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De nombreux alliages binaires se composent, à l'état solide, de cristaux mixtes, c'est-à-dire de solutions atomiques, dont la stabilité n'est limitée qu'à un domaine de température déter., miné.
Dans le système zinc-aluminium, on a , pour des te- neurs en aluminium supérieures à 17 % d'Al, des proportions analo- gues. Le dessin représente schématiquement une coupe du diagramme d'état zinc-aluminium. Les alliages à plus de 17 % d'Al se solidi- fient en cristaux mixtes ss, ligne a-b. Si la teneur en aluminium
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es,t comprise entre 17 et 21 %, il se sépare des cristaux de. zinc lorsque l'on refroidit davantage, tandis que la teneur en aluminium des cristaux mixtes Il monte jusqu'à 21% d'Al, ligne a-c. Ce pro- cessus se termine à 275 C.
A cette température., les cristaux mix- tes ss se précipitent en un eutectoide "C", Lorsque l'on refroidit davantage, les alliages à plus de 21% d'Al se précipitent, ligne e-d, en deux types de cristaux mixtes, dont le plus riche en zinc se transforme également en eutectoïde "C" à 275 C. Il y a dès lors des alliages aluminium-zinc avec une teneur en aluminium comprise entre 17 et 21 %, se composant de cristaux de zinc et d'eutectoide, des alliages à 21 .d'Al qui ne se composent que d'eutectoïde et des alliages à plus de 21 % d'Al, qui se composent d'eutectoïde et de cristaux mixtes /3 riches en aluminium.
Lorsque l'on a des alliages purs aluminium-zinc, la précipitation en eutectoide se produit rapidement ; on l'empêche en ajoutant du Mg du Cu et d'autres éléments analogues.
Les alliages refroidis brusquement possèdent de très bonnes propriétés de solidité, le refroidissement brusque après un recuit prolongé à plus de 275 C constituant dès lors un procédé d'affinage.
On a constaté que les alliages se composant en ma- jeure partie ou entièrement de cristaux mixtes ss ,constituaient des alliages antifrictions. En particulier pour les alliages à plusde 30 % d'Al et avec une teneur en Cu de 1/6 à 1/4 de la teneur en aluminium, le reste se composant de zinc, on a constaté qu'une di- minution de la solidité et de la dureté par des recuits de précipi- tation entre 80 et 280 C, entraînait une augmentation surprenante des propriétés antifrictions, en comprenant parmi celles-ci, un faible coefficient de frottement et des propriétés anti-grippantes remarquables. Même en fonctionnant sans huile, les arbres et les axes ne sont pas attaqués, comme c'est le cas pour les alliages af- ou les alliages finés/refroidis brusquement par coulage.
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En outre, il a été recommandé d'employer un alliage à base d'Al-Cu-Zn. se composant de 3-15 % d'Al, 0,001-2 % de Cu, 0,01-0,06 % de Mn, le reste étant du zinc pur avecmoins de 0,01 % de Sn, de Pb,et de Cd. Toutefois, cet alliage n'a aucune propriété anti-grippante exceptionnelle.
De plus, il était connu que les alliages à 80-85 % de Zn, 14-19 % d'Al et 1-2 % de Cu ou les alliages à 80-85 % de Zn, 14-18% d'Al et 0-6 % de Cu, possédaient des résistances à la traction et des duretés extraordinaires et qu'ils convenaient particulièrement bien pour la fabrication des pièces coulées sous pression, des barres éti rées et des tôles.
A présent, on a découvert qu'en adaptant les condition. de recuit de précipitation au but envisagé, même les alliages à 16-29 % d'Al et certaines teneurs en cuivre, le reste étant du zinc, constituaient d'excellentes matières antifrictions. Pour l'homme de métier, c'est là un fait surprenant, car, jusqu'à présent, avec de fortes teneurs en aluminium, l'on admettait qu'il y ait formation de cristaux mixtes 0 ,formation qui, dans le domaine d'alliages sui- vant la présente invention, est faible ou même nulle. Dans ce domai- he, cela tient en premier lieu à la structure eutectoidique. Tous les essais qui consistèrent à utiliser les alliages suivant la pré- sente invention.comme matières antifrictions, aboutirent à une.fai- ble propriété antigrippante, car on ignorait l'importance du recuit de précipitation.
On a constaté notamment qu'avec des alliages con- tenant du cuivre et à plus de 16 % d'Al, le refroidissement naturel dans des moules de sable ou permanents ne suffisait pas à entraîner la précipitation en eutectoide à grains fins. Il faut plutôt sou- mettre l'alliage refroidi à un chauffage complémentaire en partant de la température ambiante.
Un exemple montrera l'effet qui se produit. Un allia- ge comprenant 21 % d'Al, 5 % de Cu et 74 % de zinc pur à 99,99 % a été coulé en boulons, dans un moule de sable. L'essai de solidité a donné une résistance à la rupture de 40 kg/mm2, un allongement de
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5 % et une dureté Brinell de 130 kg/mm2. Avec les boulons, on a fabriqué des manchons et, dans une disposition correspondante, on les a fait fonctionner avec lubrification d'huile, sous une pression de palier et à une vitesse constantes. Après avoir coupé l'arrivée d'huile, la température du palier est montée en 80 secondes, de 60 C à 3200 C, l'axe du palier s'est grippé et la machine s'est ar- rêtée.
Le même alliage a été soumis, pendant 12 heures, à un recuit de précipitation à 200 C. Les .propriétés mécaniques se sont alté- rées. La résistance à la rupture s'élevait à 30 kg/mm2, l'allonge- ment était de 5 % et la dureté Brinell n'atteignait que 100 kg/mm2.
Avec ces boulons, on a fabriqué des manchons et on les a soumis à l'essai de fonctionnement décrit. Après avoir coupé l'arrivée d'hui- le, la température du palier est montée, en 300 secondes, de 50 C à 220 C, la résistance au frottement a augmenté fortement, mais il s'est formé, à la surface de roulement, une pâte grise et graisseuse, de sorte que l'axe n'a pas été grippé.
L'exemple montre que le recuit de précipitation en- traîne une diminution des propriétés mécaniques, mais par contre améliore les propriétés antifrictions.
Pour obtenir les meilleurs résultats avec le procéd4 de fabrication d'alliages antifrictions ayant de bonnes propriétés antigrippantes, par recuit d'alliages de zinc-aluminium-cuivre à des températures comprises entre 150 et 275 C, on emploie des al- liages à 18-29% d'Al et avec une teneur en cuivre comprise entre 1/10 et 1/4 de la teneur en aluminium, au minimum 2,2 'la, le reste étant du zinc pur à 99,99 %.
En particulier les alliages à 20-22 % d'Al et avec une teneur en cuivre de 1/10 à 1/4 de la teneur en aluminium, le reste étant du zinc, ont eu un comportement l antigrip- pant remarquable, l'alliage cité dans l'exemple et se composant de 21 % d'Al, de 5 % de Cu et de 74% de zinc pur, ayant eu un compor- tement antigrippant optimum après le recuit de précipitation, tant dans le coulage en sable et le coulage en coquilles qu'à l'état com primé.
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Les alliages doivent être préparés avec du zinc ayant un degré de pureté de 99,9% de Zn,le reste, soit 0,1 %, se compo-
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sant de plomb à 0, OFsO , d' étàid à;moins de 0, 005 )1 et de cadmium à moins de U,U2U %. En général, les teneurs en cadmium et en étain étant plus faibles, la teneur en Pb peut être plus forte (Pb maximum 0,1 pour Cd = 0, Sn = 0).
De plus, la teneur en magnésium des alliages ne doit pas dépasser 0,01 %, de préférence 0,005 %, et la teneur en fer ne doit pas être supérieure à 0,1 %.
Pour des durées économiques de recuit, l'intervalle de température est compris entre 170 et 275 C. Toutefois, on peut recuire à une température plus basse lorsque l'on recuit pendant de plus longues durées. La durée de recuit ne dépend pas uniquement de la température de recuit, mais également de la teneur en cuivre.
Les chiffres renseignés dans le tableau ci-après pour la température de recuit, ne sont donnés qu'à titre indicatif et la présente inven- tion n'y est pas limitée. Le tableau illustre surtout la relation qui existe entre la température de recuit, la teneur en cuivre et la durée de recuit. Comme le montre l'exemple ci-avant, de plus courtes durées de recuit suffisent également pour donner de bons ré- sultats.
Température de recuit Durée de recuit en heures 0 Cu = 1/4 Al Cu = 1/10 Al
270 6 3
250 12 6
200 24 15
170 36 22
150 60 32
Aux rapports apparemment plus favorables avec une te- neur en cuivre de 1/10 de la teneur en aluminium, sont apposées les duretés plus faibles de l'alliage.
Si l'on effectue plusieurs fois le recuit décrit, l'on obtient en outre pour la propriété antifriction des alliages métalliques, un avantage important en ce sens que le coefficient de dilatation thermique diminue progressivement avec le nombre de
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recuits. Tandis que, dans un intervalle de température de 20 à 1000 C, une matière non trempée possède un coefficient de dilata- tien thermique linéaire de 23 à 25.106, ce même coefficient retom- be de 20.10-6 à 22.10-6 après un recuit.
Après un deuxième recuit, il retombe de 18.106 à 20.10-6. L'effet des recuits supplémentai- res devient toujours plus faible et, suivant les buts d'utilisation envisagés, il reste à déterminer jusqu'à quel point la réduction ainsi obtenue reste dans un rapport calculé, par rapport à une plus grande dépense, par exemple pour des paliers de précision. En ce qui concerne la dureté de l'alliage, une teneur en cuivre de 1/4 à 1/6 de la teneur en aluminium donnera les meilleurs résultats.
Pour accélérer les processus de précipitation lors du recuit, on peut, au cours du recuit, faire varier plusieurs fois les températures entre 150 et 275 C. Dans ce système de recuit à fluctuations, la température ne doit évidemment pas descendre jus- qu'à 150 C ni monter jusqu'à 275 C, mais elle peut varier dans un intervalle compris entre ces deux valeurs.
Il faut éviter un durcissement, c'est-à-dire un re- cuit à plus de 275 C, par lequel la structure est homogénéisée.
En effet, un alliage de la composition suivant la présente invention et avec une structure homogène ne convient pas comme matière anti- friction.
Enfin, il est à noter que, jusqu'à présent, on n'est pas parvenu à déterminer, d'une manière précise si, avec 21 ou 22 % d'Al, l'on obtenait l'eutectoide représenté par c dans le dessin.
Dès lors, 'le chiffre de 21 % doit être considéré uniquement en l'oc- curence comme valeur approximative.
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