Brevet FR2471419A1 — publié le 19810619

la présente invention se rapporte à des alliages à base de zinc présentant une résistance améliorée au fluage. Le domaine d'utilisation des alliages à base de zinc est actuellement étendu à de nombreuses applications intéressant de multiples aspects de l'industrie, que ce soit sous forme laminée, corroyée ou coulée. En effet, par incorporation au zinc d'un ou plusieurs éléments, même en très faible quantité, il est possible dBobtenir des alliages à caractéristiques très diverses, les rendant aptes à un éventail d'applications particulièrement large. Il est par ailleurs bien connu que l'addition au zinc de manganèse accroît la résistance au fluage de l'alliage obtenu. Toutefois, on ne peut utiliser cet alliage binaire en machines de coulée à chambre chaude, étant donné son agressivité à l'état liquide vis-à-vis des aciers. Afin de pallier cet inconvénient d'agressivlté, on a alors pensé à lntroduire, en supplément, dans ledit alliage une certaine quantité d'aluminium qui, comme on le sait, a pour effet de diminuer cette agressivité. On s'est alors aperçu que la présence simultanée de tin et d'Al dans le zinc conduisait parfois à des alliages présentant une hétérogénéité marquée, et par conséquent inacceptable. Autrement dit, la diminution d'agressivité due à la présence de l'aluminium s'accompagne, dans certains cas, de ltapparltlon d'une telle structure hétérogène et même de composés Al-Mn néfastes au point de vue résistance au fluage à chaud. La présente invention a pour objet de révéler la composition d'un groupe d'alliages à base de zinc qui présentent simultanément une bonne résistance au fluage à l'état solide, ainsi qu'une faible agressivité à l'état liquide vis-à-vis des aciers. Les alliages, objets de la présente invention, sont essentiellement caractérisés en ce qu'ils comportent de l'aluminium et du manganèse dans des proportions telles que leurs teneurs, reprises à un diagramme donnant en ordonnée en pour-cent, la teneur de l'alliage en A1, et en abscisse, la teneur en pour-cent en manganèse, se trouvent (cf. figure 1), dans la zone située en dessous de la courbe constituée par les deux segments de droite reliant l'un le point de coordonnées 0,025 % (Mn) - 1,7 % (Al)", au point coordonnées "0,3 % (Mn) - 0,7 % (Al) au point de coordonnées "0,8 % (Mn) - 0,4 % (Al)", le solde étant constitué de zinc accompagné de ses impuretés usuelles, la préférence étant toutefois donnée à des alliages dont la teneur en manganèse est inférieure à 0,3 , et la-teneur en aluminium inférieure à 0,8 %. I1 a été constaté que les alliages Zn - Mn - Al vérifiant les conditions ci-dessus présentaient à la fois une bonne résistance à chaud au fluage, une faible agressivité vis-à-vis de l'acier des machines de coulée à chambres chaudes et n'avaient pas de structure hétérogène. Les alliages revendiqués dans la présente invention présentent des propriétés comportant, en un compromis acceptable, des valeurs satisfaisantes à la fois pour la résistance au fluate à chaud et pour l'agressivité vis-à-vis de l'acier des outillages. A titre de comparaison, on peut considérer les propriétés des différents alliages de zinc ci-après, présentant des teneurs diverses en éléments différents. 1) Alliage comportant 1,2 % Al et 0,04 Mn. Présente une mauvaise résistance (0,6 h sous 88,24 MPa au fluage à chaud : à 100 C) (9 kg/mm). 2) Alliage comportant 0,75 % Al et 0,25 % Mn. Présente une bonne résistance (194 h sous 88,24 MPa au fluage à chaud : à 100 C) (9kg/mm). et une faible agressivité vis-à-vis de l'acier des outillages. 3) Zamak 5 : (4 % Al - 1 % Cu - 0,04 % Mg). Présente une mauvaise résistance (4 h sous 88, 24 MPa au fluage à chaud à 100 C) (9kg/mm). 4) Ilzro 14 : (1,25 % Cu - 0,17 % Ti) Présente une bonne résistance au fluage (250 h sous 88,24 MPa à 100 C) (9kg/mm). mais très agressif à l'état liquide vis-à-vis de l'acier des outillages. Ne convient donc pas pour une coulée en chambre chaude. Pour évaluer l'agressivité des alliages vis-à- vis des outillages, on a évalué la perte en poids d'une éprouvette d'acier USN 2342 (acier pour outillage - 0,38% C 1 % Si - 0,4 % Mn - 5,3 % Cr - 1,1 % Mo - 0,4 % V) immergée pendant 24 heures dans différents bains et à température d'utilisation de l'alliage en chambre chaude (température du liquidus + 250C environ). Résultats des pertes en poids Zamak 5 : 410 C 1,6.10-6 g/mm 435 C 7,9.10-6 g/mm Ilzro 14 : 445 C 7,4.10- g/mm Zn - 0,75 % Al - 0,25 % Mn : 450 C 3,1.10-5 g/mm Zn - 1 % Al - 0,07 % Mn : 445 C 2,6.10-5 g/mm Zn - 0,09 % Al - 0,5 % Mn : 445 C 3,2.10-4 g/mm Suivant cet essai, l'alliage Zn - 0,75 % Al - 0,25 % Mn présente une perte en poids 20 fois supérieure à celle du Zamak, mais plus de 200 fois meilleure que l'Ilzro 14 ; ce qui nous semble acceptable en vue d'une utilisation en machine à chambre chaude. Par ailleurs, il a été constaté que l'addi tion de 0,5 H à 1,5 % de Cu et de 0,01 % à 0,06 de deMg, non seulement ne modifie pas l'agressivité des alliages Zn - Al - Mn, et spécialement de l'alliage Zn - 0,75 % Al - 0,25 % Mn, mais présente un effet bénéfique bien connu. L'effet bénéfique de ces éléments dans les alliages de zinc est par ailleurs bien connu, notamment en ce qui concerne leur effet durcissant : augmentation de la charge de rupture, de la résilience et de la dureté. L'introduction de 1 % de Cu entraîne une augmentation de l'ordre de 20 % de la résilience et de 35 % environ de la charge de rupture. Par ailleurs, il est évident que les propriétés mécaniques d'un alliage coulé sous pression dépendent des conditions de coulée. A titre d'exemple, citons les propriétés suivantes, pour les conditions de coulée correspondant à une température de moule de 60 C, une température du bain de 4450C, et une pièce correspondant à l'éprouvétte ASTM (Zn - 0,75 % Al - 0,25 % Mn - 1 % Cu - 0,04 ss mg). Rr (charge de rupture) : 246 MPa Re (limite élastique à 0,2 %) : 195 MPa Allongement à rupture : 4,7 % Dureté Vickers : 109 Résilience : 48 J/cm2. L'effet du Mg va dans le même sens que celui du cuivre, mais son effet est évidemment moindre dans un alliage contenant déjà du Cu que dans un alliage n'ayant pas de Cu. Dans un alliage contenant déjà du Cu, l'effet attendu de l'ajout de Mg est une diminution de la sensibilité à la corrosion intercristalline, plus qu'une augmentation des propriétés mécaniques il est précisé ici que dans le présent brevet, aussi bien dans la description que dans les revendications, les compositions chimiques sont exprimées en pourcentage en poids. REVENDICATIONS 1. Alliages à base de zinc, c a r a c t é r i s é s en ce qu'ils comportent de l'aluminium et du manganèse dans des proportions telles que leurs teneurs, reprises à un diagramme donnant en ordonnée, en pour cent, la teneur de l'alliage en Al, et en abscisse la teneur, en pour cent, en manganèse, se trouvent dans la zone située en dessous de la courbe constituée par les deux segments de droite reliant l'un le point de coordonnées "0,025 % (Mn)1,7 % (Al)" au point de coordonnées "0,3 % (Mn) - 0,7 % (Al)" et l'autre point de coordonnées "0,3 % (Mn) - 0,7 % (Al)" au point de coordonnées "0,8 ; (Mn) - 0,4 % (Al)", le solde étant constitué de zinc, accompagné de ses impuretés usuelles, et éventuellement d'une quantité négligeable de cuivre et de magnésium. 2. Alliages suivant la revendication 1, c a r a c t é r i s e s en ce que leur teneur en manganèse est inférieure à 0,3 % et leur teneur en Al inférieure à 0,8 . 3. Alliages suivant les revendications 1 ou 2, c a r a c t é r i s é s en ce qu'ils contiennent de 0,5 à 1,5 % de Cu. 4. Alliages suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 3, c a r a c t é r i s é s en ce qu'ils contiennent de 0,01 à 0,06 de Mg. 5. Alliages vérifiant la composition ci-après 0,75 % A1 - 0,25 % Mn - 1 % Cu - 0,04 % Mg ; Zn pour le solde.