EN ALLIAGE ZN-AL-CU PAR

COULÉE CENTRIFUGE OU COULÉE ! SOUS PRESSION

La présente invention se rapporte à un procédé de fabrication d'articles en un alliage à base de zinc contenant de l'aluminium et du cuivre par coulée centrifuge dans un moule en caoutchouc ou par coulée sous pression dans un moule métallique.

Un procédé de fabrication d'articles en un alliage à base de zinc contenant de l'aluminium et du cuivre par coulée centrifuge de cet alliage dans un moule en caoutchouc est décrit dans l'article "Rubber-mold spin-casting for low-cost prototype or production parts" par L.S. Schaer, Machine Design, 20 janvier 1977, p. 113- 117. Ce procédé connu fait usage soit d'un alliage à 3,5% d'Al et 3,5% de Cu, reste Zn, appelé "Formalloy", soit d'un alliage à 11% d'Al et 1% de Cu, reste Zn, appelé "ILZRO-12" (tous les pourcentages donnés dans la présente demande de brevet sont des % en poids). Formalloy et ILZRO-12 présentent un intervalle de solidification de respectivement 380-390°C et 380-432°C et ils sont coulés respectivment à 393-427°C et 440-468°C.

Formalloy présente l'inconvénient que sa solidification démarre par la formation de dendrites ou basaltes : ceux-ci sont susceptibles d'entraver la circulation de la coulée dans la cavité de moulage et risquent donc de provoquer des défauts de coulée.

ILZRO-12 de son côté requiert une température de coulée d'au moins 440°C, ce qui induit une détérioration accélérée du caoutchouc de silicone dont le moule est fait.

Un procédé de fabrication d'articles en un alliage à base de zinc contenant de l'aluminium et du cuivre par coulée sous pression de cet alliage dans un moule métallique est décrit dans le document "Les alliages de zinc de fonderie. Un facteur de progrès : les alliages Zamak", Centre Technique du Zinc, PUBLIMAC, 92600, Asnières, Novembre 1972. Ce procédé connu utilise un alliage à 3,9.-4,3% d'Al, 0,75-1,25% de Cu et 0,03-0,06 % de Mg, reste Zn, appelé "Zamak 5".

Zamak 5 présente, tout comme Formalloy, une structure de coulée à tendance dendritique ou basaltique.

D'autres procédés du même genre sont décrits dans les documents DE- B-1211403, FR-A-1321677 et US-A-2467956 : selon le premier de ces documents on utilise un alliage à 6,7-7,5% d'Al, 3,2-4,2% de Cu et 0,01-0,1% de Be, reste Zn, selon le deuxième un alliage à 1-10% d'Al, 0,1-5% de Cu, > 0,005-0,05% de Mg et > 0,0001-0,01% de Be, reste Zn, et selon le troisième un alliage à 2,0-10,0% d'Al, 0,03- 3,50% de Cu, 0,01-0,30% de Mg et 0,00001-0,0001% de Be, reste Zn. Ces trois procédés font tous appel au béryllium comme élément d'alliage. Comme le béryllium est hautement toxique à l'état de vapeur, l'exécution de ces procédés requiert des mesures de précaution rigoureuses et donc très coûteuses.

Le but de la présente invention est de procurer un procédé tel que défini ci-dessus, qui permet d'éviter les inconvénients des procédés connus.

A cet effet, selon l'invention l'alliage contient 6,0-8,0% d'Al et 3,2-4,3% de Cu, le reste étant du zinc, par exemple du zinc électrolytique, et les impuretés qui sont inévitablement présentes dans les métaux précités.

En effet, il a été trouvé qu'un tel alliage présente une structure de coulée à grains fins et qu'il peut être coulé en dessous de 440°C. Le fait que l'alliage peut être coulé en dessous de 440°C est particulièrement important pour la coulée centrifuge.

La teneur en Cu ne peut pas être inférieure à 3,2% et supérieure à

4,3% ; autrement, on risque de produire une structure à tendance dendritique ou basaltique. Une teneur d'Al de moins de 6,0% produit également une structure dendritique ou basaltique, tandis qu'une teneur d'Al de plus de

8,0% amène la température de coulée aux environs de 440°C.

L'alliage présente une excellente fluidité.

Lorsqu'on coule l'alliage sous pression, il est particulièrement avantageux de faire appel à une machine de moulage sous pression à chambre chaude.

On utilise avantageusement un alliage à 6,7-7,3% d'Al et 3,6- 4,0% de Cu et, de préférence, un alliage ayant la composition eutectique : 7,0% d'Al ; 3,8% de Cu et 89,2% de Zn. En effet, il a été trouvé que la fluidité de l'alliage augmente à mesure que sa composition s'approche de la composition eutectique. Comme il a été trouvé également que la présence dans l'alliage d'impuretés influence défavorablement la fluidité, il est recommandable d'utiliser un alliage fait de zinc d'une pureté d'au moins 99,995%, d'aluminium d'une pureté d'au moins 99,97% et de cuivre d'une pureté d'au moins 99,99%.

L'excellente fluidité de l'alliage utilisé ^' dans le procédé de l'invention est illustrée par les résultats donnés ci-dessous d'une série d'essais de coulabilité type Radone.

Le principe de cet essai est de "couler" par aspiration un métal liquide dans un tube horizontal sous une dépression et une température constantes, puis de mesurer la longueur de métal aspiré. Cette longueur est une mesure pour la coulabilité, c'est- à-dire la fluidité, du métal.

Les alliages suivants ont été soumis à cet essai :

— l'alliage qui est utilisé dans le procédé de l'invention et qui sera appelé ci-après "Superloy",

— l'alliage "Superloy" auquel on a ajouté 0,005% de Be et qui sera appelé ci-après "Alliage au Be",

— l'alliage "Zamak 5" précité et deux autres alliages à base de zinc qui sont couramment utilisés en coulée sous pression et qui sont appelés "Zamak 2" et "Zamak 3".

Caractéristiques de solidification et analyse chimique des alliages:

.oΗrtif . (°C) Analyse chimique (%)

Liq. Sol. Al Cu Mg Pb Fe Cd Be

Superloy 379 379 6,90 3,70 0,001 0,0014 0,0020 0,0002 _

ΛIΗarp ai

Be 379 379 6,90 3,70 0,001 0,0014 0,0020 0,0002 0,005

Zamak 2 390 379 4,01 2,80 0,040 0,0015 0,0025 0,0008 _

Zamak 3 387 381 4,04 0,001 0,043 0,0020 0,0021 0,0009 _

Zamak 5 386 380 4,06 0,880 0,044 0,0022 0,0020 0,0009 -

Les essais ont été faits dans les conditions suivantes : — température du bain : 420°C

— dépression : 205 mm de Hg

— diamètre du tube : 3 mm Longueur de métal aspiré, en mm :

Superloy : 415 Alliage au Be : 385

Zamak 2 : 290

Zamak 3 : 275

Zamak 5 : 260 Il est remarquable que la fluidité de Superloy est de 43% supérieure à celle du Zamak 2, qui est lui-même le plus fluide des Zamaks, mais il est encore plus remarquable que l'addition de seulement 0,005% de Be à Superloy fait déjà baisser la fluidité de 8%.

Superloy présente à la température ambiante les caractéristiques mécaniques suivants :

— résistance à la traction 315 MPa

— limite d'allongement rémanent 0,2% 210 MPa

— dureté Brinell 95

— allongement 6 %

Il est évident que, pour tirer le maximum de profit du procédé de la présente invention, il convient que l'on effectue la coulée à une température qui dépasse le moins possible, par exemple de

5-30°C, la température du liquidus de l'alliage ou le point de fusion dans le cas de la composition eutectique.

Le procédé de l'invention est particulièrement utile pour la fabrication de voitures miniatures par coulée sous pression.