WO1994016113A1 - PROCEDE DE FABRICATION D'ARTICLES EN ALLIAGE Zn-Al-Cu PAR COULEE CENTRIFUGE OU COULEE SOUS PRESSION - Google Patents

PROCEDE DE FABRICATION D'ARTICLES EN ALLIAGE Zn-Al-Cu PAR COULEE CENTRIFUGE OU COULEE SOUS PRESSION Download PDF

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D21/00—Casting non-ferrous metals or metallic compounds so far as their metallurgical properties are of importance for the casting procedure; Selection of compositions therefor
    • B22D21/02—Casting exceedingly oxidisable non-ferrous metals, e.g. in inert atmosphere
    • B22D21/027—Casting heavy metals with low melting point, i.e. less than 1000 degrees C, e.g. Zn 419 degrees C, Pb 327 degrees C, Sn 232 degrees C
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • 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 a process for manufacturing articles of a zinc-based alloy containing aluminum and copper by centrifugal casting in a rubber mold or by pressure casting in a metal mold.
  • a method of manufacturing articles of a zinc-based alloy containing aluminum and copper by centrifugal casting of this alloy in a rubber mold is described in the article "Rubber-mold spin-casting for low-cost prototype or production parts "by LS Schaer, Machine Design, January 20, 1977, p. 113-117.
  • This known process uses either an alloy with 3.5% Al and 3.5% Cu, Zn residue, called “Formalloy”, or an alloy with 11% Al and 1% Cu, Zn residue, called “ILZRO-12” (all the percentages given in the present patent application are% by weight).
  • Formalloy and ILZRO-12 have a solidification interval of 380-390 ° C and 380-432 ° C respectively and they are poured respectively at 393-427 ° C and 440-468 ° C.
  • Formalloy has the drawback that its solidification starts with the formation of dendrites or basalts: these are liable to impede the circulation of the casting in the molding cavity and therefore risk causing casting defects.
  • ILZRO-12 for its part requires a casting temperature of at least 440 ° C, which induces an accelerated deterioration of the silicone rubber of which the mold is made.
  • Zamak alloys Center Technique du Zinc, PUBLIMAC, 92600, Asgnacs, November 1972.
  • This known process uses an alloy with 3.9.-4.3% Al, 0.75-1.25% Cu and 0.03-0.06% Mg, Zn residue, called "Zamak 5".
  • Zamak 5 presents, like Formalloy, a casting structure with a dendritic or basaltic tendency.
  • the object of the present invention is to provide a method as defined above, which makes it possible to avoid the drawbacks of the known methods.
  • the alloy contains 6.0-8.0% Al and 3.2-4.3% Cu, the rest being zinc, for example electrolytic zinc, and the impurities which are inevitably present in the aforementioned metals.
  • the Cu content may not be less than 3.2% and greater than
  • An Al content of less than 6.0% also produces a dendritic or basaltic structure, while an Al content of more than
  • the alloy has excellent fluidity.
  • an alloy with 6.7-7.3% of Al and 3.6-4.0% of Cu is used, and preferably an alloy having the eutectic composition: 7.0% of Al; 3.8% Cu and 89.2% Zn.
  • the principle of this test is to "sink" by suction a liquid metal in a horizontal tube under a constant vacuum and a constant temperature, then to measure the length of sucked metal. This length is a measure for the flowability, that is, the fluidity, of the metal.
  • Be alloy the "Superloy” alloy to which 0.005% of Be has been added and which will be called hereinafter "Be alloy"
  • Zamak 3,387 381 4.04 0.001 0.043 0.0020 0.0021 0.0009 _
  • Zamak 5 260 It is remarkable that the fluidity of Superloy is 43% higher than that of Zamak 2, which is itself the most fluid of Zamaks, but it is even more remarkable than the addition of only 0.005% of Be at Superloy is already reducing fluidity by 8%.
  • the casting is carried out at a temperature which exceeds as little as possible, for example 5-30 ° C, the liquidus temperature of the alloy or the melting point in the case of the eutectic composition.
  • the method of the invention is particularly useful for the manufacture of miniature cars by die casting.

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Abstract

On coule un alliage contenant 6,0-8,0 % d'Al et 3,2-4,3 % de Cu, le reste étant du zinc. Un tel alliage présente une structure de coulée à grains fins et peut être coulé en dessous de 440 °C. Le procédé s'applique entre autres à la fabrication de voitures miniatures par coulée sous pression.

Description

PROCEDE DE FABRICATION D'ARTICLES
EN ALLIAGE ZN-AL-CU PAR
COULÉE CENTRIFUGE OU COULÉE ! SOUS PRESSION
La présente invention se rapporte à un procédé de fabrication d'articles en un alliage à base de zinc contenant de l'aluminium et du cuivre par coulée centrifuge dans un moule en caoutchouc ou par coulée sous pression dans un moule métallique.
Un procédé de fabrication d'articles en un alliage à base de zinc contenant de l'aluminium et du cuivre par coulée centrifuge de cet alliage dans un moule en caoutchouc est décrit dans l'article "Rubber-mold spin-casting for low-cost prototype or production parts" par L.S. Schaer, Machine Design, 20 janvier 1977, p. 113- 117. Ce procédé connu fait usage soit d'un alliage à 3,5% d'Al et 3,5% de Cu, reste Zn, appelé "Formalloy", soit d'un alliage à 11% d'Al et 1% de Cu, reste Zn, appelé "ILZRO-12" (tous les pourcentages donnés dans la présente demande de brevet sont des % en poids). Formalloy et ILZRO-12 présentent un intervalle de solidification de respectivement 380-390°C et 380-432°C et ils sont coulés respectivment à 393-427°C et 440-468°C.
Formalloy présente l'inconvénient que sa solidification démarre par la formation de dendrites ou basaltes : ceux-ci sont susceptibles d'entraver la circulation de la coulée dans la cavité de moulage et risquent donc de provoquer des défauts de coulée.
ILZRO-12 de son côté requiert une température de coulée d'au moins 440°C, ce qui induit une détérioration accélérée du caoutchouc de silicone dont le moule est fait.
Un procédé de fabrication d'articles en un alliage à base de zinc contenant de l'aluminium et du cuivre par coulée sous pression de cet alliage dans un moule métallique est décrit dans le document "Les alliages de zinc de fonderie. Un facteur de progrès : les alliages Zamak", Centre Technique du Zinc, PUBLIMAC, 92600, Asnières, Novembre 1972. Ce procédé connu utilise un alliage à 3,9.-4,3% d'Al, 0,75-1,25% de Cu et 0,03-0,06 % de Mg, reste Zn, appelé "Zamak 5". Zamak 5 présente, tout comme Formalloy, une structure de coulée à tendance dendritique ou basaltique.
D'autres procédés du même genre sont décrits dans les documents DE- B-1211403, FR-A-1321677 et US-A-2467956 : selon le premier de ces documents on utilise un alliage à 6,7-7,5% d'Al, 3,2-4,2% de Cu et 0,01-0,1% de Be, reste Zn, selon le deuxième un alliage à 1-10% d'Al, 0,1-5% de Cu, > 0,005-0,05% de Mg et > 0,0001-0,01% de Be, reste Zn, et selon le troisième un alliage à 2,0-10,0% d'Al, 0,03- 3,50% de Cu, 0,01-0,30% de Mg et 0,00001-0,0001% de Be, reste Zn. Ces trois procédés font tous appel au béryllium comme élément d'alliage. Comme le béryllium est hautement toxique à l'état de vapeur, l'exécution de ces procédés requiert des mesures de précaution rigoureuses et donc très coûteuses.
Le but de la présente invention est de procurer un procédé tel que défini ci-dessus, qui permet d'éviter les inconvénients des procédés connus.
A cet effet, selon l'invention l'alliage contient 6,0-8,0% d'Al et 3,2-4,3% de Cu, le reste étant du zinc, par exemple du zinc électrolytique, et les impuretés qui sont inévitablement présentes dans les métaux précités.
En effet, il a été trouvé qu'un tel alliage présente une structure de coulée à grains fins et qu'il peut être coulé en dessous de 440°C. Le fait que l'alliage peut être coulé en dessous de 440°C est particulièrement important pour la coulée centrifuge.
La teneur en Cu ne peut pas être inférieure à 3,2% et supérieure à
4,3% ; autrement, on risque de produire une structure à tendance dendritique ou basaltique. Une teneur d'Al de moins de 6,0% produit également une structure dendritique ou basaltique, tandis qu'une teneur d'Al de plus de
8,0% amène la température de coulée aux environs de 440°C.
L'alliage présente une excellente fluidité.
Lorsqu'on coule l'alliage sous pression, il est particulièrement avantageux de faire appel à une machine de moulage sous pression à chambre chaude. On utilise avantageusement un alliage à 6,7-7,3% d'Al et 3,6- 4,0% de Cu et, de préférence, un alliage ayant la composition eutectique : 7,0% d'Al ; 3,8% de Cu et 89,2% de Zn. En effet, il a été trouvé que la fluidité de l'alliage augmente à mesure que sa composition s'approche de la composition eutectique. Comme il a été trouvé également que la présence dans l'alliage d'impuretés influence défavorablement la fluidité, il est recommandable d'utiliser un alliage fait de zinc d'une pureté d'au moins 99,995%, d'aluminium d'une pureté d'au moins 99,97% et de cuivre d'une pureté d'au moins 99,99%.
L'excellente fluidité de l'alliage utilisé' dans le procédé de l'invention est illustrée par les résultats donnés ci-dessous d'une série d'essais de coulabilité type Radone.
Le principe de cet essai est de "couler" par aspiration un métal liquide dans un tube horizontal sous une dépression et une température constantes, puis de mesurer la longueur de métal aspiré. Cette longueur est une mesure pour la coulabilité, c'est- à-dire la fluidité, du métal.
Les alliages suivants ont été soumis à cet essai :
— l'alliage qui est utilisé dans le procédé de l'invention et qui sera appelé ci-après "Superloy",
— l'alliage "Superloy" auquel on a ajouté 0,005% de Be et qui sera appelé ci-après "Alliage au Be",
— l'alliage "Zamak 5" précité et deux autres alliages à base de zinc qui sont couramment utilisés en coulée sous pression et qui sont appelés "Zamak 2" et "Zamak 3". Caractéristiques de solidification et analyse chimique des alliages:
.oΗrtif . (°C) Analyse chimique (%)
Liq. Sol. Al Cu Mg Pb Fe Cd Be
Superloy 379 379 6,90 3,70 0,001 0,0014 0,0020 0,0002 _
ΛIΗarp ai
Be 379 379 6,90 3,70 0,001 0,0014 0,0020 0,0002 0,005
Zamak 2 390 379 4,01 2,80 0,040 0,0015 0,0025 0,0008 _
Zamak 3 387 381 4,04 0,001 0,043 0,0020 0,0021 0,0009 _
Zamak 5 386 380 4,06 0,880 0,044 0,0022 0,0020 0,0009 -
Les essais ont été faits dans les conditions suivantes : — température du bain : 420°C
— dépression : 205 mm de Hg
— diamètre du tube : 3 mm Longueur de métal aspiré, en mm :
Superloy : 415 Alliage au Be : 385
Zamak 2 : 290
Zamak 3 : 275
Zamak 5 : 260 Il est remarquable que la fluidité de Superloy est de 43% supérieure à celle du Zamak 2, qui est lui-même le plus fluide des Zamaks, mais il est encore plus remarquable que l'addition de seulement 0,005% de Be à Superloy fait déjà baisser la fluidité de 8%.
Superloy présente à la température ambiante les caractéristiques mécaniques suivants :
— résistance à la traction 315 MPa
— limite d'allongement rémanent 0,2% 210 MPa
— dureté Brinell 95
— allongement 6 %
Il est évident que, pour tirer le maximum de profit du procédé de la présente invention, il convient que l'on effectue la coulée à une température qui dépasse le moins possible, par exemple de 5-30°C, la température du liquidus de l'alliage ou le point de fusion dans le cas de la composition eutectique.
Le procédé de l'invention est particulièrement utile pour la fabrication de voitures miniatures par coulée sous pression.

Claims

Revendications
1. Procédé de fabrication d'articles en un alliage à base de zinc contenant de l'aluminium et du cuivre par coulée centrifuge dans un moule en caoutchouc ou par coulée sous pression dans un moule métallique, caractérisé en ce que l'alliage contient 6,0-8,0% d'Al et 3,2-4,3% de Cu, le reste étant du zinc et les impuretés qui sont inévitablement présentes dans les métaux précités.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on effectue la coulée sous pression de l'alliage dans une machine à chambre chaude.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'alliage contient 6,7-7,3% d'Al et 3,6-4,0% de Cu.
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'alliage contient environ 7,0% d'Al et 3,8% de Cu.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1-4, caractérisé en ce qu'on coule l'alliage à une température qui dépasse de 5 à 30°C la température de son liquidus.
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