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Alliage aluminium-cuivre-magnésium
La présente invention concerne un alliage à base d'aluminium comprenant plus de 0,1 et moins de 3,5% de cuivre, de 0,02jusqu'à 3,5% de magnésium, de 0,1 jusqu'à 1,5 % de sili- cium, et de 0. à 1,5 % de manganèse. De tels alliages sont dénommés dans la technique, diaprés leurs composants principaux, des .alliages aluminium-cuivre-magnésium' L'alliage suivant l'invention est par- ticulièrement approprié à la fabrication de pièces mécaniques par matriçage à chaud et se prête bien, en outre, à un usinage par tournage, fraisage, etc., par enlèvement de copeaux.
L'invention est basée sur la remarque qu'une bonne aptitude à former des copeaux est due à la présence dans l'alliage de composants qui forment, avec l'aluminium à l'état liquide, une discontinuité de mélange. Dans le m'orne but, l'alliage suivant
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L'invention comporte encore les métaux plomb, bismuth et thallium.
Ces métaux additionnels peuvent, toutefois, être remplaces égale- ment par aes composés métalliques tels que, par exemple Mg3Bi2, Mg3Sb2, Mg3As2, etc., en combinaison, éventuellement, avec l'un ou plusieurs aes métaux aooitionnels précites. La totalité de ces matières additionnelles ne doit pas dépasser, en général, 8 %, la quantité particulièrement favorable des méta.ux dénommés étant de 1 à 3,5%, pris séparément ou en diverses combinaisons entre eux.
Avec un tel rapport quantitatif, on est sûr que, après la solidifica tion de 1-'alliage, les composants qui forment une discontinuité de mélange, avec l'aluminium à l'état liquide, sont contenus dans l'aluminium à l'état d'émulsion formée par des gouttes.
Dans les alliages suivant l'invention, il est en outre essentiel que les métaux additionnels se présentent dans un ,état de division particulièrement fin et uniforme. En réalité, ce n'est pas le seul fait de leur présence mais encore leur état de division qui joue un rôle essentiel pour que l'alliage se détache bien en copeaux. Cet état de division agit en outre, au point de vue de la possibilité de déformation de l'alliage suivant l'invention, de telle sorte que celui-ci se trouve parfaitement déformable à froid et à chaud. En ceci, il diffère justement des alliages dans lesquels les métaux additionnels sont distribués irrégulièrement et sous la forme de masses plus grandes.
Cet état de division poussé des composants ne se mélangeant pas complètement avec l'aluminium à l'état liquide est obtenu par l'addition d'autres métaux qui sont complètement miscibles, à l'état liquide, tant avec les compo- sants qui ne se mélangent pas complètement avec l'aluminium qu'avec l'aluminium lui-même et forment, de préférence, des mélanges eutec- tiques avec le plomb, le bismuth, ou le thallium. A ces métaux appartient par exemple l'étain dont la quantité peut aller jusqu'à 6,4%.
Comme autre métal additionnel, on peut mentionner le zinc
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@ qui peut être présent dans des quantités allant jusqu'à 5%. Par conséquent, l'alliage suivant l'invention comporte encore, en plus des composants ci-dessus mentionnés, les composants suivants: jusqu'à environ 8%, et de préférence de 1 à 3,5% de plomb, de bismuth ou de thallium séparément ou en combinaisons différentes entre eux, éventuellement jusqu'à 6,4% d'étain et éventuellement jusqu'à 5% de zinc.
Des études approfondies sur les inter-actions de la ma- tière et de l'outil pendant l'usinage par enlèvement de copeaux ont permis de déterminer que c'est précisément le point de fusion plus bas de la phase servant à raccourcir les copeaux qui est d'une importance primordiale pour l'enlèvement des copeaux. On sait en effet que, pendant cet usinage, les surfaces en contact de l'outil et de la pièce à usiner sont portées à des températures très élevées dont la valeur dépend justement de la manière et des conditions de l'usinage.
On estime, en général, que, dans les con- ditions usuelles de travail avec des alliages à base d'aluminium se prêtant à l'usinage par enlèvement de copeaux, les élévations de température sont de l'ordre de 100 à 300 C. La bonne aptitude de l'alliage suivant l'invention à se détacher sous forme de copeaux doit être attribuée, comme on l'a également reconnu, au fait que la formation de copeaux qui cassent court pendant l'usinage, ré- sulte de l'incorporation d'une phase à point de fusion bas qui, à la température existant sur l'outil, se trouve déjà fondue. La fusion de cette phase, qui agit donc comme "casseur de copeaux" se produit, comme l'ont montré d'autres expériences, d'une manière d'autant plus sûre que les particules incorporées dans l'alliage sont plus petites et que leur point de fusion est plus bas.
Ces constatations ont conduit à la théorie générale suivante, qui d'ailleurs n'est pas limitée à la présente invention ni aux al- liages à base d'aluminium destinés à être usinés sur des machines automatiques, mais qui s'applique à la production de tous matériaux @
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en général destinés à être usinés sur des machines automatiques.
On doit ajouter aux matériaux destinés à être usinés sur des ma- chines automatiques des particules de corps insolubles dans l'al- liage de base à l'état solide et se présentant, par conséquent, sous la forme d'une deuxième phase de point de fusion aussi bas que possible, de sorte qu'aux températures créées normalement pen- dant la formation de copeaux sur les outils des machines automa- tiques, il se produise une fusion des particules de la deuxième phase, qui sont de préférence à un état de division aussi poussé que possible.
Ces constatations donnent également l'explication du fait que l'étain, tout en étant par lui-même soluble à l'état liquide dans les alliages à base d'aluminium, agit, dans des allia- ges suivant l'invention, d'une manière efficace, en ce qui con- cerne le raccourcissement des copeaux. En effet, il entre dans l'alliage comme seconde phase, et,ceci sous forme d'un mélange eu- tectique d'aluminium et d'étain fondant à 2290, qui se liquéfie aux températures créées pendant l'usinage, en constituant une des raisons ou la raison de la formation des copeaux cassant court qui caractérisent les alliages suivant l'invention.
Comme exemple d'alliage suivant l'invention, on peut citer le suivant: On ajoute à un alliage aluminium-cuivre-magné- sium durcissable à chaud et comprenant 2% de cuivre, 0,75% de magnésium, 0,6% de manganèse et 1% de silicium, 2,5% de métaux qui lui donnent la bonne aptitude à former les copeaux sous forme d'un pré-alliage comprenant 50,1% de bismuth, 24,9% de plomb, 10,8% de cadmium et 14,2f d'étain, le reste étant de l'aluminium avec ses impuretés habituelles. Un tel alliage présente les pro- priétés mécaniques suivantes:
Limite élastique 42,3 - 44,5 kg/mm2
Résistance à la traction 46,8 - 49,2 kg/mm2
EMI4.1
Allongement J* 5 12,0 - 8,0%.
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Ces résultats ont été obtenus sur une barre ronde de 20 mm. de diamètre, trempée après chauffage à une température de 500 + 10 C et laissée ensuite, pendant 12heures, à la température de 175 C.
Des barres rondes obtenues en un alliage suivant l'invention et dans les mêmes conditions présentent la même aptitude à former les copeaux que le laiton de décolletage connu. L'alliage suivant l'invention peut comporter, en outre, encore jusqu'à 5% de zinc.
L'alliage suivant l'invention durcit par trempe après chauffage à la température de 500 + 10 C., ainsi qu'il a été recon- nu, et encore à la température ambiante. La plus grande partie du durcissement est obtenue déjà pendant les trois premiers jours, tandis que, dans les trois premières heures, on ne peut apercevoir aucun durcissement appréciable. On a toutefois trouvé que, même après une durée de durcissement de 28 jours, le durcissement à froid n'est pas encore terminé. Les allongements restent, lorsqu'on durcit à froid, les mêmes qu'après trempe.
Par contre, lorsque des alliages suivant l'invention, portés à l'incandescence et trempés, sont soumis au vieillissement à chaud à des températures de 150 à 200 C. a.près déjà 12 heures d'exposition à 175 , on obtient une meilleure valeur de la limite élastique et de la résistance à la traction, tandis que si on dépasse cette durée d'exposition, il se produit une diminution de la résistance. L'allongement à la rupture est fortement diminué par le durcissement à chaud, par- ticulièrement au commencement de l'opération de vieillissement à cette température et tend, si cette opération est prolongée, vers une valeur limite.
Des résultats mécaniques particulièrement favorables sont apportés par des pièces en alliages suivant l'invention, obtenues dans des presses à filer qui, sans ébauchage préalable à froid, sont durcies à chaud et, en outre éventuellement, vieillies à froid.
L'alliage suivant l'invention présente la même aptitude à la formation de copeaux que le laiton de décolletage qu'il peut
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remplacer dans certains cas, il donne, lorsqu'il est usiné au moyen d'outils qui enlèvent les copeaux, une surface extérieure propre et brillante.
En comparaison avec le laiton de décolletage, l'alliage suivant l'invention présente encore l'avantage essentiel qu'il se prête très bien à la fabrication de paliers.
Il est avantageux de procéder à la fabrication des al- liages suivant l'invention dans des fours à induction.