Brevet FR2689908A1 — publié le 19931015

"Alliage à base principale de cuivre" Cet alliage est caractérisé en ce qu'il comprend de 2,4 à 6,9 % d'étain, de 6,8 à 8,2 % d'aluminium, de 0,1 à 1 % de chrome, de 0,01 à 0,65 % de platine, de 0,05 à 2 % de silicium, de 0,05 à 0,15 % de thorium et de 0,05 à 10,9 % d'yttrium, le complément à 100 % étant composé de cuivre. Les propriétés de l'alliage conforme à l'invention sont illustrées sur les dessins ci-joints dans lesquels - la figure 1 est un graphique illustrant la forgeabilité de l'alliage, - la figure 2 est un graphique indiquant l'évolution de la charge de rupture, de la limite élastique et de l'allongement en fonction du taux d'écrouissage, - la figure 3 est un graphique indiquant les duretés d'échantillons de l'alliage ayant subi différents taux d'écrouissage, - les figures 4 et 5 sont des tableaux indiquant les résultats d'emboutissage sur des alliages ayant subi respectivement des opérations de laminage et de recuit, - la figure 6 est un graphique indiquant, lors d'essais à l'oxydation, les gains en poids de l'alliage dus à l'oxydation en fonction du temps et pour diverses températures, - la figure 7 est un tableau indiquant la résistance à la corrosion de l'alliage dans divers milieux, - les figures 8 et 9 sont des graphiques relatifs à la résistance à la traction respectivement de l'alliage à l'état coulé et de l'alliage à l'état extrudé, - les figures 10 et 11 sont des graphiques montrant la résistance à la traction de l'alliage respectivement pour des tôles à l'état laminé et après recuit, - la figure 12 est un graphique illustrant la résistance à l'usure de l'alliage, - la figure 13 est un graphique montrant l'aptitude au frottement de l'alliage. La présente invention a en conséquence pour but la réalisation d'un alliage à base principale de cuivre, qui est susceptible de remplacer l'or dans les industries de luxe, en raison de sa teinte identique et de sa haute résistance à la corrosion, qui est proche de celle des aciers inoxydables. De plus, ses hautes résistances à la traction et à l'usure, alliées à une très bonne conductibilité thermique, le destinent aux industries mécaniques, aéronautiques et spatiales. L'alliage conforme à l'invention comporte donc au minimum les sept métaux suivants - de l'étain dans la proportion de 2,4 à 6,9 % dont la finalité est d'obtenir une couleur plus ou moins foncée de l'alliage ainsi qu'une souplesse plus ou moins importante suivant la proportion d'étain utilisée - de l'aluminium dans la proportion de 6,8 à 8,2 % permettant notamment d'améliorer les caractéristiques d'auto-polissage et de brillant ainsi que la résistance à l'oxydation ; - du chrome dans la proportion de 0,1 à 1 %, qui a notamment pour but d'augmenter la résistance à l'oxydation et particulièrement par les produits salins - du platine dans la proportion de 0,01 à 0,65 % coopérant notamment à la bonne résistance mécanique de l'alliage - du silicium dans la proportion de 0,05 à 2%;; - du thorium dans la proportion de 0,05 % à 0,15 % - de l'yttrium dans la proportion de 0,05 à 10,9 % , ces trois derniers métaux, combinés aux précédents, ayant particulièrement pour effet de renforcer les propriétés d'inoxydabilité, - du cuivre pour le complément à 100 %. Outre ces métaux essentiels pour l'obtention de l'alliage conforme à l'invention, on pourra également y ajouter, selon l'application souhaitée de cet alliage - du béryllium dans la proportion de 0 % à 1%; - du zinc dans la proportion de 0 à 0,5 % - du titane dans la proportion de 0 à 1 %. L'alliage conforme à l'invention présente une coulabilité en coquille qui peut être qualifiée d'excellente, sa température de coulée se situant aux environs de 1200 . En outre, par comparaison avec des pièces en laiton, celles réalisées avec l'alliage de l'invention présentent un état de surface sans défaut, particulièrement lorsque le coulage a lieu sous vide. Les propriétés de déformation à chaud sont les suivantes. Le formage de cet alliage par extrusion est aisé aux environs de 840"C, bien que les pressions et températures d'extrusion soient plus élevées que pour les alliages de cuivre commerciaux, les usures des filières résultant de ces accroissements n'étant cependant pas à considérer dans le court de fabrication de l'alliage. Un avantage important réside dans le fait que les caractéristiques de cet alliage lui permettent de réaliser, par extrusion, des formes plus complexes telles que des tubes. L'aptitude au laminage à chaud de l'alliage est bonne entre 850 et 600"C et, par exemple, un lingot industriel de 200 kg a été laminé à 845"C. Au cours de cette opération, le lingot d'une hauteur initiale de 75 mm a été réduit à une hauteur de 12 mm en neuf passes successives. La température finale de laminage était de 600"C. Concernant la forgeabilité de l'alliage, on se reportera à la figure 1 dont la courbe référencée ORIUM représente la forgeabilité de l'alliage conforme à l'invention comparée à celle du laiton MS 60 Pb. Les essais ont été effectués au moyen d'une machine de traction à grande vitesse (120 mm/s). Les courbes E de striction et d'allongement pour les deux alliages montrent à peu près le même domaine de forgeabilité excepté que ce domaine est déplacé de +100 C pour l'alliage conforme à l'invention. La température de forgeage se situe en effet entre 850 et 775"C. Concernant la déformation à froid, on note qu'il est possible d'obtenir une réduction de 50 % avant recuit, alors que les recuits intermédiaires sont effectués à 685"C pendant 45 minutes. La figure 2 donne ainsi l'évolution de la charge de rupture dR, de la limite élastique 60, 2 et de l'allongement All en fonction du taux d'écrouissage sur des éprouvettes usinées dans le sens du laminage. La figure 3 indique les duretés mesurées sur des échantillons de l'alliage ayant subi différents taux d'écrouissage. Le tableau de la figure 4 indique concernant l'emboutissage, les résultats obtenus à l'aide de tôles 1/8 dures obtenues par laminage de l'alliage conforme à l'invention, alors que le tableau de la figure 5 montre les résultats obtenus sur des tôles recuites pendant 4 heures à 600"C. Concernant l'usinabilité de l'alliage conforme à l'invention, il convient de noter qu'il présente une aptitude à l'usinage qui est légèrement inférieure à celle des laitons à coupe rapide mais qui est nettement meilleure que le CuNi et les aciers inoxydables. Les propriétés chimiques de l'alliage conforme à l'invention sont également remarquables. Ainsi, concernant la corrosion atmosphérique, des essais d'exposition atmosphérique ont été effectués dans divers sites, tels que dans des atmosphères urbaines, rurales et industrielles et on a pu constater qu'après deux ans, les échantillons ayant séjourné en site rural étaient pratiquement intacts et que seuls les échantillons exposés en site industriel présentaient un léger ternissement. Concernant la résistance à l'oxydation, le graphique de la figure 6 montre, lors d'essais d'oxydation, le gain en poids des échantillons dû à la formation d'oxyde en fonction du temps et pour différentes températures. La vitesse d'oxydation peut être exprimée en fonction du temps par une loi parabolique. Des essais de corrosion de l'alliage conforme à l'invention ont également été effectués en eau de mer ainsi que dans divers milieux chimiques. Ainsi, des échantillons laminés ou extrudés de l'alliage conforme à l'invention ont été soumis à des tests d'immersion en eau de mer synthétique et retirés pour examen après 5,8 et 15 mois d'exposition. lies résultats indiquent une bonne résistance de l'alliage. Afin d'évaluer la résistance à la corrosion par "hot spot", la méthode utilisée par Ben et Campbell a été utilisée. Ces essais ont été effectués dans de l'eau de mer synthétique polluée par de faibles quantités d'H2S. Les examens au microscope optique ont alors montré que l'alliage présentait une résistance comparable à celle des alliages de Cu-30Ni-0,5Fe. Egalement, afin de déterminer la sensibilité à la crique saisonnière de l'alliage, on a effectué sur des godets emboutis des essais d'immersion dans le nitrate mercureux. Les résultats ont montré une légère sensibilité à ce genre d'attaque, mais un recuit à 350"C pendant 1 heure élimine cette susceptibilité. Finalement, la résistance à la corrosion a été examinée dans différents milieux organiques tels que jus de fruits, acide citrique, vinaigre, etc. et le tableau de la figure 7 donne dans la colonne référencée "ORIUM" les résultats observés dans les divers milieux en comparaison avec les échantillons en alliage Fe-13 % Cr et en acier inoxydable 18/8. Ce tableau montre que la résistance à la corrosion de l'alliage conforme à l'invention est supérieure dans les différents milieux testés. Concernant les propriétés physiques de l'alliage conforme à l'invention, on a trouvé que la résistance électrique mesurée sur des échantillons à l'état extrudé, est de 13,27.10-6 à 13,69.10-6 ohm x cm ou 12,59 à 12,89 IACS. Par ailleurs, les coefficients de dilatation thermique s'établissent comme suit Température C Dilatation 10-6 C -1 m 25 - 100 14,8 25 - 200 16,5 25 - 300 17,0 25 - 400 17,8 25 - 500 17,9 Concernant les propriétés mécaniques de l'alliage conforme à l'invention, on note que le module de Young à l'état extrudé est de 12 400 kg/mm2. A l'état coulé, la résistance à la traction d'un alliage à l'état coulé conforme à l'invention (voir figure 8), a été déterminée aux températures de -77, 26, 100, 300, 500 et 600"C. On peut remarquer que la charge de rupture se situe aux environs de 35 kg/mm2 à la température ambiante, la limite élastique étant d' environ 20 kg/mm2. Les résultats des essais de traction effectués sur un échantillon d'alliage obtenu par extrusion sont représentés sur la figure 9. On peut notamment remarquer que cet échantillon se comporte comme à l'état coulé, des fluctuations étant observées à basse température jusqu'à 500"C. Egalement, la résilience à l'état brut d'extrusion a été déterminée à 20"C et à -80 C. Les résultats sont repris dans le tableau ci-après. Alliages 20 cl -80"C Maxi 2,7 kgm 1,7 kgm Mini 1,08 kgm 0,95 kgm Concernant les essais de traction, ils ont été effectués sur des tôles à l'état laminé (figure 10) et après recuit à 600"C/4h/eau (figure 11). I1 apparaît ainsi à partir de ces courbes, une chute d'environ 20 kg/mm2 en charge de rupture pour l'alliage conforme à l'invention, recuit dans le domaine des températures de 25 à 300 C. Comparées aux courbes obtenues pour les alliages extrudés, les alliages laminés apparaissent plus résistants à toutes les températures. L'alliage conforme à l'invention présente également une très bonne résistance à l'usure, comme le montre la figure 12 sur laquelle le comportement au glissement des échantillons de l'alliage conforme à l'invention sont référencés ORIUM. Le coefficient de frottement de l'alliage est de l'ordre de 0,12 à 0,14 comme le montre la figure 13 qui indique la perte d'épaisseur en mm, observée après 40 000 glissements sous une charge de 300 kg et sur une surface de l'échantillon d'alliage de 80 x 120 mm. Finalement, le dépôt de l'alliage conforme à l'invention sous gaz inerte a été expérimenté et on a observé que la liaison avec un support en acier était bonne et qu'aucune trace de corrosion n'apparaissait en service extérieur sous diverses conditions climatiques. REVENDICATIONS 1) Alliage à base principale de cuivre, caractérisé en ce qu'il comprend de 2,4 à 6,9 % d'étain, de 6,8 à 8,2 % d'aluminium, de 0,1 à 1 % de chrome, de 0,01 à 0,65 % de platine, de 0,05 à 2 % de silicium, de 0,05 à 0,15 % de thorium et de 0,05 à 10,9 % d'yttrium, le complément à 100 % étant composé de cuivre. 2) Alliage conforme à la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend l'un ou plusieurs des métaux ci-après : - du béryllium jusqu a 1 % - du zinc jusqu'à 0,5 % - du titane jusqu'à 1 %