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"ALLIAGES METALLIQUES"
L'invention concerne les alliages métalliques et en particulier les alliages 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 et au bronze et peuvent être appe- lés d'une manière appropriée laiton ou bronze blanc. 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 d'aluminium et de fer.,Outre que l'aluminium fait acquérir d'autres proprié- tés physiques avantageuses,aux alliages, il agit à titre d'anti-oxydant en empêchant l'oxydation des éléments d'allia- ge, en particulier du manganèse pendant la préparation de
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l'alliage et pendant qu'on le refond ultérieurement, Le fer, qui fait acquérir d'autres propriétés physiques avantageu- ses aux alliages (en particulier sous leur forme coulée),
en rend également les grains plus fins.
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 0,05 à 2% et de préférence de 0,1 à 0,5% d'aluminium, de 0,1 à 4% et de préférence de 1 à 3% de fer et au moins 50% à 77% environ de cuivre. Ces alliages sont caractérisés par leurs excellentes propriétés physiques, telles que la résistance à la traction, l'allongement à la traction et la dureté. Des alliages particulièrement avanta- geux suivant l'invention contiennent de 18 à 23% et de pré- férence environ 21% de zinc, de 15 à 20% et de préférence environ 18% de manganèse, de 0,1 à 0,5% et de préférence environ 0,5% d'aluminium, de 0,1 à 4% et de préférence 1 à 3% de fer et au moins 50% à 67% environ et de préférence de 54 à 60% dé cuivre.
D'autres alliages très avantageux, sui- vant l'invention, contiennent de 20 à 25% et de préférence 22% de zinc, de 7,5 à 12,5% et de préférence environ 10% de manganèse, de 0,1 à 0,5% et de préférence 0,5% d'aluminium, .de 0,1 à 4% et de préférence'de 1 à 3% de fer et au moias 55% à 72% environ et de préférence de 61 à 67% de cuivre.
L'alliage peut aussi contenir de faibles quantités de plomb, par exemple de 0,1 à 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 avantageuses au point de vue de son aptitude à être usiné.
Les alliages suivant l'invention se préparent et se manipulent de préférence dans des creusets en argile- siliciure de carbone/et et charbon-siliciure de carbone. On peut employer des creusets en acier pour la refonte sans mo- difier d'une manière excessive la teneur en 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 suivrai l'invention, on fond d'abord le cuivre et on l'amène à une température suffi- samment 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 totalité de l'addition soit dissoute. Il convient à ce moment d'a- jouter une faible quantité de borax pour dégager l'oxyde é- ventuel de la surface du métal fondu (bain).
La quantité de
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borax est de préférence inférieure 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 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, on ajoute le. zinc et on agite le bain tout entier pour obtenir une composition uniforme.
Puis, on ajoute le fer, de préférence sous forme de fer à lingot en feuille mince. Le bain doit être maintenu à une température assez élevée et agité fréquemment pour faciliter la dissolution du.fer. Puis on ajoute l'aluminium par petits morceaux posés à la surface du bain, et qu'on laisse dissou- dre tranquillement, sans.agiter. On introduit ainsi une quantité plus forte d'aluminium dans le bain final que celle qu'on obtiendrait en plongeant l'aluminium au-dessous de la surface du bain. Une fois l'aluminium dissous, on agite le bain tout entier et on le laisse reposer pendant quelques minutes, pour permettre aux oxydes entraides d'atteindre la surface, puis on enlève l'écume et on coule..
On peut employer, pour préparer des alliages sui- vant l'invention, des plaques de cathodes en cuivre électro- lytique, ou tout autre cuivre de bonne qualité du commerce.
Le zinc est de préférence un métal de qualité supérieure contenant 99,995 de zinc. Le manganèse électrolytique est la forme qu'on choisit de préférence pour cet élément. Outre la tôle mince de fer, on peut employer à titre de source de fer des agents de durcissement de ferro-manganèse, à faible teneur en carbone, et de zinc-fer. (Alliages de zinc et de fer). Quoiqu'on emploie de préférence des métaux d'une très grande pureté, on peut obtenir des alliages possédant des propriétés satisfaisantes avec des métaux ou alliages du commerce de,pureté appropriée..
Les'alliages suivant l'invention fondent à une température comprise entre 850 et 1000 C, température qui dépend dans une large mesure de la teneur en cuivre et en fer et qui est 'd'autant plus élevée que la teneur en cuivre et/ou en fer est plus forte. Les alliages se coulent extrêmement bien et peuvent être coulés à des températures comprises entre 850 et plus de 1000 C, l'intervalle de température auquel on donne la préférence pour la coulée étant compris entre 875 et 1050 C. Les alliages peuvent être coulés très
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facilement en sable dans des moules en sable vert normal, courants dans l'industrie de la fonderis, suivant les pra- tiques courantes de coulée et de moulage dans l'industrie.
Leur retrait pendant la solidification est considérable, com- me dans un grand nombre d'alliages industriels coulés en sable et les procédés de traitement de ces alliages sont bien connus et appliqués dans la pratique de la fonderie industrielle. La tolérance de retrait des molèles pour l'alliage-est de 15,6 mm/m. La densité est d'environ 8,19 kg/dm3. Un avantage remarquable des alliages coulés en sable consiste dans le fait que le sable n'adhère pas à la pièce moulée et peut être facilement enlevé en la se- couant ou par un jet d'air. La plupart des alliages de fon- derie industriels 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 coquilles ou en coquilles sous pression.
Sous la forme de pièces moulées, le fer réduit la grosseur des grains, tout en faisant acquérir à l'alliage des propriétés physiques de grande importance. Le tableau ci-dessous indique certaines des propriétés avantageuses et améliorées des alliages suivant l'invention sous forme de pièces moulées. La résistance à la traction a été déter- minée en kilogramme par millimètre carré, l'allongement à la traction.a été déterminé en % sur une éprouvette de 50 mm de longueur entre repères et la dureté Brinell a été déter- minée sous une charge de 500 kg avec une bille de 10 mm de diamètre. On remarquera que lorsque la teneur en fer augmente, la dureté et la résistance à la traction augmentent, tandis que l'allongement à la traction diminue.
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<tb>
Composition <SEP> analytique <SEP> Résistance <SEP> Allon- <SEP> Dureté
<tb>
EMI4.2
z Zn Mn Al Fe à la gement Brinell % tract2on --------------------------------------------------------------
EMI4.3
<tb> 61,1 <SEP> 20,6 <SEP> 18,2 <SEP> 0,25 <SEP> @ <SEP> 35,3 <SEP> 55,1 <SEP> 70
<tb>
<tb>
<tb> 60,7 <SEP> 20,8 <SEP> 17,8 <SEP> 0,24 <SEP> 0,45 <SEP> 40,4 <SEP> 46,3 <SEP> 94
<tb>
<tb>
<tb> 60,3 <SEP> 20,3 <SEP> 17,4 <SEP> 0,24 <SEP> 1,40 <SEP> 42,6 <SEP> 38,8 <SEP> 95
<tb>
<tb>
<tb> 60,0 <SEP> 19,9 <SEP> 17,1 <SEP> 0,24 <SEP> 2,8 <SEP> 43,5 <SEP> 38,3 <SEP> 98
<tb>
- @ Par différence
Les alliages suivant l'invention sensiblement li- bres de plomb peuvent être facilement laminés ou travaillés mécaniquement de toute autre manière.
Les alliages contenant de 15 à 25% de zinc et de 10 à 20% de manganèse et plus par-
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ticulièrement de 18 à 23% de zinc et 15 à 20% de manganèse ressemblent à l'argentan et une fois laminés peuvent être traités de la même manière que l'argentan, par exemple dans la fabrication des couverts de table, qui peuvent être re- couverts d'une couche d'argent électrolytique. Les proprié- tés des alliages laminés sont indiquées dans le tableau ci-
EMI5.1
dessots, sur lequel la résistance à la traction est en kg/mm2e l'allongement à la traction, en % sur une éprouvette de 50 mm de longueur entre repères, la dureté est la dureté au sclé- roscope et la grosseur des grains est une valeur moyenne en mm.
Les éprouvettes ont été laminées à une épaisseur d'envi- ron 0,76 mm et ont subi des recuits de recristallisation pour leur faire acquérir à toutes la même grosseur de grains.
EMI5.2
<tb> Composition <SEP> analytique <SEP> Résist. <SEP> Allon- <SEP> Dureté <SEP> Gross. <SEP> Temp.
<tb>
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Mn Zn 1 . Fe 1a gement des de re-
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<tb> Mn <SEP> Zn <SEP> Al <SEP> Fe <SEP> traction <SEP> grains <SEP> cuit
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> % <SEP> % <SEP> % <SEP> % <SEP> kg/mm <SEP> % <SEP> mm' <SEP> 0
<tb>
EMI5.5
.--------------------ww----.--wwww------------------------.
17,1 17,4 0,27 46,6 36',8 16 0,76 590 17,2 17,5 0,19 45,2 37 3 15,5 1,125 590
EMI5.6
<tb> 17,2 <SEP> 17,7 <SEP> 0,23 <SEP> 0,1 <SEP> 46,5. <SEP> 33,0 <SEP> 16 <SEP> 0,875 <SEP> 590
<tb>
<tb>
<tb> 17,2 <SEP> 17,5 <SEP> 0,20 <SEP> 0,48 <SEP> 47,1 <SEP> 32,7 <SEP> 17 <SEP> 0,875 <SEP> 650
<tb>
<tb>
<tb> 16,8 <SEP> 17,5 <SEP> 0,05 <SEP> 0,99 <SEP> 46,1 <SEP> 28,0 <SEP> 18,5 <SEP> 0,50 <SEP> 700
<tb>
<tb>
<tb> 16,4 <SEP> 17,5 <SEP> 0,05 <SEP> 2,9 <SEP> 46,5 <SEP> 29,3 <SEP> 20 <SEP> 0,50 <SEP> 700
<tb>
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, sans zluminium, se recouvrent d'une pellicule épaisse d'oxyde brun, qui est de l'oxyde manganeux (MnO) et sont de traitement difficile.
L'incorporation aux alliages suivant l'invention de l'aluminium empêche, d'une manière effiaace l'oxydation de la surface de l'alliage et la perte de manganèse à la refonte.
Les alliages suivant l'invention possèdent des propriétés avantageuses de résistance à la corrosion. Par exemple, ils résistent à l'action de l'eau de mer,'des acides et alcalis dilués, mieux qu'un' grand nombre des types de laiton et de bronze actuellement connus.
Ils sont faciles à usiner. Ainsi qu'il a déjà été dit, l'incorporation du plomb, par exemple en proportion de
0,5 à 3% améliore leur aptitude à être usinés. Par exemple, les alliages suivant.l'invention sous forme de barres pour tours automatiques peuvent contenir avantageusement environ
2% de plomb.
Ils peuvent concurrencer les bronzes, y compris les bronzes à l'étain et à l'aluminium et dans certains cas leur sont supérie urs. Ils peuvent donc servir avec avantage
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à fabriquer les hélices et pièces diverses de navires, telles que les tiges de soupapes, etc.
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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 and bronze and may suitably be referred to as brass or white bronze. The basis of these alloys is zinc, copper and manganese and their characteristic new and improved properties are due to the presence of small amounts of aluminum and iron., Besides that aluminum acquires other properties. advantageous physical properties, to alloys, it acts as an anti-oxidant by preventing oxidation of alloying elements, especially manganese during the preparation of
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the alloy and while it is subsequently remelted, The iron, which makes the alloys acquire other advantageous physical properties (in particular in their cast form),
also makes the grains finer.
The alloys according to the invention in its broadest sense contain from 15 to 37.5 zinc, 7.5 to 30% manganese, 0.05 to 2% and preferably 0.1 to 0. , 5% aluminum, 0.1 to 4% and preferably 1 to 3% iron and at least 50% to 77% approximately copper. These alloys are characterized by their excellent physical properties, such as tensile strength, tensile elongation and hardness. Particularly advantageous alloys according to the invention contain from 18 to 23% and preferably about 21% of zinc, from 15 to 20% and preferably about 18% of manganese, from 0.1 to 0.5%. and preferably about 0.5% aluminum, 0.1 to 4% and preferably 1 to 3% iron and at least 50% to about 67% and preferably 54 to 60% copper.
Other very advantageous alloys according to the invention contain from 20 to 25% and preferably 22% of zinc, from 7.5 to 12.5% and preferably about 10% of manganese, from 0.1 0.5% and preferably 0.5% aluminum, 0.1 to 4% and preferably 1 to 3% iron and at least 55% to 72% approximately and preferably 61 to 67% copper.
The alloy can also contain small amounts of lead, for example from 0.1 to 3%, without this metal exerting a substantial 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 ability to be machined.
The alloys according to the invention are preferably prepared and handled in crucibles made of clay-carbon silicide / and and carbon-carbon silicide. Steel crucibles can be used for remelting without excessively changing the iron content, 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 copper is first melted and brought to a sufficiently high temperature so that it does not solidify when the other alloying elements are subsequently added thereto. Then the manganese is added in small portions until all of the addition is dissolved. At this time, a small quantity of borax should be added to release any oxide from the surface of the molten metal (bath).
The quantity of
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borax is preferably less than that required 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, and then collect at the surface. near the wall of the crucible, leaving free the central portion in which the other additions can be made. The borax having thus cleared the surface of the bath, it is added. zinc and the entire bath is stirred to obtain a uniform composition.
Then, the iron is added, preferably in the form of a thin sheet ingot iron. The bath should be maintained at a sufficiently high temperature and stirred frequently to facilitate dissolution of the iron. Then the aluminum is added in small pieces placed on the surface of the bath, and left to dissolve quietly, without stirring. A larger quantity of aluminum is thus introduced into the final bath than that which would be obtained by immersing the aluminum below the surface of the bath. Once the aluminum has dissolved, the entire bath is stirred and left to stand for a few minutes, to allow the mutual oxides to reach the surface, then the scum is removed and one sinks.
In order to prepare 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 higher grade metal containing 99.995 zinc. Electrolytic manganese is the preferred form for this element. In addition to the thin sheet iron, iron source can be used ferro-manganese, low carbon, and zinc-iron curing agents. (Zinc and iron alloys). Although metals of very high purity are preferably used, alloys having satisfactory properties can be obtained with commercially available metals or alloys of suitable purity.
The alloys according to the invention melt at a temperature between 850 and 1000 C, a temperature which depends to a large extent on the copper and iron content and which is' all the higher than the copper content and / or in iron is stronger. Alloys cast extremely well and can be cast at temperatures between 850 and over 1000 C, with the preferred temperature range for casting being 875 to 1050 C. Alloys can be cast very
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easily sanded in normal green sand molds common in the foundry industry, following common casting and molding practices in industry.
Their shrinkage 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 molela shrinkage tolerance for the alloy is 15.6 mm / m. The density is approximately 8.19 kg / dm3. A remarkable advantage of sand cast alloys 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 shells or shells under pressure.
In the form of castings, iron reduces grain size while imparting important physical properties to the alloy. The table below indicates some of the advantageous and improved properties of the alloys according to the invention in the form of castings. The tensile strength was determined in kilograms per square millimeter, the tensile elongation was determined in% on a specimen 50 mm long between marks and the Brinell hardness was determined under load 500 kg with a 10 mm diameter ball. Note that as the iron content increases, the hardness and tensile strength increase, while the tensile elongation decreases.
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<tb>
Composition <SEP> analytical <SEP> Resistance <SEP> Allon- <SEP> Hardness
<tb>
EMI4.2
z Zn Mn Al Fe at the Brinell% tract2on --------------------------------------- -----------------------
EMI4.3
<tb> 61.1 <SEP> 20.6 <SEP> 18.2 <SEP> 0.25 <SEP> @ <SEP> 35.3 <SEP> 55.1 <SEP> 70
<tb>
<tb>
<tb> 60.7 <SEP> 20.8 <SEP> 17.8 <SEP> 0.24 <SEP> 0.45 <SEP> 40.4 <SEP> 46.3 <SEP> 94
<tb>
<tb>
<tb> 60.3 <SEP> 20.3 <SEP> 17.4 <SEP> 0.24 <SEP> 1.40 <SEP> 42.6 <SEP> 38.8 <SEP> 95
<tb>
<tb>
<tb> 60.0 <SEP> 19.9 <SEP> 17.1 <SEP> 0.24 <SEP> 2.8 <SEP> 43.5 <SEP> 38.3 <SEP> 98
<tb>
- @ By difference
The alloys according to the invention substantially free of lead can be easily rolled or mechanically worked in any other way.
Alloys containing 15 to 25% zinc and 10 to 20% manganese and more by-
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Especially 18-23% zinc and 15-20% manganese resemble argentan and when rolled can be treated in the same way as argentan, for example in the manufacture of cutlery, which can be re - covered with a layer of electrolytic silver. The properties of rolled alloys are shown in the table below.
EMI5.1
sots, on which the tensile strength is in kg / mm2e the tensile elongation, in% on a specimen 50 mm long between marks, the hardness is the scleroscope hardness and the grain size is a average value in mm.
The specimens were rolled to a thickness of about 0.76 mm and underwent recrystallization anneals to make them all acquire the same grain size.
EMI5.2
<tb> Composition <SEP> analytical <SEP> Resist. <SEP> Allon- <SEP> Hardness <SEP> Gross. <SEP> Temp.
<tb>
EMI5.3
Mn Zn 1. Fe 1a gement of re-
EMI5.4
<tb> Mn <SEP> Zn <SEP> Al <SEP> Fe <SEP> traction <SEP> grains <SEP> cooked
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>% <SEP>% <SEP>% <SEP>% <SEP> kg / mm <SEP>% <SEP> mm '<SEP> 0
<tb>
EMI5.5
.-------------------- ww ----.-- wwww -------------------- ----.
17.1 17.4 0.27 46.6 36 ', 8 16 0.76 590 17.2 17.5 0.19 45.2 37 3 15.5 1.125 590
EMI5.6
<tb> 17.2 <SEP> 17.7 <SEP> 0.23 <SEP> 0.1 <SEP> 46.5. <SEP> 33.0 <SEP> 16 <SEP> 0.875 <SEP> 590
<tb>
<tb>
<tb> 17.2 <SEP> 17.5 <SEP> 0.20 <SEP> 0.48 <SEP> 47.1 <SEP> 32.7 <SEP> 17 <SEP> 0.875 <SEP> 650
<tb>
<tb>
<tb> 16.8 <SEP> 17.5 <SEP> 0.05 <SEP> 0.99 <SEP> 46.1 <SEP> 28.0 <SEP> 18.5 <SEP> 0.50 <SEP > 700
<tb>
<tb>
<tb> 16.4 <SEP> 17.5 <SEP> 0.05 <SEP> 2.9 <SEP> 46.5 <SEP> 29.3 <SEP> 20 <SEP> 0.50 <SEP> 700
<tb>
The alloys according to the invention perfectly retain their composition during manufacture and remelting. Alloys of zinc, manganese and copper, without aluminum, have a thick film of brown oxide, which is manganous oxide (MnO) and is difficult to process.
The incorporation into the alloys according to the invention of aluminum effectively prevents the oxidation of the surface of the alloy and the loss of manganese on remelting.
The alloys according to the invention have advantageous corrosion resistance properties. For example, they resist the action of sea water, dilute acids and alkalis better than many of the types of brass and bronze now known.
They are easy to machine. As has already been said, the incorporation of lead, for example as a proportion of
0.5 to 3% improves their ability to be machined. For example, the alloys according to the invention in the form of bars for automatic lathes can advantageously contain approximately
2% lead.
They can compete with bronzes, including pewter and aluminum bronzes and in some cases are superior to them. They can therefore serve with advantage
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to manufacture propellers and various parts of ships, such as valve stems, etc.