Brevet FR2288790A1 — publié le 19760521

La présente invention concerne des alliages à base de cuivre avec des teneurs déterminées en alumlnix; ~' en fer et en silicium, qui possèdent une grande rdsia%3aNt aux acides et à la corrosion. Les opérations de décapage sont très courantes dans l'industrie et le domaine technique, et il est connu que les organes utilisés pour ces opérations, tels que les crochets de suspension et analogues, sont soumis à des attaques chimiques extrêmement sévères, qui ont pour conséquence une usure rapide, en particulier par corrosion, des appareils et organes employés à cette fin. I1 existe par conséquent un besoin certain pour des matériaux pour les appareils et éléments utilisés dans les opérations de décapage, qui d'une part possèdent une résistance suffisante aux milieux de décapage, mais d'autre part également une solidité appropriée pour pouvoir résister aux contraintes mécaniques, auxquelles ils sont exposés. Les alliages répondant à ces exigences, connus jusqu'à présent, sont cependant tous à base de nickel et par conséquent d'un prix très élevé. On connait en outre des bronzes d'aluminium, contenant du silicium, qui sont considérés comme résistants aux acides, mais pour lesquels l'incorporation du silicium a comme conséquence une diminution de la résistance à l'oxydation par rapport aux bronzes à l'aluminium ordinaire. Pour réduire cet inconvénient, on a incorporé en outre à ces alliages du nickel et(ou) du chrome, sans cepá dant parvenir à des résultats satisfaisants. Pour des raisons de prix, les alliages à base de nickel ont déjà été remplacés par des alliages à base de cuivre pour la fabrication d'organes utilisés dans les opérations de décapage, mais on n'est jusqu'à présent pas encore parvenu à réaliser des alliages du cuivre avec d'autres constituants, dont les proportions respectives permettaient d'obtenir une résistance aux acianotab1 T're La demanderesse s'était par conséquent fixé comme but de développer des alliages å base de cuivre avec des pro priétés améliorées sans devoir faire appel à des teneurs élevées en constituants trop chers, et permettant de réaliser d'une façon usuelle dans le domaine de la métallurgie du cuivre des alliages présentant une résistance à la corrosion nettement meilleure que celle des alliages déjà connus et possédant une résistance mécanique suffisante pour pouvoir résister de manière satisfaisante, d'une part à l'attaque par les milieux acides employés dans les installations de décapage, et d'autre part aux contraintes mécaniques, y compris les vibrations continues éventuelles, qui peuvent se manifester pendant ces opérations. Conformément à l'invention, cet objet est réalisé avec des alliages à base de cuivre, qui contiennent à côté du cuivre et des impuretés habituelles (pourcentages en poids) 3 à 12 % d'aluminium, 4 à 7 de nickel, 3 à 6 % de fer, 0,3 à 5 do de silicium et éventuellement jusqu'à 1 o de manganèse, avec la caractéristique supplémentaire que le produit des teneurs (en pourcent) en aluminium et en silicium est au moins égal à 4 et au plus égal à 15 (partie hachurée de la figure 1) et de préférence compris entre 6 et 12 (région indiquée par des traits obliques dans la figure 1). La proportion préférée du fer dans les alliages suivant l'invention. se situe entre. 4 et 6 % et celle du nickel entre 5 et 7 % en poids -Des alliages aux propriétés particulièrement avantageuses sont obtenus en Maintenant la teneur en aluminium entre 8 et 12 % et celle en silicium entre 0,3 et 2,5 et mieux encore entre 0,3 et 1,5 % en poids. es alliages d'une telle composition que l'on peut appeler des bronzes d'aluminium comos.ites- ou complexes, pos sèdent des propriétés mecaniques excellentes et une;sistance à la-corrosion, en particulier par les acides de décgpaKge, nettement sùpérieure-à à celle des- bronzes daluminiuS--courants. Les alliages à base de cuivre suivant l'invention contiennent particulièrement bien pour la- fabrication d'organes exposes à de fortes attaques chimiques, tels que. des crochets de suspension pour opérations de décapage -et d'autres éléments analogues, mais leur emploi ne ne se limite pas à- ce domaine particulier; ces alliages peuvent également servir à la faprica- t1.n d'éléments de pompes, de ferrures, de vis. et d'autres pièces de fixation. analogues, pour la robinetterie, etc Les alliages suivant l'invention sont décrits ciaprès plus en détail à l'aide de quelques exemples non limitatifs, en se référant aux dessins annexés, dans lesquels:: - la figure 1 représente graphiquement la relation entre les teneurs (en pourcent en poids) an Si (ordonnée) et en Al (abscisse) dans les limites conformes à l'invention (correspondant à la région hachurée A+B) et dans la région préférée (région B indiquée par des traits obliques), en se basant sur le produit % Si x % Al; - la figure 2 est une microphotographie (agrandissement 500 X) illustrant la structure d'un alliage suivant l'invention, de la composition décrite dans l'exemple 1, et - la figure 3 est une microphotographie analogue de la structure de l'alliage décrit dans l'exemple 2. Du diagramme de la figure 1, il ressort que le remplacement dans un alliage du genre décrit d'une partie de 1'aluminium par du silicium, dans la région où les courbes se rapprochent de l'horizontale, permet d'obtenir une résistance aux acides identique avec une proportion de Si inférieure à la proportion de Al remplacée. Par cnntre, dans la partie gauche du diagramme, correspondant aux concentrations en Al plus faibles, la proportion du Si nécessaire pour remplacer une partie de cet élément devient plus importante. Pour les alliages, dont les teneurs respectives en Al et en Si se situent dans la partie hachurée en oblique (région 3) du diagramme de la figure 1, les propriétés énumérées ci-dessus sont particulièrement excellentes, leur résistance à la corrosion et (ou) aux acides étant proportionnelle à la teneur en Si pour une teneur en Al constante. il y a cependant lieu de noter que l'accroissement de la résistance à la corrosion de ces alliages va de pair avec une augmentation prononcée de la résistance à la traction et de la limite d'allongement, qui donne à ces alliages une ductilité trop réduite pour pouvoir tirer profit dans certains cas d'application de l'amélioration de la résistance à la corrosion et aux acides. Dans ces cas, il y a lieu de choisir des alliages, pour lesquels le produit % Si x % Al est plus réduit. Les alliages dont la composition correspond aux teneurs situées dans la partie hachurée en oblique (région B) du diagramme de la figure 1 permettent la fabrication d'éléments, dont les propriétés mécaniques correspondent à celles généralement exigées en pratique. En dehors de l'ajustement de la résistance à la corrosion par un rapport approprié entre les teneurs en Al et Si, les propriétés mécaniques des alliages suivant l;in- vention évoluent comme dans les bronzes d'aluminium usuels, c'est-à-dire que leur ténacité est proportionnelle à la teneur en aluminium. il ressort des exemples ci-après, dans lesquels les pourcentages indiqués sont en poids, qu'un choix judicieux des proportions des composants des alliages dans les limites indiquées permet d'obtenir des alliages avec une résistance à la corrosion optimale pour une ténacité et un allongement donnés. EXEMPLE 1 Un alliage à base de cuivre, dont le produit % Si x % Al se situe dans la région B du diagramme de la figure 1, contient par exemple, à côté du cuivre et des impuretés usuelles, 10 % d'aluminium, 0,7 de silicium, 5 de fer et 6 de nickel. Cet alliage conforme à l'invention possède des propriétés mécaniques égales ou supérieures à celles des bronzes au Cu - Al et une résistance aux acides nettement meilleure que les alliages connus. Des essais effectués dans des acides décapants et s'étendant sur plusieurs centaines d'heures ont démon tré une résistance à la corrosion notablement améliorée, se traduisant par une perte de poids nettement plus réduite pour l'alliage de la composition ci-dessus. Cet alliage possède la structure microscopique reproduite à la figure 2 (agrandissement 500 X), caractérisée par une forte proportion de la phase ss et la précipitation de formes lamellaires eutectordes dues à la forte teneur en Al et la présence du Si. On constat en outre une précipitation de cristaux mixtes. EXEMPLE 2 Un alliage à base de cuivre, conforme à l'invention, dont la résistance à la corrosion et aux acides est encore supérieure à celle de l'alliage de l'exemple 1, mais dont les propriétés mécaniques sont légèrement inférieures à celles de l'alliage précédent, contient à côté du cuivre et des impuretés usuelles 5 io d'aluminium, 1,8 % de silicium, 4,7 % de fer et 5,6 Cet alliage, dont la structure est reproduite à la figure 3 (agrandissement 500 X) est pratiquement homogène et exempt de phase ss, de précipitations eutectoldes et de cristaux mixtes primaires et secondaires. Le tableau ci-après résume les résultats d'essais comparatifs effectués sur une série d'alliages aux compositions indiquées plus haut et à teneurs variables en Al et en Si pour en déterminer la résistance à la corrosion par un milieu décapant, composé d'acide chlorhydrique à 18 % en poids, contenant 2 g/l d'ions ferriques, les essais étant réalisés à 350C avec aération forcée du bain de décapage. La perte de poids à la fin des essais est exprimée en pourcentage de la perte de poids constatée dans des conditions identiques (et considérées égales à 100 %) pour un bronze d'aluminium usuel, à savoir le "G-NiAlBzF 60 " d'après la norme DIN 1714, avec les teneurs ci-après: 10 Al; 5 Ni; 5 Fe. Dans les alliages suivant l'invention, repris dans le tableau, les teneurs en Si varient entre 3 et 7 %, les teneurs en Fe entre 2 et 6 % en poids. TABLEAU Teneurs en Al et Si Perte de poids en en poids 10,8 Al; 0,63 Si 67 % 8,1 Al; 0,50 Si 69 % 4,7 Al; 1,51 Si 68 % 9,45 Al; 0,45 Si 71 % 5,3 Ai; 2,48 Si 65 % 3,25 Al; 3,36 Si 67 d 10,3 Al; 1,03 Si 62 % Alliage de comparaison : 100 % G-NiAlBz F 60 (DIN 1714) (10 Al, 5 Ni, 5 Fe) Ces résultats montrent que la perte de poids des alliages suivant l'invention est sensiblement inférieure à celle constatée pour les bronzes d'aluminium usuels connus. La résistance aux acides et les propriétés mécaniques des alliages à base de cuivre et des éléments fabriqués en ces allia Ses conformes à l'invention peuvent encore etre améliorées, en particulier lorsque leur teneur en silicium ne dépasse pas 2% en poids, par un traitement thermique, de préférence un recuit entre 600 et 800 C d'une durée pouvant aller jusqu'à 10 heures, traitement qui rend leur structure microscopique plus homogène et élimine les déséquilibres et tensions peuvent etre crées par un refroidissement trop brusque des pièces coulées. REVBIDICATIONS 1. Alliages à base de cuivre, contenant de l'aluminium, du fer et du silicium, caractérisés en ce qu'ils contiennent à côté du cuivre et des impuretés usuelles (pourcentages en poids) 3 à 12% d'aluminium, 4 à 7% de nickel, 3 à 6Z de fer, 0,3 à 55 de silicium et éventuellement jusqutà 1% de manganèse, le produit des pourcentages en AI et en Si (Z Si x % Al) étant au moins égal à 4 et au plus égal à 15 et de préférence compris entre 6 et 12. 2. Alliages à base de cuivre selon la revendication 1, caractérisés en ce que leur teneur en fer est de 4 à 6Z et leur teneur en nickel de 5 à 7X en poids. 3. Alliages à base de cuivre selon revendication 1 ou 2, caractérisés en ce que leur teneur en aluminium se situe entre 8 et 12% en poids. 4. Alliages à base de cuivre selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisés en ce que leur teneur en silicium est comprise entre 0,3 et 2,5 et de préférence entre 0,3 et 1,5% en poids. 5. Utilisation des alliages à base de cuivre selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 pour la fabrication de pièces résistant à la corrosion, telles que des éléments de pompes, des ferrures, des vis et autres éléments de fixation analogues, des pièces de robinetterie, etc. 6. Utilisation des alliages à base de cuivre selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 pour la fabrication de pièces et organes résistant aux acides, en particulier aux acides décapants. 7. Procédé pour améliorer la résista ce aux acides et les propriétés mécaniques de pièces et organes réalisés en un alliage à base de-cuivre selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ces pièces et organes sont soumis à un recuit entre 600 et 8000C d'une durée pouvant aller jusqu'à 10 heures.