Alliage léger antifriction. La présente invention concerne un nou vel alliage d'aluminium destiné à être utilisé sous forme de coussinets, de bagues ou, géné ralement, de pièces travaillant au frottement.
Dans les alliages antifriction usuels, on trouve essentiellement, jusqu'à ce jour, des métaux de base lourds., tels que l'étain, le plomb ou le .cuivre dans les bronzes.
La présente invention concerne un alliage à base d'aluminium dont les propriétés de glissement présentent une amëlioration sen sible sur les alliages usuels.
L'alliage léger selon l'invention contient 75,5 à 94% d'aluminium, 3.,5 à 8,5,% de cuivre, 2 à 7 % de magnésium, 0,5à 4% de plomb.
L'addition de cuivre n'augmente pas les risques. de grippages et améliore les proprié tés mécaniques de l'alliage.
Le plomb confère aux -alliages obtenus des qualités spéciales relatives au frottement et à l'adhérence des lubrifiants. Il paraît s'op poser aux grippages. Non ,seulement les métaux constituants de l'alliage faisant l'objet de la présente inven tion peuvent être d'un titre commercial quel conque, c'est-à-dire contenir les impuretés courantes de l'aluminium, telles que fer et silicium, chacune avec une teneur inférieure à 0,5 % par exemple, mais encore les métaux utilisés peuvent provenir de récupération de l'alliage lui-même.
Ils peuvent provenir de la récupération .de vieux -coussinets.. La présence du plomb permet cette utilisation éventuelle d'alliages de récupération. En effet, la pré sence du ,plomb permet de tolérer, en outre des impuretés habituelles, une teneur no table en métaux lourds: Cr, Ni, V, Ti, Zr, Mn, -etc. allant jusqu'à 2.% pour chacun, mais pour un total ne dépassant pas 4%.
Dans certaines applications, il peut être avantageux, en. effet, de. procéder soit à des additions d'éléments susceptibles d'affi ner le grain, soit à des additions d'éléments susceptibles d'améliorer les propriétés m6ca- niques, tels que vanadium, titane ou manga nèse. On peut également utiliser, pour la com position du présent alliage, des métaux d'un très grand degré de pureté, tels que cuivre électrolytique, magnésium raffiné, alumi nium raffiné, etc.
Lest connu que la miscibilité, à l'état so lide, du plomb dans l'aluminium pur est faible; cette miscibilité est satisfaisante dans l'alliage selon la présente invention. Eille est favorisée par la présence du cuivre et du ma gnésium.
L'alliage peut en outre contenir de l'étain ou de l'antimoine, ou du bismuth, ou contenir à la fois,de l'étain, de l'antimoine et du bis muth; mais la teneur en plomb et étain, ou en plomb et antimoine, ou en plomb et bis muth, ou en plomb, étain, antimoine et bis muth ensemble, ne doit pas être supérieure à 4 % et la teneur en plomb seul ne doit pas être inférieure à 0,5 %, comme dans le cas où l'alliage contient seulement de l'aluminium, du cuivre, du magnésium et du plomb;
c'est- à-dire que l'alliage contient alors 75,5 à 94 d'aluminium, 3,,5 à 8,5,% de cuivre, ?, à 7 % de magnésium, ainsi que du plomb et de l'étain, ou du plomb et de l'antimoine, ou du plomb et du bismuth, ou du plomb, de d'étain, de l'antimoine et du bismuth ensemble jusqu'à 4%, la teneur en plomb seul étant au moins de 0,5 %.
L'obtention de l'alliage peut se faire par toutes les méthodes connues, soit par l'intro duction directe de chacun des éléments dans le bain, soit par l'utilisation d'alliages-mères, soit, en ce qui concerne le plomb, par intro duction au moyen de la réaction d'un sel de plomb, tel que sulfure de plomb, en, surface du bain d'aluminium ou d'aluminium-magné- sium fondu, soit encore par l'utilisation de pastilles composées d'oxyde de plomb et de grenaille d'aluminium en -proportions telles que, posées, en surface, il y ait réaction de l'alu minium et introduction du plomb dans le bain.
Une composition avantageuse pour cer taines applications, du présent alliage est la suivante: Aluminium 89,9%, cuivre 4,4%, magné sium 3,5-%, plomb 2,2%. Des essais approfondis ont. révélé les ex cellentes propriétés de cet alliage: il y a un coefficient de frottement peu élevé lorsqu'il se trouve en contact avec l'acier ou d'autres métaux divers.
Par exemple, avec d'acier mi- dur, dans les mêmes conditions de fonction nement, son coefficient de frottement est in férieur de 10% à, celui de l'alliage antifric tion usuel à base d'étain, c'est-à-dire de l'al liage antifriction contenant<B>83%</B> d'étain, <B>11%</B> d'antimoine et 6 % de cuivre. Sa limite élastique à la compression est le double en viron de: .celle de ce même, alliage à 83; d'étain,<B>11%</B> d'antimoine et G % de cuivre. Sa charge de rupture à, la compression est 3,5 fois environ plus élevée que celle de ce même alliage.
Un tel alliage à<B>819 9,</B> % d'alu minium, 4,4% de cuivre,<B>3,5%</B> de magné sium et 2,2% de plomb se révèle, par l'essai de résilience, trois fois moins fragile au choc que l'alliage antifriction usuel à base d'étain à 813#% d'étain,<B>11%</B> d'antimoine et 6 % de cuivre.
Cet alliage à, 89,9% d'aluminium, 4,4% de cuivre, 3,5% de magnésium et 2,2 % de plomb a atteint, au cours des essais, une vitesse de 1.0 avec une cbarge supérieure à lot? kg/cm\, sans provo quer de détérioration de l'arbre. Sa dureté Brinell à froid est de 78 environ.
Elle per met de supporter de fortes charges et auto rise néanmoins un fluage suffisant pour ré duire les pressions loeales qui pourraient se développer en un point. de la surface à la suite d'une faute de montage ou pour toute autre cause. Cette propriété n'est pas donnée aux bronzes usuels antifriction par suite de leur dureté trop élevée.
Cet alliage antifriction léger à 89,9 d'aluminium, 4,4% de cuivre,<B>3,5%</B> de ma gnésium et 2,2% de plomb peut fonctionner à des températures relativement élevées, car sa dureté Brinell à 1.5f0 est encore de 75 en viron, alors qu'à la, même température la, du veté des alliages usuels à base d'étain est trop faible pour pouvoir:
supporter de fortes charges, et celle des bronzes est trop élevée pour permettre la réduction des pressions Io- eales. L'alliage selon la présente invention peut être utilisé non seulement à l'état coule, mais aussi à l'état transformé mécaniquement, c'est-à-dire forgé, filé, laminé, matricé, etc., ces opérations étant .conduites à chaud ou à froid de manière à permettre l'obtention fa cile des formes requises industriellement. A l'état transformé, .cet alliage présente, dans certains cas d'application, des avantages tech niques sur l'état coulé.
L'alliage selon .l'invention peut être uti lisé soit comme pièce de frottement mono bloc, soit comme couche de frottement fixée à une armature, soit à la manière des alliages dits "régulés", c'est-à-dire soudés, soit encore par tout moyen mécanique: vis, goujon, fret- tage, etc.
La couche de frottement peut être faite en alliage suivant l'invention à l'état soit coulé, soit transformé (forgé, filé, la miné, matricé, etc.). La pièce-support peut être en un alliage quelconque lourd (cuivre, laiton, bronze, fer, fonte, etc.), .coulé ou transformé (au sens donné plus haut à ce mot).
La fixation de la -couche de frottement en alliage suivant l'invention peut être faite soit par soudure directe par tout procédé connu (par exemple "à la poche"), soit par l'intermédiaire .d'une couche intermédiaire de composition -choisie pour faciliter le collage (par exemple, dans le cas du ssupport en al liage ferreux ou cuivreux, on utilisera une couche de soudure -de plombier;
dans le cas des supports en alliages d'Al, ou utilisera des alliages Al-Zn, Al-Cd, Al-Zn-Cd, AL-Zn-Sn, ete. ou tous autres alliages soudables aux alliages d'Al). Cette soudure pourra être obtenue par le simple effet -de la chaleur et @de la pression.
Dans le cas où le support .et la couche de frottement ont en alliages transformés, le collage peut être exé cuté soit après les opérations de transforma tion, soit au cours @de ces transformations, une partie des opérations de transformation étant alors commune au support et à la cou che de frottement. L'opération peut être con duite avec ou sans couche intermédiaire de :soudure.
Par exemple, on pourra obtenir .di- rectement le laminage des plaques mixtes composées d'une couche d'acier ou de fer col lée à une couche d'alliage suivant l'inven- tion. Autre exemple: le collage pourra avoir lieu au cours de la dernière passe de matri çage, etc.
Lightweight anti-friction alloy. The present invention relates to a new aluminum alloy intended for use in the form of bearings, rings or, generally, parts working under friction.
In the usual antifriction alloys, one finds, until now, mainly heavy base metals, such as tin, lead or .copper in bronzes.
The present invention relates to an aluminum-based alloy, the sliding properties of which exhibit a significant improvement over the usual alloys.
The light alloy according to the invention contains 75.5 to 94% aluminum, 3.5 to 8.5,% copper, 2 to 7% magnesium, 0.5 to 4% lead.
The addition of copper does not increase the risk. seizure and improves the mechanical properties of the alloy.
Lead gives the -alloys obtained special qualities relating to friction and adhesion of lubricants. It seems to oppose seizures. No, only the constituent metals of the alloy forming the subject of the present invention can be of any commercial title, that is to say contain the common impurities of aluminum, such as iron and silicon. , each with a content of less than 0.5% for example, but also the metals used can come from recovery of the alloy itself.
They can come from the recovery of old bearings. The presence of lead allows this possible use of recovered alloys. In fact, the presence of lead makes it possible to tolerate, in addition to the usual impurities, a low content of heavy metals: Cr, Ni, V, Ti, Zr, Mn, -etc. up to 2.% for each, but for a total not exceeding 4%.
In some applications, it may be advantageous to. effect, of. proceed either to additions of elements likely to refine the grain, or to additions of elements likely to improve the mechanical properties, such as vanadium, titanium or manganese. Metals of a very high degree of purity, such as electrolytic copper, refined magnesium, refined aluminum, etc. can also be used for the composition of the present alloy.
It is known that the miscibility, in the solid state, of lead in pure aluminum is low; this miscibility is satisfactory in the alloy according to the present invention. Eille is favored by the presence of copper and magnesium.
The alloy may further contain tin or antimony, or bismuth, or contain both tin, antimony and bis muth; but the content of lead and tin, or lead and antimony, or lead and bis muth, or lead, tin, antimony and bis muth together, must not be more than 4% and the content of lead alone must not be less than 0.5%, as in the case where the alloy contains only aluminum, copper, magnesium and lead;
that is to say that the alloy then contains 75.5 to 94 aluminum, 3,, 5 to 8.5,% copper,?, 7% magnesium, as well as lead and l 'tin, or lead and antimony, or lead and bismuth, or lead, tin, antimony and bismuth together up to 4%, the content of lead alone being at least 0.5%.
The alloy can be obtained by all known methods, either by the direct introduction of each of the elements in the bath, or by the use of parent alloys, or, as regards lead. , by intro duction by means of the reaction of a lead salt, such as lead sulphide, on the surface of the molten aluminum or aluminum-magnesium bath, or else by the use of pellets composed of The oxide of lead and aluminum shot in -proportions such that, placed, on the surface, there is reaction of the aluminum and introduction of lead into the bath.
An advantageous composition for certain applications of the present alloy is as follows: Aluminum 89.9%, copper 4.4%, magnesium 3.5%, lead 2.2%. Extensive tests have. revealed the excellent properties of this alloy: there is a low coefficient of friction when it comes into contact with steel or other various metals.
For example, with medium-hard steel, under the same operating conditions, its coefficient of friction is 10% lower than that of the usual tin-based antifric tion alloy, that is to say - say anti-friction alloy containing <B> 83% </B> tin, <B> 11% </B> antimony and 6% copper. Its elastic limit in compression is about twice that of:. That of the same, alloy at 83; tin, <B> 11% </B> antimony and G% copper. Its breaking load at compression is approximately 3.5 times greater than that of this same alloy.
Such an alloy containing <B> 819 9, </B>% aluminum minium, 4.4% copper, <B> 3.5% </B> magnesium and 2.2% lead is found , by the impact test, three times less brittle to impact than the usual anti-friction alloy based on tin containing 813 #% tin, <B> 11% </B> antimony and 6% copper .
This alloy with, 89.9% aluminum, 4.4% copper, 3.5% magnesium and 2.2% lead reached, during the tests, a speed of 1.0 with a load greater than batch ? kg / cm \, without causing damage to the tree. Its cold Brinell hardness is approximately 78.
It allows to withstand high loads and nevertheless allows sufficient creep to reduce local pressures which could develop at a point. of the surface following an assembly fault or for any other cause. This property is not given to usual anti-friction bronzes because of their too high hardness.
This lightweight anti-friction alloy of 89.9 aluminum, 4.4% copper, <B> 3.5% </B> magnesium and 2.2% lead can operate at relatively high temperatures because its Brinell hardness at 1.5f0 is still around 75, whereas at the same temperature the strength of usual tin-based alloys is too low to be able to:
withstand heavy loads, and that of the bronzes is too high to allow the reduction of the eal pressures. The alloy according to the present invention can be used not only in the cast state, but also in the mechanically processed state, i.e. forged, spun, rolled, forged, etc., these operations being carried out. hot or cold so as to allow easy obtaining of the forms required industrially. In the transformed state, this alloy has, in certain cases of application, technical advantages over the cast state.
The alloy according to the invention can be used either as a single block friction part, or as a friction layer fixed to a reinforcement, or in the manner of so-called “regulated” alloys, that is to say welded, or even by any mechanical means: screw, stud, fretboard, etc.
The friction layer can be made of an alloy according to the invention in either the cast or transformed state (forged, extruded, mined, die-stamped, etc.). The support part can be in any heavy alloy (copper, brass, bronze, iron, cast iron, etc.), cast or transformed (in the sense given above to this word).
The attachment of the friction-layer of alloy according to the invention can be made either by direct welding by any known method (for example "with the ladle"), or by means of an intermediate layer of -selected composition. to facilitate bonding (for example, in the case of the ssupport in ferrous or copper alloy, a layer of plumber's solder will be used;
in the case of Al alloy supports, or will use Al-Zn, Al-Cd, Al-Zn-Cd, AL-Zn-Sn, ete alloys. or any other alloy that can be welded to Al alloys). This weld can be obtained by the simple effect of heat and pressure.
In the case where the support and the friction layer have transformed alloys, the bonding can be carried out either after the transformation operations, or during these transformations, part of the transformation operations then being common to the support. and to the friction layer. The operation can be carried out with or without an intermediate layer of: welding.
For example, it is possible to obtain directly the rolling of mixed plates composed of a layer of steel or iron bonded to a layer of alloy according to the invention. Another example: gluing could take place during the last die-forging pass, etc.