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"ALLIAGE A BASE DE ZINC POUR LE MOULAGE EN COQUILLE "
Cette invention attrait aux alliages à basde zinc pour le moulage en coquille et a pour objet un alliage perfec- tionné de ce genre .
Les conditions mécaniques afférentes au moulage en coquille exigent que le creuset et le moule soient faits de fer et d'acier . Ces métaux sont sujets à être attaqués par le zinc fondu et l'on a trouvé expérimentalement qu'il faut ajouter au zinc 0,25 % au moins d'aluminium dans le but de réduire cette attaque à une valeur assez faible pour assurer une durée raisonnable des appareils. Les alliages destinés au
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moulage en coquille doivent posséder un degré suffisant de fluidité pour pénétrer dans les moules ou matrices employés et les remplir complètement et il semble que 2 % ou davantage d'aluminium soient nécessaires pour assurer un degré de flui- dité adéquate.
On sait en outre depuis longtemps que l'alumi- nium augmente la résistance du zinc à l'extension et , en soi , ceci rend désirable la présence, dans les alliages à base de zinc moulés en coquille , d'une quantité d'aluminium pouvant varier de 2 % à 10 % et même 15 % .
Les alliages de zinc et d'aluminium contenant moins de 80 % environ d'aluminium subissent une modification de leur structure qui résulte d'une solidification ordinairement appelée "changement de phase Il ou - plus spécialement dans ce cas - "réaction eutectofde". Ce changement de phase consiste dans la formation de deux formes ou phases cristal- lines à l'aide de la phase unique qui existait précédemment et est accompagné de certains changements des propriétés physiques de l'alliage tels que , par exemple , un accroisse- ment de sa densité, de sa dureté et de sa résistance à la traction et une diminution de sa ductilité et de sa résistance au choc.
Ce changement de phase peut avoir lieu pendant le refroidissement de l'alliage après la coulée ou peut être retardé ou. empêché par certaines influences. En pareil cas, il peut avoir lieu graduellement au cours d'une période de plusieurs mois aux températures ordinaires.
Un stade secondaire de changement de phase qui se produit quelquefois est le fait que les particules extrêmement petites des nouvelles phases engendrées en premier lieu se développent et s'unissent sous forme de particules plus grosses . Ce stade peut être accompagné d'un ramollissement de l'alliage et d'une diminution de sa résistance à la trac- tion et d'un accroissement de la ductilité et de la résistance au choc.
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Les alliages de zinc et d'aluminium dont la composi- tion est comprise entre les limites de cette échelle sont aussi sujets à un type de désagrégation communément appelé "oxydation intercristalline" . Dans les cas extrêmes ,sous l'influence de la chaleur et de l'humidité , l'oxydation intercristalline peut se propager dans toutes les parties d'échantillons d'alliages de ce genre et provoquer le gonfle- ment ,le gauchissement et même une désagrégation complète de l'échantillon. L'oxydation intercristalline est dans une certaine mesure associée au changement de phase et en dépend partiellement.
Il avait été reconnu jusqu'à ce jour que certains autres métaux'exercent , lorsqu'ils sont présents dans ces alliages de zinc et d'aluminium ,des effets importants soit sur le changement de phase , soit sur l'oxydation intercris- talline , soit sur les deux. Par exemple , on sait que le cuivre et le magnésium influencent le changement de phase en ce qui concerne la vitesse à laquelle ce changement se produit, le degré d'achèvement de la réaction ou quelque autre facteur qui n'a pas été complètement déterminé. L'effet particulier produit par le cuivre et le magnésium sur le changement de phase est favorable en ce qu'il augmente la @ résistance des alliages à l'oxydation intercristalline.
Le plomb , quoique n'ayant pas d'influence marquée sur le chan- gement de phase, diminue très sérieusement la résistance de ces alliages de zinc et d'aluminium à l'oxydation intercris- talline . Le cadmium , quoique ayant un effet certain sur le changement de phase , diminue usuellement la résistance de ces alliages à l'oxydation intercristalline en présence du plomb.
On connaît et emploie déjà des alliages à base de zinc" appropriés au moulage en coquille. L'un d'eux , contenant 4 % d'aluminium ,3 % de cuivre et du zinc de premier choix pour @ le reste, est très employé et satisfaisant pour de nombreux usages.Cet alliage présente toutefois deux inconvénients :
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1) Comme résultat de son vieillissage, soit aux températures normales , soit à des températures un peu plus élevées , cet alliage subit une perte importante de sa résistance au choc et un changement de ses dimensions linéaires : 2) en présence de l'humidité , et surtout d'une humidité accompagnée de chaleur , l'alliage subit une oxydation intercristalline qui provoque des changements importants dans ses propriétés phy- siques et ses dimensions.
Un alliage à base de zinc perfectionné pour le moula- ge en coquille est décrit dans le brevet français n 615.424 du 29 Avril 1926 . Cet alliage (qui , tel qu'il est vendu dans le commerce, possède usuellement la composition suivante: aluminium 4 %,cuivre 3 % , magnésium 0,1 , zinc de pre- mier choix , le reste est virtuellement exempt du second inconvénient de l'alliage mentionné en premier lieu , savoir de l'oxydation intercristalline . Il est toutefois sujet au premier inconvénient , savoir la perte de résistance au choc et le changement des dimensions comme résultat du vieillissage* Cette propriété nuisible de ces alliages empêche leur emploi dans un grand nombre d'applications où ils seraient autrement appropriés.
Ces alliages possèdent une très grande résistance à la traction , de beaucoup supérieure à celle ordinairement désirée, et l'élimination des inconvénients qui viennent d'être spécifiés serait avantageuse , même aux dépens d'une diminution considérable de la résistance à la traction.
Dans le brevet français n 684.568 du 7 Novembre 1929, on a décrit un alliage dans lequel cette propriété nuisible de la perte d.e résistance au choc et du changement de dimen- sions comme résultat du vieillissage est sensiblement éliminée, quoique aux dépens de la résistance à la traction. Dans la composition préférée de ce brevet , l'alliage contient 4 % d'aluminium et 0,1 % de magnésium et le métal de base est un zinc de grande pureté ne contenant pas plus de 0,01 % de plomb plus dadmium.
Un des buts de la présente invention est de d'amélio-
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rer la résistance à la traction que possèdent après vieillis- sage les alliages à base de zinc tels que ceux décrits dans le brevet mentionné en dernier lieu tout en conservant essen- tiellement certains avantages de ces alliages . Il est dit dans ce brevet que la perte de la résistance au choc et le changement des dimensions qui se produisent lors du vieillis- sage des alliages bien connus contenant 4 % d'aluminium et 3 % de cuivre , avec ou sans autre addition , ont trait à la présence du cuivre.
Comme résultat de nouvelles recherches , la demande- resse a toutefois découvert que la présence de quantités limi- tées de cuivre dans les alliages faisant l'objet du brevet N 684.568 précité a pour effet d'améliorer leur résistance à la traction après vieillissage sans nuire sérieusement à certaines propriétés désirables que possèdent ces alliages.
Sur la base de ces découvertes, la présente inven- tion a pour objet un alliage à base de zinc destiné au mou- lage en coquille et contenant une quantité d'aluminium appro- @ priée au moulage en coquille, par exemple 2 à 10 % (dé pré- férence environ 4 % ) ,0,01 à 0, 3 % de magnésium ( de pré- férence 0,1 % environ ) jusqu'à 2 % de cuivre ( de préférence I % environ ) et pour le reste du zinc de premier choix (contenant de préférence au moins 99,94 % de zinc).
L'invention a plus particulièrement pour objet un alliage à base de zinc approprié au moulage en coquille qui contient 2 à 10 @ ( et de préférence pas plus de 5 % ) d'aluminium , 0,01 à 0,3 % de magnésium , 0,05 à 2 % de cui- vre , le métal de base étant un zinc de grande pureté ne con- tenant pas plus de 0,01 % de plomb plus cadmium et pas plus de 0,001 % d'étain.
En outre , l'invention envisage l'application d'un alliage à base de zinc de ce genre au moulage en coquille de pièces caractérisées par une résistance au choc qui n'est pas sensiblement diminuée comme résultat du vieillissage aux tem- pératures normales ou un peu plus élevées et qui sont en outre caractérisées par le fait que leurs dimensions linéaire, / ,
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ne subissent qu'un changement sensiblement négligeable comme résultat du vieillissage et par le fait qu'elles possèdent une meilleure résistance à la traction après vieillissage .
Il a jusqu'ici été reconnu qu'on obtient usuellement des résultats supérieurs en employant comme métal de base , dans les alliages connus destinés au moulage en coquille ,du zinc de grande qualité . La qualité de zinc " Horsehead brand " bien connue a été considérée comme très satisfaisante pour le but visé et il n'est pas nécessaire ou avantageux d'employer un zinc de plus grande pureté. La qualité de zinc " Horsehead brand " contient en moyenne 99,94 % de zinc, 0, 045 % environ de plomb et 0, 003 % environ de cadmium .
Dans le mode de réalisation préféré, le présent alliage à base de zinc approprié au moulage en coquille est fait d'un zinc de base de grande pureté ne contenant pas plus de 0, 01 % de plomb plus cadmium. De préférence, l'alliage à base de zinc suivant l'invention contient environ 4 % d'alu- minium ,0,1 % de magnésium, 1 % de cuivre, le reste étant composé de zinc de grande pureté ne contenant pas plus de 0,01 % de plomb plus cadmium . L'étain doit être sensiblement exclu de l'alliage , et il ne faut en aucun cas que la teneur en étain excède environ 0,001 % .
Les tables suivantes représentent l'amélioration de'la résistance à la traction , après vieillissage , de quatre alliages C, D, E et F suivant l'invention , en compa- raison avec l'alliage B , qui est l'alliage D du brevet N 684.568 précité . Les tables font aussi ressortir les avantages des présents alliages en ce qui concerne la résis- tance au choc et la dilatation linéaire sur l'alliage A (alliage B du brevet ? 684.568 précité) analogues à ceux de l'alliage B ,.
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Table I Composition des alliages
Zinc contenant
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<tb> Alliage <SEP> Al. <SEP> Cu. <SEP> Mg. <SEP> Pb. <SEP> Cd.
<tb>
EMI7.2
4 ), 3 la 0,1 % 0,0025 % 0,002 %
EMI7.3
<tb> B <SEP> 4 <SEP> 0 <SEP> 0,1 <SEP> 0,0025 <SEP> 0,002
<tb>
<tb> C <SEP> 4 <SEP> 0,1 <SEP> 0,1 <SEP> 0, <SEP> 0025 <SEP> 0,002
<tb>
<tb>
<tb> D <SEP> 0,5 <SEP> 0,1 <SEP> 0,0025 <SEP> 0,002
<tb>
<tb>
<tb> E <SEP> 4 <SEP> 1 <SEP> 0,1 <SEP> 0,0025 <SEP> 0,002
<tb>
<tb>
<tb> F <SEP> 4 <SEP> 2 <SEP> 0,1 <SEP> 0,0025 <SEP> 0,002
<tb>
Table II 1 Charges de rupture à la traction en kg par cm2
EMI7.4
<tb> Eprouvettes <SEP> de <SEP> traction <SEP> plates
<tb> Venant <SEP> Après <SEP> exposition <SEP> à <SEP> la <SEP> Après <SEP> 30 <SEP> jours
<tb>
EMI7.5
Alliage d'être vapeur d'eau à 95 1 C texposition: coule pendant d'eau à 70.* f, :
'our, o-"ursÏ'c m rs r -iours;d eau à 70 .
A 628 3IO ; 304 3432 278 295
EMI7.6
<tb> B <SEP> 293 <SEP> @ <SEP> 255 <SEP> 236 <SEP> 224 <SEP> 205 <SEP> 230
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> C <SEP> 276 <SEP> 251 <SEP> 239 <SEP> 219 <SEP> 217 <SEP> 238
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> D <SEP> 278 <SEP> 259 <SEP> : <SEP> 240 <SEP> @ <SEP> 229 <SEP> 228 <SEP> 245
<tb>
<tb>
<tb> E <SEP> 300 <SEP> 266 <SEP> @ <SEP> 250 <SEP> 233 <SEP> 238 <SEP> 262
<tb>
<tb>
<tb> F <SEP> 302 <SEP> 268 <SEP> 262 <SEP> 256 <SEP> 254 <SEP> 261
<tb>
<tb>
<tb>
Table III Résistance au choc en kilogrammètres par cm2
EMI7.7
<tb> Venant <SEP> Après <SEP> exposition <SEP> à <SEP> la <SEP> Après <SEP> 30 <SEP> jours
<tb>
EMI7.8
d'être d'eau à 950 C cttixposition AlllË .1-! oepj wmj -j20 ,joursµ' eau à 70 Ô-V, 12,8 1 2 1 O,7 Ô O,4 ] O,4 O,5 A 3,8 0,7 Ot4 0,4 0,5
EMI7.9
<tb> B <SEP> @1,0 <SEP> 2,3 <SEP> 2,
1 <SEP> 2 <SEP> 2,5 <SEP> 1,7
<tb> C <SEP> @ <SEP> 2,7 <SEP> 4;2 <SEP> 2,6 <SEP> 1,9 <SEP> 2,3
<tb> D <SEP> @3,3 <SEP> 3,7 <SEP> 3,6 <SEP> 2,5 <SEP> 1,6 <SEP> 2,5
<tb> E <SEP> @3,6 <SEP> 4,1 <SEP> 3,7 <SEP> 2,9 <SEP> 1,4 <SEP> 2,8
<tb> F <SEP> @3,1 <SEP> 3,8 <SEP> 2,4 <SEP> 1,7 <SEP> 1,1 <SEP> @@ <SEP> 2,6
<tb>
Table IV
Dilatation linéaire en centièmes de
EMI7.10
Largeur millimètre itio Après 30 jours aBrès iE/)lllilliài Y5 d'exposition à aRrès vapeur aPeu d'exposition coulée pehdant 1 la vapeur 700, m m . ' ¯ d'eau à 70 Alliage, "''#' l our:5 ours:Io ours:20 oursleau à 700 C A 18,874 1,27 1,27 4,82 5,84 4,82 B 18,864 :' : 0,25 :
. 0,76 ! 2,28 "3,30 1,77' 18,874 0,51 0,25 1,77 z,55 0,51 D Î 18,87? 0,76 0 0,76 2'e'28 1,27
EMI7.11
<tb> E <SEP> 18,887 <SEP> 0,25 <SEP> @ <SEP> 0,25 <SEP> 1,52 <SEP> 1,77 <SEP> 0,51
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> F <SEP> 18,882: <SEP> 0 <SEP> ! <SEP> 0,25 <SEP> 1,77 <SEP> ! <SEP> 2,28 <SEP> @ <SEP> 0,25
<tb>
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Comme il ressort des tables qui précèdent , l'alliage suivant l'invention ,sous sa forme préférée , possède.une résistance à la traction notablement plus grande , à la fois à son état initial et après vieillissage , que la composition préférée faisant l'objet du brevet ? 684.568 précité .
En même temps , il présente, d'une façon analogue , la propriété de conserver à un degré remarquable ses dimensions et d'au- tres propriétés physiques après un vieillissage accéléré.
Ceci permet l'application de pièces moulées en coquille faites de cet alliage lorsqu'il est nécessaire que la pièce possède une résistance élevée et permanente à l'extension et que, en outre, les autres propriétés physiques de l'alliage ne soient pas diminuées à des températures élevées et en pré- sence d'humidité.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.