EP0119180B1 - Alliages à base de zinc à ductilité améliorée - Google Patents
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Classifications
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- C22C—ALLOYS
- C22C18/00—Alloys based on zinc
- C22C18/04—Alloys based on zinc with aluminium as the next major constituent
Definitions
- the present invention relates to zinc-based alloys with improved ductility.
- a zinc alloy intended for gravity casting is known in particular having a breaking load of the order of 400 MPa. This value was reached by assuring the alloy an aluminum content of about 27%, with additions of copper and magnesium. The ductility of this alloy is however poor, because its elongation is, under the best casting conditions, between 4 and 8%. It is the same for other known alloys, containing about 35% of aluminum and additions in particular of copper, which are revealed in particular by the patents FR-A-1 140 750 and CH-A-328 148 and which also contain a boron content.
- the present invention relates to a zinc-based alloy, intended for gravity casting and having improved ductility properties.
- the elongation is clearly improved, while the breaking load remains at least equal to that of the alloys containing 27% or 35% of aluminum.
- a zinc alloy, object of the present invention containing 25% to 40% of aluminum, 0.5% to 5% of copper and up to 0.1% of magnesium, has a content of boron between 0.000 5% (5 ppm) and 0.1%, and preferably between 0.005% and 0.050%, and a titanium content between 0.002 5% (25 ppm) and 0.5%.
- the Zn-AI-B-Ti alloy preferably contains a titanium content of between 0.005% and 0.050%.
- titanium must amount to at least 25 ppm (0.0025%) to exert a perceptible influence on the breaking load, and preferably at least 0.005%.
- a Zn-AI-B alloy of the aforementioned type also contains zirconium and / or strontium in a content of less than 0.1%.
- the table below illustrates the effect of the additions, in accordance with the invention, which have just been described, on the breaking load and on the elongation of a zinc-based alloy containing 27% aluminum, 1% copper and 0.02% magnesium.
- Alloy A is the previously known alloy; it has a low ductility, expressed by an elongation of between 4% and 8%.
- Alloys B and B 2 show that an addition of boron within the limits indicated makes it possible to very significantly raise the value of the elongation, and consequently to improve the ductility without altering the breaking load of the alloy.
- the alloys C 1 and C 2 corresponding to the first particular form of the invention also exhibit increased elongation; in addition, the breaking load is slightly increased in the case of the alloy C 1, whose boron and titanium contents respect the preferential ratio of 1: 5.
- the alloy C 3 has a breaking load significantly improved, but the elongation remained at that of the reference alloy, despite the presence of boron. This behavior seems to be explained by the formation of intermetallic compounds of boron and titanium, which counteract the beneficial effect of boron on elongation, when the titanium contents are high.
- Alloy D 1 which corresponds to the second particular form of the invention, has a significantly higher breaking load than the basic alloy, associated with elongations which are also improved.
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Description
- La présente invention concerne des alliages à base de zinc présentant une ductilité améliorée.
- Le domaine d'utilisation des alliages à base de zinc est actuellement etendu à de nombreuses applications intéressant de multiples aspects de l'industrie. C'est le cas, en particulier, des alliages de zinc destinés à la coulée par gravité.
- On a déjà cherché à améliorer le propriétés de tels alliages de zinc, en leur incorporant un ou plusieurs éléments, en quantités variables parfois même en très faible quantité, afin d'obtenir des alliages aptes à un éventail d'applications aussi large que possible.
- On connaît notamment un alliage de zinc destiné à la coulée par gravité présentant une charge de rupture de l'ordre de 400 MPa. Cette valeur a été atteinte en assurant à l'alliage une teneur en aluminium d'environ 27 %, avec des additions de cuivre et de magnésium. La ductilité de cet alliage est cependant médiocre, car son allongement est, dans les meilleures conditions de coulée, compris entre 4 et 8 %. Il en est de même d'autres alliages connus, contenant environ 35 % d'aluminium et des additions notamment de cuivre, qui sont révélés notamment par les brevets FR-A-1 140 750 et CH-A-328 148 et qui contiennent aussi une teneur en bore.
- La présente invention a pour objet un alliage à base de zinc, destiné à la coulée par gravité et présentant des propriétés de ductilité améliorée. En particulier, l'allongement est nettement amélioré, tandis que la charge de rupture reste au moins égale à celle des alliages contenant 27 % ou 35 % d'aluminium.
- La composition de l'alliage conforme à l'invention résulte de la constatation inattendue faite par le demandeur, selon laquelle il est possible d'améliorer :
- - la ductilité de l'alliage, au moyen de faibles additions de bore ;
- - la charge de rupture de l'alliage, au moyen de faibles additions de titane, de zirconium et/ou de strontium ;
- - en particulier, ces deux propriétés simultanément en combinant judicieusement les additions précitées.
- Selon une première modalité, un alliage de zinc, objet de la présente invention, contenant 25 % à 40 % d'aluminium, 0,5 % à 5 % de cuivre et jusqu'à 0,1 % de magnésium, présente une teneur en bore comprise entre 0,000 5 % (5 ppm) et 0,1 %, et de préférence entre 0,005 % et 0,050 %, et une teneur en titane entre 0,002 5 % (25 ppm) et 0,5 %.
- L'influence du bore sur l'allongement d'un alliage conforme à cette première variante ne devient perceptible qu'à partir d'une teneur d'environ 5 ppm, tandis que le bénéfice de cet élément cesse d'augmenter lorsque la teneur en bore dépasse environ 0,1 %.
- Dans le cadre de cette première modalité, l'alliage Zn-AI-B-Ti contient de préférence une teneur en titane comprise entre 0,005 % et 0,050 %.
- Il a en effet été constaté que l'addition de titane devait s'élever à au moins 25 ppm (0,0025 %) pour exercer une influence perceptible sur la charge de rupture, et de préférence d'au moins 0,005 %.
- Par ailleurs, une teneur en titane supérieure à 0,05 % et au maximum 0,5 % n'apporte pratiquement aucun accroissement supplémentaire de la charge de rupture.
- Toujours selon cette première modalité, il est également intéressant de combiner judicieusement les additions de bore et de titane, de façcon à améliorer simultanément l'allongement et la charge de rupture de cet alliage de zinc.
- A cet égard, il s'est avéré avantageux de proportionner les additions de bore et de titane, de telle façon que le rapport des teneurs en bore et en titane soit sensiblement égal à 1 : 5.
- Selon une seconde modalité particulière de l'invention, un alliage Zn-AI-B du type précité contient en outre du zirconium et/ou du strontium en une teneur inférieure à 0,1 %.
- Le demandeur a constaté qu'un alliage Zn-AI-B-Zr, Zn-AI-B-Sr ou Zn-AI-B-Zr-Sr comportant des additions précitées de cuivre et de magnésium et répondant aux conditions ci-dessus présentait à la fois une charge de rupture nettement accrue et des allongements plus élevés par rapport à un alliage ne contenant pas de zirconium ou de strontium.
- Un alliage de zinc conforme à cette seconde modalité contenant 25 % à 40 % d'aluminium, 0,5 % à 5 % de cuivre et jusqu'à 1 % de magnésium, présente une teneur en bore comprise entre 5 ppm et 0,1 % et une teneur en zirconium et/ou en strontium comprise de préférence entre 0,005 % et 0,050 %.
- De façon inattendue, l'influence du zirconium et/ou du strontium sur la charge de rupture des alliages ne devient vraiment perceptible qu'à partir d'une teneur d'environ 5 ppm, tandis que le bénéfice de ces éléments n'apparaît plus guère lorsque leur teneur dépasse environ 0,1 %.
- A cet égard, il s'est avéré particulièrement avantageux de proportionner les additions de bore et de zirconium et/ou strontium de telle façon que le rapport de la teneur en bore à la teneur en zirconium et/ou strontium soit sensiblement égal à 1 : 5.
- Toujours selon cette seconde modalité, il s'est également avéré intéressant de combiner les additions de zirconium et/ou strontium avec une addition de titane ne dépassant pas 0,1 %, de façon à bénéficier également de l'amélioration de la charge de rupture d'un alliage de zinc conforme à l'invention que permettent ces divers éléments.
- A titre d'exemple, le tableau ci-dessous illustre l'effet des additions, conformes à l'invention, qui viennent d'être décrites, sur la charge de rupture et sur l'allongement d'un alliage à base de zinc contenant 27% d'aluminium, 1 % de cuivre et 0.02 % de magnésium.
- L'alliage A est l'alliage connu antérieurement ; il présente une ductilité peu élevée, exprimée par un allongement compris entre 4 % et 8 %.
- Les alliages B, et B2, montrent qu'une addition de bore dans les limites indiquées permet de relever très sensiblement la valeur de l'allongement, et par conséquent d'améliorer la ductilité sans altérer la charge de rupture de l'alliage.
- Les alliages C1 et C2 répondant à la première modalité particulière de l'invention, présentent également un allongement accru ; en outre, la charge de rupture est légèrement augmentée dans le cas de l'alliage C1, dont les teneurs en bore et en titane respectent le rapport préférentiel de 1 : 5. En revanche, l'alliage C3 présente une charge de rupture nettement améliorée, mais l'allongement est resté au niveau de celui de l'alliage de référence, malgré la présence de bore. Ce comportement semble pouvoir être expliqué par la formation de composés intermétalliques de bore et de titane, qui contrarient l'effet bénéfique du bore sur l'allongement, lorsque les teneurs en titane sont élevées.
- L'alliage D1, qui correspond à la seconde modalité particulière de l'invention, présente une charge de rupture nettement plus élevée que l'alliage de base, associée à des allongements qui sont également améliorés.
Claims (7)
1. Alliage de zinc contenant de 25 % à 40 % d'aluminium, de 0,5 % à 5 % de cuivre et jusqu'à 0,1 % de magnésium, caractérisé en ce qu'il présente une teneur en bore comprise entre 0,0005 % (5 ppm) et 0,1 %, et en outre une teneur en titane entre 0,0025 % (25 ppm) et 0,5 % et/ou une teneur en zirconium et/ou strontium entre 0,005 % et 0,1 %, le reste étant du zinc et des impuretés inévitables.
2. Alliage de zinc suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la teneur en bore est comprise entre 0,005 % et 0,050 %.
3. Alliage de zinc suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la teneur en titane est comprise entre 0,005 % et 0,050 %.
4. Alliage de zinc suivant l'une ou l'autre des revendications 1 et 3, caractérisé en ce que le rapport entre les teneurs en bore et en titane est voisin de 1 : 5.
5. Alliage de zinc suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la teneur en zirconium et/ou strontium est comprise entre 0,005 % et 0,050 %.
6. Alliage de zinc suivant la revendication 5, caractérisé en ce que le rapport entre la teneur en bore et la teneur en zirconium et/ou strontium est voisin de 1 : 5.
7. Alliage de zinc suivant l'une ou l'autre des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que la teneur en titane ne dépasse pas 0,1 %.
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