Brevet FR2706488A1 — publié le 19941223

ALLIAGE DE CUIVRE. NICKEL, SILICIUM ET CHROME ET PROCEDE D'ELABORATION DUDIT ALLIAGE La présente invention a pour objet un alliage de cuivre, nickel, silicium et chrome qui présente des caractéristiques de conductivité électrique élevée tout en présentant des propriétés mécaniques convenables et notamment une dureté suffisante. Dans un premier temps, les alliages à base de cuivre associant des caractéristiques mécaniques élevées à une bonne conductivité électrique utilisaient le béryllium ou le cobalt additionné avec du béryllium comme élément d'alliage. Ces alliages présentent effectivement une conductivité électrique élevée, typiquement de l'ordre de 40 à 45% IACS dans le cas de l'alliage cuivre/cobalt/béryllium ou des résistances à la rupture de l'ordre de 900 MPa dans le cas des alliages cuivre/béryllium mais ils présentent l'inconvénient inhérent à l'utilisation de béryllium qui est sa toxicité. Pour remédier à cet inconvénient, on a déjà proposé notamment dans les brevets américains Nos. 5 028 391 et 4 191 601 des compositions d'alliage de cuivre, de nickel, de silicium et de chrome qui présentent une conductivité électrique relativement élevée et une dureté suffisante. Cependant, ces alliages connus présentent certains inconvénients. Dans le cas du brevet américain No. 5 028 391, l'alliage peut être travaillé par corroyage et non par moulage. Dans le cas du brevet américain No. 4 191 601, le traitement thermique pour obtenir la dureté requise nécessite deux opérations successives de revenu, ce qui complique bien sûr l'élaboration de l'alliage et en augmente donc le coût. En outre, il serait très souhaitable de disposer d'alliages de ce type présentant des caractéristiques encore améliorées. Un objet de la présente invention est de fournir un alliage de cuivre, nickel, silicium et chrome présentant une conductivité électrique au moins égale à 32% IACS et une dureté supérieure à 200 HB. Pour atteindre ce but, l'alliage de cuivre, nickel, silicium et chrome se caractérise en ce qu'il comprend en poids de 3,5 à 6% de nickel, de 0, 80 à 1,5% de silicium, de 0,30 à 1,2% de chrome, le reste étant constitué par du cuivre. De préférence, la composition de l'alliage en poids est de 5% de nickel, de 1,25% de silicium et de 1% de chrome, le reste étant du cuivre. L'invention a également pour objet un procédé d'élaboration d'un alliage de cuivre, nickel, silicium et chrome qui présente les caractéristiques déjà énoncées. Pour atteindre ce but, le procédé d'élaboration d'un alliage de cuivre, nickel, silicium et chrome se caractérise en ce qu'il comporte les étapes suivantes: on prépare un alliage compensant en poids 3, 5% à 6% de nickel, 0,8% à 1,5% de silicium et 0,3% à 1,2% de chrome, le reste étant du cuivre; on porte l'alliage à une température de mise en solution; on réalise une trempe de l'alliage; et on réchauffe l'alliage à une température de revenu comprise entre 400 et 600 C pendant 2 à 4 heures. Selon un premier mode de mise en oeuvre, la température de revenu est 480'C et cette température est maintenue pendant 2h30. On obtient alors un alliage avec la composition préférée qui présente une dureté élevée de l'ordre de 280 HB et une conductivité électrique de 33% IACS. Selon un deuxième mode de mise en oeuvre, la température de revenu est de 520'C et cette température est maintenue pendant 2h30. On obtient un alliage avec la composition préférée, présentant une dureté de 240 HB et une conductivité électrique de 38% LACS. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit de plusieurs modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère à la figure unique annexée qui donne pour différentes compositions d'alliage, selon l'invention, la conductivité électrique en fonction de la dureté de l'alliage. Sur ce diagramme figure également les mêmes caractéristiques pour des alliages sans chrome à titre de comparaison. Selon l'invention, l'alliage de cuivre, nickel, silicium et chrome présentant une conductivité électrique élevée a la composition pondérale suivante: de 3,5 à 6% en poids de nickel, de 0,85 à 1,5% en poids de silicium, de 0,3 à 1,2% en poids de chrome, le reste étant du cuivre. Comme on l'expliquera plus en détails ultérieurement, ce domaine de composition de l'alliage permet d'obtenir une conductivité électrique supérieure à 32% LACS et une dureté supérieure à 200 HB. Selon un mode préféré de mise en oeuvre, la composition de l'alliage est de 5% en poids de nickel, 1,25% en poids de silicium, 1% en poids de chrome, le reste étant du cuivre. Un tel alliage présente non seulement les propriétés électriques et mécaniques énoncées ci-dessus mais de plus il se prête aisément au moulage. Le procédé d'élaboration de l'alliage permettant d'obtenir en particulier les propriétés mécaniques voulues consiste tout d'abord dans une mise en solution de l'alliage durant une à deux heures à une température comprise entre 980 et 1020'C puis l'alliage est soumis à une trempe à reau et enfin à un revenu durant deux à quatre heures à une température comprise entre 400 et 600C. Dans un premier exemple d'élaboration de l'alliage, le revenu consiste en un chauffage à une température de 480'C pendant environ 2h30. On obtient alors une dureté de 280 HB, une conductivité électrique de 33% IACS, une résistance à la rupture de 780 MPa et un coefficient d'allongement de 2 à 3%, pour la composition d'alliage préférée. Selon un autre exemple d'élaboration de l'alliage, le revenu consiste à porter celui-ci à une température de 520C pendant environ 2h30. On obtient une dureté un peu inférieure de 240 HB et une conductivité électrique de 38% IACS, pour la composition d'alliage préférée. Dans la description précédente, on a considéré le cas d'une trempe à l'eau. Il va de soi qu'on ne sortirait pas de l'invention si l'opération de trempe était du type trempe à l'eau chaude ou trempe à l'huile. De plus, comme on l'a déjà indiqué un des avantages significatifs de l'alliage selon l'invention est sa moulabilité. En conséquence, pour élaborer une pièce à partir de l'alliage, on utilisera de préférence le processus suivant: après avoir préparé l'alliage déjà mentionné, on coule l'alliage dans un moule correspondant à la piece à réaliser. Après solidification et ébarbage de la pièce ainsi obtenue, on porte la pièce à sa température de mise en solution, on trempe la pièce puis on réalise l'étape de revenu de la pièce. Sur le tableau ci- dessous on a regroupé différents exemples d'alliage selon l'invention, ces alliages étant repérés par A1 à A6, les tests ayant porté soit sur des éprouvettes en forme de quilles ou des Jets de 30 mm de diamètre. Pour ces différents alliages, on a indiqué la conductivité électrique ainsi que la dureté telles quelles. A titre de comparaison, on a également fait figurer dans le tableau trois compositions d'alliage Dl à D3 dépourvues de chrome pour permettre la comparaison avec les alliages selon l'invention. Selon les propriétés spécifiques recherchées, on pourra utiliser un alliage présentant une grande dureté et corrolairement une conductivité électrique un peu moins bonne ou bien le contraire. Ce tableau montre que, pour des teneurs pondérales en nickel allant de 3, 5% à 5%, des teneurs en silicium allant de 0,80 à 1,25% et des teneurs en chrome allant de 0,3% à 1%, la conductivité est au moins égale à 33% IACS et la dureté Brinell est au moins égale à 215 HB. NUANCE "QUILLES" JET, 30mm CONDUCTIVITE DURETE CONDUCTIVITE DURETE ELEC. % IACS HB ELEC. % IACS HB Cu 3,5%Ni 0,86%Si 39 228 0,34%Cr (A1) Cu 3,6%Ni 0,9%Si 41,5 215 38,5 (37 à 40) 222 (215 à 230) 0,44%Cr (A2) 40 (39 à 41) 201 (196 à 206) Cu 3,4%Ni 0,84%Si 37,5 252 0,69%Cr (A3) Cu 4, 55%Ni 1,1%Si 37 227 0,36%Cr (A4) Cu 4,9%Ni 1,24%Si 36 255 0,85%Cr (AS) Cu 4,86%Ni 1,17%Si 38 240 0,92%Cr (A6) 33 282 Cu 3,6%Ni 0,92%Si 36,5 236 (D1) Cu 4,5%Ni 1,16%Si (D2) 31 252 Cu 5%Ni 1,28%Si (D3) 29,5 266 31 275 On voit que d'une manière générale les alliages sans chrome présentent une conductivité électrique inférieure et également une dureté inférieure pour une conductivité électrique donnée. Sur ce tableau, les deux séries de valeurs pour les alliages A2 et A6 correspondent aux deux modes possibles de réalisation de revenu. Sur le diagramme de la figure unique annexée, on a regroupé pour les différents exemples considérés le point représentatif de la dureté et de la conductivité électrique. Dans la zone A, on retrouve les différents exemples d'alliage conforme à l'invention et comportant du chrome et dans la zone B à titre de comparaison les alliages dépourvus de chrome. REVENDICATIONS 1. Alliage de cuivre, nickel, silicium et chrome, caractérisé en ce qu'il comprend en poids de 3,5 à 6% de nickel, de 0,8 à 1,5% de silicium, de 0,3 à 1,2% de chrome, le reste étant constitué par du cuivre. 2. Alliage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en poids 5% de nickel, 1,25% de silicium, 1% de chrome, le reste étant du cuivre. 3. Alliage selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il présente une conductivité électrique supérieure à 32% IACS et une dureté supérieure à 210 HB. 4. Procédé d'élaboration d'un alliage de cuivre, nickel, silicium et chrome se caractérise en ce qu'il comporte les étapes suivantes: on prépare un alliage comprenant en poids 3,5% à 6% de nickel, 0,8% à 1, 5% de silicium et 0,3% à 1,2% de chrome, le reste étant du cuivre; on porte l'alliage à une température de mise en solution; on réalise une trempe de l'alliage; et on réchauffe l'alliage à une température de revenu comprise entre 400 et 600C pendant 2 à 4 heures. 5. Procédé d'élaboration d'alliage selon la revendication 4, caractérisé en ce que la température de revenu est de 480C et en ce que cette température est maintenue pendant 2h30. 6. Procédé d'élaboration d'alliage selon la revendication 4, caractérisé en ce que la température de revenu est de 520C et en ce que cette température est maintenue pendant 2h30. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que la température de mise en solution de l'alliage est comprise entre 980C et 1020'C. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que la composition pondérale nominale de l'alliage est de 5% de nickel, 1,25% de silicium et 1% de chrome. 9. Application du procédé selon l'une quelconque des revendications 4 à 8 à la réalisation d'une pièce, caractérisée en ce que: on prépare ledit alliage; on coule ledit alliage dans un moule ayant la forme de la pièce à réaliser; on porte ladite pièce à la température de mise en solution; on réalise une trempe de la pièce; et on soumet la pièce audit revenu.