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Alliage à base de zinc resistant ä chaud.
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La présente invention concerne un alliage à base de zinc présentant une resistance à chaud et une résistance au fluage ameliorees. Par resistance à chaud, iL faut entendre la resistance à des temperatures de L'ordre de 100 C.
Le domaine d'utilisation des alliages a base de zinc est actueLLement etendu a de nombreuses applications interessant de muLtipLes aspects de L'industrie. C'est Le cas, en particulier, des alLiages de zinc destinés à La coulee.
On a déjà cherche a améliorer Les propriétés de tels alLiages de zinc, en Leur incorporant un ou pLusieurs elements, en quantites diverses, parfois meme en tres faible quantite, afin d'obtenir des alliages aptes à un éventail d'applications aussi large que possible.
On connait notamment un aLliage de zinc destine a La couLee presentant une charge de rupture de L'ordre de 400 ä 500 MPa. Cette valeur a ete atteinte en assurant a L'aLliage une teneur en aluminium comprise entre 5 % et 40 X, et de preference voisine de 27 %, avec des additions de cuivre et de magnesium. Sa resistance au fLuage et à La traction à chaud (100 C) sont cependant modestes. En effet, sa resistance à 100 C est, dans Les meiLleures conditions de coulée, de L'ordre de 300 MPa et sa durée de vie en fluage à 100 oC sous une charge de 50 MPa est de 300 heures environ.
La présente invention a pour objet un aLLiage ä base de zinc, destine à La couLee et presentant des propriétés améliorées de fluage et de resistance ä chaud (100 C). En particulier, La duree de vie en fluage
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est améliorée ainsi que La vitesse de fluage et La resistance en tractionà100 C.
Le composition de L'aLLiage conforme à L'invention résulte de La constatation inattendue faite par Le demandeur, selon laquelle iL est possible d'ameliorer : - soit La resistance au fluage de l'aLLiage, au moyen d'additions de
Lithium et/ou de manganèse ; - soit La charge de rupture de l'alliage à 100 C, au moyen d'additions de chrome, de manganèse et/ou de lithium ; - soit ces deux propriétés simultanément en combinant judicieusement les additions precitees.
Conformément à L'invention, un alliage de zinc contenant 5 ä 40 % d'aluminium, 0,5 % à 5 7. de cuivre et jusqu'à 0,1 % de magnesium, est caractérisé en ce qu'it presente en outre une teneur comprise entre 0,005 % et 2,5 % en au moins un eLement choisi dans Le groupe comprenant Le Lithium, Le manganese et Le chrome.
Seton une première variante, Ledit aLLiage de zinc contient du Lithium en une teneur comprise entre 0,005 % et 2,5 %, et de preference entre 0, 01 X et 1.
Selon une deuxième variante, l'alliage de zinc presente une teneur en
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manganese comprise entre 0, 005 r. et 0, 2 7., et de preference entre 0, 1 r. et zo SeLon une troisième variante, Ledit aLLiage de zinc contient du chrome en une teneur comprise entre 0,005 % et 0, 5 7..
Toujours seLon L'invention, il est egalement interessant que L'aLLiage contienne une addition combinée de Lithium et de manganese, de façon à additionner Les améLiorations de resistance à La traction et de resistance au fluage à 1000C de cet aLLiage de zinc.
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Dans cette variante, l'aLliage de zinc conforme à l'invention contient de 0,01 % à 1 % de lithium et de 0,005 % à 0,2 % de manganèse.
Le demandeur a en effet constate qu'un aLLiage Zn-AL-Li-Mn comportant des additions précitées de cuivre et de magnesium et repondant aux conditions ci-dessus présentait à la fois une charge de rupture ä 100 OC nettement accrue et une resistance au fluage plus élevée par rapport à un alliage ne contenant pas de manganese. Le benefice est encore plus net si L'on se refere ä l'alliage de base, qui ne contient pas de Lithium ni de manganese.
SeLon une autre modalité particuliere, un alliage de zinc conforme à L'invention contient du lithium en une teneur comprise entre 0,01 % et 1,5 % et du chrome en une teneur comprise entre 0, 005 % et 0, 5 %.
Toujours selon cette seconde modalite, il s'est egalement avéré interessant de combiner les additions de chrome avec une addition de manganese ne depassant pas 0,2 %, de façon à combiner les ameliorations de résistance à chaud d'un alliage de zinc conforme à l'invention que permettent ces deux éléments.
A titre d'exemple, Le tableau ci-dessous illustre l'effet des additions, conformes ä L'invention, qui viennent d'etre decrites, sur la charge de rupture ä froid et à chaud et sur la resistance au fluage d'un alliage à base de zinc contenant 27 % d'aluminium, 1 % de cuivre et 0, 02 % de magnesium.
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Résistance <SEP> au <SEP> fluage
<tb> Charge <SEP> de <SEP> rupture <SEP> (MPa) <SEP> sous <SEP> 50 <SEP> MPa <SEP> sous <SEP> 100 <SEP> MPa
<tb> durée <SEP> de <SEP> vitesse <SEP> de <SEP> durée <SEP> de <SEP> vitesse <SEP> de
<tb> Alliage <SEP> à <SEP> 20 C <SEP> à <SEP> 100 C
<tb> vie <SEP> (h) <SEP> fluage <SEP> (%/h) <SEP> vie <SEP> (h) <SEP> fluage <SEP> (%/h)
<tb> Zn <SEP> - <SEP> 27 <SEP> %Al <SEP> - <SEP> 2 <SEP> % <SEP> Cu <SEP> - <SEP> A <SEP> 475 <SEP> 295 <SEP> 300 <SEP> 0,0100 <SEP> 15 <SEP> 0,400
<tb> 0,02 <SEP> % <SEP> Mg
<tb> Zn <SEP> - <SEP> 27 <SEP> % <SEP> Al <SEP> - <SEP> 2 <SEP> % <SEP> Cu <SEP> - <SEP> 8 <SEP> 500 <SEP> 326 <SEP> 1300 <SEP> 0,0024 <SEP> 20 <SEP> 0,150
<tb> 0,02 <SEP> % <SEP> Mg <SEP> + <SEP> 0,03% <SEP> Li
<tb> Zn <SEP> - <SEP> 27 <SEP> % <SEP> Al <SEP> - <SEP> 2 <SEP> % <SEP> Cu <SEP> - <SEP> C <SEP> 455 <SEP> 295 <SEP> 850 <SEP> 0,
0062 <SEP> 15 <SEP> 0,190
<tb> 0,02 <SEP> % <SEP> Mg <SEP> + <SEP> 0,1 <SEP> % <SEP> Mn
<tb> Zn <SEP> - <SEP> 27 <SEP> % <SEP> Al <SEP> - <SEP> 2 <SEP> % <SEP> Cu <SEP> - <SEP> D <SEP> 493 <SEP> 340 <SEP> 680 <SEP> 0,0140 <SEP> 22 <SEP> 0,370
<tb> 0,02 <SEP> % <SEP> Mg <SEP> + <SEP> 0,2 <SEP> % <SEP> Cr
<tb> Zn <SEP> - <SEP> 27 <SEP> % <SEP> Al <SEP> - <SEP> 2 <SEP> % <SEP> Cu <SEP> - <SEP> E <SEP> 562 <SEP> 400 <SEP> > <SEP> 1500 <SEP> 0,0010 <SEP> 20 <SEP> 0,028
<tb> 0,02 <SEP> % <SEP> Mg <SEP> + <SEP> 0,01 <SEP> % <SEP> Li <SEP> -
<tb> + <SEP> 0,1 <SEP> % <SEP> Mn.
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L'alliage A est L'aLLiage de base connu antérieurement ; il présente une resistance au fluage a 10'C et une resistance à La traction à 100 C peu eLevees, exprimées par une durée de vie sous une charge de 50 MPa de 300 h et une resistance à chaud de 295 MPa.
L'aLLiage B conforme Åa La premiere variante de L'invention, montre qu'une addition de Lithium dans Les Limites indiquées permet de relever tres sensiblement les valeurs de La duree de vie en fluage et de La resistance en tract ; on (Åa 200 C et 100"C), tout en diminuant La vitesse de fluage de l'alliage.
L'alliage C repondant ä La deuxieme variante, presente également une résistance au fluage accrue par rapport ä L'aLLiage de base.
L'aLLiage D, qui correspond Åa La troisieme variante, presente des charges de rupture à 20 C et 10CPC nettement pLus élevées que L'aLLiage de base, associées à une durée de vie en fluage qui est également ameliorée.
L'alliage E, également conforme ä L'invention, montre qu'une addition combinee de Lithium et de manganese dans Les limites indiquees, permet de relever tres sensiblement les valeurs de La charge de rupture à 200C et 1000 (, ainsi que La resistance au fluage à 100"C, tout en réduisant encore nettement La vitesse de fluage.