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"ALLIAGES METALLIQUES"
Les alliages suivant l'invention ressemblent d'une manière géné- rale au laiton ou au bronze, et peuvent être appelés d'une manière appro- priée laitons ou bronze 'blancs. La base de ces alliages est le zinc, le cuivre et le manganèse, et leurs propriétés caractéristiques nouvelles et améliorées sont dues en premier lieu à la présence d'une faible quantité de silicium et en second lieu à celle d'une faible quantité d'aluminium que les alliages contiennent de préférence avec le silicium.
Outre que le silicium et l'aluminium font acquérir d'autres propriétés physiques aval- tageuses aux alliages, ils agissent à titre d'anti-oxydants en empêchant
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l'oxydation des éléments d'alliage, en particulier du manganèse, pendant la préparation de l'alliage, et pendant qu'on le refond ultérieurement.
Les alliages suivant l'invention, dans son acception la plus
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large, contiennent de 15 à 5?,5 de zinc, de 7,5 a. 30 de manganèse, de 0,25% à 2, et de préférence de 0,25 à 1% de silicium, et an moins de 50 à 77% environ de cuivre. En outre, ils contiennent de préférence de 0,1 3, 2,, et plus particulièrement de 0,1 il 0,5 d'aluminium. Les allia- ges particulièrement avantageux suivant l'invention contiennent de 18 à 23%, de préférence environ 21% de zinc, de i5 20, de préférence en- viron I8 de manganèse, de 0$25 à in, de préférence environ 1% de sili- cium, de 0,1 1l 0,5%, de préférence environ 0,5 d'aluminium, et 811. moins 52% environ à. 67% environ, de préférence de 55 à fiez de cuivre.
D'autres alliages particulièrement avantageux suivant l'invention contiennent de 20 à 25%. de préférence environ 22% de zinc, de 7,5 à 12,5%, de prêté- rence environ la(. de manganèse, de 0,25 à 1, de préférence environ z de silicium, de 0,1 à 0,5%, de préférence environ 0,5'{. d'aluminium, et au moins 5? , environ, iL ?2 environ, de préférence de 62 à 88% de cuivre.
La présence du silicium fait augmenter la résistance à la trac- tion et la dureté, diminue l'allongemant, et fait diminuer la grosseur
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des gratns de l'alliage. Le fer exerce une action analogue à celle du si- liai= à ce point de vue, mais en présence du silicium, il exerce une in- fluence nuisible sur la résistance à la traction. Par suite, quoique l'alliage puisse contenir une faible quantité de fer, parfois sans forme d'une impureté des éléments d'alliage, on préfère limiter la teneur en
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fer des alliages suivant l'invention 1 0,15% au plus. L'alliage peut aussi contenir de faibles quantités de plomb, par exemple de 0,1 à 3%.
Comme dans le laiton ordinaire, le plomb fait acquérir à l'alliage des propriétés avantageuses au point de vue de son aptitude à être usiné.
Le dessin oi-joint représente des diagrammes à triple entrée faisant apparaître certaines des excellentes propriétés physiques des alliages suivant l'invention. Sur le dessin t
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Les figures 1, 2 et 3 sont des diagrammes à triple entrée indi- quant respectivement les résistances à la traction, les allongements à la traction, et les duretés Brinell des alliages de zinc-manganèse-cuivre, coules en sable, oontenant 1% de silicium, et
Les figures 4,5 et 6 sont des diagrammes à triple entrée sem- blables respectivement des résistances à la traction, allongements à la traotion et dureté Brinell des alliages de zinc-manganèse-ouivre conte- nant 1% de silicium, et 0,5% d'aluminium.
Sur tous les diagrammes, les teneurs en zinc et manganèse sont reportées directement sous forme de pourcentages de 0 à 50%. La teneur en cuivre est reportée sous forme de somme des teneurs en cuivre et autres éléments d'alliage pour les pourcentages de 50; à 100%. Par suite, d'a- près les diagrammes, la teneur en cuivre contient la teneur de 1% de sili- cium, figures 1,2 et 3, et celles de 1% de silicium et 0,5% d'aluminium, figures 4,5 et 6, plus celles des autres éléments d'alliages éventuels, tel que le plomb, que l'alliage peut contenir, Les symboles Zn, Mn et Ou représentent respectivement les sommets riches en zinc, riches en manga- nèse, et riches en cuivre des diagrammes. Le tringle en trait gras de chaque diagramme contient les alliages suivant l'invention, dans son ac- ception la plus large.
Les résistances à la traction ont été déterminées en Kilogrammes par millimètre carré, les allongements à la traction ont été déterminée en % sur une éprouvette d'essai de 50 mm de longueur entre repères, et les duretés Brinell ont été déterminées sous une charge de 500 Kgs avec une bille de 10 mm. de diamètre..
En examinant les diagrammes on voit que la résistance à la trac- tion des alliages contenant du silicium sans aluminium, figure 1, varie entre un peu moins de 38,6 et un peu plus de 42,2 Kgs/mm2, et qu'en ajou- tant de l'aluminium à l'alliage, figure 4, la résistance la traction va- rie entre environ 35,1 et 49,2 Kgs/mm2. L'allongement à la traction des alliage? contenant du silioium sans aluminium, figure 2, varie d'un peu moins de 5% à un peu plus de 15%, et avec addition d'aluminium dans
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l'alliage, figure 5, l'allongement à la traction varie entre environ 5% et environ 20%.
La dureté Brinell des alliages contenant du silicium sans aluminium, figure 3, varie entre un peu moins de 100 et un peu plus de 120, et avec addition d'aluminium dans l'alliage, figure 6, la dureté Brinell varie entre un peu moins de 110 à environ 170. En général, le silicium en proportion inférieure à 1% fait augmenter la résistance à la traction et la dureté de l'alliage de zinc-manganèse-ouivre, d'mne manière avantageuse, mais au. dépens d'une certaine perte d'allongement 5. la traction. En proportions supérieures à 1%, le silicium fait aug- menter progressivement la dureté Brinell, mais diminuer la résistance à la traction et l'allongement. Jusque et y compris environ 2%, l'alu- minium améliore la résistance à la traction et la dureté, mais fait di- minuer l'allongement à la traction.
Outre les autres propriétés qu'ils font acquérir à. l'alliage, le silicium et l'aluminium exercent tous les deux une action anti-oxydante, l'aluminium étant plus avantageux à ce point de vue que le silicium.
Les alliagea suivant l'invention se préparent et se manipulent de préférence dans des creusets en argile-siliciure de carbone, et en charbon-siliciure de carbone. On peut employer des creusets en acier pour la refonte sans risque de contamination excessive par le fer, mais ils doivent être évités dans la préparation de l'alliage. Les creusets en oxydes réfraotaires, tels que l'alumine et la magnésie, peuvent aussi être employés.
Pour préparer l'alliage, on fond d'abord le cuivre et on l'a- mène à une température suffisamment élevée pour qu'il ne se solidifie pas lorsqu'on y ajoute ensuite les autres éléments d'alliage. Puis on ajoute le manganèse par petites portions jusqu'à, ce que la totalitéde l'addition soit dissoute dans le cuivre. Il convient à ce moment d'ajouter une petite quantité de borax pour dégager l'oxyde de la surface du métal fondu (bain).
La quantité de borax est de préférence inférieure à celle qui est nécessaire pour former une couche fondue continue, la solution
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la plus avantageuse consistant à former des globules de borax fondu, qui dissolvent l'oxyde de la surface ou forment un flux aveo lui, puis se rassemblent au voisinage de la paroi du creuset en laissant libre la portion centrale dans laquelle peuvent être faites les autres additions.
Le borax ayant ainsi débarrassé la surface du bain de l'oxyde, on intro- duit dans le bain de zinc et le silicium (celui-ci sous forme d'agent de durcissement de cuivre-silicium, contenant environ 15 de silicium) et on agite le bain tout entier pour obtenir une composition uniforme , Lorsque l'alliage doit contenir de l'aluminium, on l'ajoute ensuite par petits morceaux posés sur la surface du bain, qu'on laisse dissoudre tranquillement sans agiter le bain. On introduit ainsi une quantité d'a- luminium plus forte dans le bain final que celle qu'on obtiendrait en plongeant l'aluminium au-dessous de la surface du bain. Les opérations finales consistent à agiter vigoureusement, à laisser le bain reposer pen- dant quelques minutes pour permettre aux oxydes entraînés d'atteindre la surface, puis on enlève l'écume et on coule.
On peut employer pour préparer les alliages suivant l'invention des plaques de cathodes en cuivre électrolytique ou tout autre cuivre de bonne qualité du commerce. Le zinc est de préférence un métal de qualité supérieure contenant 99,99% de zinc. Le manganèse lectrolytique est la forme qu'on choisit de préférence pour cet élément. Quoiqu'on emploie de préférence des métaux d'une très grande pureté, on peut obtenir des al - liages possédant de bonnes propriétés avec des métaux ou alliages du com- merce de pureté satisfaisante.
Les alliages suivant l'invention fondent à une température com- prise entre 800 et 850 C environ, température qui dépend dans une large mesure de la teneur en cuivre et qui est d'autant plus élevée que cette teneur est plus torte et qu'ils se coulent extrêmement bien. Par exemple, l'alliage contenant 21% de zinc, 18% de manganèse, 1% de silicium, 0,5% d'aluminium et le complément étant en principe du cuivre fond vers 825 C et peut être coulé à une température comprise entre 850 et plus de 1000 C.
L'intervalle des températures de coulée auquel on donne la préférence est
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compris entre 850 et 900 C. Cet alliage peut être coulé très facilement en sable, dans les moules en sable vert normal, courants dans l'industrie de la fonderie, suivant les pratiques courantes de coulée et de moulage dans l'industrie. Le retrait de l'alliage pendant la solidification est considérable comme dans un grand nombre d'alliages industriels coulés en sable, et les procédés de traitement de ces alliages sont connus et . appliqués dans la pratique de la fonderie industrielle. La tolérance de retrait des modèles pour l'alliage est de 15,6 mm/m. La densité est de 8,19 Kgs/cm3.
Un avantage remarquable de l'alliage coulé en sable consiste dans le fait que le sable n'adhère pas à la pièce moulée et peut être fa- cilement enlevé en la secouant ou par un jet d'air. La plupart des allia- ges de fonderie industrielle doivent être décapés au jet de sable pour éliminer de leur surface le sable 'brûlé. Les alliages suivant l'Invention peuvent être coulés, non seulement en sable, mais encore en coquille ou en coquille sous pression.
Les alliages suivant l'invention, en particulier ceux qui con- tiennent de l'aluminium, conservent parfaitement leur composition au cours de la fabrication et de la refonte. Les alliages as zinc, manganèse et cuivre, ne contenant ni silicium ni aluminium, se recouvrent d'une pelli- cule épaisse d'oxyde brun, qui est de l'oxyde manganeux (MnO) et sont de traitement difficile. L'incorporation d'un anti-oxydant dans les alliages suivant l'invention empêche d'une manière efficace l'oxydation de la sur- face de l'alliage et la perte de manganèse à la refonte.
Les alliages suivant l'invention possèdent des propriétés avan- tageuses de résistance à la corrosion. Par exemple, ils résistent à l'ac- tion de l'eau de mer, des acides et alcalis dilués, mieux que la plupart des types de laiton et de bronze actuellement connus.
Ils sont faciles à usiner ; ainsi qu'il a déjà été dit, l'incor- poration de plomb, par exemple en proportion de 0,5 à 3% améliore leur ap- titude à être usinés. Par exemple, ces alliages sous forme de barres pour tours automatiques peuvent contenir avantageusement environ 2% de plomb.
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Ils peuvent concurrencer les bronzes, y compris les bronzes à l'étain et à l'aluminium, et dans certains cas leur sont supérieurs , Ils peuvent donc servir avec avantage à fabriquer les hélices et pièces diverses de navires, telles que les tiges de soupapes, etc..
Une autre propriété remarquable des alliages suivant l'inven- tion (en particulier ceux qui contiennent 18 à 23% de zino, 15 à 20% de manganèse, 0,25 à 1% de silicium, 0,1 à 0,5% d'aluminium et 52 67% de cuivre) consiste dans le fait qu'ils conservent leurs excellentes pro- priétés physiques aux températures élevées.
Par exemple, la résistance à la traction, l'allongement à la traction et la limite élastique (ef - fort provoquant une déformation de 0,5% sous charge) des alliages res- tent sensiblement sana changement entre la température ambiante jusqu'3, 260'C, Au-dessus de 260 C et jusqu'à 427'C, la résistance à la traction diminua légèrement ; l'allongement à la rupture augmente notablement et la limite élastique ne subit que peu de changement. Ces propriétés sont remarquables si on les compare à celles d'un bronze courant (88% de cui- vre, 8% d'étain et 4% de zinc) ainsi qu'on peut le voir d'après le tableau. suivant.
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Etant donné que les alliages suivant l'invention conservent par- faitement leur résistance aux températures élevées, ils conviennent à la fabrication des places de machines à vapeur et aux autres applications exi- geant une forte résistance aux températures modérées.