus rapide. 



   Par exemple, un alliage contenant environ 13 /  de silicium et solidifié lentement par exemple par moulage en sable,   consis-   te en un mélange   eptectique   plus des particules de silicium en excès. Le même alliage moulé dans un moule en fer de sections relativement grandes, consiste en un mélange eutectique plus des dendrites d'aluminium--en excès. En même temps que la constitu- tion physique, c'est a dire la disposition et la grandeur des particules du mélange eutectique, est   considérablement   modifiée dans le dernier exemple, en vertu du refroidissement rapide, ou du moulage en coquille, la composition chimique de ce mélange eutectique semble aussi avoir subit un changement.

   Dans un al- liage contenant moins que la quantité, dite, eutectique de sili- cium, le refroidissement ou la solidification rapide produit une plus grande quantité d'aluminium en excès et une plus petite quan- tité de mélange eutectique, que l'on obtient avec un refroidisse* ment lent. Avec une teneur en silicium plus élevée, 'par exemple de 15 /  ou plus, le silicium en excès peut se séparer aussi lors d'un mélange à solidification rapide, quoique la quantité séparée; n'est alors, en général, pas aussi grande qu'avec un soulage à   @   solidification lente. 



   Cette tendance de la composition eutectique de subir un changement en vertu d'une solidification rapide, peut produire dans les alliages à haute teneur en silicium, du-silicium en ex- ces et en plus,-ce qui est très singulier,-des dendrites d'elumi- nium. 



   Dans un alliage contenant, par exemple, environ   la /    de   si-   licium, la différence entre lea micro-structures produites d'un   côté,   par un'moulage à solidification rapide et, de l'autre   coté   par un moulage   ordin: ire   en sable, semble consister non seule- ment dans un changement   (la   12   disposition   et dos dimensions re-        latives   des particules constitutives de silicium et d'aluminium, 

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 msis aussi dans un changement dans leurauantitéa relatives. 



   Lorsqu'un tel alliage est refroidi lentement, l'examen au microscope montre, qu'il est constitué par des aiguilles et plaques de silicium, de dimensions importantes( causant 
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 l'effaibliaaement mentionné plus haut), enrob9- dans une matrice qui elle consiste probablement en aluminium contenant .une faible quantité de silicium qui y est dissoute. Le même alliage soumis à une solidification rapide présente une ima- ge complètement différente, comme on le voit dans le dessin annexé, qui représente la structure de   l'alliage   lorsque ce dernier a subi un moulage à solidification rapide.

   Les plaques et aiguilles relativement grandes de silicium ont disparu, et on voit des cristaux dendritiques relativement grande, désignés 
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 àgnà :Le t:!.a:!>.11n Poe 5 gui apitiblotiti 9rx'a Il.. l'hm1:tn:i1Jm, con" tenant probablement une très flaible quantité de silicium dis- sout. La matrice b consiste en un melange de grGins eementfi intime, de particules minuscules de silicium et d'aluminium. 



   Des esssis ont montré qu'eu mains une très grande quanti- 
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 té des particules minuscules du silicium tend----plvtSt vers la forme globulaire que vers la forme d'aiguilles ou de plaques. 



   Il est à supposer que cette différence de structure pro- 
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 vient.ou cLcpnd. de 1& vitesse relativRtint fbible au lu cris- tallisation àumétalùoîàe ailioiTmi, comparativement au metal      aluminium,et que le refroidissement; rapide, ou solidification rapide/intensifie les effets de cette différence entre les vitesses de cristallisation. 



   Cette différence de structure donne, en cas de   moulage   en coquilla, ou a   solification   rapide, une matiere   composée   de 
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 dendrites maléables enrobée-"--dans une matrice d'une grsnnu-   lation   excessivement fine, sans la moindre trace de grandes particules dures et fragiles de silicium, qui elles   caracté-   risent les alliages à forte teneur de silicium ayant subit une solidification lente. Sous la forme de plaques ou aiguilles relativement grandes, le silicium ne donne pas aux alliages 

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 les meilleures propriétés dont il est capable. 



   La présente invention n'est pas limitéa   aux   alliages com- posées uniquement d'aluminium et de silicium.   Suivent la   pré- sente invention on peut aussi ajouter, par exemple, des métaux qui sont susceptibles de former dans l'aluminium des solutions solides, ou cristallisées.

   Ainsi, il a été constate, que dans beaucoup de cas, une addition de cuivre,   jusqu'à,   environ 5 /  et préférablement de 3 /  à 4 / , exerce une influnece avan- tageuse sur les alliages contenant du silicium, particulière- ment lorsque la teneur en silicium est de 3 /  à 6 / , préférable- ment d'environ 5 / et lorsque les pièces de moulage sont sou- mises à un traitement thermique approprié , ce dernier comme tel n'entrant pas dans l'objet de la présente invention* 
Dans certains cas une teneur en cuivre plus élevée est désirable.

   Cependant, il a été constaté, qu'une moindre teneur en cuivre et une teneur plus élevée en silicium peut être uli- lisée   avantageusement.   Ainsi, psr exemple, un alliage contenant, spproximativement 8 /  de cilioium et 2 /  de cuivre, donne une bonne combinaison de propriétés physiques et des qualités de moulages excellentes, spécialement pour moulage sous pression.. grâce à sa fluidité et à son retrait réduit. 



   Quelque fois la présence de zinc sera avantageuse, surtout lorsque les pièces de moulage sont soumises à un traitement ther- mique approprié. Ainsi par exemple une éprouvette, moulée en coquille et ayant subit un traitement thermique approprié, qui était constitué par un alliage contenant 6 /  de silicium, 3 /  de cuivre et   13 /  de   zinc, possédait une résistance à la trac- tion de 44.000 livres par pouce carré et un allongement de rup- ture de 6 / . Avec 8 /  de silicium,   Il/-   de cuivre et 5 /  de zinc, la résistance à la traction, sprés traitement thermique était de 31.000 livres par pouce carré, mais l'allongement 'de rupture était de 15 / .

   Ls présence de zinc, mais sans cuivre, est en général plus appropriée dans les alliages auxquels on a 

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 ajouté du métal alcalin, que dans les alliages simples   d'elumi-   nium-silicium. 



   Il est connu., qu'on peut amener le silicium à un état de   grannulation   fine par d'autres   moyensv:   tel que, par exemple, l'addition d'un métal alcalin à l'alliage, mais suivant la pré- sente invention il a été constaté, que même dans ces cas il   est   avantageux de faire subir à l'alliage une solidification rapide, vu que cette dernière donne une combinaison améliorée des pro- priétés physiques et une structure plus fine du mélange entecti- que de silicium-sluminium, comparativement au même alliage (con- tenant du métal alcalin) moulé suivant un procédé de moulage à vitesse de refroidissement relativement lente.

   Ceci est par-   ticulièrement   le cas pour les alliages possédant une teneur re- lativement élevée en fer, dans lesquels l'ajoute en métal alcalin ne produit qu'une amélioration modérée dans les dimensions des particules plaques ou aiguilles   de   la matière constitutive riche en fer. Par contre le refroidissement ou la   solidification   ra- pide produit un effet beaucoup plus grand dans ce sens. 



   REVENDICATIONS 
1) Procède de moulage   d'alliages   d'aluminium-silicium,-ca-   ractérisé   en ce qu'il consiste à remplir le moule de l'slliage en fusion et à obliger le silicium contenu dans l'alliage à prendre la forme de particules minuscules par le fait, qu'on fait subir à l'alliage une solidification rapide.

Claims

2) Procéda de moulage d'alliages d'aluminium-silicium, suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à remplir le moule de l'alliage en fusion, et à provoquer dans l'alliage solidifia en vertu d'un refroidissement rapide, une structure à grain fin, danslaquelle le silicium de précipitation est dispersé finement sous forme de particules minuscules.

3) Procède de moulage d'alliages d'aluminium-silicium suis <Desc/Clms Page number 9> vant les revendications précédentes, cet alliage contenant un métal susceptible de former une solution cristallisée ou solide dans l'aluminium, caractérisé en ce qu'il consiste à remplir le EMI9.1 lI1,m1.Q do 1.'9-.ieüe en fU9pn et i provoq-Hat' per une so1;itU;t';ioB- tion rapide, une dispersion fine du silicium sous formede par- ticules minuscules. EMI9.2

4) Procédé de moulage d'elliaises cL'eluminium-Bilicium-culvre suivant les revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il consiste à remplir le moule de l'alliage en fusion et à obliger l'alliage en vertu d'un refroidissement rapide, à se solidifier avec une structure à grain fin, tout en obligeant le silicium en précipitation à prendre en même temps la forme de particules minuscules.

5)Procédé de moulage d'alliages d'aluminium-silicium, à te- neur substantielle en cuivre et zinc, suivant les revendications précédentes, caractérise en ce qu'il consiste à remplir le moule de l'alliage en fusion et affaire subir à l'&lliage un refroidis- EMI9.3 C:H;Itt1l:1t!1 J;1f;!jtlQ, à una ît4tpoop pouv tJl1-i:;et' le métal da se solidifier avec une structure à grain fin'et avec le silicium , a un état de particules minuscules finement dispersées. EMI9.4

6)louveau produit, caractérisé en ce qull est constitué par un alliage d'aluminium-silicium moulé suivant les revendications précédentes'par exemple en coquilles, et présente une subdivision EMI9.5 minuscule du silicium, ainsi qu'une résistance et une meléabilitêl augmentées.

7) Nouveau produit, caractérise en ce qu'il est constitué par un alliage d'aluminium-silicium, contenant pas moins qu'en- @ viron 3 / ni plus qu'environ 15 / de silicium, le tout moulé suivent les revendications 1 à 5, par exemple en coquille, et présentant une subdivision minuscule ou.. extrêmement fine du si- licium, ainsi qu'une résistance et une maléabilité. élevées. EMI9.6

8)ouveauproduit, caractérisé en.ce qu'il est constitué par un alliage d'aluminium contenant de 13"1" à 1/" environ de si- licium alliage moulé suivant les revendications 1 à 5, par ex- emple en coquille, et présentent une subdivision extrêmement <Desc/Clms Page number 10> fine du silicium accompagnée d'une résistance à la traction et d'une maléabilité levées.

9)ouveau produit, caractérisé en ce quiil est constitué par un alliage d'aluminium-silicium contenant pas plus qu'environ 0,6%de fer,le tout monlé suivant les revendications 1 à 5, par exemple en coquille, et présentant une subdivision extrêmement fine du silicium ainsi qu'une résistance et une meléabilité aug- mentées.

10)Nouveau produit, caractérisé en ce qu'il est constitué par un alliage d'aluminium-silicium contenant pas moins qu'envi- ron 3 / et pas plus qu'environ 15 / de silicium ainsi que pas plus qu'environ 0.6 / de fer, le tout moulé suivant les reven- dications 1 a 5, par exemple en coquille, et présentant une sub- division extrêmement fine du silicium ainsi qu'une résistance et une malésbilité élevées.

11}Nouveau produit,-caractérisé en ce qu'il est constitué par un alliage d'aluminium contenant de 8 / à 13 /environ de silicium et pas plus que 0. 6 / environ de fer, le tout moulé sui- vant les revendications 1 à 5, par exemple en coquille, et présen- tant une subdivision extrêmement fine du ailicium, accompagnée d'une résistance à la traction et d'une maléabilité élevées.

12}Nouveau produit,-caractérisé en ce qu'il est constitué par un alliage d'aluminium contenant pasmoina que 3 de silicium, ain- si qu'un métal susceptible d'exister sous forme d'une solution so- lide ou cristallisée dans l'aluminium, le tout moulé suivant les revendications 1 à 5 ,par exemple en coquille, et présentant une subdivision extrêmement fine du silicium binai qu'une résistanes et. une maléabilité augmentées.

13)Nouveau produit,-caractérise en ce quil est constitué par un alliage d'aluminium contenant des quantités substantielles en silicium et en cuivre, le tout moulé suivant les revendications 1 à 5, par exemple en coquille, et présentant une subdivision ex- trémement fine du silicium ainsi qu'une résistance et une méléabi- <Desc/Clms Page number 11> litéaugmentées.

14) Nouveau produit, caractériseen ce qu'il est constitué par un alliage d'aluminium contenant des quantités substantielles en silicium, en cuivrre et en zinc, le tout moulé suivant les res vendications 1 à 5, par exemple en coquilles, et présentant une subdivision extrêmement fine du silicium ainsi qu'une résistance et une maléabilité augmentées.

15) Nouveau produit, caractérise en ce qu'il est constitué par un alliage d'aluminium contenant des quantités.substantielles en silicium et en zinc, le tout moulé suivant les revendications 1 à 5, par exemple en coquilles, et présentant une subdivision , EMI11.1 aGaôttatnatlG f1l3a d3ï s3lieuai ,,1.as qu'uua et3is1it1i16 et une maltez bilité augmentées.

16) Nouveau produit, caractérisé en ce qu'il est constitué EMI11.2 par un alliage d'alumïnium-siiivm contenant du cuivre et du zinc, et pas moins que 3 / environ ni plus que 15 / environ de Bill- cium, le tout moulé suivant les revendications 1 à 5, par exemple en coquilles, et présentant une subdivision extrêmement fine du , .

silicium ainsi quune résistance et une maléabilité augmentées, 17) Nouveau produit, caractérisé en ce qu'il est constitue @ par un alliage d'aluminium-silicium contanant du zinc et pas moins qu'environ 3 / ni plus qu'environ 15 / de silicium, le tout mou- lé suivant les revendications 1 à 5, par exemple en coquilles, et présentant une subdivision extrêmement fine du silicium, ainsi qu'une résistance et une maléabilité augmentées.

18) Nouveau produit,-caractérisé en ce qu'il est constitua, par un alliage d'aluminium contenant du cuivre et du zinc, et en- viron 8 / de silicium, approximativement, le tout moulé suivant les revendications 1 à 5, par exemple en coquilles, et présentant une subdivision extrêmement fine du silicium accompagnée d'une -résistance à la traction et d'une maléabilité élevées.

19) Nouveau produit, caractérisé en ce qu'il est'constitué par un alliage d'aluminium contenant du cuivre et approximative- ment de 3 / à 8 / de silicium, le tout moulé suivant les reven- <Desc/Clms Page number 12> dioationa i à 5, par exemple en coquilles, et présentant une sub- EMI12.1 d1vlBio.ivrgmQnt f1n9 ail ailioium, 9QQompegnée d'une résistan- oe à la traction et d'une maléabilité augmentées.

20) Nouveau produit, caractérisé en ce qu'il est constitué én par un alliage d'aluminium contenant' environ 6 / de silicium et environ 4 / de cuivre le tout moulé suivent les revendications 1 à 5, par exemple en coquilles et présentant une subdivision ex- trèmement fine du silicium accompagnée d'une résistance à la trac- EMI12.2 tion et atune m16!1t Q6mQtpgg.

31) Nouveau produit,-caractérisé en ce qu'il est constitué par un alliage d'aluminium contenant entre approximativement 3 / et 15 / de silicium, le tout moulé suivant les revendications 1 à 5 sous pression, et présentant une subdivision extrêmement fine du silicium, ainsi qu'une résistance à la traction et une maléabilité augmentées.

RESUME Savant l'invention, la résistance à la traction et l'allon- gement de rupture des alliages d'aluminium-silicium, additionnés ou non (l'un ou de plusieurs autres métaux, sont considérablement augmentés en faisant subir à l'alliage un procédé de moulage à re- froidissement ou solidification rapide, sans ou avec pression. EMI12.3 2,voaiiitn à beae d'eluminium-sîlioàum, résultant d'un tel pro- cédé de moulage.

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