La presente invention concerne un procede d'af~inage du silicium primaire des alliages aliminium-silicium hypereu-tectiques.
L'homme de l~art sait que l'on classe 1es alliayes aluminium-silicium en trois groupes suivant leur teneur en element d'addition. Les allia~es contenant environ 12,5~
en poids de Si sont dits eutectiques; ceu~ qui en renferment une quantite inferieure ou superieure à cette valeur sont qualifies respectivement d'hypo ou dlhypereutectiques.
Dans le cas present, ne sont consideres que les alliages hypereutectiques qui, lors de leur elaboration, donnent successivement, en se refroidissant, une phase solide contenant essentiellement des cristaux de silicium primaire puis l'eutec-tique aluminium-silicium.
De tels alliayes trouvent leur application en particulier lors de la fabrication par moulage de chemises de moteurs à combustion interne, car une telle structure de cristaux de silicium primaire durs noyes dans une matrice eutectique plus tendre est particulierement apte a former une surface presentant des microporosites favorables a la retention des lubrifiants et~au comportement au frottement.
Mais, il faut cependant, pour obtenir des resultats conve-nables, que ces cristaux aient des dimensions ne depassant pas 100 ~m.
Or, cette exigence est difficile a respecter sur les pièces de fonderie surtout lorsqu'elles sont de taille importante.
C'est pourquoi, on est amene, lors de l'elabora-tion de ces alliages, a ajouter des elements ou des composés dits affinants)~ qui multiplient dans le metal liquide le nombre de centres de germination et conduisent, au cours du refroidissement, ~ la ~ormation de cristaux de petites dimensions.
De nombreux agents d'afEinage ont ete decrits dans .
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.~ qJ7 la litterature. Toutefois, on ne peut les utiliser i~difé-remment car chacu~ d'ent~e eux a un e~fet specifique.
Si certains ont une actioll sur les cristaux de silicium primaire, d'autres, au contxaire, n'agissent que sur les cristaux de silicium de l'eutectique. Il en est même qui peuvent provoquer un grossissement des cristaux de l'une des phases en même temps qulils afinent les cri~taux de l'autre.
S.T. CHIU, dans son article The effect of vaxious elements on the modification of Al-Si ~lloys paru dans la revue METALLKUNDE n 57 de Mai 1966, a montre la specificite de ces elements et, notamment, dans le tableau 4 a la page 399, il donne une liste d'eléments avec leurs concentrations qui sont susceptibles d'affiner les cristaux de silicium primaire. On y trouve le chrome, le molybdène, le manganèse, le tungstene, le phosphore, le soufre, l'iode, le cuivre, l'argent, le zinc, l'etain, le plomb, le nickel, le cadmium, le mercure.
On peut lire aussi dans cet article a la page 396, sur le tableau 2, que le magnesium ajoute a un alliage hypereutectique contrairement a tous les elements cites plus haut a pour effet de grossir les cristaux de silicium ~ -primaire et d'affiner les cristaux eutectiques.
Or, la demanderesse, dans une etude approfondie de l'affinage des alliages hypereutectiques, notamment par ~;
le phosphore, a constate avec surprise qu'un ajout de magnesium a de tels alliages dégà affines, n'avait pas pour effet de reduire cet affinage, mais, au contraire, de l'am-plifier; ce qui va a l'encontre de l'enseignement donne par CHIU. De plus, elle a remarqué que l'action d'affinage complémentaire etait fugace, clest-à-dire qu'elle disparais-sait progressivement dans le temps et qu'il fallait donc ajouter ce magnesium peu de temps avant la couIee pour bene-ficier au maximum de son effe-t. The present invention relates to a method of af ~ inage primary silicon of hyper-aluminum-aluminum alloys tectics.
Those skilled in the art know that we classify the allies aluminum-silicon in three groups according to their content addition element. Allies ~ containing approximately 12.5 ~
by weight of Si are said to be eutectic; those containing it a quantity less than or greater than this value are qualified respectively as hypo or dlhypereutectiques.
In the present case, only the hypereutectic alloys which, during their development, successively give, on cooling, a solid phase essentially containing primary silicon crystals then the aluminum-silicon eutec-tic.
Such allies find their application in particularly during the manufacture by molding of shirts internal combustion engines, because such a structure hard primary silicon crystals embedded in a matrix softer eutectic is particularly suitable for forming a surface with microporosites favorable to retention of lubricants and ~ to friction behavior.
However, in order to obtain suitable results, it is necessary nables, that these crystals have dimensions not exceeding step 100 ~ m.
However, this requirement is difficult to meet on foundry pieces, especially when they are large important.
This is why, we are brought, during the elaboration-tion of these alloys, to add elements or compounds so-called refiners) ~ which multiply in liquid metal the number of germination centers and lead, during the cooling, ~ the ~ ormation of small crystals dimensions.
Many ripening agents have been described in .
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. ~ qJ7 Literature. However, they cannot be used i ~ difes-remember because each of them has a specific effect.
If some have an actioll on the crystals of primary silicon, others, in contrast, only act on eutectic silicon crystals. It is even that can cause magnification of the crystals one of the phases at the same time as they are crying out ~ rate the other.
ST CHIU, in his article The effect of vaxious elements on the modification of Al-Si ~ lloys published in the METALLKUNDE magazine n 57 of May 1966, showed the specificity of these elements and, in particular, in table 4 on page 399, it gives a list of elements with their concentrations which are likely to refine the silicon crystals primary. We find chromium, molybdenum, manganese, tungsten, phosphorus, sulfur, iodine, copper, silver, zinc, tin, lead, nickel, cadmium, Mercury.
We can also read in this article on page 396, in Table 2, which magnesium adds to an alloy hypereutectic contrary to all the elements mentioned more high has the effect of magnifying the silicon crystals ~ -primary and refine the eutectic crystals.
The plaintiff, in an in-depth study refining of hypereutectic alloys, in particular by ~;
phosphorus, noted with surprise that an addition of magnesium has such degraded alloys, was not effect of reducing this refining, but, on the contrary, of am-to fold; what goes against the teaching gives by CHIU. In addition, she noticed that the refining action complementary was fleeting, that is to say, it disappeared gradually knows over time and therefore add this magnesium shortly before the neck to bene-make the most of its effe-t.
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~ ~'7~5~i~7 Ainsi, la presente invention est-elle ~elative ~ un procédé d'afEinage du silicium primaire d'alllages aluminium-silicium hypereutecti~ues ~yant subi un pré-afinage par un produit à base de phosphore, ca~actérisé
en ce que l'on ajoute a cet alliage un produit a base de magnésium immédiatement avant de le couler. ~'alliage étant préparé de manière classique et affillé par ajout de 50 à
1000 ppm de phosphore ou dlune ~uantité correspondante de l'un de ses derives, on ~ ajoute donc du magnesium. Ce dernier peut être à l'état élémentaire ou d'alliages~meres aluminium-magnésium et sous forme de tournures, de poudre ou même de morceaux massiEs de dimensions compatibles avec une vitesse de dissolution suffisamment grande.
La quantité utilisée est telle qu'elle permet d'atteindre, dans l'alliage final, une teneur en magnésium de 500 ppm mais, dans le cas de l'élaboration d'alliages contenant du magnésium dans leur composition, on peut ajouter la quantite necessaire pour atteindre la teneur souhaitee.
L'ajout s'effectue a un moment le plus voisin possible de celui de la coulee et en tout cas, moins de 30 minutes avant la solidification, car, au-dela de ce laps de temps, l'effet d'affinage s'estompe et devient pratiquement nul. De pre férence, l'ajout se fait moins de cinq minutes avant la coulee pour être dans les conditions optima d'affinage.
On peut ainsi obtenir une réduction de moitie environ de la taille des cristaux de silicium primaire par rapport à celle qui est obtenue en presence de phosphore seulement.
On peut également, pou~ une taille de cristaux souhaités, réduire la quantité de phosphore necessaire à
un tel affinage et la compenser par une quantité de magnésium.
Celà a pour avantage de réduire la consommation en ce métal-loide et de diminuer les quantites presentes dans les fours d'élaboration.
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, ~ J7 L'invention peut etre illustrée au moyen des exemples suivants:
EXEMPLE l A partir d'un bain métallique d'~S17 ultra pur, contenant quelques dizaines de ppm de phosphore, et a une ~-température de 765C, on a Prélevé un échantillon que l'on a solidifié en 13 secondes. Ce dernier présentait, a l'examen, des cristaux de silicium primaire d'une taille moyenne voisine de 50 ~m.
On a alors ajouté au même bain 0,1~ de magnésium ~uis, deux minutes apres l'introduction, on a prélevé, soli-difié et examiné dans les memes conditions que précédemmenk, un nouvel échantillon: la taille des cristaux était alors passee à 25 ~Im. Les memes operations ont ete répétées une heure après l'introduction du magnésium et ont alors conduit à l'observation de cristaux de ~0 ~m montrant ainsi la fugacité de l'effet de cet element d'affinage.
Un bain métalli~ue d'AS17 a ete partage en trois ~olumes distincts auquels on a ajouté à chacun des quantités differentes de phosphore, comprises entre 10 et 50 ppm. On a preleve sur chacun d'eux un échantillon que l'on a solidi-fie en treize secondes et dont a examine la structure: la taille des cristaux de silicium primaire observée était:
20 - 40 - 60 ~m.
~ chacun des volumes, on a ajoute 0,1~ Mg et, deux minutes après introduction de cet element, on a procedé aux mêmes operations que celles pratiquées sur l'alliage non traité par le magnesium. La taille des grains etait ~30 respectivement, pour chacun des echantillons: 11 - 19 - 32 ~Im.
On constate ainsi que le magnésium a pour effet de diviser la taille des grains de silicium primaire par un facteur 2 environ.
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~ partir d'un bain d'AS17U~G, ~ une temperature de 780C auquel on a ajoute du cuprophosphore a 15~ de phosphore, de maniere à atteindre une -teneur en phosphore de 700 ppm, on a preleve une certainei quantite de liquide pour le couler sous forme d'eprouvett:es de traction. Apres solidification, la taille des cristaux de silicium primaire observee sur ces éprouvettes depassait 50 ~m.
Au bain restant, on a ajoute 0,~% de magneslum e-t prelevé immediatement, après introduction et fusion de ce dernier, d'autres eprouvettes; celles-ci presentaien-t, apres solidi~ication, une taille de grains de 30 ~m confi.r-mant ainsi le role du magnésium comme élement d'affinage.
La presente invention trouve son applica-tion dans l'affinage des alliages d'aliminium hypereutectiques et pre-sente un g.rand intérêt, notamment lorsque ces alliages sont des-tinés à la fabrication de chemises de moteurs a combustion interne ou de tout autre piece soumise a des frottements.
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~ ~ '7 ~ 5 ~ i ~ 7 Thus, is the present invention ~ elative ~ a process for refining the primary silicon of alloys aluminum-silicon hypereutecti ~ ues ~ yant undergone a pre-trimming with a phosphorus-based product, ca ~ activated in that we add to this alloy a product based on magnesium immediately before pouring. ~ 'alloy being conventionally prepared and sharpened by adding 50 to 1000 ppm of phosphorus or dlune ~ corresponding quantity of one of its derivatives, we therefore add magnesium. This last can be elementary or alloys ~ mothers aluminum-magnesium and in the form of turnings, powder or even massive pieces of dimensions compatible with a sufficiently high dissolution rate.
The quantity used is such that it allows to reach, in the final alloy, a magnesium content of 500 ppm but, in the case of the development of alloys containing magnesium in their composition, we can add the quantity necessary to reach the desired content.
The addition is made as close as possible to that of the casting and in any case, less than 30 minutes before solidification because, beyond this time, the effect ripening fades and becomes practically zero. Befor reference, the addition is made less than five minutes before the poured to be in optimum ripening conditions.
We can thus obtain a reduction of half about the size of the primary silicon crystals by compared to that obtained in the presence of phosphorus only.
You can also, for a size of crystals reduce the amount of phosphorus needed to such refining and compensate for it with an amount of magnesium.
This has the advantage of reducing the consumption of this metal-loid and decrease the quantities present in the ovens of elaboration.
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, ~ D7 The invention can be illustrated by means of following examples:
EXAMPLE l From a metal bath of ~ S17 ultra pure, containing a few tens of ppm of phosphorus, and has a ~ -temperature of 765C, we took a sample which we solidified in 13 seconds. The latter presented, examination, primary silicon crystals of a size average close to 50 ~ m.
0.1 ~ magnesium was then added to the same bath ~ uis, two minutes after the introduction, we took, soli-defined and examined under the same conditions as above, a new sample: the size of the crystals was then increased to 25 ~ Im. The same operations were repeated one hour after the introduction of magnesium and then drove to the observation of crystals of ~ 0 ~ m thus showing the transience of the effect of this refining element.
A metal bath of AS17 was shared in three ~ separate olives which have been added to each of the quantities different phosphorus, between 10 and 50 ppm. We took a sample from each of them which was solidified in thirteen seconds and whose structure has been examined:
size of the primary silicon crystals observed was:
20 - 40 - 60 ~ m.
~ each of the volumes, we added 0.1 ~ Mg and, two minutes after introduction of this element, we proceeded to same operations as those practiced on the alloy not treated with magnesium. The grain size was ~ 30 respectively, for each of the samples: 11 - 19 - 32 ~ Im.
We can see that magnesium has the effect to divide the size of the primary silicon grains by a factor 2 approximately.
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~ from a bath of AS17U ~ G, ~ a temperature of 780C to which cuprophosphorus was added at 15 ~
phosphorus, so as to reach a phosphorus content 700 ppm, a certain amount of liquid was withdrawn to pour it in the form of a test specimen. After solidification, the size of primary silicon crystals observed on these specimens exceeded 50 ~ m.
To the remaining bath, 0. ~% magneslum was added.
and taken immediately after introduction and merger of the latter, other test pieces; these present, after solidi ~ ication, a grain size of 30 ~ m confi.r-thus mant the role of magnesium as a refining element.
The present invention finds its application in refining of hypereutectic and pre-feels great interest, especially when these alloys are for the manufacture of liners for combustion engines internal or any other part subject to friction.
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