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Métal anti-friction
La présente invention concerne un métal anti= friction à base d'un alliage d'aluminium et de zinc., compre- nant 27 à 70% d'Al, 0 à 5% de Cu et 0 à 5% de Si.' .
La particularité majeure d'un alliage anti-friction réside dans la plupart des cas dans une texture hétérogène.
Les alliages suivants sont hétérogènesles alliages qui ' contiennent des cristaux durs dans une matrice molle(la plupart des alliages anti-friction à base de plomb, d'antimoine et d'étain appartiennent à cette classe; les alliages à base de zinc contenant des aluminiures, des antimoniures etc ....... 4 cristallisation primaire),
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2ls ,11: i" .:;.- ,;" ",lX primaires dans la région eutectique ou cucteoUqu- '!,5 <''-le 'tes allieges à base d'aluminium et (1e zinc c:n':,:"'- ;u:;u â 17% a'A1 , les alliages à base - ¯.. d'Ai. -".: .49 ;,L e' li?S bronzes au plomb, ét les alliages à cristaux 1I1:txt\?:
C,)1lt.el'9:1t des cristaux développés par zones (par suite ; ; , " <. :: ;q. , de ségrégation cristalline ) ou ceux oui contiennent' des 8on9 , ' limites dures , par exemple des alliées de cuivre et déa;'',;- les alliages d'aluminium et de zinc à forte teneu1%"en àliiBi' t- 1"1;' nium {ces derniers orésent ant des zones limites è\lres par.= '.' ' . w
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suite d'additions de cuivre ou de silicium) .
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Dans les alliages à base d' aluminium et de 2irQ ' 1 '?, ,',' la région de s01u:;ion solide (cristaux mixtes (3 s'étend ' . i "J de 1.0ç:-, d'Aï ,-us')U 1 t'. 17" d'A1 et 8µ,.' de Zn. Les alliages '\ '¯ . coulas >i 'A1 c:; de Zn sont !:ét;é!'ocnes en fonction de la ..' !l.j> vitesse de scliilitication par suite du développement par zones ' .., ¯ y des cristaux mixtes.
En pratique, -donc par eXemple à la cou,é'' de ces alliages -ans des 11ngotières d'aciers- il se produitt..;.'. des différences nr rapport h l'état d'équilibre théorique,'' ','.: ces .Uf'f'!)I'Q.".C\!1:> t'iant indiquées dans le tableau suivant. ,:': ' Dans e;1,aL-c.: , le Il C::; A" Il dé:i1[:ne l'état d'ëqutlibre qui c:crrwon 3zr: xci=uiftatior, de durée illimitée ou à un -"',:.;m1t .i ";r.,xo;:,1:#41,xat <ii et. le "cas Bru désigne le cas pratiqua wz . -,, .., r.; ":' sé<.;.>é4ùt ion cristalline par suite d'une' .'" ."."1,:':'" . > .. I. ' it;t e: v ;1 1e de solidification désigne,. i.1':\1l:""\'."', ::r, é. 3Gu: en dexr4x centigrades entre le ,1µ>:ac S;', ...,': à s<:"lidificatLm.
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, , -- ..t j Sti\:-: ;:-.i.....:t't...3 lot.;r\ t es ,..,, 't" 1 .:t,%i.al. 'r":..lf".!": w. '0:'!(G 5 . <> * à'É ; ", i>1 . 4v. ... y
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Intervalle de solirication Texture X) en Oc 1 zr, Cas A Cas B A B iioo 0 0 r.H. M.V, 00 2C 55 95 M.t'. M.Z. (début) 70 30 fi8 ils M.H. M.Z.
50 5C 77 lac M.H. M*Zo Q 70 69 10 M.H. M.Z.
25 75 bzz bzz M.iI. M. Z. fiE (en proportion y 84 M.H. M.Z. +E(en proportion de 20%
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O voit donc d'après le tableau ci-dessus que dans le cas B, l'intervalle de solidification est notamment: plus lar@e qu'à l'état d'équilibre pour tous les alliais.
Alors que les alliages à base d'Al et de Zn jusqu'à une teneur de 27% en Al contiennent une région eutectique riche en zinc , cette composante de bexture manque dans les allimages contenant plus de 27% d'Al.
Ces derniers ne contiennent plus que des cristaux mixtes développés par zone. Dans les métaux anti-friction, un composant riche en zinc dans la région eutectique est à éviter car il est la cause d'une stabilité insuffisante des cotes . La région comprise entre 27 et 70% d'aluminium présente donc un intervalle de solidification suffisamment [rand pour un développement déterminé de cristaux mixtes en zones sans ou'apparaisse la région eutectique indésirable riche en zinc.
Dans l'application pratique de tels alliages à base d'Al et do Zn, on a rencontré souvent des diffi- eultés car malgré une composition régulière du métal anti- friction, on a observé des effets de frottement irréguliers en marche sans huile(marche de secours).
L'examen de ce phénomène a montré ce qui suit: (1) Pour obtenir un comportement régulièrement bon dans tous les états de charge d'un alliage anti- friction à base d'Al et de Zn, compris dans la région comprenant 27 à 70 d'Al, la condition essentielle est que l'élément,donc par exemple le coussinet de palier, possède une texture absolument régulière, Cette condition
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n'est pas remplie dans les alliages connus actuellement* Du fait que la vitesse de refroidissement extermine le
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nec'ré d'hftrF2:'ni.té par ségrégation cristalline, la text't1r.e, -lénend es dimensions de la pièce coulée , 0' est...)... ôire de l'épaisseur de paroi de oelle-ci. Des dlt''érezl0t limite de texture - ap,""',>a.issent entre la zone/et le centra de la pièce coulée.
(@) Une forte ségrégation cristalline dans une zone de bordure d'une pièce coulée provoque également
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uae texture è..:'f!'enc1ée ou Irrégulière dans un oouaeinet. de pplisr par suite a- s,!rligat1('1n majeure.
?} Peu avant la fin de la soliditioation, une !Y:1'.s3 en fusion incercristalline est présente avec des cristaux n;#,iaes dévs:!.'.'"1pp/S oar zoneqet peut se solidifier en provoquant un retrait ou en laissant subsister des pores si une pression suffisante de liquide n'empêche pas ces phénomènes. Donc,
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das microppros 30;'':; produits dans la surface du corps de palier ou du coussinet et à l'usai ils provoquent une interruption, de la pellicule de lubrification et donnent naissance à une forte usure.
On trouve dans la littérature diverses références
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d'utilisatien d1al}iages à base de zinc à forte teneur en alutr.l.r4ii.im o O!li1T!(' maux anti-friction. fie nombreuses propositions cnt pour c;oje1; une ion déterminée de la ftexture - Ainsi, il i?y'{.[1tr :,Jar exemple des procédés tendant à influencer 3.^ texture 1,?i, ')' traitement thermique pour une composition c4Wr.ninc.e r.fin -''améliorer les caractérist.iques anti-friotion; :
l exist à;ale>1;,;t des procédés ayant pour but d'agio sur la "?"eurp ,.jr < ?,1=trcsi composants d'alliages'! pour une !''2:<..;:,t,0!J ,;r- ;;",ce r1()tsnt(af pap exemple PEtI' des additions
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qui sont calculées de manière qu'elles forment des textures dans/
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euteétiques/1--vz zones de bordure et qui consistent par
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exemple en teneurs de cuivre ou de silicium en quantité
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atteignant 5%: ont, 0?,lement proposé d'incorporer des 00:r.'I"sants auxiliaires qui provoquent une cristallisation p,- :!liaiJ'!? et qui consistent à. en teneurs élevées en s1l10:t.um, :jÍ.11'e aai'bone s7. en adr1:i.t10I'squ1 forment des alum1n1ures , es ;i,.;.ciu:es des acz'42e on des phosphuree.
Cependant, t',; additions 1(.r1'adcn;; et; <,('inéral les oaraotéristiques ant1- ,'':. i.n e pr&vcunt une usure -,)4-èoes , par exemple '1! ', ',;';:'.u:,,1J.lf)l1 in tas de marche due se;ours sans huile.
Ji .'..Nention a pour objet des alliages a base 'Al :>t 1e in ol.1I'#e:an; 27 à 70% d'Aï , 0 il 5% de Cu et 0 : 16 Si , W:,ani les inconvénients et difficultés mention- et ayant pour r:::;.ieular3t° essentielle qu'ils contiennent d?'5 composants addiclonnals comprenant 0,1 à 3% de bismuth ''';/ou de ..? iur: ou d'un alliasse bismuth à 0 à 40; de car;!!1tum, ou 0 21 . de thallium ou 0 à 44.& de plomb et/ou d'un alliage de thalliuin . 0 à i.7; de cadmium ou à 0 à 38; de
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plomb, le reste des dits composants étant essentiellement
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du zinc.
Les composants additionnels l1'Ie1i.t1onnés e trouvent
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encore sous forme liquide intercristalline lorsque la
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oli1ificatioû de l'alliage d'Al et de Zn est déjà achevée, c' .¯ß-ç-c?ixw donc que leur point de solification est s ,.;ué au-dessous c1u '-'oi.-t de solidification du cristal mixte fendant à la température la plus basse. L'alliage métallique :t -:CJ:'içt.1on de ]. 1 Lwention assure une hétérogénélsation ::,r:',u1.L01'e àn3eé3dattt,e l'e la vitesse de solidification C:4- ..le tout traitement de recuit.
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1:t' -)o:!.!it: de solidification des alliages s<$lcl1 l' Inx,eiitj.<..à 1. base d'Al et de ?n C' < situé au7ri'nvenut .:xki3c?us dans 1-.'' tableau suivant;
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<tb> Température <SEP> en <SEP> C <SEP> lorsque <SEP> la
<tb>
<tb> solidification <SEP> est <SEP> achevée
<tb>
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-Y 1::,0 ! 0 1!60 0 Iv'tiol
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<tb> 510
<tb>
<tb> 70 <SEP> @7
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Des essais de marche de pall.r l'aide des alliages de l'invention ont montré que ceux-ci présentent des oaraotéristiques excellentes en marche de secours# Les additions décrites de bismuth et/ou de thallium ou de leurs alliacés en quantités de 0,1 à 3% sont présente$
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sous forme de phases distribuées de manière monoteút1QQQ et possèdent une dureté suffisante à l'usure.
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01: a observé que des al1s.... convenant )articullrement ')1en comme métaux anti-friction comprennent 50 : d'Aï, 49. ,e 2n , o,4 de Cd et 0,6,é de Bi ou z dual, 1:9 de Kn 0,3;' . elle Pb et 0,G2 de Tl.
Les composajits additionnels d'alliage ne sont solubles oue de faoon limitée dans l'aluminium liquide ,
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de même que dans le ziic liquide, même des teneurs de o,1%
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rendent la texture ee .nëtaux purs coulas plus grossière.
De manière surpxem::,e, on a observa que Des additions métalliques mentio-mces à des alliages dl ail et de Zn grand intervalle de solidification , donc à des alliacés contenant 27 à 70 ' d'Al , rendent les crains,plus fins
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dans de larges limites j indépendamment de la vitesse de refroidissement.
Les additions selon l'invention ont les consé- quences suivantes pour les points évoaués plus haut:
Polnt(1) les cristaux mixtes développés par
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zones sont plus ïnd6pendammendes dimensions de la '' coulée; = . " Î)1 j, (2) Le bord et le centre d'une pièce coulée, par exemple un arbre, ont la même texture et la même composition car le métal liquide séparé de maniera mono- tactique empêche dans une très large mesure toute ségrégation majeure.
Ainsi par exemple, un goujon coulé en linge-
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ti5xe en un alliage de 50% de Al et de 50/! de Zn a présenta dans la zone de bordure une teneur en aluminium de 58% et au cantre une teneur en aluminium de 41%. Un alliage de 50%
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de Al, 2% de Ti et t3,. de Zn n'a présente aucune différence '1 dans des limites de j 1: la teneur en Bi n'a varié entre l'ext4rkw et l'intérieur que de 1,8 à 2,2%;
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( La masse en fusion intercristalline subsistant après que la solidification des cristaux mixtes ,¯..¯¯¯¯.,,¯¯ -¯¯,¯, correspond pratinuement la composition (16ter- minée. Elle favorisa la contraction de la dernière solidification, et contribue à empêcher la formation de micropores.
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Un alliacé de 50.'i de AI et de 50,,'j' de Zn a un poids spécifique de 3,92g cm3 à l'état compact. Un goujon
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coulé en lingotière à l'aide de ces alliages a présenté une densité apparente de 3,70 g cm3 le volume des pores était donc de 6 de manière correspondant à. l'observation de la texture.
Un alliacé à 50% de Al aveo une addition de 1,5% de bismuth ou de thallium ou de leurs alliages conformément
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à l'invention a une densité à l'état compact de 3,3. la densité mesurée sur un goujon coulé en lingotière avait une, densité de 3,91, ce qui correspond à un volume maximum de pores n'atteignant que 0,5%.
Comne mentionné, les alliages de l'invention à base de Al et de Zn peuvent contenir Jusqu'à 5% de cuivre ou de silicium. Les caractéristiques mécaniques sont amélicrées par ces additions. Cependantil est nécessaire de prendre soin qu'aucun cristal primaire des éléments Si,, Be, B ou C ou qu'aucune phase primaire provenant de combinaisons de l'Al ou
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du Zn avec du t'e, Co, Ni, Or, Mn, Mo, '-fj Ti, As, Sb ne détruisent l'effet des masses en fusion monotectiques, t'étain qui tond h basse ternt;- a:ui'e provoque une oorrosion interoristeline et ne doit pas être utilisé comme élément d'alliage.
Les alliées de l'invention à base d'Al et de @n satisfont.: qui confinons les plus dures d'essais de marche
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\1ans doH 3; a i e et d'utilisation pratique en raison de leur (,ptl'o(':é:1("i';( ':::,:.'1 4ôi'fnié. Par un choix convenable de la ':'xc!:1Z2' éi: ':.lv;:Ü',U!;1, les caractéristiques des Ci1? 1.r""6't,l l1elwen; "r?=# annotées aux conditions exigées; pour un palier :''e fabils j;n3,dy 'ci.i'ic;=as, ou peut utiliser par exemple ur. .. ; :. :'3Ql'. livciittin >,t 70.J de AI.
Pour ries sollicitations ¯::,:-r.: ;'::)0; '.l- ;,: d'utiliser un alliage selon l'invention
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à 50% de Al, 1% de Cu ou de Si et pour un usinage faisant partie de la technique de la coulée à basses températures et pour des exigences qui ne sont pas trop élevées en ce qui concerne l'exactitude des cotes, on peututiliser un alliage selon l'invention à 30% de Al et 1% de Cu ou de Si, Les métaux contenant des additions selon l'invention conviennent extrêmement bien pour la marche de secours sans huile car l'usure-des métaux entre le coussinet et l'arbre prpvoque d'abord l'entraînement du métal d'addition finement reparti au fur et à mesure que la chaleur du .frottement croft,
ce métal d'addition formant - une couche intermédiaire en grains fins auto-lubrifiante entre le tourillon et le coussinet. Comme les métaux d'addition et leurs alliages ne s'allient pas avec le fer, le tourillon n'est pas attaqué.
Pour l'usinage à enlèvement de copeaux, de fourrures et de coussinets de paliers, les additions de métaux hétérogènes selon l'invention sont très utiles pour provoquer la cassure des copeaux.