Procédé de fabrication d'un alliage d'aluminium et de manganèse. La présente invention se rapporte à un procédé de fabrication d'un alliage d'alumi nium présentant une haute résistance à la corrosion et de bonnes propriétés physiques, particulièrement de bonnes résistances méca niques, telles que l'exigent la, fabrication d'ins tallations chimiques et d'autres usages.
En général, avec les alliages d'aluminium., la résistance à la corrosion tend à s'abaisser quand les propriétés mécaniques sont amélio rées. Pour beaucoup d'usages, il est possible de trouver un compromis acceptable entre ces effets opposés et, dans quelques applications, on peut même obtenir un meilleur résultat en utilisant une forme appropriée de composé métallique tel que celui que nous avons décrit dans la description complète du brevet bri tannique N 735852. La présente invention se rapporte à une autre manière d'obtenir ces résultats améliorés, particulièrement appro priée quand l'alliage est destiné à être soumis à une corrosion d'un type absolument général.
Comme déjà dit plus haut, la plus forte résistance à la corrosion est. obtenue avec un aluminium de la plus haute pureté, soit. un aluminium désigné ici comme ultra-pur et défini comme contenant. au moins 99,95 % d'aluminium. Cette propriété de résistance à la corrosion de l'aluminium ultra-pur n'est pas communiquée en général à un alliage d'aluminium ultra-pur avec un autre métal ou des autres métaux.
Par exemple, les alliages d'aluminium ultra-pur avec le magnésium pré sentent un faible avantage sur les alliages similaires obtenus avec de l'aluminium de pureté commerciale, lors d'une exposition pro longée aux conditions de corrosion.
On a trouvé maintenant, à la suite de recherches étendues, qu'en alliant l'aluminium ultra-pur avec du manganèse ayant une pu- reté non inférieure à 99,5 % (que l'on désigne ci-après comme manganèse pur), on obtient un alliage imprévu ayant une résistance à la. corrosion peu inférieure à celle de l'alumi nium ultra-pur lui-même et des propriétés mécaniques considérablement améliorées.
Le procédé selon la présente invention est caractérisé en ce que l'on incorpore du man- ga.nèse pur à de l'aluminium ultra-pur dans la proportion de 0,2 à 2,15 parties du premier pour<B>100</B> parties de ces deux matières pre mières.
On préfère en général que le pourcentage du manganèse soit quelque peu inférieur à 1,5 % afin de pouvoir assurer la plus haute résistance à la. corrosion de l'alliage. Néan moins, quand des propriétés physiques supé rieures sont requises là où l'on peut tolérer une résistance à la corrosion quelque peu infé rieure, le pourcentage de manganèse peut être augmenté jusqu'à 2 % environ, le maximum étant 2,15a /o.
On prépare, par exemple, un alliage d'alu- minium ultra-pur contenant 1,25 % de man- ganèse pur. Les propriétés mécaniques de cet alliage, après qu'il a été travaillé à froid, sont similaires à celles d'une trempe corres pondante d'un alliage d'aluminium de pureté commerciale et de 1,251/o de manganèse pur désigné par<B>NS. 3</B> dans le B. S.1470.
Quand L'alliage obtenu à partir de ces constituants de haute pureté avec 1,25 % de manganèse est à l'état complètemnet. doux, en supposant que des conditions de productions spéciales ne sont pas employées, il présente un grain plutôt grossier, de sorte que sa. ductilité est ordinaire ment inférieure à celle de l'alliage produit à partir des mêmes constituants de pureté com merciale.
Cependant, pour beaucoup d'appli cations, cette caractéristique est relativement peu importante, plus spécialement par le fait que l'a.himinium ultra-pur seul peut être uti lisé quand un métal fortement ductile de très haute résistance à la corrosion est recherché.
Par ailleurs, la. réduction de la. teneur en fer qui résulte de l'emploi de l'aluminium ultra- pur et du manganèse pur dans la production de l'alliage rend possible d'augmenter la teneur en manganèse de ce dernier jusqu'à 2 % et d'obtenir ainsi une amélioration des propriétés mécaniques comparativement à l'alliage de pureté commerciale cité plus haut, tout en obtenant une grosseur de grain au moins aussi fine que celle de cet alliage.
On obtient, par exemple, les propriétés sui vantes avec des alliages préparés par le procédé selon la présente invention, obtenus à partir de l'aluminium ultra-pur allié avec du man ganèse pur et essayés sous forme d'une feuille laminée dure s. w. g. 20:
EMI0002.0027
Teneur <SEP> en. <SEP> manganèse
<tb> 2 <SEP> <B>VO <SEP> <I>1,25</I></B> <SEP> %
<tb> Charge <SEP> provoquant <SEP> une
<tb> déformation <SEP> résiduaire
<tb> de <SEP> 0,19/o <SEP> en <SEP> kg/em2 <SEP> . <SEP> 1985 <SEP> 1685
<tb> Charge <SEP> de <SEP> rupture <SEP> à. <SEP> la
<tb> traction <SEP> (kg/cm2) <SEP> . <SEP> . <SEP> 2630 <SEP> 2142
<tb> Allongement <SEP> (en <SEP> % <SEP> sur
<tb> 50 <SEP> mm) <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 2,4 <SEP> 2,5 Si le métal est homogénéisé par chauffage avant laminage et, dans des recuits subsé quents, rapidement.
chauffé à la température appropriée, on peut alors obtenir un grain très fin et., par là, une bonne ductilité pour les deux alliages de haute pureté à 1,25 et 2 /o de manganèse. On obtient par exemple les propriétés suivantes avec un alliage à 1,25 % de manganèse, essayé sous forme d'une feuille tendre s. w. g. 20:
Charge provoquant une déformation résiduaire de 0,1%, en kg'em2 5\? 0 Charge de rupture à la traction, kg;
'cm2 1024 Allongement (en % sur 50 mm) . . 34 L a limite supérieure de la proportion de manganèse pouvant être employée pour réali- ser l'invention est. de 2,15 %,
car il est. impos- sible de garder un pourcentage supérieur de manganèse en solution solide dans l'alliage, dans les conditions propres à la production commerciale.
Les indications suivantes ont pour but d'illustrer les résistances à la corrosion rela tives: a) d'alliages obtenus par le procédé selon la présente invention, b) de l'aluminium ultra-pur, et c) d'un alliage d'aluminium commercial et de 1,25 % de manganèse.
Il faut savoir que les taux indiqués plus loin varient quelque peu avec des types diffé rents de milieux corrosifs. Les résultats don nés concernent. le taux de perte de poids d'un échantillon du métal ou de l'alliage quand il est.
continuellement immergé dans une solu- tion acide chaude contenant 1% de chlorure de sodium et 1% d'acide acétique, maintenue à. 80 C.
Ces conditions sont connues comme constituant un essai sévère, mais digne de foi pour les alliages d'aluminium utilisés clans les installations chimiques. Après une période d'établissement, le taux de corrosion reste constant. et les valeurs suivantes représentent les taux constants respectifs:
EMI0003.0001
Perte <SEP> de <SEP> poids
<tb> Métal <SEP> ou <SEP> alliage <SEP> (g <SEP> par <SEP> m2 <SEP> et
<tb> par <SEP> jour)
<tb> Aluminium <SEP> ultra-pur <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 8
<tb> Allias, <SEP> -e <SEP> aluminium <SEP> ultra-pur <SEP> l
<tb> 1,2511/o <SEP> manganèse <SEP> pur <SEP> . <SEP> . <SEP> 9
<tb> Alliage <SEP> aluminium <SEP> ultra-pur
<tb> 2 <SEP> % <SEP> manganèse <SEP> pur <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 10
<tb> Alliage <SEP> aluminium <SEP> commercial
<tb> 1,25 <SEP> 0/0 <SEP> manganèse <SEP> commercial <SEP> 27 Les impuretés présentes dans les alliages préparés conformément à la présente inven tion doivent être aussi faibles que possible afin. d'assurer la. résistance à la.
corrosion maxi- mum, de préférence inférieures à 0,01% pour le silicium, inférieures à 0,01 /o pour le fer, et inférieures à 0,005% pour le cuivre.
On peut voir que les alliages préparés con formément à l'invention peuvent présenter une résistance à la. corrosion approchant celle de ].'aluminium ultra-pur, tout en présentant une plus grande résistance mécanique que ce dernier.
De tels alliages sont. particulièrement utiles dans la construction d'installations chi- iï)iques et dans des buts analogues, où les par ties ou les structures formées à partir de ces alliages peuvent être soumises à des condi- tions de corrosion conduisant à une attaque absolument générale, et particulièrement à des conditions nettement acides ou alcalines.
Manufacturing process of an aluminum and manganese alloy. The present invention relates to a method of manufacturing an aluminum alloy exhibiting high corrosion resistance and good physical properties, particularly good mechanical strengths, as required by the manufacture of installations. chemicals and other uses.
In general, with aluminum alloys, the corrosion resistance tends to decrease as the mechanical properties are improved. For many uses it is possible to find an acceptable compromise between these opposing effects and, in some applications, a better result can even be obtained by using an appropriate form of metallic compound such as that we have described in the full description. of British Patent No. 735852. The present invention relates to another way of obtaining these improved results, particularly suitable when the alloy is intended to be subjected to corrosion of an absolutely general type.
As already said above, the stronger the corrosion resistance is. obtained with an aluminum of the highest purity, ie. an aluminum designated here as ultra-pure and defined as containing. at least 99.95% aluminum. This corrosion resistance property of ultra-pure aluminum is not generally imparted to an alloy of ultra-pure aluminum with another metal or metals.
For example, ultra-pure aluminum alloys with magnesium have a small advantage over similar alloys obtained with commercial purity aluminum, when exposed to long term corrosion conditions.
It has now been found, as a result of extensive research, that by alloying ultra-pure aluminum with manganese having a purity of not less than 99.5% (hereinafter referred to as pure manganese) , an unforeseen alloy is obtained having a resistance to. slightly less corrosion than ultra-pure aluminum itself and significantly improved mechanical properties.
The process according to the present invention is characterized in that pure manganese is incorporated into ultra-pure aluminum in the proportion of 0.2 to 2.15 parts of the former for <B> 100 < / B> parts of these two raw materials.
It is generally preferred that the percentage of the manganese is somewhat less than 1.5% in order to be able to provide the highest resistance to. corrosion of the alloy. However, when superior physical properties are required where somewhat inferior corrosion resistance can be tolerated, the percentage of manganese can be increased to about 2%, the maximum being 2.15a / o. .
For example, an ultra-pure aluminum alloy containing 1.25% pure manganese is prepared. The mechanical properties of this alloy, after it has been cold worked, are similar to those of a corresponding quenching of an aluminum alloy of commercial purity and of 1.251 / o pure manganese designated by <B> NS. 3 </B> in B. S.1470.
When the alloy obtained from these components of high purity with 1.25% manganese is complete. soft, assuming special production conditions are not used, it has a rather coarse grain, so its. ductility is usually lower than that of the alloy produced from the same constituents of commercial purity.
However, for many applications this characteristic is relatively unimportant, especially since ultra-pure a.himinium alone can be used when a highly ductile metal of very high corrosion resistance is desired.
Moreover, the. reduction of. iron content which results from the use of ultra-pure aluminum and pure manganese in the production of the alloy makes it possible to increase the manganese content of the latter up to 2% and thus obtain a improvement of the mechanical properties compared to the alloy of commercial purity mentioned above, while obtaining a grain size at least as fine as that of this alloy.
The following properties are obtained, for example, with alloys prepared by the process according to the present invention, obtained from ultra-pure aluminum alloyed with pure manganese and tested in the form of a hard laminated sheet. w. g. 20:
EMI0002.0027
<SEP> content in. <SEP> manganese
<tb> 2 <SEP> <B> VO <SEP> <I>1,25</I> </B> <SEP>%
<tb> Load <SEP> causing <SEP> a
<tb> deformation <SEP> residual
<tb> from <SEP> 0.19 / o <SEP> to <SEP> kg / em2 <SEP>. <SEP> 1985 <SEP> 1685
<tb> Load <SEP> from <SEP> break <SEP> to. <SEP> the
<tb> traction <SEP> (kg / cm2) <SEP>. <SEP>. <SEP> 2630 <SEP> 2142
<tb> Elongation <SEP> (in <SEP>% <SEP> on
<tb> 50 <SEP> mm) <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP> 2.4 <SEP> 2.5 If the metal is homogenized by heating before rolling and, in subsequent annealing, rapidly.
heated to the appropriate temperature, a very fine grain can then be obtained and, thereby, good ductility for the two high purity alloys at 1.25 and 2 / o manganese. The following properties are obtained, for example, with a 1.25% manganese alloy, tested in the form of a soft sheet. w. g. 20:
Load causing a residual deformation of 0.1%, in kg'em2 5 \? 0 Tensile breaking load, kg;
'cm2 1024 Elongation (in% over 50 mm). . The upper limit of the proportion of manganese which can be employed in carrying out the invention is. 2.15%,
because it is. impossible to keep a higher percentage of manganese in solid solution in the alloy, under the conditions specific to commercial production.
The purpose of the following indications is to illustrate the relative corrosion resistances: a) of alloys obtained by the process according to the present invention, b) of ultra-pure aluminum, and c) of an alloy of commercial aluminum and 1.25% manganese.
Note that the rates given below vary somewhat with different types of corrosive media. The results given concern. the rate of weight loss of a sample of the metal or alloy when it is.
continuously immersed in a hot acid solution containing 1% sodium chloride and 1% acetic acid, maintained at. 80 C.
These conditions are known to constitute a severe but reliable test for aluminum alloys used in chemical plants. After a period of establishment, the corrosion rate remains constant. and the following values represent the respective constant rates:
EMI0003.0001
Weight loss <SEP>
<tb> Metal <SEP> or <SEP> alloy <SEP> (g <SEP> by <SEP> m2 <SEP> and
<tb> by <SEP> day)
<tb> Ultra-pure <SEP> aluminum <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP> 8
<tb> Allias, <SEP> -e <SEP> ultra-pure <SEP> aluminum <SEP> l
<tb> 1.2511 / o <SEP> manganese <SEP> pure <SEP>. <SEP>. <SEP> 9
<tb> Ultra-pure <SEP> aluminum <SEP> alloy
<tb> 2 <SEP>% <SEP> manganese <SEP> pure <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP> 10
<tb> Commercial <SEP> aluminum <SEP> alloy
<tb> 1.25 <SEP> 0/0 <SEP> manganese <SEP> commercial <SEP> 27 The impurities present in the alloys prepared in accordance with the present invention must be as low as possible in order to. to ensure the. resistance to.
maximum corrosion, preferably less than 0.01% for silicon, less than 0.01% for iron, and less than 0.005% for copper.
It can be seen that the alloys prepared in accordance with the invention can exhibit resistance to. corrosion approaching that of ultra-pure aluminum, while exhibiting greater mechanical resistance than the latter.
Such alloys are. particularly useful in the construction of chemical plants and for similar purposes, where parts or structures formed from these alloys may be subjected to corrosion conditions leading to absolutely general attack, and especially under markedly acidic or alkaline conditions.