Alliages de la classe des maillechorts
Lorsqu'on ajoute du nickel à des laitons (alliages de cuivre-zinc), on obtient des maillechorts. Le nickel rend le laiton plus blanc et le rend plus dur et plus résistant à la corrosion, mais les alliages sont plus difficiles à couler à cause du retrait et de l'absorption de gaz. On ajoute parfois du plomb au maillechort pour améliorer son usinabilité, et un alliage bien connu utilisé pour des charnières de lunettes est composé de 15 oxo de nickel, 21,5 /o de zinc, et 1,5e/o de plomb, le solde étant du cuivre. Cet alliage est un nickel alpha-cuivre, et bien qu'il ait un bon aspect et qu'on puisse l'usiner à froid, il n'est pas possible de l'usiner aisément à chaud.
Par conséquent, la majeure partie de l'usinage est conduite à froid, avec de nombreux stades de recuit, qui dans la pratique peuvent produire la criqûre de recristallisation et rend très difficile la fabrication de petites pièces de précision à partir de cet alliage.
L'objet de l'invention est de modifier les maillechorts contenant environ 40 o/o de zinc de manière à améliorer l'usinabilité à chaud. On le fait par l'inclusion de manganèse. Un alliage selon l'invention contient de 3 à 10 o/o de manganèse, de 8 à 18 O/o, et de préférence de 13 à 15 oxo de nickel, de 0,5 à 2,5 o/o de plomb et une quantité de zinc telle que le facteur ZMN
[0/o Zn + /o Mn X (1,35-0,07(l /o Mn)) - 0,3( /o Ni)] soit de 38,6 à 40,6 /o, le solide, à part les impuretés, étant du cuivre.
A la température ordinaire, la structure d'un alliage selon l'invention contient généralement de 25 o/o à 75 /o de phase béta, le solde étant la phase alpha.
Les alliages selon l'invention sont particulièrement utiles pour les charnières de lunettes, et on verra que leur teneur en zinc est bien plus élevée que celle de l'alliage couramment utilisé dans ce but. Il est bien connu que lorsqu'on augmente la teneur en zinc on augmente la quantité de phase béta et améliore ainsi l'usinabilité à chaud. La perte correspondante en usinabilité à froid est compensée dans une certaine mesure par le manganèse, qui, pour toute proportion donnée de phase béta rend l'usinabilité à froid meilleure qu'elle ne le serait autrement. Le plomb joue son rôle habituel d'amélioration de l'usinabilité.
De préférence la teneur en manganèse est de 4 à 9 O/o et la teneur en plomb est de 1 à 20/o. De préférence l'alliage a la composition nominale suivante: 40 /o de zinc, 4 ouzo de manganèse, 14 o/o de nickel et 1,5 o/o de plomb, le solde, à part les impuretés, étant du cuivre.
Du moment que le coût est souvent un facteur important, on peut désirer un alliage ayant une teneur plus faible en nickel, et un alliage qui convient très bien, ayant une teneur en nickel plus faible, a la composition nominale suivante: 8 o/o de manganèse, 10 o/o de nickel, 1,5 o/o de plomb et 36,5 < 3/o de zinc, le solde, à part les impuretés, étant du cuivre.
On peut estimer qualitativement l'usinabilité à chaud par extrusion à chaud des alliages dans des conditions identiques, et l'observation des résultats, qu'on peut classer comme excellent ou mauvais. On peut aussi déterminer l'usinabilité à chaud en termes numériques par la torsion d'un échantillon jusqu'à la rupture dans un plastomètre à 7500 C, en comptant le nombre de torsions jusqu'à la rupture. On peut estimer l'usinabilité à froid par le pourcentage de striction à la rupture par le laminage à froid avant qu'il ne se produise de crique transversale, et aussi qualitativement par l'observation des résultats des essais d'étiration à froid. Le tableau ci-dessous donne les résultats obtenus et observés lors d'essais de ce genre avec quatre alliages (Nos 1 à 4) selon l'invention, ainsi que ceux obtenus avec cinq alliages comparatifs (A, B, C, D et E).
Dans certains cas les propriétés n'ont pas été déterminées, ce qui est indiqué par ND .
Tableau
Composition (O/o en poids) Usinabilité à chaud Usinabilité à froid
Facteur
Alliage Zn Mn Ni Pb Cu ZMN Qualitatif Torsions < 3/o de striction Observation
1 40,3 4,1 14,0 1,53 solde 40,5 - 25 27
2 40,4 3,8 14,2 1,45 solde 40,2 excellent N.D. N.D. excellent
3 38,6 4,0 14,0 1,60 solde 38,7 - 8,5 45
4 37,1 5,4 10,8 1,8 solde 39,1 excellent 15 64 excellent
A 43,4 3,0 13,7 1,47 solde 42,7 - 24 5
B 36,3 7,2 14,1 1,53 solde 38,2 - 5 55
C 42,9 < 0,1 13,3 1,44 solde 38,9 - 6 30
D 36,2 7,1 14,3 1,9 solde 38,0 mauvais N.D. N.D.
E 36,2 5,4 10,8 1,55 solde 38,2 mauvais 6 74 excellent
On voit que les alliages N"s 1 et 2 sont tous les deux la composition nominale préférée et possèdent une très bonne association de l'usinabilité à chaud et de l'usinabilité à froid. Dans l'alliage No 3 le facteur ZMN est le minimum permis dans un alliage selon l'invention, et l'usinabilité à chaud était moins bonne. La comparaison de cet alliage à l'alliage C, qui a un facteur ZMN analogue mais ne contient pas de manganèse, montre l'effet du manganèse sur l'usinabilité à froid.
L'importance du facteur ZMN est montrée par la comparaison des alliages 4 et E. Le premier, qui a un facteur ZMN de 39,1, possède une usinabilité à chaud bien meilleure que le second, qui a un facteur ZMN de 38,2.
L'exemple suivant illustre les observations qualitatives. On a coulé un autre alliage ayant la composition nominale préférée en un lingot pesant 4,5 kg; I'analyse a montré qu'il contenait 40,4 /o de zinc, 3,8 o/o de manganèse, 14,2 o/o de nickel et 1,45 o/o de plomb, le solde, à part les impuretés, étant du cuivre (facteur ZMN = 40,2).
On a usiné le lingot en une barre de 101,6 mm de longueur et 54 mm de diamètre puis on l'a extrudé en une barre d'approximativement 4,76 mm de diamètre à 7700 C, un rapport d'extrusion de 128:1. C'est un exemple pratique d'excellente usinabilité à chaud. On a alors étiré à froid le produit extrudé en un fil, avec une striction de 55 O/o entre les recuits. C'est une excellente usinabilité à froid.
A titre comparatif, on a coulé un alliage contenant 36,2 /o de zinc, 7,1 o/o de manganèse, 14,3 o/o de nickel et 1,9 /o de plomb, le solde, à part les impuretés, étant du cuivre, en un lingot, on l'a usiné en une barre comme décrit plus haut, puis extrudé jusqu'à un diamètre de 6,4 mm à 7700 C, c'est-à-dire, avec un rapport d'extrusion de 72:1 seulement. Malgré ce rapport d'extrusion plus bas, la barre extrudée de cet alliage, avec son facteur
ZMN de 38,0 seulement, était défectueuse.
REVENDICATION I
Alliage caractérisé en ce qu'il contient de 3 à 10 /o de manganèse, de 8 à 18 O/o de nickel, de 0,5 à 2,5 oxo de plomb et une quantité de zinc telle que
[O/o Zn + < 3/o Mn (1,35-0,07( /o Mn))-0,3 o/o Ni] soit de 38,6 à 40,6 /o, le solde, à part les impuretés, étant du cuivre.
SOUS-REVENDICATIONS
1. Alliage selon la revendication I, caractérisé en ce que la teneur en nickel est de 13 à 15 /o.
2. Alliage selon la revendication I ou la sous-revendication 1, caractérisé en ce que la teneur en manganèse est de 4 à 9 O/o et la teneur en plomb est de 1 à 2 /o.
3. Alliage selon la sous-revendication 2, caractérisé en ce qu'il a la composition nominale suivante: 4 o/o de manganèse, 14 o/o de nickel, 1,5 < 3/o de plomb et 40 oxo de zinc, le solde, à part les impuretés, étant du cuivre.
4. Alliage selon la revendication I, caractérisé en ce qu'il a la composition nominale suivante: 8 < 3/o de man ganèse, 10 10' /o de nickel, 1,5 O/o de plomb et 36,5 o/o de zinc, le solde, à part les impuretés, étant du cuivre.
REVENDICATION II
Utilisation de l'alliage selon la revendication I pour la confection de charnières de lunettes.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
Alloys of the nickel silver class
When nickel is added to brasses (copper-zinc alloys), nickel silver is obtained. Nickel makes brass whiter and makes it harder and more resistant to corrosion, but alloys are more difficult to cast due to shrinkage and gas absorption. Lead is sometimes added to nickel silver to improve its machinability, and a well-known alloy used for spectacle hinges is composed of 15 oxo nickel, 21.5 / o zinc, and 1.5 / o lead, the balance being copper. This alloy is an alpha-copper nickel, and although it looks good and can be cold machined, it is not easily hot machined.
Therefore, most of the machining is carried out in the cold, with many stages of annealing, which in practice can produce the recrystallization crackle and makes it very difficult to manufacture small precision parts from this alloy.
The object of the invention is to modify the nickel silver containing about 40% of zinc so as to improve the hot machinability. This is done by the inclusion of manganese. An alloy according to the invention contains from 3 to 10 o / o of manganese, from 8 to 18 O / o, and preferably from 13 to 15 oxo of nickel, from 0.5 to 2.5 o / o of lead and a quantity of zinc such as factor ZMN
[0 / o Zn + / o Mn X (1.35-0.07 (l / o Mn)) - 0.3 (/ o Ni)] or from 38.6 to 40.6 / o, the solid, apart from impurities, being copper.
At room temperature, the structure of an alloy according to the invention generally contains from 25% to 75 / o of beta phase, the balance being the alpha phase.
The alloys according to the invention are particularly useful for spectacle hinges, and it will be seen that their zinc content is much higher than that of the alloy commonly used for this purpose. It is well known that when the zinc content is increased, the quantity of beta phase is increased and thus the hot machinability is improved. The corresponding loss in cold machinability is compensated to some extent by manganese, which for any given proportion of beta phase makes cold machinability better than it would otherwise be. Lead plays its usual role of improving machinability.
Preferably the manganese content is 4 to 9 O / o and the lead content is 1 to 20 / o. Preferably, the alloy has the following nominal composition: 40 / o zinc, 4 ouzo of manganese, 14% of nickel and 1.5% of lead, the balance, apart from impurities, being copper.
Since cost is often an important factor, one may desire an alloy having a lower nickel content, and a very suitable alloy, having a lower nickel content, at the following nominal composition: 8% of manganese, 10 o / o of nickel, 1.5 o / o of lead and 36.5 <3 / o of zinc, the balance, apart from impurities, being copper.
We can qualitatively estimate the hot machinability by hot extrusion of alloys under identical conditions, and the observation of the results, which can be classified as excellent or poor. Hot machinability can also be determined in numerical terms by twisting a sample to failure in a plastometer at 7500 C, counting the number of twists to failure. Cold machinability can be estimated by the percent necking at break by cold rolling before cross cracking occurs, and also qualitatively by observing the results of cold drawing tests. The table below gives the results obtained and observed during tests of this kind with four alloys (Nos 1 to 4) according to the invention, as well as those obtained with five comparative alloys (A, B, C, D and E ).
In some cases the properties have not been determined, which is indicated by ND.
Board
Composition (O / o by weight) Hot machinability Cold machinability
Postman
Alloy Zn Mn Ni Pb Cu ZMN Qualitative Twists <3 / o of necking Observation
1 40.3 4.1 14.0 1.53 balance 40.5 - 25 27
2 40.4 3.8 14.2 1.45 balance 40.2 excellent N.D. N.D. excellent
3 38.6 4.0 14.0 1.60 balance 38.7 - 8.5 45
4 37.1 5.4 10.8 1.8 balance 39.1 excellent 15 64 excellent
A 43.4 3.0 13.7 1.47 balance 42.7 - 24 5
B 36.3 7.2 14.1 1.53 balance 38.2 - 5 55
C 42.9 <0.1 13.3 1.44 balance 38.9 - 6 30
D 36.2 7.1 14.3 1.9 balance 38.0 bad N.D. N.D.
E 36.2 5.4 10.8 1.55 balance 38.2 bad 6 74 excellent
It is seen that the N "s 1 and 2 alloys are both the preferred nominal composition and have a very good combination of hot machinability and cold machinability. In Alloy No. 3 the ZMN factor is minimum allowed in an alloy according to the invention, and the hot machinability was less good.Comparison of this alloy with alloy C, which has a similar ZMN factor but does not contain manganese, shows the effect of manganese on cold machinability.
The importance of the ZMN factor is shown by the comparison of alloys 4 and E. The first, which has a ZMN factor of 39.1, has a much better hot machinability than the second, which has a ZMN factor of 38.2 .
The following example illustrates qualitative observations. Another alloy having the preferred nominal composition was cast into an ingot weighing 4.5 kg; Analysis showed that it contained 40.4 / o zinc, 3.8 o / o manganese, 14.2 o / o nickel and 1.45 o / o lead, the balance, apart from impurities, being copper (factor ZMN = 40.2).
The ingot was machined into a bar 101.6 mm in length and 54 mm in diameter and then extruded into a bar approximately 4.76 mm in diameter at 7700 C, an extrusion ratio of 128: 1. This is a practical example of excellent hot machinability. The extruded product was then cold drawn into a wire, with a necking of 55% between anneals. It is excellent cold machinability.
For comparison, we cast an alloy containing 36.2 / o of zinc, 7.1 o / o of manganese, 14.3 o / o of nickel and 1.9 / o of lead, the balance, apart from the impurities, being copper, into an ingot, it was machined into a bar as described above, then extruded to a diameter of 6.4 mm at 7700 C, that is, with a ratio 72: 1 extrusion only. Despite this lower extrusion ratio, the extruded bar of this alloy, with its factor
ZMN of 38.0 only, was defective.
CLAIM I
Alloy characterized in that it contains from 3 to 10 / o of manganese, from 8 to 18 O / o of nickel, from 0.5 to 2.5 oxo of lead and a quantity of zinc such as
[O / o Zn + <3 / o Mn (1.35-0.07 (/ o Mn)) - 0.3 o / o Ni] or from 38.6 to 40.6 / o, the balance at apart from impurities, being copper.
SUB-CLAIMS
1. Alloy according to claim I, characterized in that the nickel content is 13 to 15 / o.
2. Alloy according to claim I or sub-claim 1, characterized in that the manganese content is 4 to 9 O / o and the lead content is 1 to 2 / o.
3. Alloy according to sub-claim 2, characterized in that it has the following nominal composition: 4 o / o of manganese, 14 o / o of nickel, 1.5 <3 / o of lead and 40 oxo of zinc , the balance, apart from impurities, being copper.
4. Alloy according to claim I, characterized in that it has the following nominal composition: 8 <3 / o of manganese, 10 10 '/ o of nickel, 1.5 O / o of lead and 36.5 o / o zinc, the balance, apart from impurities, being copper.
CLAIM II
Use of the alloy according to Claim I for the manufacture of spectacle hinges.
** ATTENTION ** end of DESC field can contain start of CLMS **.