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PROCEDE PERMETTANT D'AMELIORER LE COMPORTEMENT
A LA MICRORETASSURE DES ALLIAGES DE MAGNESIUM
La présente invention est relative a un procédé permettant
d'améllorer le comportement à la microretassure des alliages
de magnésium.
On entend ici par alliages de magnésium, tous ceux qui
contiennent entre 4 et 10 % en poids d'aluminium et,
-soit ~usqu'à 3 % de zinc et/ou ~usqu'à 1 % de manganèse,
-soit ~usqu'à 1% de silicium et/ou ~usqu'à 1 % de manganèse,
solde magnésium.
Plus particulièrement, on peut citer les alliages qui selon
les normes de l'ASTM répo~ent aux désignations suivantes:
-AZ63 ( alliage contenant en poids 6,0 % d'aluminium, 3,0 %
de zinc, au moins 0,15 ~ de manganèse )
-AZ80 ( alliage contenant en poids 8,5 % d'aluminium, 0,5 %
de zinc, au moins 0,12% de manganèse )
-AZ91 ( alliage contenant en poids 8,7 % d'aluminium, 0,7 %
de zinc, au moins 0,13 % de manganèse )
-AZ92 ( alliage contenant en poids 9,0 % d'aluminium, 2,0 %
de zinc, au moins 0,1 % de manganèse )
-AM60 ( alliage contenant en poids 6,0 % d'aluminium, 0,13 %
de manganèse )
-AM100 ( alliage contenant en poids 10,0 % d'aluminium, 0,1
% de manganèse )
-AS41 ( alliage contenant en poids 4,2 % d'aluminium, 0,35 %
de mangan~se )
Les dits alliages présentent de bonnes caract~ristiques
mécaniques et une excellente résistance à la corrosion.
Cep~ nt, quand ils sont mis en forme à partir de métal
liquide par moulage par gravité, 80it en moule sable 80it en
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moule étanche ou par moulage sous pression, ils présentent
généralement dans leur masse des microretassures. Ces
retassures sont dues au fait que pendant la solidification,
il se produit une contraction du métal qui peut atteindre
plusieurs % en volume ; si aucun apport de métal liquide
n'est réalisé dans la zone de contraction, il se produit
alors un vide qui se traduit par la formation d'une cavité
ou retassure.
Lorsque l'intervalle de solidification du métal est très
grand, comme c'est le cas des alliages mentionnés ci-dessus,
il se forme dans la pièce moulée une zone pâteuse
relativement étendue dans laquelle la contraction se produit
progressiv- ~nt. Le métal liquide est ainsi amené à cheminer
entre les dendrites solides sur une grande distance et ne
peut combler les vides : il en résulte la formation de
microcavités réparties entre les grains dans toute la zone
pateuse ; c'est ce qu'on appelle des microretassures.
Or, les microretassures tendent à dégrader les
caractéristiques mécaniques des pièces qui en contiennent.
De plus, dans le cas de pièces à parois minces, elles
forment des porosités ouvertes qui les rendent
inutilisables dans les applications où elles sont soumises à
une pression.
Le problème se pose donc, lorsqu'on veut obtenir à partir de
ces alliages des plèces moulées ayant de bonnes
caractérlstiques mécaniques ou tout au moins étanches,
d'empêcher la formatlon de ces mlcroretassures sans pour
autant nuire à d'autres propriétés telles que la résistance
à la corrosion, par exemple.
Certes, ce problème n'est pas nouveau et l'homme de l'art de
la fonderie des alliages de magnésium a été amené à
rechercher des solutlons vlsant à le résoudre.
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C'est ainsi, par exemple, qu'il a trouvé que l'a~out de
calcium permettait de réduire la présence de microporosités
dans les alliages de magnésium énumérés plus haut. On peut
citer, dans ce domaine, le brevet britannique N 847.992
dans lequel il est dit page 2, lignes 95-99 que les alliages
de magnésium ayant une forte teneur en aluminium et en zinc
ont une tendance à former des microretassures et que la
présence de calcium diminue fortement cette tendance.
Toutefois, on peut noter que les quantités mises en oeuvre
sont, suivant la revendication 1, comprises entre 0,5 % et 3
%, ce qui est relativement élevé et conduit à certaines
difficultés de fabrication telles que, en particulier le
collage du métal et/ou des pièces à l'outillage.
C'est pourquoi la demanderesse a cherché à trouver une autre
solution présentant moins d'inconvénients. Cela l'a amenée à
mettre au point un procédé permettant d'améliorer le
comportement à la microretassure lors de leur mlse en forme
par moulage des alliages de magnésium contenant comme
éléments principaux d'addition 4 à 10 ~ en poids d'
aluminium et soit ~usqu'à 3 % de zinc et/ou ~usqu'~ 1 % de
manganèse, soit ~usqu'à 1 % de silicium et/ou ~usqu'à 1 % de
manganèse caractérisé en ce que l'on a~oute du strontium
d'une quantité o~prise entre 0,01% et 2% au ~ ts All;~ ~t m~age.
Ainsi, l'invention consiste à a~outer a l'alliage de
magnésium un élément de la famille des alcalino-terreux : le
strontium.
Selon la présente invention, il est également prévu un
procédé pour la fabrication des articles moulés en alliage de
magnésium présentant dans leur masse des microretassures
réduites, comprenant les étapes qui consistent à:
- former un alliage contenant essentiellement du magnésium,
ainsi que en poids 4 à 10% d'aluminium, jusqu'à 1% de
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-
3a
manganèse et soit jusqu'à 3% de zinc ou jusqu'à 1% de
silicium, tout en ajoutant à cet alliage entre 0,01 et 2% en
poids du strontium, et
- mouler ledit alliage et le laisser se solidifier pour
obtenir ledit article moulé.
Certes, la présence de strontium dans les alliages de
magnésium a dé~à été signalée par ailleurs ; on peut citer,
à ce su~et, les brevets brltanniques 687.934, 687.935 et
1.354.363. Mais, ces documents c~ncernent des alliages
contenant du lithium et du zirconium et/ ou du cadmium et de
l'argent. Quant au strontium , il figure parmi d'autres
éléments d'alllnge tels que le ~
/
/
D
D
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le mercure, l'argent, le baryum, le calcium, le plomb et
aucune fonction particulière ne lui est attribuée.
En fait, la demanderesse a constaté que l'a~out de strontium
dans les alliages de magnésium mentionnés plus haut avait
pour effet :
-de concentrer la microretassure dans une zone relativement
restreinte de la pièce et en tout cas proche de 1' attaque
du moule c'est à dire de la partie située au voisinage de
l'alimentation, ce qui permet en masselottant cette zone
d'obtenir une pièce saine;
-de réduire de manière très sensible l'écart entre la
densit~ minimale et la densité de l'alliage aux plus fortes
teneurs en strontium;
-d'améliorer ainsi les caractéristiques mécaniques des
pi~ces obtenues sans nuire à leur tenue à la corrosion.
La quantité de strontium ajoutée est comprise
entre 0,01 et 2% en poids de l'alliage car en dessous de
0,01%, l'effet est négligeable et au dessus de 2%, l'a~out
s'avère nocif car il y a formation d'une grande quantité de
composés intermétalliques qui fragilisent le métal.
Cet a~out est fait, de préférence, sous forme élémentaire
suivant les techniques connues de l'homme de l'art.
Les exemples suivants permettront de mieux comprendre
l'invention.
Exemple 1.-
Il a pour but de montrer l'influence respective des a~outsde strontium et de calcium sur la densité des pièces.
Des ~prouvettes parallélipipédiques (15x30x250 mm3) sont
coulées dans des conditions voisines dans des moules en
sable ~ la température de 700C.
Après démoulage, les éprouvettes sont radiographiées, la
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densité est mesurée et on étudie l'évolution de la densité
de l'alliage en fonction de la distance par rapport à
l'attaque de coulée.
Des alliages AZ 91 contenant 0; 0,018; 1 et 2% de strontium
d'une part et 0,018; l et 2 % de calcium d'autre part ont
été soumis à cette méthode.
Les résultats figurent sur les schémas 1, 2 et 3 qui
permettent de comparer pour ~h~ n~ des teneurs l'influence
à la fois du calcium et du strontium.
On constate que sur les éprouvettes contenant du strontium:
-la densité à une distance de 150 mm de l'attaque est
pratiquement égale à la densité théorique de l'alliage;
-le nombre de microporosit~s est d'autant plus réduit que la
teneur en strontium est élevée;
-les défauts sont concentrés dans une zone peu étendue alors
que le reste de l'échantillon est plus sain que l'AZ91. Dans
le cas d'une installation industrielle, on alimentera la
zone de défauts avec une masselotte.
En ce qui ~oncerne le calcium, il exerce également un effet
mais avec une ampleur nettement moins grande que le
strontium.
Exemple 2.-
Cet exemple a pour but de montrer l'influence du strontiumsur les caractéristiques mécaniques de l'alliage AZ91.
Des éprouvettes sans microretassures, à l'état T4 et T6 et
contenant 0 et 0,3% de strontium ont été soumises à des
essais de traction à température ambiante et on a mesuré les
valeurs de la limite élastique R0,2, de la résistance à la
rupture Rm et de l'allongement A. Les r~sultats figurent
dans le tableau suivant.
Rappelons que les états T4 et T6 correspondent à des
traitements thermiques de mise en solution suivis dans le
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premier cas d'un traitement de vieillissement naturel et
dans le deuxième d'un traitement de vieillissement
artificiel.
ALLIAGE RpO,2 ( Mpa) Rm ~Mpa) A %
P~91 -T4 79,3 ~3,8 205,7 i 16,0 6,74 +2,26
P~91 +0,3~Sr T4 87,3 ~8,0 20Q,3 +38,0 5,09 +2,74
P~91 T~ 127,3 +3,8 208,3 +8,7 1,63 iO,30
A~91+0,3%SrT6 124,0+6,6 197,0+47,2 1~9 +1,48
On constate que l'a~out de strontium n'altère pas les
propriétés mécaniques de traction et même améliore la limite
élastique de l'alliage à l'état T4.
De plus, la présence de strontium garantissant l'absence de
miclo~e~assures, on est certain que les valeurs obtenues
sont representatives des propriétés de toute la pièce, ce
qui est plus difficile à obtenir en l'absence de strontium.
Exemple 3.-
Cet exemple a pour but de montrer l'influence du strontiumsur la résistance à la corroslon.
Pour celà, on a soumi8 de8 ~chantlllons d'AZ91 contenant 0,
0,018 et 0,3% de strontium prelevés au centre des
éprouvettes moulées et traités T4 ou ~6 à l'action d'une
solution aqueuse contenant 5% en poids de chlorure de sodium
p~ t 3~ours pul~, on a mesuré la perte de masse du dit
échantillon.
Les résultats figurent dans le tableau ~ulvant:
7 Z05~72
r E ~ T E
AZ91 T4 9,98 i 0,25
~Z91 180 ppm Sr T4 6,03 + 1,16
AZ91 0,3 %Sr T4 4.60 + 0,95
AZ91 T6 2,68 + 0,57
0 AZ91 180 pp~n Sr T6 2,53 :t 0,~,5
0,3% Sr T6 1,22 ~ 0,10
-
Ces résultats montrent que l'aJout de 8trontium conduit à
une réductlon lmportante de la perte de masse de
l'échantlllon, notamment pour des t~nsurs de 0,3~.
Alnsi, l'absence de mlcroretassures dlmlnue de façon
senslble la surface speclflque des échantlllons et, par
con~quent, améllore la résistance a la corroslon.
Cette lnventlon trouve son appllcatlon, notamment dans la
fabricatlon de carters de boites de vltesse et d'eléments de
structure d'ordlnateurs portables.
-~0
