Alliage à base de zinc résistant à chaud

Abstract

 Alliage à base de zinc contenant de 5 % à 40 % d'aluminium, de 0,5 % à 5 % de cuivre et jusqu'à 0,1 % de magnésium, qui présente en outre une teneur comprise entre 0,005 % et 2,5 % en au moins un élément choisi dans le groupe comprenant le lithium (préf.: 0,01 % - 1 %), le manga­nèse (préf.: 0,005 % - 0,2 %) et le chrome (préf.: 0,005 % - 0,5 %).

Description

[0001] La présente invention concerne un alliage à base de zinc présentant une résistance à chaud et une résistance au fluage améliorées. Par résistance à chaud, il faut entendre la résistance à des températures de l'ordre de 100°C.

[0002] Le domaine d'utilisation des alliages à base de zinc est actuellement étendu à de nombreuses applications intéressant de multiples aspects de l'industrie. C'est le cas, en particulier, des alliages de zinc destinés à la coulée.

[0003] On a déjà cherché à améliorer les propriétés de tels alliages de zinc, en leur incorporant un ou plusieurs éléments, en quantités diverses, parfois même en très faible quantité, afin d'obtenir des alliages aptes à un éventail d'applications aussi large que possible.

[0004] On connaît notamment un alliage de zinc destiné à la coulée présentant une charge de rupture de l'ordre de 400 à 500 MPa. Cette valeur a été atteinte en assurant à l'alliage une teneur en aluminium comprise en­tre 5 % et 40 %, et de préférence voisine de 27 %, avec des additions de cuivre et de magnésium. Sa résistance au fluage et à la traction à chaud (100°C) sont cependant modestes. En effet, sa résistance 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°C sous une charge de 50 MPa est de 300 heures environ.

[0005] La présente invention a pour objet un alliage à base de zinc, destiné à la coulée et présentant des propriétés améliorées de fluage et de résistance à chaud (100°C). En particulier, la durée de vie en fluage est améliorée ainsi que la vitesse de fluage et la résistance en trac­tion à 100°C.

[0006] Le composition de l'alliage conforme à l'invention résulte de la cons­tatation inattendue faite par le demandeur, selon laquelle il est possible d'améliorer :
- soit la résistance 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 précitées.

[0007] Conformément à l'invention, un alliage de zinc contenant 5 à 40 % d'aluminium, 0,5 % à 5 % de cuivre et jusqu'à 0,1 % de magnésium, est caractérisé en ce qu'il présente en outre une teneur comprise entre 0,005 % et 2,5 % en au moins un élément choisi dans le groupe compre­nant le lithium, le manganèse et le chrome.

[0008] Selon une première variante, ledit alliage de zinc contient du lithium en une teneur comprise entre 0,005 % et 2,5 %, et de préférence entre 0,01 % et 1.

[0009] Selon une deuxième variante, l'alliage de zinc présente une teneur en manganèse comprise entre 0,005 % et 0,2 %, et de préférence entre 0,1 % et 0,15 %.

[0010] Selon une troisième variante, ledit alliage de zinc contient du chrome en une teneur comprise entre 0,005 % et 0,5 %.

[0011] Toujours selon l'invention, il est également intéressant que l'alliage contienne une addition combinée de lithium et de manganèse, de façon à additionner les améliorations de résistance à la traction et de résistance au fluage à 100°C de cet alliage de zinc.

[0012] 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.

[0013] Le demandeur a en effet constaté qu'un alliage Zn-Al-Li-Mn comportant des additions précitées de cuivre et de magnésium et répondant aux conditions ci-dessus présentait à la fois une charge de rupture à 100°C nettement accrue et une résistance au fluage plus élevée par rapport à un alliage ne contenant pas de manganèse. Le bénéfice est encore plus net si l'on se réfère à l'alliage de base, qui ne contient pas de lithium ni de manganèse.

[0014] Selon une autre modalité particulière, 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 %.

[0015] Toujours selon cette seconde modalité, il s'est également avéré intéressant de combiner les additions de chrome avec une addition de manganèse ne dépassant pas 0,2 %, de façon à combiner les améliora­tions de résistance à chaud d'un alliage de zinc conforme à l'invention que permettent ces deux éléments.

[0016] A titre d'exemple, le tableau ci-dessous illustre l'effet des addi­tions, conformes à l'invention, qui viennent d'être décrites, sur la charge de rupture à froid et à chaud et sur la résistance au fluage d'un alliage à base de zinc contenant 27 % d'aluminium, 1 % de cuivre et 0,02 % de magnésium.

[0017] L'alliage A est l'alliage de base connu antérieurement; il présente une résistance au fluage à 100°C et une résistance à la traction à 100°C peu élevées, exprimées par une durée de vie sous une charge de 50 MPa de 300 h et une résistance à chaud de 295 MPa.

[0018] L'alliage B conforme à la première variante de l'invention, montre qu'une addition de lithium dans les limites indiquées permet de re­lever très sensiblement les valeurs de la durée de vie en fluage et de la résistance en traction (à 20°C et 100°C), tout en diminuant la vitesse de fluage de l'alliage.

[0019] L'alliage C répondant à la deuxième variante, présente également une résistance au fluage accrue par rapport à l'alliage de base.

[0020] L'alliage D, qui correspond à la troisième variante, présente des charges de rupture à 20°C et 100°C nettement plus élevées que l'al­liage de base, associées à une durée de vie en fluage qui est également améliorée.

[0021] L'alliage E, également conforme à l'invention, montre qu'une addition combinée de lithium et de manganèse dans les limites indiquées, permet de relever très sensiblement les valeurs de la charge de rupture à 20°C et 100°C, ainsi que la résistance au fluage à 100°C, tout en ré­duisant encore nettement la vitesse de fluage.

Revendications

1. Alliage à base de zinc contenant de 5 % à 40 % d'aluminium, de 0,5 % à 5 % de cuivre et jusqu'à 0,1 % de magnésium, caractérisé en ce qu'il présente en outre une teneur comprise entre 0,005 % et 2,5 % en au moins un élément choisi dans le groupe comprenant le lithium, le manganèse et le chrome.

2. Alliage à base de zinc suivant la revendication 1, caractérisé en ce que sa teneur en lithium est comprise entre 0,01 % et 1 %.

3. Alliage à base de zinc suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que sa teneur en manganèse est comprise entre 0,005 % et 0,2 %, et de préférence encore entre 0,1 % et 0,15 %.

4. Alliage à base de zinc suivant l'une des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que sa teneur en chrome est comprise entre 0,005 % et 0,5 %.