Brevet FR2506334A1 — publié le 19821126

Alliage de laiton biphasé pour fonderie, contenant de l'arsenic, et présentant des propriétés améliorées de mise en oeuvre et une très bonne résistance des pièces coulées, à la dézincification. La présente invention concerne un alliage de laiton biphasé pour fonderie, contenant de l'arsenic, conférant aux pièces moulées une très bonne résistance à ia dézincification tout en évitant le recuit, et permettant d'obtenir d'une part en fonderie sous pression pour les pièces d'épaisseur moyenne à faible une diminution du rebut dû à la fragilisation résultant de cadences d'injection élevées, et d'autre part en fonderie coquille une diminution du rebut pour les pièces à configuration compliquée et/ou à retrait contrarié. 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 &alpha;ss', et qu'en présence d'un électrolyte la phase ss riche en zinc se comporte comme anode tandis que la phase riche en cuivre se comporte comme cathode en créant un couple galvanique.La phase ss ' passe en solution et le cuivre se redépose in situ sur les emplacements formant cathode du couple galvanique, sous une forme spongieuse perdable aux électrolytes et aux atomes de zinc sousjacents. 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 le dépôt précité, poreux et sans consistance, est préjudiciable au comportement mécanique et à I'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 ayant simultanément une teneur élevée en chlorures et une faible dureté. On a déjà essayé d'augmenter la résistance à la dézincification en utilisant des alliages monophasés X contenant des éléments tels que l'étain, le nickel, l'aluminium, le plomb, le tungstène, l'antimoine, et l'arsenic, ce dernier étant présent en une quantité de 0,02 à 0,06%. Toutefois, les alliages monophasés oc présentent l'inconvénient de comporter une mise en oeuvre difficile en fonderie, de sorte que ce type d'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 ss ' et comportant une phase o( contenant soit de l'arsenic, soit de l'antimoine, en présence de pourcentage élevé d'aluminium, de silicium, de plomb et/ou de manganèse. Toutefois, les alliages biphasés de ce type présentent toujours d'importants defauts de mise en oeuvre en fonderie. En outre, il est nécessaire de soumettre les pièces de fonderie ainsi obtenues, à une opération thermique longue et onéreuse comportant un recuit d'environ 3 à 4 heures à une température d'environ 5O00C, suivie d'un refroidissement effectué dans des conditions très rigoureuses. Enfin, le certificat d'utilité n 76 163 77 de la de manderesse décrit un alliage biphasé ' contenant de l'antimoine, permettant d'obtenir aussi bien en fonderie sous pression qu'en fonderie coquille, des pièces de laiton résistant parfaitement à la dézincification, mais présentant les inconvénients ci-après. En fonderie sous pression, et pour des pièces de faible épaisseur de l'ordre de 0, à 3 mm, on a constaté pour des cadences d'injection supérieures à 150 injections/heure et pouvant atteindre jusqu'à 220 injections/heure et au-dessus, d'une part une augmentation du rebut résultant de la crique à chaud, pouvant atteindre 20 à 25%, et d'autre part une augmentation de la fragilisation des pièces qui se 'fendillaient à l'usinage ou éclataient après un certain temps de mise en service lorsqu'elles étaient montées en force dans certains composants, le rebut pouvant alors atteindre jusqu'à 80%. En fonderie coquille les pièces présentant une configuration compliquée et/ou un retrait contrarié, tel que de gros clapets, ayant des épaisseurs de l'ordre de 2 à 3 mm et de préférence 2,5 à 3 mm présentaient un rebut après usinage, qui était augmenté de 50 à 100% par rapport aux mêmes pièces obtenues avec un laiton dit "normal", c'est-à-dire un laiton contenant environ 60% de cuivre et 40% de zinc mais ne comprenant pas l'addition d'autres éléments lui conférant une bonne résistance à la corrosion par dézincification. Etant donné l'importance des cadences élevées sur la diminution des prix de revient, le but de l'invention est de remédier aux inconvénients précités. L'invention a pour objet un alliage de laiton bipha sé ' ayant de bonnes propriétés en fonderie sous pression et en fonderie coquille, évitant le recuit des pièces obtenues et ayant une très bonne résistance à la dézincification, et permettant en outre, d'une part en fonderie sous pression l'augmentation des cadences d'injection pour l'obtention des pièces minces, et d'autre part en fonderie coquille l'obtention de pièces à configuration compliquée et/ou à retrait contrarié, tout en évitant une augmentation inacceptable du rebut à la crique à chaud, à l'usinage, ou par éclatement lors du montage des pièces. Le fait d'éviter le recuit constitue un avantage très important 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 usinés et ultérieurement nickelés ou chromés. La demanderesse a constaté qu'on obtenait des pièces de laiton moulées exemptes de défauts de fonderie, n'exigeant pas un traitement de recuit, présentant une excellente résistance à la dézincification, tout en permettant des cadences d'injection rapides en fonderie sous pression et l'obtention de pièces à configuration compliquée et/ou à retrait contrarié en fonderie coquille, lorsqu'on effectuait le moulage de pièces d'une épaisseur de 0,7 à 3 mm, de préférence 0,7 à 1,5 mm et plus particulièrement de 0,8 à 1,2 mm en fonderie sous pression ou d'une épaisseur de 2 à 3 mm et de préférence 2,5 à 3 mm en fonderie coquille, avec un alliage de laiton biphasé &alpha;;ss' ayant la composition Cu 62,30 à 64,00% Pb 1,00 à 2,00% Al 0,20 à 0,50% As 0,05 à 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 0,40% Cr O à 0,10% Mg O à 0,10% autres matières étrangères et traces 0,20% Zn complément à 100%, comportant 10 à 20% de phase ', les pièces refroidies ayant ensuite une teneur en phase ss' de 3 à 10%. La mise en oeuvre s'effectue de la façon habituelle en fonderie. Le pourcentage important en phase ss' 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 P ' dans la pièce moulée refroidie, 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 ss ', dans l'alliage initial avant la fusion, et dans la pièce moulée après son refroidissement, et cela même lorsqu'on utilise en fonderie sous pression, des cadences d'injection de 150 à 220 injections/heure et de préférence 160 à 200 injections/heure, ou qu'on effectue en fonderie coquille, le moulage de pièces à configuration com pliquée et/ou à retrait contrarié. L'alliage de l'invention contient obligatoirement à côté du cuivre et du zinc, du plomb, de l'aluminium et de l'arsenic selon les proportions précitées, mais d'après l'utilisation recherchée pour la pièce moulée, il peut aussi contenir avantageusement les métaux suivants : étain, fer, nickel, silicium, manganèse, chrome, magnésium, de préférence de l'étain, du fer et du nickel selon les proportions précitées, ainsi que d'autres matières étrangères à l'état de trace, y compris de l'anti oine. Comme cela est bien connu en fonderie, en particulier pour les laitons, il n'existe pas d'alliage donnant entière satisfaction pour l'obtention de tous les types de pièces ayant la configuration la plus variée. Il 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 /3' du lingot initial, de façon à obtenir les caractéristiques souhaitées au coulage, tout en conservant dans la pièce moulée et refroidie la teneur optimale en phase 4 r comprise dans la gamme de 3 à 10% précitée.Il s'agit d'un travail habituel du fondeur qui permet ici, 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, tout en évitant un rebut inacceptable dû aux cadences élevées en fonderie sous pression ou à la configuration compliquée et/ou au retrait contrarié de certaines pièces en fonderie coquille.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 porcentage initial de la phase ss ', en faisant varier notamment la teneur en cuivre de 62,30 à 64t en poids et par différence celle du zinc, en vue d'obtenir la teneur souhaitée en phase ' dans la pièce moulée refroidie. En outre, d'après les caractéristiques de la pièce à preparer et l'utilisation envisagée, on peut, soit modifier la teneur en étain et/ou en plomb selon les exigences contradictoires que constituent la crique à chaud, l'usinabilité après coulage, et le prix de revient résultant des cadences; 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'usinabilité; soit modifier la teneur en silicium et/ou aluminium selon la coulabilité souhaitée, qui augmente avec la teneur en aluminium; soit augmenter la teneur en arsenic pour doper la phase sans augmenter la criquabilité; 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, les cadences de fabrication et l'usinabilité, mais tout en restant dans les gammes de pourcentage précitées pour les métaux entrant dans l'alliage de l'invention et dans les proportions de phase ' mentionnées ci-dessus, et cela aussi bien en fonderie sous pression qu'en fonderie coquille. Les exemples non limitatifs suivants dans lesquels les pourcentages s'entendent en poids, permettront de mieux comprendre l'objet de l'invention. EXEMPLES EN FONDERIE SOUS PRESSION On coule des pièces de forme cylindrique de 50 mm de diamètre pour une longueur de 80 mm, ayant une épaisseur de 0,8 mm à 1,2 mm, par grappes de six sur des machines dites "de 380 tonnes de fermeture", l'alliage utilisé entant fondu et maintenu à la température constante de 95O0C dans des fours bibassins à induction. Tous les paramètres de la coulée, tels que le nombre des opérations en vue d'effectuer une injection, la durée de ces opérations, la vitesse de déplacement du piston d'injection, etc..., sont maintenues rigoureusement constants, étant entendu que l'on fait varier seulement la composition de l'alliage et le nombre d'injections par heure. La fragilité du métal est mise alors en évidence sous la forme de criques à chaud, le long d'une génératrice des pièces précitées, étant donné le retrait important que subi ce genre de pièce. On a fait varier la cadence d'injection de 150 à 220 injections par heure pour des séries d'essais effectués respectivement avec (1) des alliages ayant la composition Cu 62,30 63,20% Pb 1,30 1,70% Al 0,15 0,60% Sb 0,05 0,15% Sn 0,15 0,50% Fe 0,10 0,30% Ni 0,10 0,30% le complément à 100% étant constitué par du zinc, la proportion en phase ,2' étant de 15% à 20%; (2) des alliages de même composition sauf qu'ils ne contiennent pas d'antimoine, la proportion en phase ss' étant de 15 à 20%;; (3) des alliages de même composition, sauf que l'antimoine a été remplacé par de l'arsenic, conformément à l'invention, et ayant la composition Cu 62,30 - 63,20 Pb 1,30 - 1,70 Al 0,15 - 0,60 As 0,05 - 0,15 Sn 0,15 - 0,50 Fe 0,10 - 0,30 Ni 0,10 - 0,30 le complément à 100% étant constitué par du zinc, et la proportion en phase ' étant de 15 à 20%. Après refroidissement, la teneur en phase ' évaluée par un procédé optique, est de 3 à 8% pour les pièces moulées avec les alliages (1) et (3) et de 3 à 8% pour les pièces moulées avec les alliages (2). On constate que pour les pièces moulées avec l'alliage (1) contenant de l'antimoine, le rebut pour crique à chaud augmente de 2% à 80% lorsque la cadence d'injection passe de 150 à 250 injections par heure. Les pièces moulées avec l'alliage (2) ne contenant pas d'antimoine, et correspondant à un laiton ordinaire, ne présentent pratiquement aucune augmentation du rebut, mais de tels alliages ne bénéficient d'aucune protection de la phase o(, , ce qui conduit à une dézincification importante lors de l'utilisation. Par contre, le rebut des pièces moulées avec les alliages (3) contenant de l'arsenic selon l'invention, n'augmente que très faiblement avec la cadence d'injection, et reste encore très acceptable pour des cadences de 220 injections par heure. Le tableau ci-après indique le rebut moyen pour crique pour des séries de 1000 essais respectivement avec les alliages (1), (2) et (3). Injection/heure 150 170 180 200 220 Rebut moyen pour crique Laiton normal (2) 1% 1% 1% 1% 1 à 3% Alliages (1) avec Sb 2% 5 à 8% 30 à 40% 60 à 65% 80% Alliages (3) avec As 1% 1% 1 à 2% 3% 4 - 5% En particulier 200 essais effectués avec un alliage (4) de l'invention contenant 62,52% Cu; 1,53% Pb; 0,32% Al; 0,31% Sn; 0,16% Fe; 0,17% Ni; 0,12% As ont a donné un rebut moyen pour crique de 1%; 1%; 2%; 3% et 4,5% respectivement pour des cadences de 150, 170, 180, 200 et 220 injections par heure. Pour des pièces plus épaisses de l'ordre de 2 à 3 mm, moulées sous pression comme indiqué ci-dessus, le taux de rebut pour les pièces coulées avec un alliage de l'invention (3) est toujours du meme ordre que celui des pièces moulées avec un laiton normal (2), alors que le taux de rebut des pièces moulées avec un laiton dopé à l'antimoine (1) est plus élevé d'environ 10 à 20% que celui des pièces moulées avec l'alliage de l'invention, selon le type des pièces moulées, et en particulier lors de l'usinage et de l'utilisation des pièces moulées. On obtient des résultats statistiques tout à fait analogue lorsqu'on utilise des alliages entrant dans les gammes de l'invention, et contenant notamment 62 à 64% de cuivre, 1 a 2% de plomb et 0,20 à 0,50% d'aluminium, la teneur en arsenic étant d'environ 0,05 à 0,15%, pour l'obtention de pièces de fonderie du même type ayant un poids de l'ordre de 1 à 5 kg. On a vérifié que pour les alliages de l'invention entrant dans les gammes précitées, et notamment pour les alliages de la série d'essais (3), le degré de dézincification était inferieur à la valeur limite indiquée en France par le centre technique des industries de la fonderie. EXEMPLE EN FONDERIE COQUILLE Une série d'essais portant sur 300 pièces a té effectué en fonderie coquille pour de gros corps, notamment des compteurs d'eau, présentant une configuration compliquée avec retrait contrarié, ayant une épaisseur de l'ordre de 2,6 à 3 mm et un poids de l'ordre de 3 à 5 kg, en utilisant res pectivement les alliages (1), (2) et (3) mentionnées ci-dessus. Bien que l'amélioration soit moins marquée qu'en fonderie sous pression, les rebuts des pièces préparées avec l'alliage (3) de l'invention contenant de l'arsenic, n'ont été que de 2%, alors que les pièces préparées avec l'alliage (1) contenant de l'antimoine était de 48, et que les rebus pour les pièces préparées avec les alliages par ailleurs analogues (2) mais ne contenant pas d'arsenic ni d'antimoine, étaient seulement de 2%. En particulier 100 pièces préparées avec l'alliage (4) déjà utilisé ci-dessus a donné un rebut de deux pièces. REVENDICATIONS 1. Alliage de laiton biphasé &alpha;, ss' à base de cuivre, zinc, plomb, aluminium, arsenic, ainsi qu'éventuellement les métaux suivants : étain, fer, nickel, silicium, manganèse, chrome, magnésium, cet alliage étant caractérisé par le fait qu'il a la composition Cu 62,30 à 64,00% Pb 1,00 à 2,00% Al 0,20 à 0,50% As 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 0,40% Cr O à 0,10% Mg O à 0,10% autres matières étrangères et traces Zn complément à 100%, et qu'il comporte 10 à 20% de phase ss'. 2. Alliage selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il a la composition Cu 62,30 à 64,00% Pb 1,00 à 2,00% Al 0,20 à 0,50% As 0,05 - 0,20% Sn O à 0,608 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, antimoine, le com plément à 100% en poids étant constitué par du zinc. 3. Procédé de préparation d'une pièce en coulée sous pression à cadence rapide, 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 la composition de l'alliage de lingot à coulée et sa teneur en phase ss' selon les caractéristiques de la pièce à couler, de façon qu'après refroidissement de la pièce la teneur en phase ss' soit d'environ 3% à 10%, la cadence d'injection étant de 150 à 220 injections par heure. 4. Procédé de préparation selon la revendication 3, caractérisé par le fait qu'on coule une pièce ayant une épaisseur de 0,5 à 3 mm. 5. Procédé selon la revendication 3, caractérisé par le fait qu'on coule une pièce ayant une épaisseur de 0,7 à 1,5 mm et qu'on utilise un alliage ayant la composition Cu 62,30 63,20% Pb 1,30 1,70% Al 0,15 0,60% As 0,05 0,15% Sn 0,15 0,50% Fe 0,10 0,30% Ni 0,10 0,30% pouvant contenir à l'état de trace les métaux suivants : silicium, manganèse, chrome, magnésium, antimoine, le com plément à 100% en poids étant constitué par du zinc. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé par le fait qu'on coule une pièce ayant une épaisseur de 0,8 à 1,2 mm. 7. Procede de préparation en coulée coquille d'une pièce à configuration compliquée, ayant 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 83' selon les caractéristiques de la pièce à couler, de façon qu'après refroidissement de la pièce la teneur en phase ss' soit d'environ 3% à 10% en poids. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé par le fait qu'on coule une pièce ayant une épaisseur de 2,6 à 3 mm avec un alliage ayant la composition Cu 62,30 63,20% Pb 1,30 1,70% Al 0,15 0,60% As 0,05 0,15% Sn 0,15 0,50% Fe 0,10 0,30% Ni 0,10 0,30% pouvant contenir à l'état de trace les métaux suivants silicium, manganèse, chrome, magnésium, antimoine, le complément à 100% en poids étant constitué par du zinc, et la teneur en phase ss' étant de 15% à 20% dans l'alliage initial précité. 9. Pièce en laiton biphasé, préparée en coulée sous pression selon le procédé de l'une des revendications 3 à 6, caractérisée par le fait qu'elle a la composition Cu 62,30 à 64,00% Pb 1,00 à 2,00% Al 0,20 à 0,50% As 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 0,40% Cr O à 0,10% Mg O à 0,10% autres matières étrangères et traces ( 0,20% Zn complément à 100%, la teneur en phase ss' étant d'environ 3% à 10%. 10. Pièce en laiton biphasé, préparée en coulée coquille selon des revendications 7 et 8, caractérisée par le fait qu'elle a la composition CU 62,30 à 64,00% Pb 1,00 à 2,00% Al 0,20 à 0,50% As 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 0,40% Cr O à 0,10% Mg O à 0,10% autres matières étrangères et traces Zn complément à 100%, la teneur en phase ss' étant d'environ 3% à 10%.