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"Alliages de cuivre et de zinc*.
La présente invention cet relative à des alliages de cuivre et de zinc et plus particulièrement à des laitons conve- nant pour l'utilisation dans le moulage mécanique.
Il y a lieu de tenir oompte d'un certain nombre de con- sidérations dans le choix d'un alliage qui convient pour le mou- lage mécanique, qu'il s'agisse d'un moulage mécanique sous près- sion ou d'un moulage mécanique par gravité. En particulier, l'al liage doit convenir au procédé de moulage mécanique particulier en ce qui concerne sa fluidité, la facilité de sa coulée et sa
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contraction au refroidissement, l'alliage solidifié doit avoir des propriétés mécaniques convenables, telles que la ductilité et la résistance, le point de congélation et la gamme des points de congélation (gamme liquidus-solidus) doivent être appropriés, et finalement l'alliage doit convenir de manière économique pour le moulage mécanique.
Dans la production de pièces de coulée en laiton,(à sa- voir en un alliage de cuivre et de zinc) par un moulage mécanique nous pression, des difficultés sont provoquées par les hautes tem- pératures d'injection nécessaires lorsqu'on utilise des laitons pour moulage disponibles sur le marché. Ces températures sont gé- néralement de l'ordre de 925 C ou plus. Naturellement, plus la température d'injection est élevée, plus l'effet néfaste de l'alliai ge fondu sur la vie des moules est important.
Les essais pour ré- soudre les problèmes des hautes températures d'injection par in- troduction de constituants qui abaissent la température du liqui- dus n'ont pas été satisfaisants car ces constituants, bien qu'ils &baissent la température du liquidus dans une certaine mesure, ne le font qu'au détriment de certaines autres caractéristiques avantageuses, par exemple la ductilité.
Un but de la présente invention est de procurer des com- positions nouvelles de laiton convenant pour un moulage mécanique.
Un laiton suivant la présente invention comprend en poids 2 à 3,75% de silicum, 4 à 11% de nickel ou de cobalt ou d'un mélange de ces métaux, la teneur de nickel ou de cobalt ou des deux étant de 1,75 à 3,5 fois la teneur de silicium, 32 à 45% de zinc, le restant, à part les éléments accidentels et les impuretés, étant constitué par du cuivre, la quantité de celui-81 étant d'au moine 45%. En outre, les teneurs de zinc, de silicium et de nickel dans les laitons de la présente invention sont dans un rapport tel quoi %Zn + (10 x % Si) - (1,5x % Ni) soit compris entre 51 et 66.
Les alliages de la présente inven- tioN ont généralement des températures de liquidas inférieures à
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875C!, par exemple de 870 0 et moine, et ont également une bOAftt ductilité et une bonne résistance*
Bien que le cobalt ou un mélange de cobalt et de nickel puisse être utilise, on préfère employer le nickel seul ear, bien
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que le cobalt se comporte de façon semblable au n9.oil il ne rend pas les alliages aussi ductiles que le niokel lui-même.
D'une ma- niera générale, les alliages contenant du nickel de la présente in-
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vention possèdent des miarostruotures de pièce coulée en coquille, qui sont caractérisées par une matrice continue d'une phase de ss- laiton et un précipité d'une phase inter-métallique contenant du nickel et du silicium, ayant une morphologie globulaire. Cependant! lorsque la teneur de nickel tombe en dehors des gammes et des rela- tions indiquées ci-dessus, des alliages peuvent posséder une micro-? structure de pièce coulée en coquille, comprenant une phase la ran-
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dant fragile, qui ressemble à la phase cassante de Y -laiton.
Se ce fait, la présence de nickel dans les proportions signalées a un effet bénéfique sur la ductilité des alliages.
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L'inclusion de silicium provoque un abaieeeaent du point de fusion et empêche pratiquement la volatilisation du lino et agit-1 comme agent de désoxydation. Toutefois, si on utilise trop de sili-
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olutn, la ductilité de l'alliage est amoindrie. Les teneur$ de ai- okel et de silicium sont en rapport comme signalé pï-ecedeameatt e&J * chacun d'eux soulage les propriétés indésirables apportées par l' autre. C'est ainsi que le silicium abaisse le point de fusion qui
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tend à é"tre élevé par le Nickel, et que le nickel compense l'effet de fragilité apporté par le silicium.
La teneur 44 niekel des al- liages suivant l'invention est, de préférence, comprise entre 5 et 9%, tandis que la teneur de silicium est comprise entre 2 et 3 5± De tels alliage ont une combinaison particulièrement: bonne de la température du liquidus et de la ductilité.
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Le zinc a également un effet sur la ductilité et là t.#- pérature du liquidus. S'il y a trop de zinc présent, la ductilité en souffre, tandis que s'il y a trop peu de zinc, la température
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du liquidas s'élève indûment. En conséquence, les teneurs de zinc, de silicium et de nickel sont dans le rapport signalé précédemment.
On préfère que la teneur de zinc soit comprise entre 35 et 43%.
Les alliages suivant l'invention ont généralement une bonne fluidité même lorsqu'ils sont coulés dans un moulage mécani- que par gravité, à des températures de 843*0 ou moins, sans prati- quement d'indication de cassure à chaud, même s'il y a contrainte dans le moule utilisé. En outre, les alliages ont une bonne ré- sistance aux craquelures dues aux fatigues et à la corrosion.
Les alliages suivant l'invention peuvent également conte- nir des éléments accidentels, tels que le plomb, le titane, le zir- conium, l'aluminium et le fer, en des quantités allant jusqu'à 0,5% de chacun d'eux et jusqu'à environ 1% a'étain, pourvu que la somme de ces éléments accidentels soit inférieure à 5% en poids de l'allia il-eu Ces éléments accidentels sont de ce fait de préférence mainte- nus en dessous de leurs limites de solubilité dans l'alliage. En particulier, les éléments oxydables, tels que le titane et l'alumi- nium, devraient être maintenus en dessous de 0,5% de chacun d'eux, du fait de leurs caractéristiques de formation de crasses durant 1' opération de coulée.
L'étain devrait être maintenu en dessous de 1%, car il tend 4 rendre l'alliage cassant à chaud dans le moule.
D'autre part, le fait que les alliages de la présente invention peuvent tolérer jusqu'à 0,5% de plomb, par exemple jusqu'à 0,25%, est un avantage pratique très important car il permet l'utilisa- tion de déchets dans la fusion de l'alliage. Chacun des éléments accidentels mentionnés ci-dessus est avantageusement maintenu en dessous de 0,5%, afin d'obtenir les meilleures caractéristiques dans les alliages.
Le tableau 1 suivant donne divers alliages suivant l'in- vention à titre d'illustration.
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TABLEAU I
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Alliage % cuivre % zinc fi niokel 96 silicium A le restant 35 4,5 2,47
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<tb> 42 <SEP> 5 <SEP> 2,6
<tb>
<tb> 0 <SEP> 38 <SEP> 7,53 <SEP> 3,74
<tb>
EMI5.3
37 11 3, 46
EMI5.4
<tb> 43 <SEP> 8,4 <SEP> 2,80
<tb>
EMI5.5
37 8,18 3*33
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Les propriétés de ces alliages sont do4é' au tableau II suivant.
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TBIW M
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Désignation Résistance Allongeènt, Rdaotio Tèmp4ra-1m1t.--1 de l'allia- limite â la (1 pomee), sections tttre dtl lasti<t se traction, % liCI1.1idUh (002%)# kg,!om2 60 kg,Ïom2 A 6800 2,5 4 8'0 5010 B 5970 1,5 2 829 5040 B 6540 1 2,5 847 9740
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<tb> D <SEP> 5400 <SEP> 1 <SEP> 2,5 <SEP> 848 <SEP> 4400
<tb>
<tb> E <SEP> 6850 <SEP> 6,5 <SEP> 10 <SEP> 871 <SEP> 3410
<tb>
<tb> 6490 <SEP> 3,5 <SEP> 4 <SEP> 842 <SEP> 4600
<tb>
<tb> G <SEP> 6900 <SEP> 8 <SEP> 12 <SEP> 860 <SEP> 4710
<tb>
On observera que chacun des alliages du tableau 1 peut avoir une résistance limite à la traction d'au moins 5250 kg par
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centimètre carré et une bonne ductilité, tandi8 qu'ila présentent une température de liquidus de 871 0 ou moins.
Un outre, la gam- ae des points de congélation (liquidua-eolidue) de 1'alliage raz était de 860 à 851*Cp ce qui est une gamme étroite pour die allia- ges de laiton,
A titre de comparaison, certaine alliages tombant en de- hors du cadre de la présente invention ont été préparée pour
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illustrer l'importance de l'observation de toutes les exigences si gnalées ci-dessus. Les compositions de ces alliages sont données au tableau III ci-après. TABLEAU ITI
TABLEAU III
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<tb> Alliage <SEP> % <SEP> cuivre <SEP> % <SEP> zinc <SEP> % <SEP> nickel <SEP> % <SEP> silicium
<tb>
<tb>
<tb> Z <SEP> le <SEP> restant <SEP> 40,9 <SEP> néant <SEP> 3,03
<tb>
<tb>
<tb> Y <SEP> " <SEP> 45 <SEP> 4,58 <SEP> 0,3
<tb>
<tb>
<tb> X <SEP> " <SEP> 36 <SEP> 4,12 <SEP> 3,
32
<tb>
<tb>
<tb> W <SEP> " <SEP> 47 <SEP> 6,51 <SEP> 2,74
<tb>
<tb>
<tb> T <SEP> " <SEP> 40 <SEP> 4,71 <SEP> 4,10
<tb>
<tb>
<tb> S <SEP> " <SEP> 40 <SEP> 8,35 <SEP> 4,11
<tb>
<tb>
<tb> R <SEP> " <SEP> 33 <SEP> 8,18 <SEP> 2,43
<tb>
Chacun de ces alliages se situe en dehors du cadre de la présente invention et ne convient pas sous certains rapports.
L'alliage Z est si cassant qu'il se brise dans le moule après re- froidissement. L'alliage Y, d'autre part, a une température de liquidus d'environ 904*0, qui est trop élevée pour un moulage mé- canique sous pression économique. L'alliage X a un allongement de 0,4% seulement et est par conséquent considéré comme ayant une ductilité inappropriée. Les alliages T, S et W sont si cassants que des pièces coulées préparées à partir de ces alliages cassent lorsqu'elles tombent. L'alliage R a une température de liquidue anormalement élevée de 914 0.
En contraste avec ces alliages, les alliages de la pré- sente invention peuvent être facilement utilisés pour un moulage mécanique sous pression à des températures qui sont d'environ 14 C ou moins supérieure à leurs températures de liquidus. De ce fait, les alliages de la présente invention peuvent être injectés dans les procédés de moulage mécaniques sous pression à des températu- res de 888 C ou moins, et même à des températures aussi basses que 843 C pour un alliage semblable à l'alliage B.
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"Copper and zinc alloys *.
The present invention relates to alloys of copper and zinc and more particularly to brasses suitable for use in mechanical casting.
There are a number of considerations that should be borne in mind in choosing an alloy which is suitable for mechanical casting, whether it is mechanical pressure casting or pressure casting. mechanical gravity molding. In particular, the alloy must be suitable for the particular mechanical molding process with regard to its fluidity, the ease of its casting and its
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contraction on cooling, the solidified alloy must have suitable mechanical properties, such as ductility and strength, the freezing point and range of freezing points (liquidus-solidus range) must be suitable, and finally the alloy must Economically suitable for mechanical casting.
In the production of brass castings, (ie an alloy of copper and zinc) by pressure die casting, difficulties are caused by the high injection temperatures required when using commercially available casting brasses. These temperatures are generally on the order of 925 ° C or more. Naturally, the higher the injection temperature, the greater the detrimental effect of the molten alloy on the life of the molds.
Attempts to solve the problems of high injection temperatures by introducing components which lower the temperature of the liquid have not been satisfactory because these components, although they lower the temperature of the liquidus to a certain extent. measurement, do so only to the detriment of certain other advantageous characteristics, for example ductility.
An object of the present invention is to provide novel brass compositions suitable for mechanical casting.
A brass according to the present invention comprises by weight 2 to 3.75% of silicon, 4 to 11% of nickel or of cobalt or of a mixture of these metals, the content of nickel or of cobalt or of both being 1, 75 to 3.5 times the silicon content, 32 to 45% zinc, the remainder, apart from accidental elements and impurities, being constituted by copper, the amount of this being at least 45%. In addition, the zinc, silicon and nickel contents in the brasses of the present invention are in a ratio such as% Zn + (10 x% Si) - (1.5x% Ni) is between 51 and 66.
The alloys of the present invention generally have liquid temperatures below
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875C !, for example 870 0 and monk, and also have good ductility and good strength *
Although cobalt or a mixture of cobalt and nickel can be used, it is preferred to use nickel alone, although
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that cobalt behaves similarly to n9.oil it does not make alloys as ductile as niokel itself.
In general, the nickel-containing alloys of the present invention
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The present invention has shell-cast miarostruides, which are characterized by a continuous matrix of an SS-brass phase and an inter-metallic phase precipitate containing nickel and silicon, having a globular morphology. However! when the nickel content falls outside the ranges and relationships given above, alloys may have a micro-? shell casting structure, comprising a lapping phase
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dant fragile, which resembles the brittle phase of Y-brass.
Therefore, the presence of nickel in the proportions indicated has a beneficial effect on the ductility of the alloys.
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The inclusion of silicon causes a lowering of the melting point and substantially prevents the volatilization of the lino and acts as a deoxidizing agent. However, if too much silicon is used
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olutn, the ductility of the alloy is reduced. The al-okel and silicon content are related, as indicated, by each of them relieving the undesirable properties provided by the other. This is how silicon lowers the melting point which
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tends to be high by the nickel, and that the nickel compensates for the effect of brittleness provided by the silicon.
The 44 niekel content of the alloys according to the invention is preferably between 5 and 9%, while the silicon content is between 2 and 35 ± Such alloys have a particularly good combination of temperature. liquidus and ductility.
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Zinc also has an effect on ductility and the temperature of the liquidus. If there is too much zinc present, ductility suffers, while if there is too little zinc, the temperature
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liquidas is unduly rising. Accordingly, the contents of zinc, silicon and nickel are in the ratio previously reported.
It is preferred that the zinc content is between 35 and 43%.
The alloys according to the invention generally have good fluidity even when cast in mechanical gravity casting, at temperatures of 843 ° C or less, with virtually no indication of hot breakage, even if 'there is stress in the mold used. In addition, the alloys have good resistance to cracking due to fatigue and corrosion.
The alloys according to the invention may also contain accidental elements, such as lead, titanium, zirconia, aluminum and iron, in amounts of up to 0.5% of each. them and up to about 1% tin, provided that the sum of these accidental elements is less than 5% by weight of the alloy. These accidental elements are therefore preferably kept below their limits of solubility in the alloy. In particular, oxidizable elements, such as titanium and aluminum, should be kept below 0.5% of each, due to their dross formation characteristics during the casting operation.
Tin should be kept below 1%, as it tends to make the alloy brittle when hot in the mold.
On the other hand, the fact that the alloys of the present invention can tolerate up to 0.5% lead, for example up to 0.25%, is a very important practical advantage because it allows the use. of waste in the alloy melting. Each of the accidental elements mentioned above is advantageously kept below 0.5%, in order to obtain the best characteristics in the alloys.
The following Table 1 gives various alloys according to the invention by way of illustration.
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TABLE I
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Alloy% copper% zinc fi niokel 96 silicon A the remainder 35 4.5 2.47
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<tb> 42 <SEP> 5 <SEP> 2.6
<tb>
<tb> 0 <SEP> 38 <SEP> 7.53 <SEP> 3.74
<tb>
EMI5.3
37 11 3, 46
EMI5.4
<tb> 43 <SEP> 8.4 <SEP> 2.80
<tb>
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37 8.18 3 * 33
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The properties of these alloys are given in Table II below.
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Designation Resistance Elongation, Rdaotio Tèmp4ra-1m1t .-- 1 of the alloy limit to the (1 pomee), sections tttre dtl lasti <t tensile,% liCI1.1idUh (002%) # kg,! Om2 60 kg, Ïom2 A 6800 2.5 4 8'0 5010 B 5970 1.5 2 829 5040 B 6540 1 2.5 847 9740
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<tb> D <SEP> 5400 <SEP> 1 <SEP> 2.5 <SEP> 848 <SEP> 4400
<tb>
<tb> E <SEP> 6850 <SEP> 6.5 <SEP> 10 <SEP> 871 <SEP> 3410
<tb>
<tb> 6490 <SEP> 3.5 <SEP> 4 <SEP> 842 <SEP> 4600
<tb>
<tb> G <SEP> 6900 <SEP> 8 <SEP> 12 <SEP> 860 <SEP> 4710
<tb>
It will be observed that each of the alloys in Table 1 can have a tensile strength of at least 5250 kg per
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square centimeter and good ductility, tandi8 ila exhibit a liquidus temperature of 871 0 or less.
Further, the freezing point range (liquidua-eolidue) of the raz alloy was 860 to 851 * Cp which is a narrow range for die brass alloys.
For comparison, some alloys falling outside the scope of the present invention have been prepared for
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illustrate the importance of observing all the requirements listed above. The compositions of these alloys are given in Table III below. ITI TABLE
TABLE III
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<tb> Alloy <SEP>% <SEP> copper <SEP>% <SEP> zinc <SEP>% <SEP> nickel <SEP>% <SEP> silicon
<tb>
<tb>
<tb> Z <SEP> the remaining <SEP> <SEP> 40.9 <SEP> none <SEP> 3.03
<tb>
<tb>
<tb> Y <SEP> "<SEP> 45 <SEP> 4.58 <SEP> 0.3
<tb>
<tb>
<tb> X <SEP> "<SEP> 36 <SEP> 4,12 <SEP> 3,
32
<tb>
<tb>
<tb> W <SEP> "<SEP> 47 <SEP> 6.51 <SEP> 2.74
<tb>
<tb>
<tb> T <SEP> "<SEP> 40 <SEP> 4.71 <SEP> 4.10
<tb>
<tb>
<tb> S <SEP> "<SEP> 40 <SEP> 8.35 <SEP> 4.11
<tb>
<tb>
<tb> R <SEP> "<SEP> 33 <SEP> 8.18 <SEP> 2.43
<tb>
Each of these alloys is outside the scope of the present invention and is unsuitable in certain respects.
Alloy Z is so brittle that it breaks in the mold after cooling. Alloy Y, on the other hand, has a liquidus temperature of about 904 ° 0, which is too high for economical die-casting. Alloy X has an elongation of only 0.4% and is therefore considered to have inappropriate ductility. Alloys T, S, and W are so brittle that castings made from these alloys break when falling. Alloy R has an abnormally high liquid temperature of 914 0.
In contrast to these alloys, the alloys of the present invention can be readily used for die casting at temperatures which are about 14 ° C or less above their liquidus temperatures. Therefore, the alloys of the present invention can be injected into mechanical die-casting processes at temperatures of 888 C or less, and even at temperatures as low as 843 C for an alloy similar to the alloy. B.