Alliage à base de zinc. La présente invention a pour objet un al liage à base de zinc destiné en particulier au coulage en coquilles.
Les nécessités mécaniques du coulage en coquilles entraînent la construction du creu set et de la coquille en fer ou en acier. Ces métaux sont sujets à être attaqués par le zinc en fusion et, on sait par expérience que, pour diminuer cette attaque suffisamment pour s'assurer une durée de vie raisonnable des machines, au moins<B>0,25%</B> d'aluminium doit être ajouté au zinc. Les alliages pour le cou lage en coquilles doivent être suffisamment fluides pour couler convenablement et pour remplir complètement les coquilles em ployées; une proportion d'au moins 2 % d'alu minium paraît être nécessaire pour obtenir un degré de fluidité approprié.
On sait de puis longtemps que l'aluminium augmente la résistance du zinc à la traction et sa présence est de ce fait, par elle-même désirable dans (les alliages à base de zinc devant être coulés en coquilles, la quantité de l'aluminium pré sent variant de 2 à 10 %, voire 15 %.
Les alliages zinc-aluminium contenant moins de<B>80%</B> d'aluminium environ, subis sent une transformation de structure après leur solidification, cette transformation étant habituellement connue sous le nom de "chan- gement de phase" ou plus spécialement dans ce cas, sous le nom de "réaction eutectoïde". Cette transformation consiste en la formation de deux formes ou phases cristallines diffé rentes par la décomposition (le la phase cris talline existant préalablement.
Cette trans formation est accompagnée par certaines mo difications des propriétés physiques de l'al liage comme, par exemple, une augmentation de sa densité, de sa dureté et de sa résistance à la traction, et une diminution de sa duc tilité et de sa résistance au choc. Ce chan gement de phase peut se produire pendant le refroidissement de l'alliage, après coulage, ou bien, il peut être retardé ou inhibé par cer- taines influences. Dans ces cas, il peut avoir lieu graduellement pendant une période de plusieurs mois, à la température ordinaire.
Un stade secondaire de changement de phase, qui se produit quelquefois, est la crois sance ou la réunion des particules extrême ment petites des nouvelles phases formées en premier lieu, en particules plus grandes. Ce stade peut être accompagné par un amollisse ment et une diminution de la résistance à la traction, ainsi que par une augmentation de la ductilité et de la résistance au choc.
Des alliages zinc-aluminium dont la com position est comprise dans les limites ci- dessus, sont également sujets à un genre de désintégration, habituellement connu comme "oxydation intercristalline". Dans les cas extrêmes, sous l'influence de la chaleur et de l'humidité, l'oxydation intercristalline peut pénétrer complètement dans des échantillons de ces alliages et en provoquer le gonflement, le gauchissement et même la désintégration complète. L'oxydation intercristalline est clans une certaine mesure associée au change ment de phase et en dépend partiellement.
On a reconnu jusqu'à présent que certains autres métaux, lorsqu'ils sont présents dans ces alliages zinc-aluminium, exercent des ef fets importants, soit sur lé changement de phase, soit sur l'oxydation intercristalline, soit encore sur ces deux phénomènes à la fois. Par exemple, le cuivre et le magnésium sont connus pour leur influence sur le change ment de phase, soit en ce qui concerne la ra pidité avec laquelle il a lieu, soit en ce qui concerne l'achèvement complet de la réaction, soit encore à d'autres points de vue non com plètement connus.
L'effet particulier produit par le cuivre et le magnésium sur le change ment de phase, agit favorablement en aug mentant la résistance des alliages à l'oxyda tion intercristalline. Le plomb, bien que n'exerçant aucune influence marquée sur 1e changement de phase, diminue très sérieuse ment la résistance de ces alliages zinc- aluminium à l'oxydation intercristalline. Le cadmium, bien qu'ayant un certain effet sur le changement de phase, diminue également, en présence de plomb, la résistance de ces alliages à l'oxydation intercristalline.
Des alliages à base de zinc appropriés pour le coulage en coquilles sont connus et employés. Un alliage contenant 4 % d'alu minium, 3 % de cuivre et le solde étant du zinc métallique de grande pureté, est em ployé sur une grande échelle, de façon satis faisante, dans bien des buts.
Cet alliage pré sente cependant deux défauts: 1o En vieillissant, soit à des températures normales, soit à des températures légèrement élevées, l'alliage perd sérieusement de résis tance au choc et il subit un changement dans ses dimensions linéaires; 20 En présence d'humidité, et particu lièrement en présence à la fois de chaleur e1: d'humidité, l'alliage subit une oxydation in tercristalline, laquelle provoque des modifi cations sérieuses de ses propriétés physique et de ses dimensions.
On connaît déjà un alliage perfectionné, à base de zinc, pour le coulage en coquilles, ayant la composition suivante: 4 % d'alumi nium, 3 % de cuivre. 0,1'o de magnésium. le solde étant du zinc pur. Cet alliage est exempt du deuxième défaut indiqué ci-dessus, c'est-à-dire de l'oxydation intercristalline. Cependant, il est sujet au premier défaut, à savoir la perte de résistance au choc et le changement de ses dimensions en vieillissant. Les défauts de ces alliages empêchent de les employer sur une grande échelle pour des applications auxquelles ils seraient appro priés à. d'autres points de vue.
Ces alliages ont une résistance à la traction, très élevée, bien supérieure à celle habituellement néces saire, et l'élimination des défauts qui vien nent d'être indiqués, même aux dépens d'une diminution considérable de la résistance à la traction, serait avantageuse.
On a -trouvé que le cuivre (lequel est pré sent dans les alliages ci-dessus, principale ment pour empêcher l'oxydation intercristal- line) produit la perte de résistance au choc et les variations de dimensions lors du vieillis sement. On a également trouvé qu'un alliage pratiquement exempt de' modifications suJet- tes à objection lors du vieillissement, peut être obtenu à partir du zinc métallique pur en y ajoutant 4 % d'aluminium et<B>0,1%</B> de ma gnésium. Cet alliage possède également les autres propriétés requises pour un alliage coulable en coquilles.
Cependant cet alliage, lorsqu'il est préparé à partir de zinc con- tenant au minimum<B>0,06%</B> de plomb et de cadmium, est sujet dans une certaine mesure, à l'oxydation intercristalline qui en limite l'emploi clans une certaine mesure.
On a ce pendant trouvé qu'en réduisant effectivement la quantité de plomb et de cadmium, on peut obtenir un alliage de la teneur ci-dessus en aluminium et magnésium, qui est exempt d'oxydation intercristalline, aussi bien que (le changements en vieillissant et qui, par consé quent, est approprié pour un grand nombre d'applications clans lesquelles les alliages con nus précédemment ne sont pas satisfaisants. Cette exemption d'oxydation intercristalline peut être obtenue, par exemple, en employant du zinc métallique pur contenant tout au plus 0,01 % de plomb et de cadmium.
Basé sur les considérations ci-dessus, l'al liage à base de zinc, objet de l'invention, est caracetérisé en ce qu'il contient de 2 à 15 d'aluminium, de 0,01 à<B>0,3%</B> de magnésium, clé 0,00 à 0,06, ô de plomb et de cadmium comme impuretés, le solde étant du zinc pur, c'est-à-dire formé uniquement de Zn ou formé de Zn accompagné de quantités excessivement petites, pratiquement négligeables, d'autres impuretés, par exemple d'étain, pas plus de 1 à 2 millièmes %.
On peut, par exemple, avoir un alliage contenant de 2 à 15 % d'alu minium, de 0,01 à<B>0,3%</B> de magnésium, au m@Lximum <B>0,01%</B> de plomb et de cadmium et 0,001% d'étain, le solde étant du zinc.
La. résistance au choc de l'alliage objet de l'invention, n'est pratiquement pas amoindrie ou diminuée lors du vieillissement à des tem pératures normales ou légèrement élevées; en outre, cet alliage ne change pratiquement pas de dimensions linéaires, lors du vieillisse ment. On sait déjà que des résultats supérieurs peuvent être obtenus en employant du zinc métallique pur comme métal de base pour la fabrication des alliages connus, coulables en coquilles. Le zinc métallique bien connu "Horsehead brand" a été considéré comme étant éminemment satisfaisant pour ce but, et on a estimé inutile ou sans avantage d'em ployer du zinc de plus grande pureté.
Le zinc métallique "Horsehead brand" a en moyenne 99,94% de zinc et contient environ 0,045 % de plomb et 0,008 % de cadmium.
Dans sa forme préférée, l'alliage perfec tionné à base de zinc, coulable en coquilles, selon la présente invention, peut être préparé avec un zinc métallique de base de grande pureté, contenant pas plus de<B>0,01%</B> (le plomb et de cadmium. Des résultats très sa tisfaisants ont été obtenus avec du zinc mé tallique contenant<B>99,99%</B> de zinc, moins de 0,003% de plomb, moins de<B>0,003%</B> de cad mium et moins de<B>0,001%</B> d'étain. L'alliage à base de zinc, objet de la présente invention, contient, de préférence, environ 4 % d'alumi nium, environ 0,1 % de magnésium, 99,99 du solde étant formé de zinc.
L'étain doit être pratiquement exclu de l'alliage, et dans aucun cas il ne peut dépasser environ 0,001 %.
Les tableaux suivants montrent les pro priétés physiques perfectionnées de moulages en coquilles, faits avec un alliage selon l'in vention; ces tableaux montrent plus particu lièrement l'augmentation de la résistance au choc (tableau II) et la dilatation linéaire pratiquement négligeable (tableau III), lors du vieillissement. Le tableau IV montre l'augmentation de la résistance au choc et la diminution de la résistance à la traction se produisant lors d'un simple vieillissement à température élevée (sans oxydation inter- cristalline ou autre corrosion).
Ce chan#@c- ment est supposé dû à quelque croissance @de particules suivant le changement de phase, laquelle se termine probablement pendant le refroidissement subséquent au coulage. L'al liage est clé la composition suivante: 4 % Al, 0,1% de Mg, 0,0024% Pb, 0,0019-9% Cd, le solde étant du zinc. I. Résistance à la rupture par traction en kg/cm2 pour éprouvettes plates.
EMI0004.0003
Après <SEP> exposition <SEP> à <SEP> la <SEP> Après <SEP> 30
<tb> Tel <SEP> que <SEP> vapeur <SEP> à <SEP> <B>95'</B> <SEP> C <SEP> jours <SEP> d'expo coulé <SEP> 1 <SEP> 5 <SEP> 10 <SEP> 00 <SEP> svaon <SEP> < t, <SEP> lot
<tb> vapeur <SEP> à
<tb> jour <SEP> jours <SEP> jours
<tb> jours <SEP> <B><U>701</U></B> <SEP> C
<tb> 2920
<tb> 255o1236012235120601 <SEP> 2300 II. Résistance au choc en mhg/em2.
EMI0004.0005
Après <SEP> exposition <SEP> à <SEP> la
<tb> Tel <SEP> que <SEP> vapeur <SEP> à <SEP> <B>95 <SEP> 0</B> <SEP> C
<tb> coulé <SEP> 1 <SEP> 5 <SEP> # <SEP> 10 <SEP> 20
<tb> jour <SEP> jours <SEP> jours <SEP> jours
<tb> 1,86
<tb> 2,33 <SEP> 2,10 <SEP> 2,03 <SEP> 2,55 III. Dilatation linéaire en millimètres.
EMI0004.0006
Dilatation <SEP> après <SEP> exposition <SEP> Dilatation
<tb> après <SEP> 30
<tb> à <SEP> la <SEP> vapeur <SEP> à <SEP> 95 <SEP> <SEP> C <SEP> joursd'expo Largeur <SEP> sition <SEP> à <SEP> la
<tb> #
<tb> 1 <SEP> 5
<tb> 10 <SEP> 20
<tb> jour <SEP> jours <SEP> jours <SEP> jours <SEP> vapeur <SEP> à
<tb> <B><U>700</U></B> <SEP> C
<tb> <U>1</U>
<tb> 18,80
<tb> 0,002ë39
<tb> 0,00,620
<tb> 0,0223 <SEP> 0,0329
<tb> 0,0<B>1</B>77 IV. Vieillissement à température élevée dans l'air sec.
EMI0004.0007
Résistance <SEP> à <SEP> la
<tb> rupture <SEP> par <SEP> Résistance <SEP> au
<tb> traction <SEP> pour <SEP> Dilatation
<tb> éprouvettes <SEP> choc <SEP> en <SEP> mlzg/cm"
<tb> plates <SEP> en <SEP> k,-,/cm-2
<tb> Tel <SEP> que <SEP> 10 <SEP> jours <SEP> Tel <SEP> que <SEP> 10 <SEP> jours <SEP> 10 <SEP> jours
<tb> <U>coulé <SEP> I <SEP> à <SEP> 95 <SEP> <SEP> C <SEP> coulé <SEP> I <SEP> à <SEP> 95 <SEP> <SEP> C <SEP> à <SEP> 95 <SEP> <SEP> C</U>
<tb> 2930 <SEP> 2370
<tb> 1,86
<tb> 2,48
<tb> 0,000000 Comme on le voit des tableaux ci-dessus, l'alliage conforme à la présente invention conserve remarquablement ses propriétés phy siques après un vieillissement accéléré.
Ceci permet l'emploi de moulages en coquilles, faits avec cet alliage à des températures éle vées, et en présence d'humidité, sans perte sujette à objection des propriétés physiques. Ceci permet également l'emploi de moulages en coquilles partout où du zinc très pur lui- même n'est pas attaqué par des influences corrosives. En plus des propriétés indiquées clans ces tableau, des moulages en coquilles. faits avec l'alliage perfectionné de la présente invention, après un vieillissement accéléré de 5 jours dans de la vapeur à 95 C, résiste ront à un pliage lent d'environ 30 avant de rompre.
Des moulages en coquilles faits avec des alliages à base de zinc obtenables jusqu'à présent, avec lesquels on a travaillé, sont capables de résister, après un vieillisse ment semblable, à un pliage lent d'environ 5 seulement ou même moins. Cet essai au pliage lent est une mesure de la faculté du moulage en coquilles à, résister à une défor mation.