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Alliage à base de cuivre.'
La présente invention se rapporte aux compositions métalliques et plus particulièrement aux compositions utilisées dans la fabrication de coussinets et de baguettes de soudure pour la réparation ou le rechargement de ces pièces.
Un principe bien connu de la technique de la soudure oxyacétylénique est l'emploi d'une flamme fortement oxydante pour la soudure d'alliages de cuivre, tels que le laiton et le bronze, car, avec une telle flamme, la plupart des alliages usuels de cuivre peuvent être soudés avec succès, le métal déposé n'ayant aucune porosité spéciale. Cependant, des difficultés considérables sont rencontrées quand on cherche à souder des alliages de cuivre à forte teneur en plomb (alliages pour coussinets par exemple) car dans ce cas, une flamme beaucoup plus fortement oxydante est requise que lors de la soudure d'alliages de cuivre ne renfermant pas de plomb. Le caractère extrêmement oxydant de cette flamme
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amène la formation de scories fortement réfractaires dans le bain de fusion et il est difficile de ramener ces scories à la surface.
Comme cette difficulté n'a pu être complètement surmontée, on a considéré jusqu'ici la soudure de tels types d'alliages comme une opération très peu satisfaisante.
La présente invention cherche à améliorer les qualités soudantes des alliages de cuivre contenant une forte proportion de plomb, de manière à rendre possible, par l'emploi de la flamme voulue, l'obtention d'un dépôt de soudure de composition uniforme et dont la porosité est sensiblement nulle, ce dépôt ne comprenant pas de scories ou d'oxydes ni d'autres impuretés ou défauts ; l'invention tend en même temps à créer des bronzes pour coussinets, contenant du plomb, et qui soient suffisamment durs que pour fournir un excellent métal de coussinet.
Ces résultats sont obtenus en ajoutant du silicium aux alliages de cuivre contenant du plomb en forte proportion, ce qui donne un nouveau type d'alliage à forte dureté, malgré la présence d'une forte teneur en plomb.
Bien que le silicium ait été généralement considéré comme indésirable par les fondeurs de bronze, comme addition aux bronzes de coussinets, une telle ajoute, de l'ordre de 0,25 à 5 % aux bronzes au plomb constitue, d'après l'invention, un avantage, et donne un matériau pour coussinets ou pour baguettes de soudure, possédant des propriétés nouvelles de grand intérêt. Avec les quantités de silicium indiquées, la dureté est considérablement augmentée et en même temps la haute teneur en plomb désirable pour les surfaces de coussinets peut être maintenue sans inconvénient. Cette combinaison d'une plus grande dureté malgré une forte teneur en plomb a pour résultat une plus longue durée des coussinets comparativement à ceux sans silicium, et en outre ces alliages ont de meilleures propriétés de soudabilité.
Il a été trouvé que dans les baguettes de soudure, la présence de zinc avec ou sans phosphore a l'avantage d'améliorer
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les qualités de fluidité et de densité du métal déposé.
De plus, bien que le silicium soit généralement préféré comme agent de durcissement, on peut le remplacer, soit par du magnésium, soit par de l'aluminium, mais en proportions beaucoup plus faibles. Avec une teneur en silicium de 3 à 4%, la teneur en étain peut être ramenée à des valeurs plus faibles. Une teneur en étain de 8 à 10 % donne la proportion convenable de microconstituants durs répartis dans le ou les constituants doux d'un alliage à faible teneur en silicium.
La composition de base, qui peut être améliorée en concordance avec les principes de l'invention, est en substance : plomb 8 à 18 % étain 6 à 10 % cuivre le restant.
Cette composition est généralement connue comme alliage pour coussinets. 11 a été trouvé que pour améliorer les caractéristiques de soudure et les propriétés de cet alliage au point.de vue coussinets, l'ajoute d'une faible quantité de silicium à partir d'un quart de pour cent est suffisante, bien qu'une quantité supérieure à 5 %. soit désirable dans certains cas particuliers. Outre la silicium, une quantité de 0,50 à 6,00% de zinc est avantageuse, la quantité préférée étant de 3 à 4 %. Il a été également trouvé que les alliages contenant moins de 1 % de silicium sont relativement doux et que leurs propriétés mécaniques ne diffèrent pas essentiellement de celles de l'alliage de base, indépendamment de la teneur en zinc.
Cependant, dès que la teneur en silicium est supérieure à 1 %, la dureté de l'alliage augmente rapidement et, pour environ 6 % de silicium, on obtient un alliage quelque peu cassant. Par conséquent, il y a en général au moins deux types d'alliages que l'on peut employer à la fabrication de coussinets ou à la confection de baguettes de soudure pour la réparation ou le rechargement de coussinets. Le premier type de ces alliages est un bronze doux composé de :
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EMI4.1
<tb>
<tb> plomb <SEP> 12 <SEP> à <SEP> 15 <SEP> %
<tb>
EMI4.2
<tb>
<tb> étain <SEP> 8 <SEP> à <SEP> 10 <SEP> %
<tb> silicium <SEP> 0,5 <SEP> à. <SEP> 1,25 <SEP> % <SEP>
<tb> zinc <SEP> 3 <SEP> à <SEP> 4 <SEP> % <SEP>
<tb> cuivre <SEP> le <SEP> reste.
<tb>
Cet alliage a une dureté Brinell d'environ 55 à 65 et une microstructure similaire à celle des bronzes moulés en sable de composition normale usuelle pour coussinets.
Le deuxième type de ces alliages a la composition suivante :
EMI4.3
<tb>
<tb> plomb <SEP> 12 <SEP> à <SEP> 15 <SEP> %
<tb> étain <SEP> 8 <SEP> à <SEP> 10 <SEP> %
<tb> silicium <SEP> 2 <SEP> à <SEP> 4 <SEP> %
<tb> zinc <SEP> 3 <SEP> à <SEP> 4 <SEP> % <SEP>
<tb> cuivre <SEP> le <SEP> restant.
<tb>
Cet alliage est essentiellement différent du bronze pour coussinet standard en ce sens que sa dureté Brinell est de 100 à 190. Ses propriétés au point de vue coussinets sont considérablement supérieures à celles d'un alliage à teneur en silicium plus faible ou nulle, à cause des constituants durs et de la présence du composé cuivre-silicium qu'il renferme en outre du composé cuivre-étain. Ce type d'alliage a des caractéristiques de fluidité plus accentuées (quand il est employé pour des baguettes de soudure ou quand il est moulé) que l'alliage à plus faible teneur en silicium.
Au lieu de silicium, il est possiole d'employer du magnésium ou de l'aluminium comme agent de durcissement et de purification.
Ces deux éléments sont fortement scorificateurs et forment aisément une scorie sur la surface du métal, sous laquelle la soudure se fait d'une manière très satisfaisante. De faibles quantités de l'un ou l'autre de ces éléments sont avantageuses, mais on peut employer jusque 3 % d'aluminium sans inconvénient. En général, que l'on emploie le silicium, le magnésium ou l'aluminium comme désoxydant ou durcissant, la proportion la plus avantageuse de zinc paraît être comprise entre 3 à 5 %.
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Du phosphore peut être employé en même temps que le silicium et, conformément à la présente invention, la proportion de phosphore ajoutée sera comprise entre 0,5 et 3 %. Les alliages renfermant du phosphore coulent facilement et le métal déposé n'a pas de porosité. Le phosphore possède également la propriété de donner plus de dureté au cuivre en formant du phosphure de cuivre, qui est un constituant dur augmentant la durée des coussinets dont il fait partie.
Il peut être avantageux d'ajouter des quantités relativement faibles de nickel à certains des alliages décrits, ci-dessus. Ce nickel a probablement deux fonctions : d'abord, comme il est connu, il aide à maintenir le plomb en suspension de sorte que celui-ci se trouve uniformément réparti dans toute la masse ; ensuite, il se combine au silicium pour former un siliciure de nickel qui est lui-même un agent de durcissement pour les alliages de cuivre.
Ci-dessous, quelques compositions types d'alliages conformes à l'invention, la teneur en phosphore (0,5 à 3 %) n'étant pas indiquée :
EMI5.1
<tb>
<tb> Cuivre <SEP> Plomb <SEP> Etain <SEP> Silicium <SEP> Zinc <SEP> Nickel
<tb> 79,5 <SEP> % <SEP> 11,4 <SEP> % <SEP> 6,65 <SEP> % <SEP> 0,95 <SEP> % <SEP> ---
<tb> 74,1 <SEP> % <SEP> 10,3% <SEP> 7,5 <SEP> % <SEP> 0,80 <SEP> % <SEP> 5,19% <SEP> @
<tb>
EMI5.2
77,8 iô loe8 % 6,9 % O63 9 l,8 % 76,9 5 L0 ;! 7,1 i3 Oy31 ;
6 ,2,80$k ' ---
EMI5.3
<tb>
<tb> restant <SEP> --- <SEP> % <SEP> 12,3 <SEP> % <SEP> 8,0 <SEP> --- <SEP> ---
<tb>
EMI5.4
72,7 $ l4,7 % 8o % 0,84 4O % ---
EMI5.5
<tb>
<tb> 0,70%$ <SEP> 70,4% <SEP> 13,1% <SEP> restant <SEP> 2,0 <SEP> % <SEP> 5,1 <SEP> % <SEP> 2,3%
<tb> 79,5% <SEP> 10,2% <SEP> 8,5 <SEP> % <SEP> 2,6 <SEP> % <SEP> 1,1 <SEP> % <SEP> ---
<tb>
L'alliage conforme à l'invention comprend donc :'un bronze au plomb renfermant un agent fortement désoxydant, tel que silicium, aluminium ou magnésium, un agent augmentant la fluidité, tel que silicium, phosphore ou zinc et un agent de durcissement tel que silicium, phosphore ou nickel.
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Copper-based alloy. '
The present invention relates to metallic compositions and more particularly to the compositions used in the manufacture of pads and welding rods for repairing or resurfacing these parts.
A well-known principle of the oxy-acetylene welding technique is the use of a strongly oxidizing flame for the welding of copper alloys, such as brass and bronze, because, with such a flame, most common alloys copper can be successfully soldered, the deposited metal having no special porosity. However, considerable difficulties are encountered when seeking to solder copper alloys with a high lead content (bearing alloys for example) because in this case a much more strongly oxidizing flame is required than when soldering alloys of copper not containing lead. The extremely oxidizing nature of this flame
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causes the formation of highly refractory slag in the molten pool and it is difficult to bring this slag to the surface.
As this difficulty could not be completely overcome, the welding of such types of alloys has hitherto been considered a very unsatisfactory operation.
The present invention seeks to improve the soldering qualities of copper alloys containing a high proportion of lead, so as to make it possible, by using the desired flame, to obtain a solder deposit of uniform composition and whose porosity is substantially zero, this deposit not comprising any slag or oxides or other impurities or defects; the invention at the same time tends to create bronzes for pads, which contain lead, and which are sufficiently hard as to provide excellent pad metal.
These results are obtained by adding silicon to copper alloys containing lead in a high proportion, which gives a new type of alloy with high hardness, despite the presence of a high lead content.
Although silicon has generally been considered undesirable by bronze smelters as an addition to bearing bronzes, such an addition, of the order of 0.25 to 5% to lead bronzes constitutes, according to the invention. , an advantage, and gives a material for pads or for welding rods, having novel properties of great interest. With the indicated amounts of silicon the hardness is considerably increased and at the same time the high lead content desirable for the bearing surfaces can be maintained without inconvenience. This combination of greater hardness despite high lead content results in longer bearing life compared to those without silicon, and furthermore these alloys have better weldability properties.
It has been found that in solder rods, the presence of zinc with or without phosphorus has the advantage of improving
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the qualities of fluidity and density of the deposited metal.
In addition, although silicon is generally preferred as a curing agent, it can be replaced either by magnesium or by aluminum, but in much smaller proportions. With a silicon content of 3 to 4%, the tin content can be reduced to lower values. A tin content of 8-10% gives the proper proportion of hard micro-components distributed in the soft component (s) of a low silicon alloy.
The basic composition, which can be improved in accordance with the principles of the invention, is in substance: lead 8 to 18% tin 6 to 10% copper the remainder.
This composition is generally known as an alloy for bearings. It has been found that in order to improve the weld characteristics and the bearing properties of this alloy, the addition of a small amount of silicon starting from a quarter of a percent is sufficient, although amount greater than 5%. is desirable in certain particular cases. Besides silicon, an amount of 0.50 to 6.00% zinc is advantageous, the preferred amount being 3 to 4%. It has also been found that alloys containing less than 1% silicon are relatively soft and their mechanical properties do not differ substantially from those of the base alloy, regardless of the zinc content.
However, as soon as the silicon content is greater than 1%, the hardness of the alloy increases rapidly, and for about 6% silicon, a somewhat brittle alloy is obtained. In general, therefore, there are at least two types of alloys which can be employed in the manufacture of bearings or in the manufacture of solder rods for repairing or resurfacing of bearings. The first type of these alloys is a soft bronze composed of:
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EMI4.1
<tb>
<tb> lead <SEP> 12 <SEP> to <SEP> 15 <SEP>%
<tb>
EMI4.2
<tb>
<tb> tin <SEP> 8 <SEP> to <SEP> 10 <SEP>%
<tb> silicon <SEP> 0.5 <SEP> to. <SEP> 1.25 <SEP>% <SEP>
<tb> zinc <SEP> 3 <SEP> to <SEP> 4 <SEP>% <SEP>
<tb> copper <SEP> the <SEP> remains.
<tb>
This alloy has a Brinell hardness of about 55 to 65 and a microstructure similar to that of sand cast bronzes of usual normal composition for bearings.
The second type of these alloys has the following composition:
EMI4.3
<tb>
<tb> lead <SEP> 12 <SEP> to <SEP> 15 <SEP>%
<tb> tin <SEP> 8 <SEP> to <SEP> 10 <SEP>%
<tb> silicon <SEP> 2 <SEP> to <SEP> 4 <SEP>%
<tb> zinc <SEP> 3 <SEP> to <SEP> 4 <SEP>% <SEP>
<tb> copper <SEP> the remaining <SEP>.
<tb>
This alloy is essentially different from standard bushing bronze in that its Brinell hardness is 100 to 190. Its bearing properties are considerably superior to those of a lower or no silicon alloy due to hard constituents and the presence of the copper-silicon compound that it also contains the copper-tin compound. This type of alloy has more pronounced flow characteristics (when used for welding rods or when cast) than the lower silicon alloy.
Instead of silicon, it is possible to use magnesium or aluminum as the hardening and purifying agent.
These two elements are strong scorifiers and easily form a slag on the surface of the metal, under which the soldering is done very satisfactorily. Small amounts of either of these are advantageous, but up to 3% aluminum can be used without disadvantage. In general, whether one employs silicon, magnesium or aluminum as a deoxidizer or hardener, the most desirable proportion of zinc appears to be between 3 and 5%.
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Phosphorus can be used along with silicon, and in accordance with the present invention, the proportion of phosphorus added will be between 0.5 and 3%. Alloys containing phosphorus flow easily and the deposited metal has no porosity. Phosphorus also has the property of giving copper more hardness by forming copper phosphide, which is a hard constituent which increases the life of the pads of which it is a part.
It may be advantageous to add relatively small amounts of nickel to some of the alloys described, above. This nickel probably has two functions: first, as it is known, it helps to keep the lead in suspension so that it is evenly distributed throughout the mass; then it combines with silicon to form nickel silicide which is itself a hardening agent for copper alloys.
Below, a few typical alloy compositions in accordance with the invention, the phosphorus content (0.5 to 3%) not being indicated:
EMI5.1
<tb>
<tb> Copper <SEP> Lead <SEP> Tin <SEP> Silicon <SEP> Zinc <SEP> Nickel
<tb> 79.5 <SEP>% <SEP> 11.4 <SEP>% <SEP> 6.65 <SEP>% <SEP> 0.95 <SEP>% <SEP> ---
<tb> 74.1 <SEP>% <SEP> 10.3% <SEP> 7.5 <SEP>% <SEP> 0.80 <SEP>% <SEP> 5.19% <SEP> @
<tb>
EMI5.2
77.8 iô loe8% 6.9% O63 9 l, 8% 76.9 5 L0;! 7.113 Oy31;
$ 6, 2.80 k '---
EMI5.3
<tb>
<tb> remaining <SEP> --- <SEP>% <SEP> 12.3 <SEP>% <SEP> 8.0 <SEP> --- <SEP> ---
<tb>
EMI5.4
$ 72.7 l4.7% 8o% 0.84 4O% ---
EMI5.5
<tb>
<tb> 0.70% $ <SEP> 70.4% <SEP> 13.1% <SEP> remaining <SEP> 2.0 <SEP>% <SEP> 5.1 <SEP>% <SEP> 2 , 3%
<tb> 79.5% <SEP> 10.2% <SEP> 8.5 <SEP>% <SEP> 2.6 <SEP>% <SEP> 1.1 <SEP>% <SEP> ---
<tb>
The alloy in accordance with the invention therefore comprises: 'a lead bronze containing a strong deoxidizing agent, such as silicon, aluminum or magnesium, an agent increasing the fluidity, such as silicon, phosphorus or zinc and a hardening agent such as silicon, phosphorus or nickel.