Brevet FR2608631A1 — publié le 19880624

Utilisation d'un alliaqe cuivre-nickel-aluminium-étain comme matériau de palier lisse L'invention concerne l'utilisation d'un alliage cuivrenickel-aluminium-étain comme matériau de palier lisse. La forme et le matériau des paliers, ainsi que les conditions de fonctionnement et les contraintes, influent sur la durée de vie technique des paliers lisses. A un bon matériau de palier lisse on demande d'avoir, entre autres, les propriétés suivantes: grande résistance à l'usure, bonnes propriétés de tenue avec un graissage insuffisant, bonnes propriétés de glissement, grande capacité de charge, grande résistance à la fatigue, bonne aptitude au revêtement, bonne résistance à la corrosion et faible tendance à l'agglomération. Comme matériaux de paliers lisses, on a utilisé jusqu'ici des alliages à structure moulée ou plastique, entre autres le bronze ordinaire (CuSn8 par exemple), le bronze d'aluminium (CuAlllNi par exemple) ou des laitons spéciaux (CuZn31Sil ou CuZn40Al2 par exemple). Mais certaines des exigences susmentionnées sont de nature contradictoire, si bien qu'on ne peut les réaliser toutes dans un seul et même matériau. Il faut donc dans chaque cas, en fonction des conditions de fonctionnement existantes, choisir celui des matériaux de paliers qui fournit la meilleure solution. Il subsiste donc un besoin en matériaux de paliers de bonne qualité. L'invention a donc pour objet de procurer un alliage de cuivre qui, en particulier, possède une grande résistance mécanique, et par l'emploi duquel la durée de vie des paliers lisses se trouve prolongée. Cet objectif est atteint, de manière étonnante, par utilisation d'un alliage cuivre-nickel-aluminium-étain qui se compose de 4 à 10 % de nickel, de 1 à 3 % d'aluminium, de 1 à 3 % d'étain, le reste étant constitué par du cuivre et par les impuretés habituelles (les pourcentages sont donnés ici en poids). L'alliage proposé présente des combinaisons de propriétés favorables en ce qui concerne la limite d'élasticité Rp 0,2' la résistance à la rupture Rm, l'allongement à la rupture A5 et la dureté (détermination de Rp 0,2' Rm et A5 selon la norme DIN 50.145). Les effets favorables, en ce qui concerne la durée de vie des paliers lisses, sont encore mis en évidence au moyen d'un exemple de réalisation. La composition d'alliages de cuivre selon la technique antérieure est certes révélée par le brevet des Etats-Unis d'Amérique N 2.061.897, mais il n'y est recommandé l'emploi des alliages de cuivre que pour des tuyaux de conduite menacés par la corrosion. Selon des formes de réalisation particulières de l'invention, la composition de l'alliage de cuivre contient de 7,5 à 8,5 % de nickel, de 1 à 3 % d'aluminium et de 1 à 3 % d'étain; de 4 à 10 % de nickel, de 1,4 à 1,8 % d'aluminium et de 1 à 3 % d'étain; de 7,5 à 8,5 % de nickel, de 1, 4 à 1,8 % d'aluminium et de 1 à 3 % d'étain; de 4 à % de nickel, de 1 à 3 % d'aluminium et de 1,4 à 2,0 % d'étain; de 7,5 à 8,5 % de nickel, de 1 à 3 % d'aluminium et de 1,4 à 2,0 % d'étain; ou de 7,5 à 8,5 % de nickel, 1, 4 à 1,8 % d'aluminium et 1,4 à 2,0 % d'étain. On obtient des conditions particulièrement bonnes quand le matériau du palier lisse possède une limite d'élasticité Rp 0,2 de 600 à 950 N/mm2, en particulier de 600 à 850 N/mm2, un allongement à la rupture A5 de 5 à 20 %, en particulier de 5 à 15 %, et une dureté Brinell HB au moins égale à 230. L'invention va être décrite plus en détail au moyen de l'exemple de réalisation suivant: Exemple de réalisation: On a fabriqué des billettes moulées se composant de 8,0 % en poids de nickel, 1,6 % en poids d'aluminium et 1,7 % en poids d'étain, le reste étant constitué par du cuivre, dans un procédé de coulée continue. Après un recuit d'homogénéisation pour équilibrer les différences de concentration de la structure moulée, par exemple à 700cC avec une durée de recuit de 10 heures, on a extrudé à 850 C des tubes de dimensions 48 x 4 mm et on les a trempés à l'eau sur la presse. Après formage à froid correspondant à une déformation relative de l'ordre de 40 % sur les dimensions de tubes 35 x 3 mm, et traitement thermique de 3 heures à 500oC, on disposait, pour la fabrication de coussinets de paliers lisses de "pré-tubes" ayant les propriétés mécaniques suivantes: Limite d'élasticité Rp 0,2 810 N/mm2 Résistance à la rupture R t 845 N/mm2 Allongement à la rupture A 57,0 % Dureté Brinell 245 HB A partir de ces tubes, on a fabriqué, par traitement d'usinage sur une largeur de 20 mm, pour comparer le matériau à des matériaux de paliers du commerce, des coussinets de dimensions 34 x 2 mm. On a utilisé chaque fois exclusivement des coussinets à surface intérieure lisse sans rainures de graissage ("pattes d'araignée") ni poches de lubrification. On a réalisé les essais comparatifs avec des matériaux de paliers lisses usuels sur une machine d'essai de paliers, dans laquelle le palier lisse était animé d'un mouvement oscillant par rapport à un arbre fixe. A l'aide d'un mécanisme de levier, il était possible de diriger sur cet arbre un effort réglable dans le palier lisse à essayer. Dans le cas des essais comparatifs, l'intensité de l'effort était de 3330 N/cm2. Il se produisait 100 alternances/minute avec un angle de rotation de + 800. Tous les paliers lisses essayés recevaient comme lubrification initiale une charge unique de graisse saponifiée au lithium, qui dans le courant de l'essai n'était plus complétée ensuite. Les essais comparatifs simulaient les conditions de démarrage et de fin de course dans les paliers lisses, o ont lieu des transitions continues entre équilibre et vitesse de glissement maximale. L'essai se terminait alors quand un début de grippage du palier lisse sur les tourillons de l'arbre provoquait un moment de torsion qui entraînait l'arrêt de la machine. Les essais comparatifs ont été réalisés avec les matériaux selon le tableau suivant: Matériau de coussinet Dureté Brinell HB CuZn31Si 85 CuZn31Si 142 CuSn8 95 CuSn8 142 CuNi8AlSn 245 Matériaux d'arbre: 1. Acier St37 blanc; Dureté Rockwell B HRB = 90 Dureté Brinell HB = 216 Rugosité de l'arbre: Rz = à 20 pm (surface étirée) 2. Acier pour roulements à billes Cr6; Dureté Rockwell C HRC = 60 Rugosité de l'arbre: Rz = 2 à 4 pm (surface polie) Rugosité des coussinets Rz = 2 à 4 pm (Détermination de la rugosité R selon DIN 4768). z Avec la composition selon l'invention (CuNi8AlSn), on a obtenu, en utilisant les deux matériaux d'arbre susmentionnés, une durée de vie du palier lisse multiplie au moins var 10 par rapport aux autres matériaux de palier. REVENDICATIONS 1. Utilisation, comme matériau de palier lisse, d'un alliage cuivrenickel-aluminium-étain se composant de 4 à 10 % de nickel, 1 à 3 % d'aluminium, 1 à 3 % d'étain, le reste étant constitué par du cuivre et par les impuretés habituelles. 2. Utilisation d'un alliage de cuivre, se composant de 7,5 à 8,5 % de nickel; de 1 à 3 % d'aluminium; de 1 à 3 % d'étain; le reste étant constitué par du cuivre et par les impuretés habituelles, pour la destination selon la revendication 1. 3. Utilisation d'un alliage de cuivre, se composant de 4 à 10 % de nickel; de 1,4 à 1,8 % d'aluminiun de 1 à 3 % d'étain; le reste étant constitué par du cuivre et par les impuretés habituelles, pour la destination selon la revendication 1. 4. Utilisation d'un alliage de cuivre, se composant de 7,5 à 8,5 % de nickel; de 1,4 à 1,8 % d'aluminium; de 1 à 3 % d'étain; le reste étant constitué par du cuivre et par les impuretés habituelles, pour la destination selon la revendication 1. 5. Utilisation d'un alliage de cuivre, se composant de 4 à 10 % de nickel; de 1 à 3 % d'aluminium; de 1,4 à 2,0 % d'étain; le reste étant constitué par du cuivre et par les impuretés habituelles, pour la destination selon la revendication 1. 6. Utilisation d'un alliage de cuivre se composant de 7,5 à 8,5 % de nickel, de 1 à 3 % d'aluminium, de 1,4 à 2,0 % d'étain, le reste étant constitué par du cuivre et par les impuretés habituelles, pour la destination selon la revendication 1. 7. Utilisation d'un alliage de cuivre se composant de 7,5 à 8,5 % de nickel, de 1,4 à 1,8 % d'aluminium, de 1,4 à 2,0 % d'étain, le reste étant constitué par du cuivre et par les impuretés habituelles, pour la destination selon la revendication 1. 8. Utilisation, comme matériau de palier lisse, d'un alliage de cuivre selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, qui possède une limite d'élasticité Rp 0,2 d'environ 600 à 950 N/mm2, un allongement à la rupture A5 de 5 à 15 % et une dureté Brinell HB au moins égale à 230. 9. Utilisation,comme matériau de palier lisse, d'un alliage de cuivre selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, qui possède une limite d'élasticité Rp 0,2 d'environ 600 à 850 N/mm2, un allongement à la rupture A5 de 5 à 20 % et une dureté Brinell HB au moins égale à 230.