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" ALLIAGE NON FERREUX DURCI"
L'invention se rapporte à une série perfectionnée d'alliages ayant une grande variété de propriétés qui leur permet de rem- placer l'acier et les alliages ferreux similaires dans de nom- breux emplois où ces derniers avaient jusqu'à présent été seuls utilisés;
L'invention se rapporte plus spécialement à des alliages de manganèse, nickel et ouivre.
Une des principales raisons pour lesquelles le fer et ses alliages, y compris l'acier au carbone et les aciers alliés ont été utilisés si largement en métallurgie, et continuent à l'être en dépit des remarquables inventions qui ont été faites ces der- nières années concernant les alliages non ferreux, est la grande
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diversité de leurs emplois possibles, due à la grande variété de leurs propriétés, telles que dureté, ténacité, allongement,etc.. particulièrement démonstratifs à ce point de vue sont quel- ques alliages non ferreux dont l'usage s'est quelque peu étendu, comme, par exemple, le bronze au glucinium* Cet alliage possède, sur les aciers ordinaires, l'avantage doffrir une grande réels- tance à la corrosion;
de plus, il est susceptible de durcir par traitement thermique.
La gamme des duretés possibles avec le bronze au glucinium, et la gamme des autres propriétés associés, telles que la téna- cité ne sont pas suffisamment étendues pour permettre leur em- ploi dans beaucoup de cas où l'on utilise l'acier.
Il tend à être extrêmement fragile quand la proportion de glucinium atteint 2,5% et plus, et, pour l'alliage commercial comportant la quantité maxima de glucinium utilisable, 2 à 2,25%, la dureté maxima avoisine 36 dans l'échelle C de ROCKWELL.
Un autre inconvénient du bronze au glucinium est son prix,, le glucinium étant un élément extrêmement coûteux; avec les prix actuellement pratiques aux Etats-Unis, le prix du gluc@nium contenu dans un kilog d'alliage n'est pas sensiblement inférieur à 265 Francs.
Un autre alliage que l'on peut prendre en considération est l'alliage cuivre-nickel-silicium. Cet alliage n'offre pas d'in- convénient du point de vue du prix, du fait que la proportion moyenne de nickel est seulement d'environ 2%, et la proportion moyenne de silicium légèrement au-dessus de 1%.
Bien que cet alliage puisse être durci, on ne peut le rendre assez tenace ou assez résistant pour beaucoup d'emplois, sa téna- cité maxima étant voisine de 85 Kgs par millimètre carré.
Les alliages d'argent et de nickel sont très largement utilisés dans certains emplois où l'on désire une certaine résis- tance à la corrosion, mais leur utilisation est limitée du fait qu'on ne connaît aucune méthode pour les durcir.,
On a également utilisé quelque peu le métal MONEL, mais il
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est coûteux à cause de sa forte proportion de nickel, et le métal MONEL ordinaire à 70% de nickel et 30% de cuivre ne peut pas être durci. Récemment, on a trouvé que l'addition d'une quantité relativement petite de certains éléments au métal MONEL permettra la production d'alliages susceptibles d'être durcis par traitement thermique,
Ces alliages cependant ne présentent pas une gamme de pro- priétés adéquate permettant leur utilisation, d'une manière générale,
pour les objets manufacturés,
Le demandeur n'a en aucune manière discuté de tout ce qui concerne les alliages résistant à la corrosion qui ont, tout au moins partiellement, été substitués aux alliages ferreux corrodables, mais ce qui a été dit ci-dessus souligne la néces- sité d'un alliage résistant à la corrosion dans les conditions habituelles d'utilisation de nombreux objets manufacturés, et qui puisse, par traitement thermique, ou par combinaison de travail à froid et de traitement thermique, être obtenu en pré- sehtant une très grande variété de propriétés,
Le demandeur à découvert que certains alliages de ouivre, manganèse et nickel peuvent être produits et traités de telle manière que leur emploi soit rendu possible pour de nombreux usages pour lesquels il n'y a actuellement, aucun produit de remplacement convenable.
Les dits alliages possèdent, pour de nombreux emplois, les propriétés générales des alliages ferreux oorrodables, mais présentent l'avantage d'une haute résistance à la corrosion dans les conditions ordinaires d'emploi.
Ces alliages peuvent avoir une ténacité aussi faible que 28 Kgs (environ) par mm2, et aussi élevée que 175 Kgs, ou plus, par mm2.
Leur dureté dans l'échelle C de ROOKWELL varie d'une valeur aussi basse que -45 à une valeur aussi élevée que 50 dans la même échelle.
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D'autres propriétés telles que l'allongement, la ductilité, la facilité d'usinage,etc. peuvent varier d'une façon correspon- dante, ce qui a pour résultat que tous ces alliages peuvent être facilement travaillés de façon à produire des articles de formes diverses, et être soumis postérieurement à un traitement thermique contrôlé les amenant à posséder exactement la gamme de propriétés désirées pour le produit fini,
Dans le but de rendre olair à l'homme de l'art le caractère inhabituel de ces alliages, le demandeur a montré, dans les dessins annexés quelques-unes des propriétés les plus intéres- santes de ces alliages, et les zônes dans lesquelles ces propri- étés se situent.
Dans les dessins annexée:
La figure I montre la, zône dans laquelle les alliages cuivre-nickel-manganèse objets de l'invention peuvent être durcis et montre la dureté croissante obtenue par traitement thermique d'échantillons écrouis.
La figure 2 est un diagramme semblable à celui de la figure I indiquant la. résistance électrique d'alliages travaillés à froid à l'intérieur de la zone de composition indiquée.
La figure 3 est semblable à la figure 2, qui indique la résistance électrique des alliages une fois durcis par traitement thermique,
La figure 4 est un diagramme semblable montrant la relation entre la composition et le coefficient de température de la résistivité.
La figure 5 est un diagramme semblable indiquant le coeffi- cient de dilatation de quelques uns des alliages à l'intérieur de la zone indiquée,
La. composition des alliages objets de l'invention peut,en général, être considérée comme se plaçant à 1'intérieur de l'aire ombrée de la figure I. La figure I est un diagramme ternaire- du type utilisé habituellement par les métallurgistes pour définir la composition et les propriétés des alliages ternaires;
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exactement au composé hypothétique Mn-Ni.
Il apparaît dono que les alliages objets de il'invention peuvent être oarastérisés comme des alliages pseudo-binaires dont le cuivre est durci par le composé Mn-Ni.
L'aire ponctuée voisine de la ligne Nickel-Manganèse repré- sente des alliages dont l'usinage a été trouvé difficile.
Les alliages correspondant à cette zône sont durs une fois fondus et ne sont pas facilement usinés.
Ils ne possèdent pas la gamme de propriétés des alliages de 1'aire ombrée, mais ils peuvent être employés avantageusement pour quelques usages où ils peuvent être convenablement usinés.
En certains points de l'aire ombrée de la figure I, nous avons indiqué par un chiffre ltaccroissement de dureté que l'on peut obtenir, dans l'alliage correspondant au point où le chiffre apparaît, par le traitement thermique d'un échantillon travaillé à froid ayant été trempé avant le dit travail. ces chiffres ntindiquent pas la dureté, mais expriment l'accroissement de celle-ci dans l'échelle C de Rockwell. Dans chaque cas, l'accroissement de dureté était obtenu par chauffage 450 0 pendant 10 heures.
Le demandeur à fait allusion à la grande variété de propriété que l'on peut obtenir avec les alliages objets de l'invention, et dans le tableau I ci-dessous, on a indiqué l'accroissement de dureté par traitement thermique à diverses températures, conjointement avec l'accroissement de dureté des alliages une fois fondus, trempés et travaillés à froid.
Les trois premières colonnes indiquent la composition des alliages, la colonne suivante la dureté dans ltéchelle C de Rockwell après fusion, suivie de la dureté de ces alliages après trempe et travail à froid, et ensuite une fois amenés au voisinage de la plus grande dureté possible après chauffage aux différentes températures indiquées en haut des colonnes correspondantes,
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On comprendra que c'est seulement grâce à de tels dia- grammes ternaires que l'on peut représenter dans leur intégra- lité des alliages compris dans la zône de forme irrégulière indiquée.
Comme il sera indiqué dans une partie ultérieure de la description, cependant, certaines parties du diagramme et des alliages de certaine composition ont des propriétés extrê- mement souhaitables particulièrement en ce qui concerne l'ob- tention d'une variété maxima ou extrême de propriétés.
Les alliages objets de l'invention montrent leurs proprié- tés extraordinaires à l'état trempé et après avoir subi un trai- tement thermique.
Le demandeur a trouvé que la variété maxima de propriétés peut être obtenue par trempe à partir d'une température de 900 C, ou à partir d'une température comprise entre 900 0 et le point de fusion.
Un travail mécanique intermédiaire paraît affecter les les propriétés des alliages aussi bien que la température de réchauffage ou de vieillissement pour leur donner de la dureté.
Le demandeur a trouvé en outre, cependant, que la dureté finale n'est pas sensiblement affectée par la valeur du travail à froid, et qu'à ce point de vue, elle ne varie sensiblement pas au moins dans la partie centrale de l'aire ombrée, si les pro- portions des différents constituants sont modifiées,,
Ceci sera précisé plus bas:
Le demandeur a observé, cependant, que la dureté finale est affectée par la température de trempe.
Si la température de trempe est égale ou supérieure à 900 C, la dureté finale sera en général constante.
Si, cependant, la température de trempe est plus basse, la phase finale de durcissement ou de vieillissement sera moins efficace.
On notera que la ligne marquée Mn-Ni bisserte sensiblement l'aire ombrée, bien qu'elle se dirige légèrement du côté d'une proportion croissante de nickel. Cette ligne correspond presque
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EMI7.1
<tb> Mn <SEP> Ni <SEP> Ou <SEP> fondu <SEP> trempé <SEP> travaillé <SEP> 3500 <SEP> 4000 <SEP> 4500 <SEP> 5000 <SEP> 5500
<tb> à <SEP> froid
<tb>
<tb> 20 <SEP> 20 <SEP> 60 <SEP> -33 <SEP> -40 <SEP> II <SEP> 23 <SEP> 34 <SEP> 45 <SEP> 33 <SEP> -20
<tb> 15 <SEP> 15 <SEP> 70 <SEP> -42 <SEP> -44 <SEP> 6 <SEP> 10 <SEP> 12 <SEP> 19 <SEP> -8 <SEP> -39
<tb> 35 <SEP> 35 <SEP> 30 <SEP> -13 <SEP> 8 <SEP> 25 <SEP> 29 <SEP> 42 <SEP> 53 <SEP> 41 <SEP> 18
<tb> 35 <SEP> 45 <SEP> 20 <SEP> - <SEP> 7 <SEP> - <SEP> 9 <SEP> 26 <SEP> 28 <SEP> 41 <SEP> 30 <SEP> 38 <SEP> 14
<tb> 35 <SEP> 55 <SEP> 10 <SEP> - <SEP> 4 <SEP> -
<SEP> 8 <SEP> 27 <SEP> 28 <SEP> 31 <SEP> 37 <SEP> 28 <SEP> 8
<tb> 70 <SEP> 30 <SEP> 0 <SEP> -15 <SEP> -13 <SEP> 15 <SEP> 20 <SEP> 20 <SEP> 21 <SEP> 18 <SEP> 8
<tb>
Dans le tableau II, ci-dessous, le demandeur montre l'effet du traitement thermique sur des alliages trempés n'ayant pas été travaillés à froid.
TABLEAU II
EMI7.2
<tb> Mn <SEP> Ni <SEP> Cu <SEP> trempé <SEP> 3500 <SEP> 4000 <SEP> 4500 <SEP> 5000 <SEP> 550
<tb>
<tb> 20 <SEP> 20 <SEP> 60 <SEP> -40 <SEP> -10 <SEP> 20 <SEP> 45 <SEP> 32 <SEP> -19
<tb> 15 <SEP> 15 <SEP> 70 <SEP> -44 <SEP> -12 <SEP> 10 <SEP> 20 <SEP> -9 <SEP> -35
<tb> 35 <SEP> 35 <SEP> 30 <SEP> - <SEP> 8 <SEP> 6 <SEP> 38 <SEP> 52 <SEP> 40 <SEP> 16
<tb> 35 <SEP> 45 <SEP> 20 <SEP> - <SEP> 9 <SEP> 8 <SEP> 39 <SEP> 51 <SEP> 36 <SEP> 10
<tb> 35 <SEP> 55 <SEP> 10 <SEP> - <SEP> 8 <SEP> 6 <SEP> 27 <SEP> 38 <SEP> 25 <SEP> 7
<tb> 70 <SEP> 30 <SEP> 0 <SEP> -13 <SEP> 9-7 <SEP> 0 <SEP> -5 <SEP> -8
<tb>
On notera en comparant les 2 tableaux qu'il y a très peu de différence dans la dureté finale entre les alliages travaillés à froid ou simplement trempés, exception faite pour l'alliage à 70% de manganèse et 30% de nickel,
inclus dans ces tableaux dans un but démonstratif, la dureté acquise par lui étant en principe due au travail à froid.
Les tableaux, joints au diagramme de la figure I, sont suffisamment démonstratifs de la composition des alliages objets de l'invention, de l'effet des divers traitements auxquels ils sont soumis et des relations entre la composition et le traite- ment, de sorte que ces facteurs n'ont pas besoin d'être discutés en détail pour que l'homme de l'art comprenne parfaitement.
Le demandeur désire signaler, cependant, que la dureté maxima s'acquiert à une température d'environ 450 C, et Environ 10 heures de chauffage suffisent habituellement pour obtenir la dureté maxima à cette température.
Pour de grands échantillons qui nécessitent plus de temps pour atteindre la température voulue, et si l'on désire plus
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qu'un effet superficiel ou de cémentation, il peut être néces- saire de prolonger la durée du phauffage.
A environ 500 0, les alliages commencent à subir un recuit,
Ce phénomène peut être avantageux dans beaucoup de cas qui seront signa.lés plus loin,
Le demandeur a déjà indiqué que les allia.ges objets de l'invention peuvent être considérés comme représentant un sys- tème pseudo-binaire, soit du cuivre durci par le composé Mn-Ni, et, en conséquence, il a trouvé que la zône la plus intéressante, ou l'on peut obtenir la plus grande variété de propriétés, est la partie d.e l'aire ombrée ou les quantités de Nickel et de Manganèse sont sensiblement égales c'est-à-dire le long de la ligne pseudo-binaire, Cu-Mn-Ni.
Conformément à ce qui a été dit ci-dessus, le rapport du manganèse au nickel sera de préférence choisi égal à l'unité bien que, en faisant varier de 0,8 contre 1,2 à 1,2 contre 0,8 le rapport manganèse-nickel on puisse obtenir sensiblement les menus effets.
Les rapports manganèse-nickel qui viennent d'être indiqués sont donc les meilleurs rapports utilisables, quand on emploiera les alliages objets de l'invention.
Du point de vue de la proportion du cuivre, la gamme 50% à 80% de cuivre ofire les plus grandes possibilités de s'assurer des résultats extraordinaires, et pour la fabrication d'articles tels qu'écrous, petites pièces d'outillage, etc, cette gamme est à préférer.
La résistance à la corrosion est alors quelque peu diminuée, mais est encore satisfaisante pour la plupart des usages.
Quand la proportion de cuivre est inférieure à 50%, la résistance la corrosion est accrue, mais, à d'autres points de vue, les propriétés de l'alliage ne sont pas aussi satisfaisantes,
Une des caractéristiques des alliages objets de l'invention comme cele ressort avec évidence des tableaux est que, si le pourcentage de cuivre décroit, particulièrement si il descend
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au dessous de 50%, ils s'écrouissent plus rapidement,
C'est un des avantages pour de .nombreux usages. ependant, pour certains travaux, tels que les opérations dtemboutissage, ltécrouissage est désirable.
Les alliages objets de l'invention offrent à l'homme de l'art une variété de propriétés convenant à la fabrication de sensiblement tous les objets manufacturés requérant une résistan- ce relativement élevée et résistant à la corrosion.
En rapport avec les meilleures proportions des alliages objets de l'invention, le demandeur désire particulièrement attirer l'attention sur les alliages comportant 60% de cuivre, 20% de nickel et 20% de manganèse;
Comme indiqué sur le tableau I, cet alliage présente, après trempe, une dureté de - 40 dans l'échelle C de ROOKWELL, et une dureté de + 46 dans la même échelle après vieillissement à 450 0,
Il est bien entendu qu'il n'est pas habituel d'utiliser les¯valeurs négatives de l'échelle C de ROCKWELL, mais le deman- deur les emploie ici arbitraitement pour montrer directement l'accroissement de dureté possible dans ce type d'alliage.
Comme il sera indiqué plus loin, le demandeur trouve dans les alliages de ce type (comme dans le cas de l'acier) une relation sensiblement directe entre la ténacité et la dureté, Ainsi un alliage comportant 60% de cuivre, 20% de nickel et 20% de manganèse possède, après trempe, une ténacité d'environ
EMI9.1
'32 Kgs/mm2,
Le même alliage oomplètement durci' présente une ténacité voisine de 150 Kgs/mm2.
Ces propriétés sont aussi accompagnées, comme un métallur- giste qualifié le comprendra, par des modifications dans les pro- priétés corrélatives telles que l'allongement, la ductilité, la facilité d'usinage, etc.. de sorte que cet alliage particulier présente des possibilités peu ordinaires pour la fabrication de
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nombreux types différents d'objets où des propriétés variées sont désirables, soit dans le but de faciliter la fabrication, soit dans le but de communiquer des propriétés particulières au produit fini,.
Dans le but d'illustrer les caractéristiques des alliages dont le point représentatif se situe au voisinage de la ligne pseudo-binaire, ou le long de cells-ci, le tableau suivant indi@ que les compositions des alliages, leur dureté une fois fondus, après trempe, après écrouissage et après durcissage à 450 C, après trempe et écrouissage.
On notera qu'avec une teneur de cuivre s'élevant jusqu'à 80%, l'on obtient un accroissement appréciable de dureté pour l'alliage comportant environ 60% cuivre, 20% nickel et 20% man- ganèse.
Lorsque la quantité de cuivre est inférieure à 50% environ l'accroissement de dureté due à l'écrouissage augmente graduel- lement, bien que la dureté finale puisse être sensiblement la même; en outre le tableau montre que quand le rapport entre nickel et manganèse diffère sensiblement de la valeur 1:
1, 1'effet de durcissement diminue de façon appréciable,
TABLEAU III
EMI10.1
<tb> Mn <SEP> Ni <SEP> Cu <SEP> fondu <SEP> trempe <SEP> àoroui <SEP> après <SEP> durcissement
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> à <SEP> 450
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 10 <SEP> 10 <SEP> 80 <SEP> -45 <SEP> -48 <SEP> -1 <SEP> -17
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 12,5 <SEP> 12,
5 <SEP> 75 <SEP> -42 <SEP> -45 <SEP> 0 <SEP> 6
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 15 <SEP> 15 <SEP> 70 <SEP> -41 <SEP> -45 <SEP> 21/2 <SEP> 25
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 17 <SEP> 17 <SEP> 66 <SEP> -43 <SEP> -42 <SEP> 6 <SEP> 37
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 20 <SEP> 20 <SEP> 60 <SEP> -32 <SEP> -40 <SEP> 10 <SEP> 46
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 25 <SEP> 25 <SEP> 50 <SEP> -24 <SEP> -28 <SEP> 18 <SEP> 46
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 22 <SEP> 22 <SEP> 56 <SEP> -28 <SEP> -36 <SEP> 13 <SEP> 46
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 30 <SEP> 30 <SEP> 40 <SEP> -18 <SEP> -17 <SEP> 21 <SEP> 50
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 35 <SEP> 55 <SEP> 30 <SEP> -13 <SEP> - <SEP> 8 <SEP> 25 <SEP> 53
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 15 <SEP> 171/2 <SEP> 671/2 <SEP> -45 <SEP> -43 <SEP> 5 <SEP> 21
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 20 <SEP> 121/2 <SEP> 671/2 <SEP> -41 <SEP> -42 <SEP> 6 <SEP> 24
<tb>
Comme on l'a noté précédemment,
la ténacité des alliages objets de l'invention varie de façon sensiblement directe en fonction de la dureté ROCKWELL.
Dans un but de comparaison, nous donnons, dans le tableau' IV les chiffres montrant la relation entre dureté et ténacité
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dans les alliages objets de l'invention.
TABLEAU IV
Dureté ROCKWELL, échelle C ténacité en
Kgs/mm2 (environ)
EMI11.1
- 40-------------------------------------- 32 - 30-------------------------------------- 33 - 20-------------------------------------- 36 10 -------------------------------------- 43 0-------------------------------------- 53 + IO-¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ 65 20 -------------------------------------- 77 30 -------------------------------------- 98 40 -------------------------------------- I27 50 -------------------------------------- I74
Après la trempe, l'allongement de l'alliage objet de l'in- vention dont le point figuratif tombe sur la ligne pseudo-binaire varie entre 25 et 40%.
Apres le travail à froid, l'allongement se situe entre 2% et , tandis que l'allongement des alliages durcis se situe entre environ 2% à 20%, en fonction de la valeur du durcissement, de la composition des alliages et du traitement complet subi par eux.
Comme il est exposé dans la demande de brevet en cours de Reginald S. Dean, déposée le 16 septembre 1938 aux Etats-Unis sous le n 230.209, certains alliages de manganèse, y compris les alliages de manganèse, cuivre et nickel ont le pouvoir d'amor- tir fortement les vibrations dans certains cas, le décrément est 100 fois plus fort que celui de l'acier.
Cependant, les alliages objets de la présente invention ont, lorsque les mesures sont effectuées sous de faibles con- traintes, un décrément d'amortissement des vibrations qui est
EMI11.2
en général de l'ordre de celui- de Itacier, c'est-à-dire voisin de I/IOOOème.
Cependant, quand la proportion de manganèse dépasse 65%, le décrément d'amortissement des vibrations des alliages, âpres vieillissement, est de l'ordre de 1% en plus.
Les alliages objets de l'invention montrent très peu de tendance à un vieillissement exagéré aux températures inférieures
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à 450 C. Certains d'entre eux peuvent être chauffés quelque peu au-dessus de cette température sans vieillissement exagérée, mais en général, il faudrait utiliser une température inférieure ou égale à 450 C pour leur communiquer la dureté finale, la tempé- rature exacte à utiliser dépendant du résultat désiré.
Le degré de dureté communiqué aux alliages par le traitement thermique peut aussi être déterminé, et en fixant la durée du dit traitement à 450 0 entre l et 25 heures, en fonction des dimensions de la pièce à traiter, on obtiendra de bons résultats
Il faut normalement une durée de 6 à 18 heures pour obtenir le maximum de dureté. Lorsque l'on utilise une température supé- rieure à 450 C, il fa.ut conduire Itopération avec soin de façon à obtenir les propriétés spécifiques désirées.
On peut prendre avantage de la réaction inhabituelle des alliages au traitement thermique pour obtenir divers degrés de dureté dans un même objet manufacturé.
Il y a en effet de nombreux cas où il est souhaitable que les diverses parties d'un même objet présentent des degrés de dureté différents,
Un durcissement non uniforme peut être obtenu par vieillisse- ment local d'un alliage trempé, les zones non chauffées de l'al- liage devant être maintenues à une température inférieure à celle du durcissement.
Une autre façon d'obtenir le même résultat consiste à durcir tout l'objet manufacturé et à chauffer alors localement le où les postions de celui-ci que l'on désire avoir dans un état plus doux à une température dépassant suffisamment la température de durcis- sement, de façon à produire un recuit,
Une température de 600 C sera généralement satisfaisante et la chaleur peut être appliquée à l'aide d'un chalumeau ou par tout autre procédé convenable. Le résultat en sera un objet de dureté graduée, la portion plus douce étant généralement plus résistante que la portion durcie.
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La conductibilité calorifique relativement faible de ces alliages, jointe à leurs températures critiques de durcissement et de recuit rend la technique de leur emploi très simple dans une installation ordinaire.
Comme exemple de ce traitement appliqué aux alliages objets de l'invention, le demandeur désire citer un alliage contenant 30% de cuivre, 35% de manganèse et 35% de nickel, Cet alliage a été choisi à dessein parce qu'il contient moins de cuivre que les alliages précédemment signalés qui présentent normalement la variation maxima de propriétés, de sorte que les résultats que l'on peut obtenir sur un alliage de cette composition parti- culière peuvent être obtenus sur une échelle identique ou plus grande avec les alliages contenant plus de cuivre,
Cet alliage trempé à partir d'une température de 900 C, et et écroui sous la forme d'un barreau cylindrique circulaire de 1cm environ de diamètre présentait une dureté de 25 dans l'échelle C de ROOKWELL.
Une éprouvette d'essai longue dtenviron 27cm, fut utilisé et,. après écrouissage, cette éprouvette fut chauffée à 450 0 pendant 10 heures. La dureté du barreau fut uniformément de 51 dans ltéchelle C de ROCKWELL.
Ensuite 10 cm environ du barreau furent chauffés au rouge avec un chalumeau, et laissés refroidir à l'air, aucune précau- tion spéciale ne fut prise pour rafraîohir la partie non chauffée.
Après ce traitement, des mesures de dureté furent faites le long du barreau, à des distances variables de la partie chauf- fée et le tableau ci-dessous indique la dureté à diverses distances de l'extrêmité recuite.
Comme le tableau l'indique clairement, la dureté ROCKWELL dans 1 échelle C varie d'une extrémité à l'autre du barreau de 68 points., indiquant ainsi la variation de propriétés qutil est possible d'obtenir dans le même objet manufacturé.
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TABLEAU V Distance de l'extrémité recuite Degrés C ROCKWELL
EMI14.1
<tb> 2,5 <SEP> cm <SEP> -18
<tb>
<tb> 5,1 <SEP> cm <SEP> -17,5
<tb>
<tb>
<tb> 7,6 <SEP> cm <SEP> -22
<tb>
<tb> 8,9 <SEP> cm <SEP> -21
<tb>
<tb>
<tb> 9,5 <SEP> cm <SEP> -2
<tb>
<tb>
<tb> 10,2 <SEP> cm <SEP> -
<tb>
<tb>
<tb> 10,5 <SEP> cm <SEP> +31
<tb>
<tb>
<tb> 10,8 <SEP> cm <SEP> +46
<tb>
<tb>
<tb> 11,5 <SEP> cm <SEP> 47 <SEP> 1/2
<tb>
<tb>
<tb> 12,7 <SEP> cm <SEP> 49 <SEP> 1/2
<tb>
<tb>
<tb> 15,2 <SEP> cm <SEP> 49 <SEP> 3/4
<tb>
<tb> 17,8 <SEP> cm <SEP> 50
<tb>
Tous les alliages objets de l'invention résistent à la cor- rosion, ceux comportant autant que 35% de nickel résistant à la corrosion par l'eau salée.
La plupart de ces alliages sont non-magnétiques après trempe ou vieillissement.
Les alliages comportant de 20 à 25% de manganèse et jusque à 10% de cuivre sont ferromagnétiques après vieillissement. Le magnétisme s'accroît lorsque ces alliages, approchent de la com- position correspondant à 75% de nickel et 25% de manganèse.
Les températures de pertes du magnétisme sont abaissées comme le magnétisme est diminué lorsque l'on s'éloigne de cette composition.
Un alliage composé de 25% de manganèse 70% de nickel et 5% de cuivre est intéressant au point de vue propriétés magné- tiques.
Un exemple de ces proprietés magnétiques peu ordinaires est donné par le fait qu'il a une perméabilité magnétique d'en- viron 7 restant sensiblement constante jusque une valeur du champ magnétisant égale à 125 ousteds.
Les alliages objets de l'invention présentent quelques pro- priétés électriques inhabituelles qui s'ajoutent à leurs proprié- tés mécaniques.
La résistivité de ces métaux, lorsqu'ils ont été écrouis
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déterminent une modifàoation correspondante nette des propriétés électriques et la zône particulièrement choisie à laquelle cor- respondent les alliages objets de l'invention peut être caracté. risée en se référant aux propriétés électriques de ces derniers après durcissement.
La résistivité de ces alliages objets de l'invention ne varie pas sensiblement en fonction de la température, autrement dit le coefficient de température de la résistivité est très faible, et sensiblement nul dans certaines régions; le dit coefficient de température ne varie pas sensiolement après durcis- sement de l'alliage, ce qui ne veut pas dire, comme l'homme de l'art le comprendra, que la résistivité ne varie pas à la suite du durcissement.
La figure 4 indique la relation entre la composition et le coefficient de température de la résistivité, les lignes tracées sur cette figure correspondant à une valeur déterminée et cons- tante de ce coefficient qui est exprimé en 10-4 ohms/ohms degré centigrade.
En rapport avec le coefficient de température de la résis- tivité, le demandeur désire signaler oependant que, en général, le dit coefficient subit une légère variation positive après le durcissement.
Un alliage comportant 15% de manganèse, 17.1/2% de nickel et cuivre pour compléter présente cependant une diminution du dit coefficient après durcissement, le coefficient de température de la résistivité de cet alliage particulier étant, après durcis- sement, de l'ordre de -1,4 x 10-4 ohms/ohms± degré C.
Quelques alliages dans le voisinage immédiat du susdit montrent une variation dans le même sens après durcissement.
La figure 5 indique la. relation entre le coefficient de dilatation linéaire et la composition des alliages objets de l'invention, au moyen de lignes correspondant à une valeur déter- minée et constante du dit coefficient pour les alliages dont les
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points figuratifs sont situés sur cette ligne; ce coefficient de dilatation est exprimé en 10-6 cm/cm/degré C., pour l'inter- ,ralle compris entre 25 C et 100 C.
On notera que les alliages à. l'intérieur de faire hachurée (voir figure I) ont des coefficients de dilatation variant dans de larges limites.
Les meilleurs résultats, au point de vue variation de pro- priétés, particulièrement au point de vue de la dureté et de la ténacité, seront obtenus dans les alliages objets de l'invention si ceux-ci comprennent presque entièrement et exclusivement du cuivre, du manganèse et du nickel, autrement dit si ces trois métaux présentent un haut degré de pureté.
Le cuivre et le nickel de qualité commerciale, ont, depuis un temps considérable, été produits électrolytiquement et l'on peut obtenir facilement du cuivre et du nickel très purs. La plus grande partie du manganèse disponible sur le marché, et le seul manganèse disponible jusque à. une époque très récente n'a pas comporté une teneur de méta.l pur supérieure à 95%, les 5% d'impuretés étant du fer, du silicium, de l'aluminium et du carbone,
Dans ces dernières années, on a pu obtenir du manganèse con- tenant relativement peu de carbone, mais on n'a pu réduire appré- ciablement la teneur en autres impuretés.
De plus, les impuretés ont été, dans une certaine propor- tion présentes à l'états d'oxydes, et cela présente des inconvé- nients particuliers au point de vue de la, ductilité.
La présence de silicium et de fer, en proportions apprécia- bles est susceptible de présenter des inconvénients.
Le demandeur a trouvé que le manganèse électrolytique est particulièrement adapté à l'emploi dans les alliages objets de l'invention dans toute la gamrae desdits allia.ges considérés, et le durcissement et les propriétés similaires sont accentués.
De plus, l'extrême variété de propriétés susceptibles d'être obtenue dans les alliages objets de l'invention est obtenue par- ticulièrement dans les alliages les plus utilisés, par remploi
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de manganèse électrolytique.
Cependant pour certains usages et certaines catégories, on peut utiliser du manganèse moins pur pour les alliages, par exemple du manganèse " à la thermite" de bonne qualité.
Tandis que la ductilité et le durcissement des alliages objets de l'invention sont affectés par la présence d'impuretés dans le. manganèse, le demandeur a trouvé que, tout au moins dans une certaine mesure, l'abaissement indésirable de ductilité obtenu quand on emploie une qualité moins pure de manganèse pour certaines catégories dtalliages peut être compensé par une trempe à une température relativement élevée.
Si le demandeur se réfère à l'opportunité d'utiliser seule- ment dans la préparation des alliages objets de l'invention, du cuivre, du nickel et du manganèse purs, il ne veut pas dite que dans certaines circonstances et pour certains usages lton ne peut pas utiliser d'autres éléments en proportions relativement faibles.
Cependant, les éléments que l'on peut utiliser ne doivent pas être les types d'éléments présents, ni être présents sous la forme dans laquelle on les trouve, comme impuretés dans le manganèse " à la thermite" , si l'on désire obtenir les meilleurs résultats,
Les éléments ajoutés ne doivent pas affecter sensiblement les caractéristiques du système pseudo-binaire décrit ci-dessus, o'est-à-dire la capacité d'obtenir la gamme de propriétés qui s'est manifestée dans la technique de durcissement décrite ci- dessus. Lorsque un quatrième élément peut être utilisé pour commu niquer quelques propriétés additionnelles à l'alliage, il peut être ajouté sans stéloigner de l'objet de l'invention.
Le deman- deur a trouvé, par exemple, qu'il peut ajouter jusqu'à 1% d'étain à de nombreux alliages objets de l'invention sans qu'il se pro- duise un effet fâcheux sur leurs propriétés déjà indiquées, tout en améliorant quelque peu, la résistance à la corrosion tant par
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l'atmosphère que par l'eau salée. En ajoutant environ 1,5% chargent à certain des dits alliages, on obtient quelques avantages en ce qui concerne la résistance à la corrosion sans sacrifier aucune des propriétés mécaniques. De petites quantités de Bore et de silicium introduits comme tels, ou de façon telle que l'on évite la possibilité de la présence d'oxydes, peuvent également être utilisées.
Tandis que le bore et le silicium, aux essais, ont paru avoir un effet légèrement défavorable en ce qui concerne la résistance à la corrosion, il semble qu'ils augmentent la facilité d'usinage de quelques-uns des alliages.
Les alliages objets de l'invention sont très faciles à usiner, si l'on considère presque tous les procédés de travail qui peuvent leur être appliqués, mais il peut se/ présenter des occasions ou, dans des buts particuliers, l'on peut désirer quel- que amélioration à cette facilité d'usinage.
La proportion maxima de bore ou de silicium qui peut être ajoutée sans modifier sensiblement l'effet du traitement ther- mique n'a pas été déterminée, mais le demandeur a trouvé que des quantités de bore atteignant jusqu'à I pour mille, et des quan- tités de silicium atteignant jusqu'à 1% peuvent être ajoutées à beaucoup d'alliages objets de l'invention sans affecter défavo- rablement le dit effet.
Lorsque l'on ajoute jusqu'à 1% de glucinium, particulièrement pour les proportions de cuivre élevées, le durcissement se produit à une température quelque peu plus basse qu'en son absence, ce qui peut être avantageux pour certains usages. Les alliages con- tenant de faibles proportions de glucinium réagissent toujours au traitement thermique de la façon décrite. on peut ajouter du chrome et du zinc dans des proportions plus grandes que pour les autres éléments examinés. L'addition de 10% de chrome produit une amélioration considérable de la résistance à la corrosion, principalement de la résistance à la corrosion par'les acides, et la plupart des alliages dans la gamme indiquée réagissent au traitement thermique, lorsqu'ils comprennent le chrome, comme
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constituant.
Le demandeur peut même utiliser, pour certains usages, de très faibles proportions d'éléments tels que le fer et le cobalt, mais en général, l'utilisation de ces éléments, particu- lièrement. de fer, n'est pas recommandée.
Grâce aux combinaisons avantageuses de propriétés de ces alliages, et à l'étendue des variations de celles-ci, l'on peut fabriquer de nombreux types d'objets.manufacturés différents, qui jusqu'ici avaient été fabriqués en alliages non-ferreux et exigeaient un pli de la surface pour retarder la corrosion, ou qui étaient fabriqués en alliages non ferreux si la résistance à la.corrosion était essentielle, mais la construction laissait à désirer, ou qui présentaient d'autres caractères pour tenir compte d'une ténacité, d'une dureté, etc.,insuffisantes, Par exem- ple, de nombreux ressorts, qui, à cause des caractéristiques demandées, devaient être fabriques en acier à ressort, et de- vaient être traités postérieurement de façon à protéger leur surface contre la corrosion,
peuvent maintenant être fabriqués à partir des matières premières objets de l'invention.
Lorsque certaines pièces sont utilisées au contact de l'eau, comme par exemple dans de nombreuses applications aux travaux maritimes, les alliages non ferreux utilisés obligeaient à cons- truire les pièces en question beaucoup plus grandes et lourdes qu'il n'était commode et souhaitable.
Le fait que même des pièces telles que les ressorts, néces- sitant une résistance et une raideur que l'on ne trouvait que dans les alliages ferreux, peuvent être fabriquees facilement à partir des alliages objets de l'invention, alors qu'ils sont à l'état doux, et qu'un durcissement postérieur leur donnera les propriétés définitives souhaitées, constitue un très grand avantage. A titre d'indication des pièces qui peuvent être fabri- quées lorsque divers degrés de dureté sont demandés, l'on peut citer les objets non magnétiques et ne projetant pas d'étincelles ci-dessous:
Outils, diaphragmes, quincaillerie de bâtiment, tubes de
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condenseurs, récipients d'eau chaude, vases de pression, auto- claves, ameublement métallique, paliers, filières, quincaillerie navale, etc.
Dans la production, par exemple, de moules pour matières plastiques, les alliages objets de l'invention peuvent être mis en forme à l'état doux au moyen d'une filière mère et ensuite subir le traitement thermique. Du ruban de clinquant du type utilisé dans les cordons téléphoniques flexibles peut être fabriqué quand l'alliage est à l'état doux, et traité ensuite de façon à obtenir les caracteristiques désirées. On ootient un avantage considérable dans la fabrication des écrous, boulons, vis, vis de machines, du fait qu'une résistance mécanique adéqua.te jointe à la résistance à la corrosion peut être obtenue pour des pièces de petites dimensions, et que l'on peut utiliser des méthodes simples de fabrication.
Par exemple, à l'état doux, un filetage peut être obtenu par laminage comme dans le cas de vis, ou de boulons; Ces alliages peuvent être utilsés pour'la fabrication de pièces d'outillage, et de machines de types variés ou l'utilisation de l'acier présenterait des inconvénients à cause de ses propriétés magnétiques.
Lorsqu'un usinage compliqué est nécessaire, les alliages objets de l'invention peuvent être utilisés avantageusement par ce qu'ils peuvent être usinés à l'état doux, et durcis posterieu- rement avec le minimum de gauchissement et de déformation. La basse température de durcissement, et la faible variation de volume qui accompagne ce dernier sont un avantage dans la fabri- cation de nombreux objets manufacturés. La possibilité de pro- d.uire une dureté non uniforme a aussi une certaine importance du fait que les outils et les pièces de machines peuvent être fabriquées avec un corps tenace, alors que les parties travaillant ou s'usant sont durcies.
L'on peut fabriquer des plaques blindées légères, avec un corps tenace, et une couche extérieure cémentée.
Les alliages présentant un coefficient de dilatation élevée une fois durcis, conviennent à la fabrication .des rubans bi-métal-
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liques destinés aux thermostats,
Dans la région où les proprietés magnétiques existent les alliages objets de l'invention peuvent être utilisés pour des relais thermostatiques, du fait des basses températures auxquelles ils perdent reversiblement leur magnétisme.
Le demandeur a décrit son invention très en .détail, montré ses propriétés et décrit de quelle façon ces propriétés offrent des avantages, en permettant la fabrication de pièces résistant à la corrosion, qui requièrent un même temps des propriétés mécaniques habituellement associes seulement avec l'acier.
REVENDICATIONS
I) Alliage résistant à la corrosion, consistant essentiellement entièrement en cuivre, nickel et manganèse, le point figurai tif de l'alliage tombant, durci par un procédé de trempe et de vieillissement, à l'intérieur de l'aire ombrée de la figure I, par une résistivité sensiblement plus faible à l'état durci qu'à l'état trempé.
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