FR2787470A1 - New zinc-aluminum-copper-magnesium alloy, for hot chamber pressure die casting of high surface quality parts, has a relatively high copper content and relatively low aluminum and magnesium contents - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne les alliages à base de zincThe present invention relates to zinc-based alloys
permettant de réaliser des pièces en fonderie de haute qualité. allowing high quality foundry parts.
On a déjà proposé à cet effet de nombreux alliages à base de zinc. Numerous zinc-based alloys have already been proposed for this purpose.
On connaît ainsi une famille d'alliages appelée " zamak ", à 4% d'aluminium, à teneurs en cuivre et magnésium variables (pas de cuivre We thus know a family of alloys called "zamak", 4% aluminum, with varying copper and magnesium contents (no copper
pour le zamak 3 ou ZL3, 3% de cuivre pour le zamak 2 ou ZL2). for zamak 3 or ZL3, 3% copper for zamak 2 or ZL2).
Les compositions de ces alliages sont définies par les normes NF EN 1774 " Zinc et alliages de zinc - Alliages pour fonderie - lingots et liquide " The compositions of these alloys are defined by standards NF EN 1774 "Zinc and zinc alloys - Foundry alloys - ingots and liquid"
et par les normes EN 12844 " Zinc et alliages de zinc - Pièces moulées - and by standards EN 12844 "Zinc and zinc alloys - Castings -
Spécifications " ainsi que par la norme internationale ISO 301. Specifications "as well as the international standard ISO 301.
L'alliage le plus employé est l'alliage à AI: 3.9-4.3%, Cu: 0,75-1.25%, Mg: 0.03-0.06%, reste zinc de haute pureté communément appelé zamak 5. Sa désignation abrégée selon la norme NF EN 1774 est ZL5. La pureté du zinc à employer est définie dans ces normes, elle correspond à un zinc The most widely used alloy is the AI alloy: 3.9-4.3%, Cu: 0.75-1.25%, Mg: 0.03-0.06%, remains of high purity zinc commonly called zamak 5. Its abbreviated designation according to the standard NF EN 1774 is ZL5. The purity of zinc to be used is defined in these standards, it corresponds to a zinc
de type Zl, pureté 99.995% définie dans la norme NF EN 1179. type Zl, purity 99.995% defined in standard NF EN 1179.
Cette famille d'alliages est particulièrement adaptée pour appliquer un procédé classique d'injection sous pression en chambre chaude dont la particularité est qu'une partie de son système d'injection est immergée dans l'alliage fondu à injecter. Il doit être cependant bien entendu que tous This family of alloys is particularly suitable for applying a conventional pressure injection process in a hot chamber, the particularity of which is that part of its injection system is immersed in the molten alloy to be injected. It should be understood, however, that all
les autres procédés connus peuvent aussi être utilisés. other known methods can also be used.
Le procédé d'injection sous pression en chambre chaude est couramment employé pour produire avec une forte productivité des pièces de degrés de complexité divers, dédiées à de multiples applications (industrie du luxe, quincaillerie, automobile, bâtiment etc., cette liste The hot chamber pressure injection process is commonly used to produce with high productivity parts of varying degrees of complexity, dedicated to multiple applications (luxury industry, hardware, automotive, building etc., this list
n'étant pas exhaustive).not being exhaustive).
Dans un tel procédé, la présence d'aluminium est indispensable pour limiter l'agressivité du zinc vis à vis des pièces en acier ou en fonte constitutives de la machine de coulage. L'ajout d'aluminium permet ainsi l'injection des pièces par un procédé du type chambre chaude o le In such a process, the presence of aluminum is essential to limit the aggressiveness of the zinc with respect to the steel or cast iron parts constituting the casting machine. The addition of aluminum thus allows the parts to be injected by a process of the hot room type where the
système d'injection est immergé dans l'alliage fondu. injection system is immersed in the molten alloy.
De même, il est connu que la présence de magnésium à des teneurs entre 0. 02% et 0.06% est recommandée pour éviter des problèmes de corrosion intercristalline des pièces et pour améliorer les propriétés mécaniques telles que la résistance à la traction, la dureté et la fragilisation à basse température. Au dessus de 0.06%, il est connu que le Likewise, it is known that the presence of magnesium at contents between 0.02% and 0.06% is recommended to avoid problems of intercrystalline corrosion of the parts and to improve the mechanical properties such as the tensile strength, the hardness and embrittlement at low temperatures. Above 0.06%, it is known that the
magnésium produit une baisse de la résistance à la flexion par choc. magnesium produces a decrease in impact flexural strength.
Il est enfin connu que pour la famille des zamak dont la teneur en aluminium varie entre 3,9 et 4,3%, le cuivre permet d'éviter la corrosion intercristalline. De nombreux efforts ont été faits pour améliorer les propriétés mécaniques de l'alliage ZL 5, notamment sa résistance au fluage qui est un paramètre très important dans les applications telles que l'automobile Finally, it is known that for the zamak family, the aluminum content of which varies between 3.9 and 4.3%, copper makes it possible to avoid intercrystalline corrosion. Many efforts have been made to improve the mechanical properties of the ZL 5 alloy, in particular its resistance to creep, which is a very important parameter in applications such as the automobile.
ou le bâtiment.or the building.
De manière générale, on souhaite que l'aspect des pièces en de tels alliages au zinc soit de grande qualité. Cependant, les pièces revêtues ou non présentent très fréquemment des défauts de surface. Deux défauts fréquents et particulièrement critiques sont appelés respectivement In general, it is desired that the appearance of the parts made of such zinc alloys is of high quality. However, coated or uncoated parts very often have surface defects. Two frequent and particularly critical faults are called respectively
porosités et gouttes froides.porosity and cold drops.
Les porosités se présentent comme de petits trous dans la surface de la pièce revêtue et sont imputables à l'étape de fonderie quand l'étape de revêtement ultérieur est parfaitement maîtrisée et qu'elle ne génère pas The porosities appear as small holes in the surface of the coated part and are attributable to the foundry step when the subsequent coating step is perfectly controlled and it does not generate
ses défauts spécifiques (piqûres ou grattons par exemple). its specific defects (stings or scrapes for example).
Les gouttes froides sont des jonctions de plusieurs flots d'alliages injectés mal ressoudés entre eux, souvent favorisées par une température de moule trop froide. Cependant, I'homme de l'art sait que certains dessins de pièce rendent quasi inévitables ce défaut de surface quelque Cold drops are junctions of several streams of poorly re-welded injected alloys, often favored by an excessively cold mold temperature. However, those skilled in the art know that certain part designs make this surface defect almost inevitable whatever
soient les conditions d'injection.be the injection conditions.
De nombreuses pièces de fonderie à base de zinc ont un rôle décoratif, par exemple dans les industries dites de luxe (bijouterie haut de gamme ou de fantaisie, parfumerie, cosmétique) mais aussi notamment Many zinc-based foundry parts have a decorative role, for example in the so-called luxury industries (high-end or costume jewelry, perfumery, cosmetics) but also in particular
dans le domaine de l'automobile et du bâtiment. in the automotive and building industries.
Ces pièces dites "pièces d'aspect" sont, après leur injection, soumises à un traitement de surface leur conférant l'aspect esthétique final These so-called "appearance parts" are, after their injection, subjected to a surface treatment giving them the final aesthetic appearance.
désiré (revêtement de chrome, d'or, d'argent, de peinture, ou autres). desired (chrome, gold, silver, paint, or other coating).
La qualité des pièces d'aspect injectées en zamak puis revêtues est jugée par un examen visuel qui rebute toute pièce présentant des défauts de surface dits "défauts d'aspect", ces défauts pouvant être reliés à l'une The quality of the pieces of appearance injected in zamak and then coated is judged by a visual examination which rejects any piece having surface defects called "appearance defects", these defects being able to be linked to one
des étapes de fonderie et de revêtement. foundry and coating steps.
La société Stolberger Zink a proposé un alliage à plus faible teneur en aluminium que le ZL5, ayant pour composition: AI: 2%, Cu: 1%, Mg: 0. 03-0.06%, Be: 0.0005-0.0050%, reste zinc. Les résultats obtenus avec cet alliage soulignent l'effet bénéfique du béryllium sur la résistance à la flexion par choc et font mention d'une amélioration qualitative de l'aspect des pièces. La résistance à la traction de cet alliage est cependant The company Stolberger Zink proposed an alloy with a lower aluminum content than ZL5, having the composition: AI: 2%, Cu: 1%, Mg: 0.03-0.06%, Be: 0.0005-0.0050%, zinc residue . The results obtained with this alloy underline the beneficial effect of beryllium on the resistance to impact bending and mention a qualitative improvement in the appearance of the parts. The tensile strength of this alloy is however
diminuée de 10-15% par rapport à celle du ZL 5. reduced by 10-15% compared to that of ZL 5.
Dans le document BE-846.899, il est décrit une famille d'alliages à AI : 0.2-3%, Cu: 0.2-5%, et au moins un des éléments suivants Mn: 0.3-3%, ou Cr: 0.01-0.5%, ou V: 0.01-0.5%, ou Ni: 0.2-0.5%, reste zinc, présentant In the document BE-846.899, there is described a family of alloys with AI: 0.2-3%, Cu: 0.2-5%, and at least one of the following elements Mn: 0.3-3%, or Cr: 0.01-0.5 %, or V: 0.01-0.5%, or Ni: 0.2-0.5%, zinc residue, presenting
des caractéristiques de fluage améliorées par rapport au ZL 5. improved creep characteristics compared to ZL 5.
Les différents alliages cités ci dessus ont l'inconvénient de fournir des pièces n'ayant qu'une qualité de surface peu satisfaisante, la faible amélioration esthétique s'accompagnant d'un abaissement des qualités The various alloys mentioned above have the drawback of providing parts having only an unsatisfactory surface quality, the slight aesthetic improvement being accompanied by a lowering of the qualities.
mécaniques des pièces.mechanical parts.
Le but de la présente invention est de procurer une famille d'alliages de zinc dont la qualité de surface des pièces injectées telles quelles, brutes de fonderie, ou encore prêtes à être revêtues, par exemple après polissage, en de tels alliages soit nettement améliorée tout en conservant The object of the present invention is to provide a family of zinc alloys whose surface quality of the parts injected as they are, raw foundry, or else ready to be coated, for example after polishing, in such alloys is significantly improved. while maintaining
des caractéristiques mécaniques au moins similaires à celles du ZL 5. mechanical characteristics at least similar to those of ZL 5.
Selon l'invention, ces buts sont atteints avec un alliage de zinc comprenant en pourcentages massiques: According to the invention, these aims are achieved with a zinc alloy comprising in mass percentages:
AI: 1.8-2.2%AI: 1.8-2.2%
Cu: 1.5-3.9% Mg: 0.02-0.06 % le reste étant constitué de zinc, avec les impuretés usuelles inévitablement Cu: 1.5-3.9% Mg: 0.02-0.06% the rest being made up of zinc, with the usual impurities inevitably
présentes dans les métaux précités. present in the aforementioned metals.
On a constaté que cette famille d'alliages permet notamment d'améliorer la qualité de surface des pièces injectées en diminuant le nombre de porosités près de la surface, porosités inhérentes au processus d'injection classique (sans utilisation d'un moule sous vide), et en diminuant le nombre de gouttes froides pour les pièces sensibles à ce défaut. Cette qualité de la famille d'alliages a été vérifiée par des tests de fabrication de nombreuses pièces. Pour apporter une évaluation quantifiée de l'amélioration apportée, la demanderesse a choisi une pièce d'aspect présentant de grandes surfaces planes, particulièrement révélatrice des problèmes d'aspect, D'autres buts, avantages et caractéristiques de l'invention It has been found that this family of alloys makes it possible in particular to improve the surface quality of the injected parts by reducing the number of porosities close to the surface, porosities inherent in the conventional injection process (without the use of a vacuum mold). , and by reducing the number of cold drops for parts sensitive to this defect. This quality of the alloy family has been verified by manufacturing tests of many parts. To provide a quantified evaluation of the improvement made, the Applicant has chosen an appearance part having large flat surfaces, which is particularly indicative of appearance problems. Other aims, advantages and characteristics of the invention
apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, faite en will appear on reading the detailed description which follows, made in
référence aux exemples et figures annexées sur lesquelles: - la figure 1 représente un dispositif d'injection d'une machine d'injection sous pression à chambre chaude connue en elle-même; - la figure 2 est un tracé représentant pour une pièce de l'invention un nombre de défauts en fonction de sa teneur en cuivre; - la figure 3 représente l'évolution d'enthalpie de transformation en fonction de la température pour le ZL5 et trois alliages selon l'invention; - la figure 4 représente des profils de fraction solide d'une pièce en reference to the appended examples and figures in which: FIG. 1 represents an injection device of a pressurized injection machine with hot chamber known in itself; - Figure 2 is a plot showing for a part of the invention a number of defects according to its copper content; - Figure 3 shows the evolution of enthalpy of transformation as a function of temperature for ZL5 and three alloys according to the invention; - Figure 4 shows solid fraction profiles of a part in
alliage ZL5 à des temps de solidification différents. ZL5 alloy at different solidification times.
- la figure 5 représente des profils de fraction solide d'une pièce en alliages selon l'invention; - les figures 6 à 9 représentent des coupes de pièces injectées - Figure 5 shows solid fraction profiles of an alloy part according to the invention; - Figures 6 to 9 show sections of injected parts
respectivement en ZL5 et en trois alliages selon l'invention. respectively in ZL5 and in three alloys according to the invention.
Dans le premier exemple de l'invention, une pièce de dimensions x 60 x 2,5 mm a été injectée avec une machine de fonderie sous In the first example of the invention, a part with dimensions x 60 x 2.5 mm was injected with a foundry machine under
pression à chambre chaude usuelle qui est représentée sur la figure 1. usual hot chamber pressure which is shown in Figure 1.
Avec une telle machine, I'alliage fondu est amené du fait de la poussée d'un piston d'injection 10 depuis un creuset 15 jusqu'à une With such a machine, the molten alloy is brought due to the thrust of an injection piston 10 from a crucible 15 to a
empreinte 20 d'un moule en passant par un système d'injection. footprint 20 of a mold passing through an injection system.
L'empreinte du moule 20 peut être mise sous vide ou remplie d'un gaz tel que de l'oxygène avant l'injection, mais le procédé le plus couramment employé utilise un moule dont l'empreinte 20 contient de l'air. L'alliage en phase liquide arrive à cette empreinte 20 par l'intermédiaire d'une buse The mold cavity 20 can be placed under vacuum or filled with a gas such as oxygen before injection, but the most commonly used method uses a mold whose cavity 20 contains air. The liquid phase alloy arrives at this imprint 20 via a nozzle
intermédiaire 25 et d'une buse machine 30. intermediate 25 and a machine nozzle 30.
L'alliage est injecté le long d'une arête de 60mm selon un procédé à attaque tangentiel double, le sens de l'injection étant parallèle aux grands côtés de la pièce. La grande surface devant avoir un bel aspect est celle côté attaque. Sa grande dimension rend habituellement difficile l'obtention d'une qualité parfaite de surface. Les pièces réalisées subissent ensuite un polissage enlevant une épaisseur de 20 à 40 glm de matière pour simuler le polissage pratiqué The alloy is injected along a 60mm edge using a double tangential attack process, the direction of injection being parallel to the long sides of the part. The large surface that must have a nice appearance is that on the attack side. Its large size usually makes it difficult to obtain perfect surface quality. The parts produced then undergo a polishing removing a thickness of 20 to 40 glm of material to simulate the polishing practiced
industriellement de manière habituelle avant un revêtement final. industrially in the usual way before a final coating.
La surface polie de chacune des pièces est ensuite observée à l'aide d'un microscope optique (Olympus, de référence PMG3) avec lequel ont été The polished surface of each of the parts is then observed using an optical microscope (Olympus, reference PMG3) with which
détectés les défauts de surface ayant une envergure supérieure à 50 p.m. detected surface defects with a span greater than 50 p.m.
De tels défauts sont en effet susceptibles de conduire à des porosités. La quantification de ces défauts a été faite par analyse d'images à l'aide d'une platine motorisée Micromécanique et de logiciels spéciaux ETC-3000 et AMC-2000. On obtient ainsi un critère quantitatif et objectif de Such defects are indeed likely to lead to porosities. These faults were quantified by image analysis using a Micromechanical motorized stage and special software ETC-3000 and AMC-2000. This gives a quantitative and objective criterion of
comparaison de la qualité de surface des pièces injectées après polissage. comparison of the surface quality of the parts injected after polishing.
Le ZL5 et la famille d'alliages selon l'invention ont été injectés dans des conditions diverses définies par un plan d'expérience. La composition des alliages utilisés est donnée dans le tableau suivant: Alliage AI% Cu% Mg% Zn en masse en masse en masse en masse ZL 5 4 1 0,04 Reste N 1 2,2 1,75 0,04 Reste N 2 2,1 2,90 0,04 Reste N 3 2,1 3,90 0,04 Reste N 4 2,1 0,95 0,04 Reste Les alliages 1 à 3 ont une teneur en aluminium voisine de 2% en masse, une teneur en magnésium de 0,04 %. La teneur en cuivre de ces The ZL5 and the family of alloys according to the invention were injected under various conditions defined by an experimental design. The composition of the alloys used is given in the following table: Alloy AI% Cu% Mg% Zn by mass by mass by mass by mass ZL 5 4 1 0.04 Rest N 1 2.2 1.75 0.04 Rest N 2 2.1 2.90 0.04 Rest N 3 2.1 3.90 0.04 Rest N 4 2.1 0.95 0.04 Rest Alloys 1 to 3 have an aluminum content close to 2% by mass , a magnesium content of 0.04%. The copper content of these
alliages 1 à 3 est respectivement de 1,75%, 2,90% et 3,90% en masse. alloys 1 to 3 are respectively 1.75%, 2.90% and 3.90% by mass.
L'alliage n 4 qui présente une teneur en cuivre faible, de 0,95 %, correspond à un alliage du type de celui proposé pour Stolberger Zink, à la Alloy No. 4, which has a low copper content of 0.95%, corresponds to an alloy of the type proposed for Stolberger Zink, to the
différence que celui de Stolberger Zinc contenait du Beryllium. difference that that of Stolberger Zinc contained Beryllium.
Pour les alliages de l'invention, on adopte une teneur massique en Magnésium comprise entre 0,02 et 0,06 %, et préférentiellement entre 0, 03 For the alloys of the invention, a mass content of magnesium is adopted of between 0.02 and 0.06%, and preferably between 0.03
et 0,06 %.and 0.06%.
Les paramètres d'expérience sont reportés dans le tableau suivant Temp'Ure Vitesse Vitesse à Temp du Temps de Temps de du piston I'attaque moule post- de The experiment parameters are reported in the following table Temp'Ure Speed Velocity to Temp Time Time of the piston post-mold attack
coulée en 16re en 2nde C pression refroidi- casting in 16th in 2nd C pressure cooled
C phase phase s ssement m/s m/s S ZL 5 430 0,03-0,06 38 - 47 150 -180 1,5 - 2,5 2 - 3,5 Alliage 450 0,03-0,06 38 - 47 150 -180 1,5 - 2,5 2 - 3,5 n01 Alliage 450 0,03-0,06 38 - 47 150 -180 1,5 - 2,5 2 - 3,5 no 2 Alliage 450 0,03- 0,06 38-47 150 -180 1,5- 2,5 2 - 3,5 n0 3 De manière classique, le piston est entraîné selon deux phases, la première étant une phase lente et la seconde une phase rapide. Le temps de post- pression est, de manière connue, la durée totale pendant laquelle le piston 10 exerce une pression sur l'alliage. Le temps de refroidissement est C phase phase s ssement m / sm / s S ZL 5 430 0.03-0.06 38 - 47 150 -180 1.5 - 2.5 2 - 3.5 Alloy 450 0.03-0.06 38 - 47 150 -180 1.5 - 2.5 2 - 3.5 n01 Alloy 450 0.03-0.06 38 - 47 150 -180 1.5 - 2.5 2 - 3.5 no 2 Alloy 450 0, 03- 0.06 38-47 150 -180 1.5- 2.5 2 - 3.5 n0 3 Conventionally, the piston is driven in two phases, the first being a slow phase and the second a rapid phase. The post-pressure time is, in known manner, the total time during which the piston 10 exerts pressure on the alloy. The cooling time is
la durée séparant l'injection de l'ouverture du moule. the time between the injection and the opening of the mold.
Des éprouvettes de traction ont été découpées dans la pièce ci- Tensile test pieces were cut from the piece below.
dessus décrite et des essais mécaniques ont été menés avec une machine de traction Instron, à une vitesse de 2 mm/min à 20 C, (les éprouvettes above described and mechanical tests were carried out with an Instron traction machine, at a speed of 2 mm / min at 20 C, (the test pieces
ayant une longueur Io de 40mm).having a length Io of 40mm).
Les résultats obtenus de comptage de défauts et des essais mécaniques sont présentés dans le tableau ci après: Alliage Nombre moyen de défauts > 50 tLm sur Résistance à Dureté une surface de 50x50 mm2 après latraction Vickers polissage MPa (force 10 kg) ZL 5 Base:100 290 102 The results obtained from defect counting and mechanical tests are presented in the table below: Alloy Average number of defects> 50 tLm on Hardness Resistance an area of 50x50 mm2 after Vickers latraction polishing MPa (force 10 kg) ZL 5 Base: 100 290 102
N 1 56 290 107N 1 56 290 107
No 2 47 290 112No 2 47 290 112
N 3 80 297 126N 3 80 297 126
N 4 - 260 102N 4 - 260 102
Les résultats montrent nettement l'augmentation de la qualité de surface, c'est à dire la diminution du nombre de porosités en surface, due à The results clearly show the increase in surface quality, i.e. the decrease in the number of surface porosities, due to
l'utilisation des alliages 1, 2 et 3 de l'invention. the use of alloys 1, 2 and 3 of the invention.
Plus précisément, on constate que, pour un nombre moyen de défauts de 100 pour le ZL5, les alliages selon l'invention présentent un nombre de défauts réduit de moitié pour les teneurs de Cu en masse de 1,75 % et 2, 90 % et un nombre de défauts réduit d'un tiers pour une teneur More specifically, it can be seen that, for an average number of defects of 100 for ZL5, the alloys according to the invention have a number of defects reduced by half for the contents of Cu by mass of 1.75% and 2.90% and a number of defects reduced by a third for a grade
de Cu en masse de 3,9 %.of Cu by mass of 3.9%.
On a représenté sur la figure 2 un tracé montrant en abscisses le pourcentage massique en Cu dans l'alliage selon l'invention et en FIG. 2 shows a plot showing on the abscissa the mass percentage of Cu in the alloy according to the invention and in
ordonnées le nombre N de défauts comptabilisés. ordered the number N of faults recorded.
Les inventeurs ont constaté que les alliages selon l'invention fournissent un état de surface particulièrement avantageux pour les teneurs en Cu comprises entre 1,7 % et 3,5 % en poids avec un nombre de défauts sensiblement inférieur à 55, encore plus avantageuse pour les teneurs en Cu allant de 2,0 à 3,1% en poids avec un nombre de défauts particulièrement réduit, sensiblement inférieur à 50 comme pour le cas de l'alliage n 2 présenté ici. La fourchette de concentration en Cu est optimale pour Cu compris entre 2,5 et 3 % en poids, pour laquelle le nombre de The inventors have found that the alloys according to the invention provide a particularly advantageous surface condition for the Cu contents of between 1.7% and 3.5% by weight with a number of defects substantially less than 55, even more advantageous for the Cu contents ranging from 2.0 to 3.1% by weight with a particularly reduced number of defects, substantially less than 50 as in the case of alloy 2 presented here. The Cu concentration range is optimal for Cu between 2.5 and 3% by weight, for which the number of
défauts est minimal, proche de 47.defects is minimal, close to 47.
Ces résultats sont des valeurs moyennes et les inventeurs ont pu constater que la nouvelle famille d'alliages permet de produire des pièces dont la qualité de surface est supérieure et de manière surprenante constante pour des conditions diverses et variables d'injection. Le ZL5 qui présente une moins bonne qualité de surface s'avère beaucoup plus These results are average values and the inventors have been able to observe that the new family of alloys makes it possible to produce parts whose surface quality is superior and surprisingly constant for various and variable injection conditions. The ZL5 which has a lower surface quality is much more
sensible aux modifications de paramètres que les alliages selon l'invention. sensitive to changes in parameters than the alloys according to the invention.
La qualité des pièces fabriquées avec la nouvelle famille d'alliages est donc en pratique beaucoup moins sensible aux modifications des paramètres d'injections pouvant survenir lors de la fabrication des pièces (démarrage de The quality of parts manufactured with the new family of alloys is therefore in practice much less sensitive to changes in injection parameters that may occur during the manufacture of parts (starting up of
la machine, arrêt de la machine etc.). machine, machine stop etc.).
La résistance à la traction et la dureté du ZL 5 sont conservées et même améliorées avec les alliages selon l'invention. En effet, les résistances en traction mesurées sont égales à la résistance de 290 MPa du ZL5 sauf pour l'alliage à 3,9% de cuivre pour lequel la résistance en The tensile strength and hardness of ZL 5 are preserved and even improved with the alloys according to the invention. Indeed, the tensile strengths measured are equal to the resistance of 290 MPa of the ZL5 except for the alloy with 3.9% of copper for which the resistance in
traction est améliorée, à 297 MPa. traction is improved, to 297 MPa.
Les inventeurs ont constaté que la résistance à la traction redevient très faible pour une teneur en Cu inférieure à 1% à une teneur en Aluminium d'environ 2% comme illustré par le cas de l'alliage 4 qui n'a une résistance que de 260 MPa, la dureté, mesurée par la méthode Vickers bien connue, est meilleure pour les alliages 1 à 3 selon l'invention que pour les alliages ZL5 et n 4, la dureté étant particulièrement élevée pour l'alliage à The inventors have found that the tensile strength becomes very low again for a Cu content of less than 1% to an aluminum content of approximately 2% as illustrated by the case of alloy 4 which has a resistance only of 260 MPa, the hardness, measured by the well-known Vickers method, is better for alloys 1 to 3 according to the invention than for alloys ZL5 and n 4, the hardness being particularly high for the alloy with
3,9 % du Cu.3.9% of Cu.
Dans le deuxième exemple de l'invention, des mesures classiques par analyse technique différentielle (ATD) ont été menées sur le ZL 5 et sur la famille d'alliages à AI: 1.8-2.2%, Cu: 1.5-3.9%, Mg: 0.02-0.06%, reste zinc. Cette méthode permet de connaître une enthalpie de In the second example of the invention, conventional measurements by differential technical analysis (ATD) were carried out on the ZL 5 and on the family of alloys with AI: 1.8-2.2%, Cu: 1.5-3.9%, Mg: 0.02-0.06%, zinc residue. This method allows to know an enthalpy of
transformation en fonction de la température pour chacun des alliages. transformation as a function of temperature for each of the alloys.
On a représenté, sur la figure 3, pour chacun des alliages 1, 2 et 3, et FIG. 3 shows for each of the alloys 1, 2 and 3, and
pour le ZL5 cette enthalpie en fonction de la température. for ZL5 this enthalpy as a function of temperature.
Sur la figure 3, on reporté en abscisse la température en C et en ordonnée l'enthalpie H de transformation en MJ/m3. Le tracé en pointillé inférieur 50 correspond au ZL5, et les tracés 51, 52 et 53 sont respectivement les tracés d'enthalpie des alliages 1, 2 et 3. Le tracé du ZL5 présente une brusque croissance de la valeur de l'enthalpie à 380 , tandis que les enthalpies des alliages de l'invention croissent progressivement sur une large plage de température allant d'environ In FIG. 3, the temperature at C is plotted on the abscissa and the enthalpy H of transformation into MJ / m3 on the ordinate. The lower dotted line 50 corresponds to ZL5, and the lines 51, 52 and 53 are respectively the enthalpy lines of alloys 1, 2 and 3. The line of ZL5 shows a sharp increase in the value of the enthalpy at 380 , while the enthalpies of the alloys of the invention grow progressively over a wide temperature range from approximately
380 C à environ 400 C.380 C to around 400 C.
Un modèle par éléments finis 2D représentant une coupe de la pièce précédente perpendiculairement à la direction d'injection et composé d'éléments quadratiques à 4 noeuds a été réalisé afin de simuler le A 2D finite element model representing a section of the previous part perpendicular to the direction of injection and composed of quadratic elements with 4 knots was produced in order to simulate the
remplissage de la pièce à l'aide d'un logiciel connu appelé Ansys. filling of the part using a known software called Ansys.
En prenant des valeurs de paramètres thermiques numériques usuels pour les modèles de base thermiques, c'est à dire une température de moule de 180 C, et une enthalpie d'échange entre la pièce et le moule de h = 2300 W/m2, ainsi que la conductivité du zinc connue de l'homme de l'art et les enthalpies déterminées par ATD pour chaque alliage, le modèle a permis d'observer l'évolution de fractions solides dans l'épaisseur des By taking values of numerical thermal parameters usual for the basic thermal models, ie a mold temperature of 180 C, and an enthalpy of exchange between the part and the mold of h = 2300 W / m2, thus that the zinc conductivity known to those skilled in the art and the enthalpies determined by ATD for each alloy, the model made it possible to observe the evolution of solid fractions in the thickness of the
pièces au fur et à mesure de la solidification de l'alliage dans la pièce. parts as the alloy solidifies in the part.
Les résultats de ces calculs sont représentés sur la figure 4 et sur la figure 5. Les figures 4 et 5 représentent ainsi la fraction solide au sein de l'alliage selon le point ou l'on se trouve entre le coeur de la pièce et sa The results of these calculations are represented in FIG. 4 and in FIG. 5. FIGS. 4 and 5 thus represent the solid fraction within the alloy according to the point where one is between the core of the part and its
surface.area.
Les figures 4 et 5 présentent ainsi en abscisse la distance d au coeur de la pièce en mm, la valeur 0 correspondant au coeur de la pièce et la Figures 4 and 5 thus show on the abscissa the distance d to the heart of the part in mm, the value 0 corresponding to the heart of the part and the
valeur 1,25 à la surface de la pièce. value 1.25 on the surface of the room.
En ordonnées sont reportées les fractions solides F. Sur la figure 4, on a représenté la répartition de la fraction solide dans une pièce injectée, en alliage ZL 5, au cours de la solidification, à trois temps de solidification, c'est à dire à 0,5s, ls et 2s après l'injection, ces trois temps de solidification correspondant respectivement aux tracés 61, 62 The solid fractions F are plotted on the ordinate. In FIG. 4, the distribution of the solid fraction is shown in an injected part, made of ZL 5 alloy, during solidification, with three solidification times, ie at 0.5s, ls and 2s after the injection, these three solidification times corresponding respectively to the plots 61, 62
et 63.and 63.
Sur la figure 5, on a représenté le profil de fraction solide dans deux pièces conformes à l'exemple 1, respectivement en alliage n 1 et n 3 selon In FIG. 5, the solid fraction profile has been represented in two parts in accordance with Example 1, of alloy n 1 and n 3 respectively according to
l'invention, toutes les deux à 2,8 secondes de temps de solidification. the invention, both at 2.8 seconds of solidification time.
Le tracé pour l'alliage n 1 est référencé 71 et le tracé pour l'alliage The layout for alloy n 1 is referenced 71 and the layout for alloy
n 3 est référencé 73.n 3 is referenced 73.
L'homme de l'art retrouve, par ce modèle, des temps de solidification de l'ordre de 2 à 3 secondes, cette valeur dépendant de la massivité de la Those skilled in the art find, by this model, solidification times of the order of 2 to 3 seconds, this value depending on the massiveness of the
pièce injectée.injected part.
On constate une nette différence de comportement à la solidification entre le ZL 5 et la famille d'alliages de l'invention à des temps de There is a clear difference in behavior on solidification between ZL 5 and the family of alloys of the invention at times of
solidification similaires.similar solidification.
Dans le cas du ZL5 à 2 seconde après injection, la fraction solide est proche de 0,3 sur une large zone allant du coeur de la pièce à environ un quarts de sa demi-largeur, puis passe brutalement aux alentours de 1. Au contraire, dans le cas des alliages 1 à 3 de l'invention, la fraction solide à 2,8 secondes présente un profil à croissance lente entre le coeur et la surface de la pièce, allant d'environ 0,5 - 0,6 au coeur à environ 0,6 - 0,7 en surface. Le ZL 5 présente donc une peau en surface d'environ 200rtm complètement solidifiée (100% de fraction solide) et un coeur plutôt fluide (F sensiblement égal à 0,3), et la famille d'alliages de l'invention présente un ensemble homogène o phase solide et phase liquide coexistent en surface et à coeur, cet ensemble étant qualifié de "zone pâteuse" à F sensiblement In the case of ZL5 at 2 seconds after injection, the solid fraction is close to 0.3 over a large area going from the heart of the part to about a quarter of its half-width, then suddenly passes around 1. On the contrary , in the case of alloys 1 to 3 of the invention, the solid fraction at 2.8 seconds has a slowly growing profile between the core and the surface of the part, ranging from around 0.5 - 0.6 to core at about 0.6 - 0.7 on the surface. ZL 5 therefore has a skin on the surface of approximately 200 rt completely solidified (100% solid fraction) and a rather fluid core (F substantially equal to 0.3), and the family of alloys of the invention presents a set homogeneous o solid phase and liquid phase coexist on the surface and at the core, this set being qualified as "pasty zone" at F substantially
égalàO,5.equal to 0.5.
L'homme de l'art voit l'intérêt d'un tel comportement vis à vis des gouttes froides. Dans le cas du ZL5, deux flots d'alliages en surface, cheminant différemment du fait du dessin de la pièce, risquent de mal se ressouder car ils vont se solidifier au moins en peau avant de se rejoindre complètement, alors que dans le cas de la famille d'alliages de l'invention, l'existence de cette zone pâteuse en surface permet de ressouder entre eux des flots d'alliages de différentes provenances, évitant ainsi le défaut Those skilled in the art can see the benefit of such behavior with regard to cold drops. In the case of the ZL5, two streams of alloys on the surface, traveling differently due to the design of the part, risk poorly rewinding because they will solidify at least in skin before joining completely, whereas in the case of the family of alloys of the invention, the existence of this pasty area on the surface makes it possible to reweld together streams of alloys from different sources, thus avoiding the defect
nommé "gouttes froides".called "cold drops".
Cette différence se confirme par l'observation de microstructures de pièces injectées représentées aux figures 6, 7, 8 et 9: la microstructure bien connue en coupe du ZL 5 injecté représentée sur la figure 6 présente une peau près de la surface d'environ 200.m avec des dendrites puis une zone homogène équiaxe, alors que les pièces injectées en alliages n 1, 2 et 3 représentées respectivement aux figures 7, 8 et 9 ont une structure homogène au coeur (bas de la photographie) et près de la surface (haut de This difference is confirmed by the observation of microstructures of injected parts represented in FIGS. 6, 7, 8 and 9: the well-known microstructure in section of the injected ZL 5 represented in FIG. 6 has a skin near the surface of approximately 200 .m with dendrites then a homogeneous equiaxed zone, whereas the parts injected in alloys n 1, 2 and 3 shown respectively in Figures 7, 8 and 9 have a homogeneous structure at the heart (bottom of the photograph) and near the surface (top of
la photographie).photography).
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