Alliages à base de zinc à résistance améliorée au fluage.
La présente invention se rapporte à des alliages à
base de zinc présentant une résistance améliorée au fluage.
Le domaine d'utilisation des alliages à base de
zinc est actuellement étendu à de nombreuses applications intéressant de multiples aspects de l'industrie, que ce soit sous
forme laminée, corroyée ou coulée. En effet, par incorporation
au zinc d'un ou plusieurs éléments, même en très faible quantité,
il est possible d'obtenir des alliages à caractéristiques très
diverses, les rendant aptes à un éventail d'applications particulièrement large.
Il est par ailleurs bien connu que l' addition au zinc de manganèse accroît la résistance au fluage de l'alliage obtenu. Toutefois, on ne peut utiliser cet alliage binaire en machines de coulée à chambre chaude, étant donné son agressivité à l'état liquide vis-à-vis des aciers. Afin de pallier cet inconvénient d'agressivité, on a alors pensé à introduire en supplément dans le dit alliage un� certaine quantité d'aluminium qui, comme on le sait, a pour effet de diminuer cette agressivité.
On s'est alors aperçu que la présence simultanée
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sentant une hétérogénéité marquée, et par conséquent inacceptable.
Autrement dit, la diminution d'agressivité due à la présence de l'aluminium s'accompagne, dans certains cas, de l'apparition d'une telle structure hétérogène et même de composés Al-Mn néfastes au point de vue résistance au fluage à chaud.
La présente invention a pour objet de révéler la composition d'un groupe d'alliages à base de zinc qui présentent simultanément une bonne résistance au fluage à l'état solide, ainsi qu'une faible agressivité à l'état liquide vis-à-vis des aciers.
Les alliages, objets de la présente invention,
sont essentiellement caractérisés en ce qu'ils comportent de l'aluminium et du manganèse dans des proportions telles que leurs teneurs, reprises à un diagramme donnant en ordonnée en pourcent, la teneur de l'alliage en Al, et en abscisse, la teneur en pourcent en manganèse, se trouvent (cfr. figure 1), dans la zone située en dessous de la courbe constituée par les deux segments de droite reliant
l'un le point de coordonnées "0,025 % (Mn) - 1, 7 % (Al)", au point de coordonnées "0,3 % (Mn) - 0, 7 % (Al)" et l'autre, le point de coordonnées "0, 3 % (Mn) - 0,7 % (Al) au point de coordonnées
<EMI ID=2.1>
compagné de ses impuretés usuelles, la préférence étant toutefois donnée à des alliages dont la teneur en manganèse est inférieure
<EMI ID=3.1> . vérifiant les conditions ci-dessus présentaient à la fois une bonne résistance à chaud au fluage, une faible agressivité vis-àvis de l'acier des machines de coulée à chambres chaudes et n' avaient pas de structure hétérogène.
Les alliages revendiqués dans la présente invention présentent des propriétés comportant, en un compromis acceptable, des valeurs satisfaisantes à la fois pour la résistance au fluage à chaud et pour l'agressivité vis-à-vis de l'acier des outillages.
A titre de comparaison, on peut considérer les propriétés des différents alliages de zinc ci-après, présentant des teneurs ci-verses en éléments différents.
<EMI ID=4.1>
Pour évaluer l'agressivité des alliages vis-à-vis des outillages, on a évalué la perte en poids d'une éprouvette d'acier USN 2343 (acier pour outillage - 0, 38 % C - 1 % Si -
<EMI ID=5.1>
heures dans différents bains et à température d'utilisation de l'alliage en chambre chaude (température du liquidus + 25 [deg.]C environ) .
Résultats des pertes en poids
<EMI ID=6.1>
Suivant cet essai, l'alliage Zn - 0,75 % Al 0,25 % Mn présente une perte en poids 20 fois supérieure à celle du Zamak, mais plus de 200 fois meilleure que l'Ilzro 14; ce qui nous semble acceptable en vue d'une utilisation en machine à chambre chaude.
Par ailleurs, il a été constaté que l'addition de 0,5 % à 1,5 % de Cu et de 0,01 % à 0,06 % de Mg, non seulement ne modifie pas l'agressivité des alliages Zn - Al - Mn, et spécialement de l'alliage Zn - 0,75 % Al- 0,25 % Mn, mais présente un effet bénéfique bien connu.
L'effet bénéfique de ces éléments dans les alliages de zinc est par ailleurs bien connu, notamment en ce qui concerne leur effet durcissant : augmentation de la charge de rupture, de la résilience et de la dureté.
L'introduction de 1 % de Cu entraîne une augmentation de l'ordre de 20 % de la résilience et de 35 % environ de la charge de rupture. Par ailleurs, il est évident que les propriétés mécaniques d'un alliage coulé sous pression dépend des conditions de coulée. A titre d'exemple, citons les propriétés suivantes, pour les conditions de coulée correspondant à une température de moule de 60[deg.]C, une température du bain de 445[deg.]C, et une pièce correspondant à l'éprouvette ASTM (Zn - 0,75 % Al 0,25 % Mn - 1 % Cu - 0,04 % mg) .
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<EMI ID=8.1>
L'effet du Mg va dans le même sens que celui du cuivre, mais son effet est évidemment moindre dans un alliage contenant déjà du Cu que dans un alliage n'ayant pas de Cu. Dans un alliage contenant déjà du Cu, l'effet attendu de l'ajout de Mg est une diminution de la sensibilité à la corrosion intercristalline, plus qu'une augmentation des propriétés mécaniques.
Il est précisé ici que dans le présent brevet, aussi bien dans la description que dans les revendications, les compositions chimiques sont exprimées en pourcentage en poids.
REVENDICATIONS
0
1. Alliages à base de zinc, caractérisés en ce qu'ils comportent de l'aluminium et du manganèse dans des proportions telles que leurs teneurs, reprises à un diagramme donnant en ordonnée, en pourcent, la teneur de l'alliage en Al, et en abscisse la teneur, en pourcent, en manganèse, se trouvent dans la zone située en dessous de la courbe constituée par les deux segments de droite reliant l'un le point de coordonnées "0,025 %
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et l'autre le point de coordonnées "0,3 % (Mn) - 0,7 % (Al)" au point de coordonnées "0,8 % (Mn) - 0,4 % (Al)", le solde étant constitué de zinc, accompagné de ses impuretés usuelles.
Zinc based alloys with improved creep resistance.
The present invention relates to alloys with
zinc base with improved creep resistance.
The field of use of alloys based on
zinc is currently being extended to many applications of interest to multiple aspects of the industry, whether under
laminated, wrought or cast form. Indeed, by incorporation
zinc of one or more elements, even in very small quantities,
it is possible to obtain alloys with very characteristic
diverse, making them suitable for a particularly wide range of applications.
It is also well known that the addition of manganese zinc increases the creep resistance of the alloy obtained. However, this binary alloy cannot be used in hot chamber casting machines, given its aggressiveness in the liquid state with regard to steels. In order to overcome this drawback of aggressiveness, we then thought of introducing a supplement in the said alloy a � certain amount of aluminum which, as we know, has the effect of reducing this aggressiveness.
We then realized that the simultaneous presence
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feeling marked heterogeneity, and therefore unacceptable.
In other words, the decrease in aggressiveness due to the presence of aluminum is accompanied, in certain cases, by the appearance of such a heterogeneous structure and even by Al-Mn compounds harmful from the point of view of creep resistance to hot.
The object of the present invention is to reveal the composition of a group of zinc-based alloys which simultaneously exhibit good creep resistance in the solid state, as well as low aggressiveness in the liquid state vis-à-vis screws of steels.
The alloys, objects of the present invention,
are essentially characterized in that they comprise aluminum and manganese in proportions such as their contents, taken up in a diagram giving on the ordinate in percent, the content of the alloy in Al, and on the abscissa, the content in percent in manganese, are (see figure 1), in the area below the curve formed by the two straight lines connecting
one at the point of coordinates "0.025% (Mn) - 1.7% (Al)", at the point of coordinates "0.3% (Mn) - 0.7% (Al)" and the other, the coordinate point "0.3% (Mn) - 0.7% (Al) at the coordinate point
<EMI ID = 2.1>
accompanied by its usual impurities, however preference is given to alloys with a lower manganese content
<EMI ID = 3.1>. verifying the above conditions exhibited both good resistance to hot creep, low aggressiveness vis-à-vis the steel of hot chamber casting machines and had no heterogeneous structure.
The alloys claimed in the present invention have properties comprising, in an acceptable compromise, satisfactory values both for resistance to hot creep and for aggressiveness with respect to tool steel.
By way of comparison, the properties of the different zinc alloys can be considered below, having different contents of different elements.
<EMI ID = 4.1>
To assess the aggressiveness of the alloys with respect to the tools, the weight loss of a test piece of steel USN 2343 was evaluated (tool steel - 0.38% C - 1% Si -
<EMI ID = 5.1>
hours in different baths and at the temperature of use of the alloy in a hot room (liquidus temperature + 25 [deg.] C approximately).
Weight loss results
<EMI ID = 6.1>
According to this test, the alloy Zn - 0.75% Al 0.25% Mn has a weight loss 20 times greater than that of Zamak, but more than 200 times better than Ilzro 14; which seems acceptable for use in a hot room machine.
Furthermore, it has been found that the addition of 0.5% to 1.5% of Cu and from 0.01% to 0.06% of Mg, not only does not modify the aggressiveness of the Zn - Al alloys - Mn, and especially of the Zn alloy - 0.75% Al- 0.25% Mn, but has a well-known beneficial effect.
The beneficial effect of these elements in zinc alloys is also well known, in particular as regards their hardening effect: increase in the breaking load, in the resilience and in the hardness.
The introduction of 1% of Cu results in an increase of around 20% in resilience and around 35% in the breaking load. Furthermore, it is obvious that the mechanical properties of a die-cast alloy depend on the casting conditions. By way of example, let us cite the following properties, for the casting conditions corresponding to a mold temperature of 60 [deg.] C, a bath temperature of 445 [deg.] C, and a part corresponding to the test piece ASTM (Zn - 0.75% Al 0.25% Mn - 1% Cu - 0.04% mg).
<EMI ID = 7.1>
<EMI ID = 8.1>
The effect of Mg goes in the same direction as that of copper, but its effect is obviously less in an alloy already containing Cu than in an alloy having no Cu. In an alloy already containing Cu, the expected effect of the addition of Mg is a decrease in the sensitivity to intercrystalline corrosion, more than an increase in mechanical properties.
It is specified here that in the present patent, both in the description and in the claims, the chemical compositions are expressed as a percentage by weight.
CLAIMS
0
1. Zinc-based alloys, characterized in that they contain aluminum and manganese in proportions such as their contents, shown in a diagram giving the ordinate, in percent, the content of the alloy in Al, and on the abscissa the content, in percent, of manganese, are found in the zone located below the curve constituted by the two straight lines connecting one with the point of coordinates "0.025%
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and the other the coordinate point "0.3% (Mn) - 0.7% (Al)" at the coordinate point "0.8% (Mn) - 0.4% (Al)", the balance being consisting of zinc, accompanied by its usual impurities.