Brevet FR2374429A1 — publié le 19780713

La présente invention est relative à un nouvel alliage léger à base d'aluminium. Elle concerne également le procédé de fabricati on de cet alliage dont on trouve une application intéressante dans la réalisation des freins de bicyclette. Les alliages d'aluminium connus trouvent leurs principales applications dans les secteurs d'activité où la légèreté est primordiale. Les caractéristiques mécaniques de ces produits sont généralement limitées. Par ailleurs, pour diminuer le colt de fabrication, l'alliage doit pouvoir autre coulé. En pratique, on utilise essentiellement un alliage d'aluminium et de magnésium dans lequel les autres métaux ne se trouvent qutà ltétat de traces. Les caractéristiques mécaniques de l'alliage ainsi obtenu demeurent relativement faibles. Si lton en modifie les proportions, on ne peut améliorer l'une des qualités qutau détriment des autres. La présente invention a pour but d'éviter ces inconvénients et de réaliser un nouvel alliage à base d'aluminium, léger, coulable, tandis qu'il présente des caractéristiques mécaniques sensiblement supérieures à celles des alliages connus. Un alliage métallique selon l'invention7 notamment pour la fabrication de pièces par coulée sous pression, est caractérisé en ce qutil comprend au moins trois additifs métalliques ajoutés à l'aluminium pnr dans les proportions pondérales suivantes - 4 à 6,5 % de magnésium - 0,6 à 1,2 ffi de fer - 0,6 à 1,2 $ de manganèse. L'addition de fer et de manganèse dans des proportions voisines de 1 $ augmente la résistance mécanique de alliage sans altérer sensiblement sa densité. L' alliage obtenu est facilement coulable sous pression, après fusion dans un four. L1alliage d'aluminium, magnésium, manganèse et fer comporte également des traces de silicium dans une proportion inférieure à 0,25 , pour diminuer le coefficient de dilatation de l'alliage sans le fragiliser. Ltaddition de fer et de manganèse dans les proportions précises définies par les fourchettes précédentes permet ainsi de rendre compatibles les qualités de légèreté, de coulabilité et de haute résistance mécanique. Le procédé de fabrication de l'alliage selon l'inventIon consiste à fondre les métaux dans un four de fusion au gaz et à les maintenir à l'état liquide dans des fours électriques. L'élévation de température et le maintien à l'état liquide peuvent provoquer une perte de magnésium que lton compense par l'addition de lingots Aluminium-Magnésium à teneur en magnésium plus élevée que celle de l'alliage. D'un autre côté, les densités du manganèse et du fer sont sensiblement supérieures à celles de l'aluminium et du magné sium, si bien que ces deux constituants nouveaux ont tendance à se séparer de l'alliage et à tomber au fond du bain fluide calme. On obtient un alliage homogène en créant, à l'intérieur du bain liquide, un courant vertical évitant la ségrégation des produits lourds. Suivant une autre caractéristique, l'alliage comporte des traces dtimpuretés métalliques dont les tenues maximales sont indiquées par le tableau ci-après : Mg = 4'p à 76,f Fe = = 0,6 à 1,2 Mn = o,6 à 1,2$ Si = # 0,25% Cu r Zn = Ni = S; 0a05% Pb = 0,05 Sn = w 5% Cr = Ti = Go, 20% Al = le reste Les essais ont montré que le silicium était nécessaire pour limiter le coefficient de dilatation de l'alliage léger. En revanche, si sa teneur était excessive, la pièce deviendrait difficilement usinable et sa surface ne pourrait entre polie. Une autre impureté à surveiller attentivement est la teneur en zinc dont l'augmentation provoquerait une diminution très rapide de la résistance à la corrosion. Un procédé pour la fabrication de pièces en alliage léger suivant l'invention consiste à couler le bain liquide sous pression dans des coquilles d'acier préchauffées et soigneusement poteyées. La préparation de ces coquilles est destinée à éviter le figeage d'une partie du bain en fusion au contact d'une sur face froide.En effet, l'importance de ce phénomène est différente pour chacun des métaux de l'alliage. Elle varie notamment en fonction de la température de fusion du métal considéré, si bien que, si ce phénomène n'est pas évité, il peut provoquer la ségrégation de certains métaux, notamment du silicium, en cristaux complexes qui rendent l'usinage difficile Un procédé de fabrication d'un alliage selon l'invention peut, à titre d'exemple, être mis en oeuvre de la façon suivante: 10 - On charge complètement un four de fusion au gaz avec des lingots d'un alliage d'aluminium à 6 de magnésium (du type dit AG 6).On ajoute un lingot d'alliage d'aluminium à 10% de ma gnésium (AG io) destiné à compenser les pertes en magnésium lors de la fusion. 20 - On additionne du fer et du manganèse purs dans des proportions comprises dans les fourchettes indiquées précédemnnt. 30 - On fait fondre les métaux en chauffant par exemple dans une atmosphère de gaz inerte pour éviter la perte de magnésium et ltoxydation du fer. 40 - Les métaux étant liquifiés, on racle le fond du four à l'aide d'un écrémoir préchauffé afin d'homogénéiser le bain en remontant vers la surface les particules les plus lourdes (manganèse et fer). 50 9 On brasse périodiquement le bain, comme indiqué pré- cédemment, pour éviter les ségrégations. 60 - On prélève, à intervalles périodiques, des échantillons en vue de mesurer l'évolution de la composition du bain liquide durant une journée de travail. Les procédés d'analyse (spectrographique ou autre) permettront de déterminer dans des conditions opératoires données, ltévolution qualitative et quantitaz tive du bain, donc la nature, l'amplitude et la fréquence des corrections à réaliser. Une application particulièrement intéressante de cet alliage réside dans la fabrication des étriers de commande de freins à câble pour bicyclettes. En permet, ces pièces doivent autre à la fois: - peu onéreuses : on obtient ce résultat grâce à la fabrication par coulée - légères, d'où la nécessité d'utiliser un alliage léger d'un métal peu coûteux - résistantes aux efforts mécaniques, notamment de flexion et de fatigue : l'addition de fer et de manganèse améliore les caractéristiques mécaniques de l'alliage - résistantes à la corrosion : cette qualité est principalement due à l'aluminium et au manganèse de l'alliage, qui, par ailleurs a une faible teneur en cuivre et surtout en zinc. Bien entendu, cet alliage peut autre utilisé pour d*'autres applications, en mettant à profit une ou plusieurs de ses qualités - légèreté I bonnes propriétés mécaniques - excellentes usinabilité - excellente aptitude au polissage - résistance à la corrosion qui permet d'éviter le ternissement des pièces polies. A titre d'exemple, on peut indiquer les caractéristiques mécaniques de l'alliage, mesurées sur des éprouvettes moules par coulée sous pression, Les tests ont donné les résultats suivants - résistance à la traction : 24,5 à 27 kg/mm2 - limite élastique : 12,5 à 14,5 kg/mm2 - dureté : 78 à 82 Brinell lavec une bille de 10 mm) - allongement : 5,5 à 7% REVENDICATIONS 1 - Alliage métallique, notamment pour la fabrication de pie- ces par coulée sous pression, caractérisé en ce qu'il comprend au moins trois additifs métalliques ajoutés à l'aluminium pur dans les proportions pondérales suivantes - 4 à 6,5% de magnésium, - 0,6 à 1 ,2c d. fer, - 0,6 à 1,2 de manganèse. 2 - Alliage métallique suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'addition de fer et de manganèse dans des proportions voisines de 1% améliore nettement la résistance mécanique de l'alliage sans altérer sensiblement sa densité. 3 - Alliage métallique suivant la revendication 1, caractérisé en ce qutia est facilement coulable ssous pression, après fusion dans un four. 4 - Alliage métallique suivant l'une quelconque des revendications précédentes,- caractérisé en ce qui comporte des traces de silicium dans une proportion inférieure à 0,25;o, pour diminuer le coefficient de dilatation de alliage sans le fragiliser. 5 - Alliage métallique suivant la revendication 1, caractérise en ce outil comporte des traces drimpuretés métalliques qui ne dépassent pas les teneurs suivantes - silicium inférieur ou égal à 0,25io - Cu inférieur ou égal à O,JO Zn inférieur ou égal à 0,05 - Nickel inférie,ur ou égal à 0,05 - Plomb inférieur ou égal à 0,05 - Sn inférieur ou égal à 0,05 - Ti inférieur ou égal à 0,02 - Cr inférieur ou égal à 0,05. 6 - Procédé pour la fabrication d'un alliage métallique léger suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qutil consiste à fondre les métaux dans un four de fusion an gaz et à les maintenir à ltétat liquide dans des fours électriques. 7 - Procédé suivant la revendication 6, caractérisé en ce qu'on crée, à l'intérieur du bain liquide, un courant vertical sans remous pour éviter la ségrégation des produits lourds et obtenir un alliage homogène dont on contrôle la composition en pre- levant, à intervalles périodiques, des échantillons en vue de mesurer l'évolution des teneurs du bain liquide dans un intervalle de temps donné. 8 - Procédé suivant la revendication 7, caractérisé en ce qutà partir de l'analyse qualitative et quantitative des échantillons prélevés, on détermine la nature, l'amplitude et la fréquence des corrections à réaliser pour obtenir un alliage de composition constante. 9 - Procédé pour la fabrication de pièces métalliques réalisées en un alliage léger suivant ltune quelconque des revendications 1 à 5 obtenu par la mise en oeuvre d'un procédé suivant l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce quton coule le bain liquide d'alliage sous pression dans des coquilles d'acier préchauffées et soigneusement poteyées afin d'éviter un phénomène de figeage et de cristallisation au contact dtune sure face froide. 11 -Pièce mécanique élaborée par la mise en oeuvre, suivant l'une quelconque des revendications 6 à 9, d'un procédé de fabrication et de coulée d'un alliage suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'elle est susceptible d'entre utilisée dans des applications nécessitant la combinaison de plusieurs qualités telles que résistance à la corrosion, tenue mécanique, légèreté, facilité d'usinage et prix de revient peu élevé.