Brevet FR2353648A1 — publié le 19771230

La présente invention concerne un alliage de laiton biphasé pour fonderie permettant d'éviter pour les pièces d'épaisseur moyenne à faible les défauts de fon derie ainsi que le recuit, et conférant aux pièces moulées une très bonne résistance à la dézincification. On sait que le laiton du type habituel 60/40 c'est-à-dire contenant environ 60% de cuivre et 40% de zinc est biphasé > p et qu'en présence d'un électrolyte la phase & riche en zinc se comporte comme anode tandis que la phase c riche en cuivre se comporte comme cathode en créant un couple galvanique. La phase g' passe en solution et le cuivre se redépose in situ sur les emplacements formant cathode du couple galvanique, sous une forme spongieuse perméable aux électrolytes et aux atomes de zinc sous-jacents. Ce dépôt de cuivre spongieux appelé "meringue" peut recouvrir la pièce ayant subi l'attaque galvanique en respectant approximativement sa forme et ses dimensions, mais il est poreux et sans consistance ce qui est préjudiciable au comportement mécanique et à l'étanchéité de la pièce. En outre des particules de cuivre spongieux peuvent se détacher, être véhiculées par l'électrolyte et provoquer des perturbations dans les organes mécaniques tels que des organes de comptage, en contact avec ce même électrolyte. Ce phénomène de dézincification se produit notamment en présence d'eau présentant simultanément une teneur élevée en chlorure et une faible dureté. On a déjà essayé d'augmenter la résistance à la dézincification en utilisant des alliages monophasés d contenant des éléments tels que ltétain, le nickel, l'aluminium, le plomb, le tungstène, l'antimoine et surtout l'arsenic, ce dernier étant présent en des quantités de 0,02 à 0,06%. Toutefois, les alliages monophasés rt présentent le gros inconvénient de comporter une mise en oeuvre difficile en fonderie de sorte que ce type alliage est presque exclusivement réservé à la fabrication de pièces par matriçage à chaud ou par décolletage. On connaît également des alliages faiblement biphasés en phase et et comportant une phase o( contenant soit de l'arsenic, soit de l'antimoine, en présence de pourcentages élevés d'aluminium, silicium, plomb et manganèse. Toutefois, les alliages biphasés de ce type présentent toujours d'importants défauts de mise en oeuvre en fonderie . En outre, il est nécessaire de soumettre les pièces fondues ainsi obtenues à une opération thermique longue et onéreuse comportant un recuit d'environ 3 à 4 heures à une température d'environ 5000C et un refroidissement effectué dans des conditions très rigoureuses. Le but de l'invention est de remédier aux inconvénients précités. L'invention a pour objet un alliage de laiton biphasé 9 h de fonderie, ayant de bonnes propriétés de coulage des pièces tout en évitant leur recuit, les pièces ainsi obtenues ayant une très bonne résistance à la dézincification. Le fait d'éviter le recuit constitue un avantage très impor tant en ce qui concerne notamment les pièces d'épaisseur moyenne à faible, étant donné que le traitement thermique des pièces minces a tendance à provoquer soit une ovalisation, soit un cloquage superficiel préjudiciable au bon aspect des produits ultérieurement nickelés ou chromés. La demanderesse a constaté qu'on obtenait des pièces de laiton moulées exemptes de défaut de fonderie, n'exigeant pas un traitement de recuit, et présentant une excellente résistance à la dézincification, lorsqu'on effectuait le coulage des pièces avec un alliage de laiton biphasé b( B; ayant la composition Cu 62,00 à 64,00% Pb 1,00 à 2,00% Al 0,20 à 0,50% Sb 0,05 - 0,20% Sn O à 0,60% Fe O à 0,60% Ni O à 0,30% Si O à 0,30% Mn O à 0,30% Cr 0 à 0,10% Mg O à 0,10% Autres matières étrangères et traces 4 0,20% Zn complément à 100%, comportant 10 à 20% de phase ', les pièces refroidies ayant ensuite une teneur en phase P de 3 à 7%. La mise en oeuvre s'effectue de la façon habituelle en fonderie, mais les avantages précités sont particulièrement mis en évidence dans le cas du coulage de pièces d'épaisseur moyenne à faible. En effet, d'une part le pourcentage important en phase 13 dans l'alliage du lingot initial permet d'obtenir des pièces coulées ayant un taux de rebut très faible pour défaut de fonderie, et d'autre part le faible pourcentage de cette même phase ' dans les pièces moulées refroidies permet d'éviter leur traitement thermique. Autrement dit, l'alliage de l'invention permet d'obtenir le double avantage précité du fait de la variation importante du pourcentage en phase 4', dans l'alliage initial avant la fusion, et dans la pièce moulée après son refroidissement. L'alliage de l'invention contient obligatoirement à côté du cuivre et du zinc, du plomb, de l'aluminium et de l'antimoine selon les proportions précitées, mais d'après l'utilisation recherchée pour la pièce moulée il peut aussi contenir avantageusement les métaux suivants = étain, et de préférence Sn, Fe, Ni, fer, nickel, silicium, manganèse, chrome, magnésium 5 elon les proportions indiquées, ainsi que d'autres matières étrangères à l'état de trace, y compris de l'arsenic. Comme cela est bien connu en fonderie et en particulier pour les laitons, il n'existe pas d'alliage donnant entière satisfaction pour l'obtention de tous les types de pièces ayant les configurations les plus variées. I1 faut déterminer pour chaque type de pièce, selon sa forme, son épaisseur , son poids, son utilisation et les conditions particulières de fusion et de coulée, d'une part le choix de la composition de l'alliage, et d'autre part la teneur en phase du lingot initial, de façon à obtenir les caractéristiques souhaitées au coulage, tout en conservant dans la pièce moue et refroidie la teneur optimale en phase fl comprise dans la gamme de 3 à 7% précitée. I1 s'agit d'un travail de routine du fondeur qui permet ici tout en restant dans les limites de l'invention, de trouver dans chaque cas le compromis acceptable entre les propriétés souhaitées de coulage et de résistance à la dézincification.C'est ainsi qu'il est toujours possible après avoir déterminé le choix et la teneur des autres métaux entrant dans l'alliage, de déterminer également le pourcentage initial de la phase ' en faisant varier la teneur en cuivre de 62 à 64% en poids et par différence celle du zinc, en vue d'obtenir la teneur souhaitée en phase p dans la pièce moulée refroidie. En outre d'après les caractéristiques de la pièce à préparer et l'utilisation envisagée, on peut; soit modifier la teneur d'étain et/ou de plomb selon les exigences contradictoires que constituent l'usinabilité après coulage, la criquabilité et le prix de revient; soit modifier la teneur en fer selon les exigences de dureté et d'usinabilité, notamment en présence de manganèse et de silicium, le fer augmentant la dureté aux dépens de l'usi nabilité; soit modifier la teneur en silicium et/ou aliminium selon la coulabilité souhaitée, qui augmente avec la- teneur en aluminium; soit augmen ter la teneur en antimoine pour doper la phase cK sans augmenter la criqua bilité; soit encore faire varier la teneur en manganèse et en magnésium pour diminuer la susceptibilité à la retassure, ou améliorer l'aspect de la peau de fonderie du produit ainsi que sa couleur. Bien entendu, les modifications précitées peuvent intervenir de la façon la plus variée selon les problèmes posés par les pièces moulées souhaitées, mais tout en restant dans les gammes de pourcentages des métaux utilisés et dans les proportions de phase A mentionnées ci-dessus, les opérations de fonderie étant effectuées soit à la coquille, soit en fonderie sous pression pour obtenir des pièces ayant de préférence une épaisseur de 1,5 à 5 mm. Les exemples non limitatifs suivants dans lesquels les pourcentages s'entendent en poids, permettront de mieux comprendre l'objet de 1' invention. EXEMPLES On prépare deux séries de pièces en coulée coquille ayant une configuration variée, une épaisseur de parois minces de l'ordre de 2 à 3 mm et un poids de l'ordre de 1 à 5 kgs; d'une part avec l'alliage de l'invention sous forme de lingot ayant comme composition Cu 62,50 - 63,50% Pb 1,30 - 1,60% AI 0,30 à 0,40% Sb 0,10 à 0,15% Sn 0,30 - 0,50% Fe O à 0,25% Ni O à 0,25% contenant à l'état de traces les métaux suivants : silicium, manganèse, chrome, magnésium, arsenic, le complément à 100% en poids étant constitué du zinc, la proportion en phase ' étant de 15% à 20%, et d'autre part avec un alliage de laiton fortement chargé en silicium-manganèse-nickei, la proportion en phase p étant de 4 à 7%. On effectue la coulée avec chacun des alliages précités, dans des conditions identiques et respectivement pour les mêmes pièces. Après refroidissement la teneur en phase p évaluée par a procédé optique pour les pièces moulées selon l'invention et celles moulXfa avec l'alliage chargé en Si - Mn - Ni, est respectivement de 3 à 6% et de 4 à 7%. On constate, pour des pièces de même configuration ayant M poids de 2 kgs et présentant une épaisseur de 3 mm de paroi, un rebut par 1000 pièces n'excédant pas 3% avec l'alliage de l'invention, aloès qu'il est de 99% avec l'alliage chargé en Si-Mn-Ni. On obtient de bons résultats analogues pour des pièces semblables préparées avec le même alliage en fonderie sous pression dans les conditions habituelles. REVENDICATIONS 1. Alliage de laiton biphasé , ' à base de cuivre, zinc, plomb, aluminium, antimoine; ainsi qu'éventuellement les métaux suivants : étain, fer, nickel, silicium, manganèse, chrome, magnésium, arsenic; cet alliage étant caractérisé par le fait qu'il a la composition Cu 62,00 à 64,00% Pb 1,00 à 2,00 4 Al 0,20 à 0,50% Sb 0,05 - 0,20% Sn O à 0,60% Fe O à 0,60% Ni O à 0,30% Si O à 0,30% Mn O à 0,30% Cr O à 0,10% Mg O à 0,10% Autres matières étrangères et traces 40)20% Zn complément à 100%, et qu'il comporte 10 à 20% de phase 13' 2.Alliage selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il a la composition Cu 62,00 à 64,00% Pb 1,00 à 2,00% Al 0,20 à 0,50% Sb 0,05 - 0,20% Sn O à 0,60X Fe O à 0,60% Ni O à 0,30%, et qu'il peut contenir à l'état de traces les métaux suivants : silicium, manganèse, chrome, magnésium, arsenic, le complément à 100% en poids étant constitué par du zinc. 3. Procédé de préparation par simple coulage, d'une pièce en coulée, coquille ou sous pression, présentant une grande facilité de mise en oeuvre en fonderie ainsi qu'une bonne résistance à la dézincification, avec l'alliage de l'une des revendications 1 et 2; caractérisé par le fait qu'on choisit la composition de l'alliage du lingot à couler et sa teneur en phase selon les caractéristiques de la pièce à couler, de façon qu' après refroi- dissement de la pièce la teneur en phase fiI soit d'environ 3% à 7%. 4. Procédé de préparation selon la revendication 3 d'une pièce moulée ayant une épaisseur de 2 à 3 mm, caractérisé par le fait qu'on coule un alliage ayant la composition Cu 62,50 - 63,50% Pb 1,30 - 1,60 % Al 0,30 à 0,40% Sb 0,10 à 0,15% Sn 0,30 - 0,50% Fe O à 0,25% Ni O à 0,25% pouvant contenir à l'état de traces Si, Mn, Cr, Mg, As, le complément à 100% en poids étant constitué par du zinc, et la teneur en phase p étant de 15 % à 20 % dans l'alliage initial précité. 5. Pièce en laiton biphasé préparée selon le procédé de la revendication 3; caractérisée par le fait qu'elle a la composition Cu 62,00 à 64,00% Pb 1,00 à 2,00% Al 0,20 à 0,50% Sb 0,05 - 0,20% Sn O à 0,60% Fe O à 0,60% Ni O à 0,30% Si O à 0,30% Mn O à 0,3070 Cr O à 0,10% Mg O à 0,10% Autres matières étrangères et traces Zn complément à 100% la teneur en phase ' étant d'environ 3% à 7% 6. Pièce en laiton biphasé ayant une épaisseur de .2 à 3 - mm, préparée selon le procédé de la revendication 4, caractérisée par le fait qu'elle a la composition Cu 62,50 - 63,50% Pb 1,30 - 1,60% Al 0,30 à 0,40% Sb 0,10 à 0,15% Sn 0,30 - 0,50% Fe O à 0,25% Ni O à 0,25% qu'elle peut contenir à l'état de traces les métaux suivants : Si, Mn, Cr, Mg, As, le complément à 1007 en poids étant constitué par du zinc , et que la teneur en phase ' est de 3 % à 6 %.