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"ALLIAGES METALLIQUES"
L'invention concerne les alliages métalliques et en particulier les alliages de zinc, cuivre et manganèse, du type du laiton, et a pour objet des alliages améliorés de ce type.
Les alliages suivant l'invention ressemblent d'une manière générale au laiton ou au bronze et peuvent être appe- lés d'une manière appropriée laitons ou bronzes blancs. La base de ces alliages est le zinc, le cuivre et le manganèse, et leurs propriétés caractéristiques nouvelles et améliorées sont dues à la présence de faibles quantités de silicium, et de glucinium. Outre que le silicium et le glucinium font acquérir d'autres propriétés physiques avantageuses.aux al- liages, ils agissent à titre d'anti-oxydants en empêchant ,l'oxydation des élélents d'alliage, en particulier du man-
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ganèse pendant la préparation de l'alliage et pendant qu'on le refond ultérieurement, le glucinium étant plus avantageux à cet effet que le silicium.
Les alliages suivant l'invention, dans son accep- tion la plus large, contiennent de 15 à 37,5 % de zinc, de 7,5 à 30 % de manganèse, de 0,25 à 2 %, et de préférence de 0,25 à 1 % de silicium, de 0,005 à 2 %, et de préférence de 0,01 à 0,5 % de glucinium, et au moins 50 à 77% environ de.cuivre. Ces alliages sont caractérisés par leurs excel- lentes propriétés physiques, telles que la résistance à la traction, l'allongement à la traction et la dureté. En géné- ral, le silicium en proportion inférieure à 1 % augmente la résistance à la traction et la dureté de l'alliage d'une manière avantageuse, quoiqu'aux dépens d'une certaine di- minution de l'allongement à la traction.
En proportion su- périeure à 1 %, le silicium fait augmenter progressivement la dureté mais diminuer la résistance à la traction et l'allongement.
Les alliages particulièrement avantageux suivant l'invention contiennent de 18 à 23 %, de préférence envi- rou 21 % de zinc, de 15 à 20 % de préférence environ 18 %. de manganèse, de 0,25 à 1 %, de préférence environ 1 % de 'silicium, de 0,01 à 0,2 %, de préférence environ 0,08 % de glucinium, et au mêlas 50 à 67 % environ, depréférence 54 à
60 % de cuivre.
D'autres alliages très avantageux suivant l'inventioa contiennent de 20 à 25 %, de préférence environ
22 % de zinc, de 7,5 à 12,5 % de préférence[environ 10 % de manganèse, de 0,25 à 1 %, de préférence environ 1 % de silicium, de 0,01 à 0,2 %, de préférence environ 0,08 % de gluciniun. et au moins 56 % à environ 72 %, de préférence de
61 à 67 % de cuivre.
Outre que le silicium augmente la résistance à la traction et la dureté, il fait diminuer la grosseur des grains de l'alliage. Le fer exerce une action analogue à cel- le du silicium à ce point de vue, mais en présence du sili- cium exerce une influence nuisible sur la résistance à la traction. Par suite, quoique l'alliage puisse contenir une faible quantité de fer, parfois sous forme d'une impureté des éléments d'alliage, on préfère limiter la teneur en fer des alliages suivant l'invention à 0,15 % au. plus. L'alliage peut aussi contenir de faibles quantités de plomb, par exemple de 0,1à 3 %,- sans que ce métal exerce une action nuisible sensible sur le métal coulé.
Comme dans le laiton ordinaire, le plomb fait acquérir à l'alliage des propriétés avantageu- ses au point de vue de son aptitude à être usiné.
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Les alliages 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 réfractaires, tels que l'alumine et la magnésie, peuvent aussi être employés.
Pour préparer les alliages suivant ltinvention, on introduit de préférence le silicium et le glucinium sous forme d'agents de durcissement de cuivre-silicium, et de cuivre-glucinium, ou d'alliages. On fond d'abord ensemble le cuivre et l'agent de durcissement de cuivre-glucinium (contenant environ 4% de glucinium) et on les amène à une température suffisamment élevée pour qu'ils ne se solidi- fient pas lorsqu'on y ajoute ensuite les autres. éléments d'alliage. Puis on ajoute le manganèse par petites por- tions jusqu'à ce que la totalité de l'addit ion soit dissoute.
Il convient, à ce moment, d'ajouter une petite quantité de borax pour dégager l'oxyde éventuel de la surface du métal fondu (bain). La quantité de borax est de préférence infé- rieure à celle qui est nécessaire pour former une couche fondue continue, la solution la plus avantageuse consistant à former des globules de borax fondu, qui dissolvent l'oxyde de la surface ou forment un flux avec lui, puis se rassemblai au voisinage de la paroi du creuset en laissant libre la portion centrale dans laquelle peuvent être faites d'autres additions.
Le borax ayant ainsi débarrassé la surface du .bain, on introduit dans le bain le zinc et le silicium (ce- lui-ci sous forme d'agent de durcissement du cuivre-silicium, contenant environ 15 % de silicium) et on agite le bain tout entier pour obtenir une composition unif orme. Puis on laisse reposer le bain pendant quelques minutes pour permettre aux oxydes datrainés d'atteindre la surface, on enlève l'écume et on coule.
On peut employer pour préparer les alliages sui- vânt l'invention des plaques de cathodes en cuivre électroly- tique ou tout autre cuivre de bonne qualité du commerce. Le zinc est de préférence un métal de qualité supérieure con- tenant 99,99 % de zinc. Le manganèse électrolytique est la forme que l'on choisit de préférence pour cet élément.
Quoiqu'on emploie de préférence des métaux d'une très grande pureté, on peut obtenir des alliages possédant de bonnes propriétés avec des métaux ou alliages du commerce, de pure- té satisfaisante.
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Les alliages suivant l'invention fondent à une température comprise entre 890 et 950 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 forte, et se coulent extrêmement bien; par exemple l'alliage con- tenant 21 % de zinc, 18 % de manganèse, 1 % de silicium, 0,1 % de glucinium, le complément étant en principe du cuivre, fond vers 82500, et peut être coulé à une température'com- prise entre 850 et plus de 1.000 C. L'intervalle des tempéra- tures de coulée auxquelles on donne la préférence est com- pris entre 850 et 900 0.
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 pra- tiques courantes de moulage et de coulée dans l'industrie.
Le retrait de l'alliage pendant la solidification est consi- dérable, comme dans un grand nombre d'alliages industriels coulés en sable, et les procédés de traitement de ces allia- ges sont bien connus et appliqués dans la pratique de la fonderie industrielle. La tolérance de retrait des modèles pour l'alliage est de 15,6 mm par mètre. La densité est de 8,19 Kg/dmc. 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 facilement enlevé en la secouant ou par un jet d'air. La plupart des alliages de fonderie industriels doivent être décapés au jet de sable pour éliminer de leur surface le sable brûlé. Les alliages suivant l'inven- tion peuvent être coulés non seulement en sable, mais encore -en coquille ou en coquille sous pression.
Les alliages suivant l'invention conservent parfai- tement leur composition au cours de la fabrication et de la refonte. Les alliages de zinc, manganèse et cuivre ne conte- nant ni silicium, ni glucinium, se recouvrent d'une pellicule épaisse d'oxyde brun, qui est de l'oxyde manganeux (MnO) et sont de traitement difficile. L'incorporation des anti- oxydants dans les alliages suivant l'invention empêche d'une manière .efficace l'oxydation de la surface de l'alliage et la perte de manganèse à la refonte.
Les alliages suivant l'invention possèdent des pro- priétés avantageuses de résistance à la corrosion. Par exem- ple, ils résistent à l'action de l'eau de mer, des acides et alcalis dilués, mieux que la plupart des types de laitons et de bronzes actuellement connus. ils sont faciles à usiner; ainsi qu'il a déjà été
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dit l'incorporation de plomb, par exemple en proportion de 0,5 à 3% améliore leur aptitude à être usinés. Par exemple,
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ces alliages sous forme de barres pour tom-sautcmatiques peuvent contenir avantageusement environ 2% de plomb.
Ils peuvent concurrencer les bronzes, y compris
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les, bronzes à l'étain et à l'aluminium, ct da.us C'8:r't¯.:.rp ci-, leur "ont <-u:,Óric lTS. Ils peuvent '''onc servir avec :V"I1-- tage à fabriquer les t/licc'3 Dt )j,3C.... ..iv2Nas Ce navires, telles qae lus tijes ée soupape, sic.
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"METAL ALLOYS"
The invention relates to metal alloys and in particular to zinc, copper and manganese alloys, of the brass type, and relates to improved alloys of this type.
The alloys according to the invention generally resemble brass or bronze and may suitably be referred to as brasses or white bronzes. The basis of these alloys is zinc, copper and manganese, and their new and improved characteristic properties are due to the presence of small amounts of silicon, and glucinium. Besides the fact that silicon and glucinium give other advantageous physical properties to alloys, they act as anti-oxidants by preventing the oxidation of alloying elements, in particular of man-.
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ganesis during the preparation of the alloy and while it is subsequently remelted, glucinium being more advantageous for this purpose than silicon.
The alloys according to the invention, in its broadest sense, contain from 15 to 37.5% zinc, 7.5 to 30% manganese, 0.25 to 2%, and preferably 0 , 25 to 1% silicon, 0.005 to 2%, and preferably 0.01 to 0.5% glucinium, and at least about 50 to 77% copper. These alloys are characterized by their excellent physical properties, such as tensile strength, tensile elongation and hardness. In general, silicon in a proportion of less than 1% increases the tensile strength and hardness of the alloy in an advantageous manner, albeit at the expense of some reduction in the tensile elongation. .
In a proportion greater than 1%, silicon gradually increases the hardness but decreases the tensile strength and elongation.
Particularly advantageous alloys according to the invention contain 18 to 23%, preferably about 21% zinc, 15 to 20%, preferably about 18%. manganese, 0.25 to 1%, preferably about 1% silicon, 0.01 to 0.2%, preferably about 0.08% glucinium, and in the mix about 50 to 67%, preferably 54 to
60% copper.
Other very advantageous alloys according to the invention contain from 20 to 25%, preferably approximately
22% zinc, preferably 7.5 to 12.5% [about 10% manganese, 0.25 to 1%, preferably about 1% silicon, 0.01 to 0.2%, preferably about 0.08% gluciniun. and at least 56% to about 72%, preferably of
61 to 67% copper.
Besides that silicon increases the tensile strength and hardness, it decreases the grain size of the alloy. Iron exerts an action analogous to silicon in this respect, but in the presence of silicon exerts a deleterious influence on tensile strength. Therefore, although the alloy may contain a small amount of iron, sometimes as an impurity of the alloying elements, it is preferred to limit the iron content of the alloys according to the invention to 0.15% au. more. The alloy can also contain small amounts of lead, for example from 0.1 to 3%, - without this metal exerting an appreciable harmful action on the cast metal.
As in ordinary brass, lead causes the alloy to acquire advantageous properties from the point of view of its machinability.
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The alloys according to the invention are prepared and handled from. preferably in clay-carbon silicide and carbon-carbon silicide crucibles. Steel crucibles can be used for remelting without risk of excessive iron contamination, but they should be avoided in the preparation of the alloy. Crucibles made from refractory oxides, such as alumina and magnesia, can also be used.
In order to prepare the alloys according to the invention, the silicon and the glucinium are preferably introduced in the form of curing agents for copper-silicon, and of copper-glucinium, or of alloys. The copper and the copper-glucinium curing agent (containing about 4% glucinium) are first melted together and brought to a temperature high enough that they do not solidify when added. then the others. alloy elements. Then the manganese is added in small portions until all of the additive is dissolved.
It is advisable, at this time, to add a small quantity of borax to release any oxide from the surface of the molten metal (bath). The quantity of borax is preferably less than that which is necessary to form a continuous molten layer, the most advantageous solution being to form globules of molten borax, which dissolve the oxide from the surface or form a flux with it. , then gathered in the vicinity of the wall of the crucible, leaving free the central portion in which other additions can be made.
The borax having thus cleared the surface of the bath, the zinc and silicon (the latter in the form of copper-silicon curing agent, containing about 15% silicon) are introduced into the bath and the mixture is stirred. whole bath to obtain a uniform composition. Then the bath is left to stand for a few minutes to allow the entrained oxides to reach the surface, the scum is removed and one sinks.
In preparing the alloys according to the invention, cathode plates of electrolytic copper or any other good quality commercially available copper can be employed. Zinc is preferably a premium metal containing 99.99% zinc. Electrolytic manganese is the preferred form for this element.
Although metals of very high purity are preferably employed, alloys having good properties can be obtained with commercial metals or alloys of satisfactory purity.
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The alloys according to the invention melt at a temperature of between 890 and 950 C approximately, a temperature which depends to a large extent on the copper content, and. which is all the higher the higher this content, and flow extremely well; for example the alloy containing 21% zinc, 18% manganese, 1% silicon, 0.1% glucinium, the remainder being in principle copper, melts around 82500, and can be cast at a temperature ' range between 850 and more than 1000 C. The range of casting temperatures to which the preference is given is between 850 and 900 0.
This alloy can be very easily cast to sand in normal green sand molds common in the foundry industry, following common casting and casting practices in the industry.
The shrinkage of the alloy during solidification is considerable, as in many industrial sand cast alloys, and the methods of treating these alloys are well known and applied in industrial foundry practice. The model shrinkage tolerance for the alloy is 15.6mm per meter. The density is 8.19 Kg / dmc. A remarkable advantage of the sand cast alloy is that the sand does not adhere to the casting and can be easily removed by shaking it or by a jet of air. Most industrial foundry alloys require sandblasting to remove burnt sand from their surface. The alloys according to the invention can be cast not only in sand, but also in shell or shell under pressure.
The alloys according to the invention perfectly retain their composition during manufacture and remelting. Zinc, manganese and copper alloys containing neither silicon nor glucinium, are covered with a thick film of brown oxide, which is manganous oxide (MnO) and are difficult to process. The incorporation of antioxidants into the alloys according to the invention effectively prevents oxidation of the alloy surface and the loss of manganese on remelting.
The alloys according to the invention have advantageous properties of corrosion resistance. For example, they resist the action of sea water, dilute acids and alkalis better than most types of brass and bronze currently known. they are easy to machine; as it has already been
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said the incorporation of lead, for example in a proportion of 0.5 to 3% improves their ability to be machined. For example,
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these alloys in the form of tom-jump bars may advantageously contain about 2% lead.
They can compete with bronzes, including
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the, tin and aluminum bronzes, ct da.us C'8: r't¯.:. rp ci-, their "have <-u:, Óric lTS. They can '' 'onc serve with: V "I1-- stage to manufacture the t / licc'3 Dt) j, 3C .... ..iv2Nas This vessels, such as lus tijes ée valve, sic.