ISO 5755:2012
(Main)Sintered metal materials — Specifications
Sintered metal materials — Specifications
ISO 5755:2012 specifies the requirements for the chemical composition and the mechanical and physical properties of sintered metal materials used for bearings and structural parts. When selecting powder metallurgical (PM) materials, it should be taken into account that the properties depend not only on the chemical composition and density, but also on the production methods. The properties of sintered materials giving satisfactory service in particular applications may not necessarily be the same as those of wrought or cast materials that might otherwise be used. Therefore, liaison with prospective suppliers is recommended.
Matériaux métalliques frittés — Spécifications
L'ISO 5755:2012 spécifie les exigences relatives à la composition chimique et aux propriétés physiques et mécaniques des matériaux métalliques frittés utilisés pour les paliers et les pièces mécaniques. Lors de la sélection de poudres métalliques, il est nécessaire de tenir compte du fait que leurs propriétés ne sont pas seulement fonction de la composition chimique et de la masse volumique, mais aussi des méthodes d'élaboration. Les propriétés des matériaux frittés donnant satisfaction pour des applications particulières peuvent ne pas être nécessairement les mêmes que celles de matériaux moulés ou corroyés qui pourraient être utilisés concurremment. Il est donc recommandé de prendre contact avec les fournisseurs pressentis.
General Information
Relations
Standards Content (Sample)
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 5755
Third edition
2012-09-01
Sintered metal materials — Specifications
Matériaux métalliques frittés — Spécifications
Reference number
ISO 5755:2012(E)
©
ISO 2012
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ISO 5755:2012(E)
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Published in Switzerland
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ISO 5755:2012(E)
Contents Page
Foreword . iv
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 2
4 Sampling . 3
5 Test methods for normative properties . 3
5.1 General . 3
5.2 Chemical analysis . 3
5.3 Open porosity . 3
5.4 Mechanical properties . 4
6 Test methods for informative properties . 5
6.1 General . 5
6.2 Density . 5
6.3 Tensile strength . 5
6.4 Tensile yield strength . 5
6.5 Elongation . 5
6.6 Young’s modulus . 5
6.7 Poisson’s ratio . 5
6.8 Impact energy . 6
6.9 Compressive yield strength . 6
6.10 Transverse rupture strength . 6
6.11 Fatigue strength . 6
6.12 Apparent hardness . 7
6.13 Coefficient of linear expansion . 7
7 Specifications . 7
8 Designations . 7
Annex A (normative) Designation system . 33
Annex B (informative) Microstructures . 36
Bibliography . 39
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ISO 5755:2012(E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies
(ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO
technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been
established has the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and
non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the
International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards
adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an
International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of patent
rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
ISO 5755 was prepared by Technical Committee ISO/TC 119, Powder metallurgy, Subcommittee SC 5,
Specifications for powder metallurgical materials (excluding hardmetals).
This third edition cancels and replaces the second edition (ISO 5755:2001), which has been technically
revised.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 5755:2012(E)
Sintered metal materials — Specifications
1 Scope
This International Standard specifies the requirements for the chemical composition and the mechanical and
physical properties of sintered metal materials used for bearings and structural parts.
When selecting powder metallurgical (PM) materials, it should be taken into account that the properties
depend not only on the chemical composition and density, but also on the production methods. The properties
of sintered materials giving satisfactory service in particular applications may not necessarily be the same as
those of wrought or cast materials that might otherwise be used. Therefore, liaison with prospective suppliers
is recommended.
2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application of this document. For dated
references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced
document (including any amendments) applies.
ISO 437, Steel and cast iron — Determination of total carbon content — Combustion gravimetric method
ISO 1099, Metallic materials — Fatigue testing — Axial force-controlled method
ISO 1143, Metallic materials — Rotating bar bending fatigue testing
ISO 2738, Sintered metal materials, excluding hardmetals — Permeable sintered metal materials —
Determination of density, oil content and open porosity
ISO 2739, Sintered metal bushings — Determination of radial crushing strength
ISO 2740, Sintered metal materials, excluding hardmetals — Tensile test pieces
ISO 2795, Plain bearings — Sintered bushes — Dimensions and tolerances
ISO 3325, Sintered metal materials, excluding hardmetals — Determination of transverse rupture strength
ISO 3928, Sintered metal materials, excluding hardmetals — Fatigue test pieces
ISO 3954, Powders for powder metallurgical purposes — Sampling
ISO 4498, Sintered metal materials, excluding hardmetals — Determination of apparent hardness and micro-
hardness
ISO 5754, Sintered metal materials, excluding hardmetals — Unnotched impact test piece
ISO 6892-1, Metallic materials — Tensile testing — Part 1: Method of test at room temperature
ISO 7625, Sintered metal materials, excluding hardmetals — Preparation of samples for chemical analysis for
determination of carbon content
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ISO 5755:2012(E)
ISO 14317, Sintered metal materials, excluding hardmetals — Determination of compressive yield strength
ASTM E228, Standard Test Method for Linear Thermal Expansion of Solid Materials with a Push-Rod
Dilatometer
ASTM E1875, Standard Test Method for Dynamic Young’s Modulus, Shear Modulus, and Poisson’s Ratio by
Sonic Resonance
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
3.1
tensile strength
R
m
ability of a test specimen to resist fracture when a pulling force is applied in a direction parallel to its
longitudinal axis – expressed in MPa
NOTE It is equal to the maximum load divided by the original cross-sectional area.
3.2
tensile yield strength
R
p0,2
load at which the material exhibits a 0,2 % offset from proportionality on a stress-strain curve in tension,
divided by the original cross-sectional area – expressed in MPa
3.3
Young’s modulus
E
ratio of normal stress to corresponding strain for tensile or compressive stresses below the proportional limit of
the material – expressed in GPa
3.4
Poisson’s ratio
v
absolute value of the ratio of transverse strain to the corresponding axial strain, resulting from uniformally
distributed axial stress below the proportional limit of the material
3.5
impact energy
measurement of the energy absorbed when fracturing a specimen with a single blow – measured in Joules (J)
3.6
compressive yield strength
stress at which a material exhibits a specified permanent set – expressed in MPa
3.7
transverse rupture strength
stress, calculated from the bending strength formula, required to break a specimen of a given dimension –
expressed in MPa
3.8
fatigue strength
maximum alternating stress that can be sustained for a specific number of cycles without failure, the stress
being reversed with each cycle unless otherwise stated – expressed in MPa
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ISO 5755:2012(E)
3.9
radial crushing strength
radial stress required to fracture a hollow cylindrical part of specified dimensions – expressed in MPa
3.10
density
3
mass per unit volume of the material – expressed in g/cm
3.11
apparent hardness
resistance of a powder metallurgical (PM) material to indentation, tested under specified conditions; for PM
materials, it is a function of the density of the material
3.12
open porosity
oil content after full impregnation, divided by the volume of the test piece, and multiplied by 100 – expressed
as a volume percentage
3.13
coefficient of linear expansion
6 1
K
change in length per unit length per degree change in temperature – expressed in 10
4 Sampling
Sampling of powders to produce standard test pieces shall be carried out in accordance with ISO 3954.
5 Test methods for normative properties
5.1 General
The following test methods shall be used to determine the normative properties given in Tables 1 to 18.
5.2 Chemical analysis
The chemical composition table for each material lists the principal elements by minimum and maximum mass
percentage before any additional process, such as oil impregnation, resin impregnation or steam treatment,
has taken place. “Other elements” may include minor amounts of elements added for specific purposes and is
reported as a maximum percentage.
Whenever possible, and always in cases of dispute, the methods of chemical analysis shall be those specified
in the relevant International Standards. If no International Standard is available, the method may be agreed
upon and specified at the time of enquiry and order.
Samples for the determination of total carbon content shall be prepared in accordance with ISO 7625.
Determination of the total carbon content shall be in accordance with ISO 437.
5.3 Open porosity
The open porosity shall be determined in accordance with ISO 2738.
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ISO 5755:2012(E)
5.4 Mechanical properties
5.4.1 General
The as-sintered mechanical properties given in Tables 1 to 18 were determined on pressed and sintered test
pieces with a mean chemical composition. The heat-treated mechanical properties given in Tables 1 to 18
were determined on test bars which were either pressed and sintered or machined from pressed and sintered
blanks. They are intended as a guide to the initial selection of materials (see also Clause 1). They may also be
used as a basis for specifying any special tests that may be indicated on the drawing.
The mechanical properties shall neither be calculated from hardness values nor be determined on tensile test
pieces taken from a component and used for verifying the values given in Tables 1 to 18. If the customer
requires that a specified level of mechanical properties be obtained by tests on the component, these shall be
agreed with the supplier and shall be stated on the drawing and/or any technical documentation of the
customer referred to on the drawing.
5.4.2 Tensile properties
The ultimate tensile strength and the yield strength shall be determined in accordance with ISO 2740 and,
ISO 6892-1. For heat-treated materials, tensile strength and yield strength are approximately equal and in this
case, tensile strength is specified.
The normative yield strengths (as-sintered condition) and ultimate tensile strengths (heat-treated condition)
are shown as minimum values. These strengths may be used in designing PM part applications. To select a
material which is optimum in both properties and cost-effectiveness, it is essential that the part application be
discussed with the PM parts manufacturer.
The minimum values were developed from tensile specimens prepared specifically for evaluating PM
materials.
Tensile specimens machined from commercial parts may differ from those obtained from prepared tensile
specimens. To evaluate the part strength, it is recommended that static or dynamic proof-testing be agreed
between the purchaser and the manufacturer and carried out on the first production lot of parts. The results of
testing to failure can be used statistically to determine a minimum breaking force for future production lots.
Acceptable strength can also be demonstrated by processing tensile specimens prepared specifically for
evaluating PM materials manufactured from the same batch of powder as the production parts and processed
with them.
As indicated above, the testing of test bars machined from the PM component is the least desirable method
for demonstrating minimum properties.
For heat-treated properties, the test bars were quench-hardened and tempered to increase the strength,
hardness and wear resistance. Tempering is essential to develop the properties given in this International
Standard. Heat-treat equipment that utilizes a gas atmosphere or vacuum is recommended. The use of liquid
salts is not recommended due to entrapment of the salts in the porosity causing “salt bleed-out” and “internal
corrosion”. Some materials may be heat-treated directly after the sintering process by controlling the cooling
rate within the sintering furnace. This process is usually known as “sinter hardening”. Materials processed by
this route also require tempering to develop their optimum strengths.
5.4.3 Radial crushing strength
The radial crushing strength shall be determined in accordance with ISO 2739. The wall thicknesses of test
pieces to be used shall be in the range covered by ISO 2795. For test pieces outside this range, the specified
radial crushing strength values are different and shall be agreed between the customer and the supplier.
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ISO 5755:2012(E)
6 Test methods for informative properties
6.1 General
Typical values are given for each material; these include tensile and yield strengths. These typical values are
given for general guidance only. They should not be used as minimum values.
These typical properties should be achievable through normal manufacturing processing. Again, any specific
tests on components should be discussed and agreed between the purchaser and the manufacturer.
6.2 Density
3
Density is expressed in grams per cubic centimetre (g/cm ). The density shall be determined in accordance
with ISO 2738. Density is normally determined after the removal of any oils or non-metallic materials from the
porosity and is known as the “dry density”. The “wet density” is sometimes reported on production bearings or
parts, this is the mass per unit volume, including any oil or non-metallic material that has impregnated the
component.
6.3 Tensile strength
The tensile strength shall be determined in accordance with ISO 2740 and ISO 6892-1.
6.4 Tensile yield strength
The tensile yield strength shall be determined in accordance with ISO 2740 and ISO 6892-1.
6.5 Elongation
Elongation (plastic) shall be determined in accordance with ISO 6892-1. It is expressed as a percentage of the
original gauge length (usually 25 mm), and is determined by on measuring the increase in gauge length after
the fracture, providing the fracture takes place within the gauge length. Elongation can also be measured with
a break-away extensometer on a tensile specimen. The recorded stress/strain curve displays total elongation
(elastic and plastic). The elastic strain must be subtracted from the total elongation to give the plastic
elongation (this can sometimes be provided with the test machine’s software).
6.6 Young’s modulus
Young’s modulus shall be determined in accordance with ASTM E1875. Data for the elastic constants in this
International Standard were generated from resonant frequency testing. An equation relating the three elastic
constants is:
vE21G
where
v is Poisson’s ratio;
E is Young’s modulus;
G is the shear modulus.
6.7 Poisson’s ratio
Poisson’s ratio shall be determined in accordance with ASTM E1875.
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6.8 Impact energy
The impact energy shall be determined in accordance with ISO 5754. The data in this International Standard
were obtained using an unnotched Charpy specimen.
6.9 Compressive yield strength
The compressive yield strength shall be determined in accordance with ISO 14317. For certain heat-treated
materials listed in the tables, the hardenability is not sufficient to completely through-harden the 9,00 mm
diameter test specimen. Due to variation in hardenability among the heat-treated steels listed in the tables, the
compressive yield strength data are appropriate only for 9,00 mm sections. Typically, smaller cross-sections
have higher compressive yield strengths and larger sections have somewhat lower strengths due to the
hardenability response. Since the cross-section of the tensile yield test specimen is smaller than the
compressive yield specimen, a direct correspondence between tensile and compressive yield strength data is
not possible.
6.10 Transverse rupture strength
The transverse rupture strength shall be determined in accordance with ISO 3325.
The strength formula in ISO 3325 is strictly valid only for non-ductile materials; nevertheless, it is widely used
for materials that bend at fracture, and is useful for establishing comparative strengths. Data for such
materials are included as typical properties in ISO 3325.
6.11 Fatigue strength
6.11.1 General
The number of cycles survived should be stated with each strength listed.
7
For PM ferrous materials, like wrought ferrous materials, fatigue strengths of 10 cycles in duration using
unnotched specimens are considered to be sustainable indefinitely and are therefore considered to be fatigue
7
limits (also termed endurance limits). By contrast, non-ferrous PM materials do not have 10 cycle maximum
fatigue strengths sustainable for indefinite times and these stress limits therefore simply remain as the fatigue
7
strength at 10 cycles.
The fatigue limits in this International Standard were generated through statistical analysis of the test data.
Due to the limited number of data points available for the analysis, these fatigue strengths were determined as
7
the 90 % survival stress, i.e. the fatigue stress at which 90 % of the test specimens survived 10 cycles.
There are three methods of stressing the test specimens and each gives different fatigue strengths. These are
described in 6.11.2 to 6.11.4.
6.11.2 Rotating bending fatigue strength
This test method uses a machined, round, smooth test specimen (in accordance with ISO 3928), with an R. R.
Moore testing machine. Testing is conducted in accordance with ISO 1143. The specimen is held at one end
and rotated while it is stressed at the other end. The surface of the test bar is the most highly stressed area
and the centre line has a neutral stress. This test method gives the highest fatigue strength.
6.11.3 Plane-bending fatigue strength
This method used for plane-bending fatigue uses a standard sintered fatigue test bar (in accordance with
ISO 3928) that is subjected to an alternating stress. This test method gives a slightly lower fatigue strength
than the rotating bending fatigue test, as more of the cross-sectional area is subjected to the stress.
Evaluation of fatigue strength is done according to the staircase method described in MPIF Standard 56.
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ISO 5755:2012(E)
6.11.4 Axial fatigue strength
This method uses either a machined, round or standard sintered fatigue test bar (in accordance with
ISO 3928) that is tested in a test machine by clamping both ends and subjecting the test bar to alternating
stresses where R = 1. Testing is conducted in accordance with ISO 1099. As the whole of the cross-section
is stressed, this test method gives the lowest fatigue strength.
6.12 Apparent hardness
The apparent hardness shall be determined in accordance with ISO 4498. The hardness value of a PM part
when using a conventional indentation hardness tester is referred to as “apparent hardness” because it
represents a combination of matrix hardness plus the effect of porosity. Apparent hardness measures the
resistance to indentation.
Because of possible density variations in a finished PM part, the location of critical apparent hardness
measurements should be specified on the engineering drawing of the part. As surface pore closure can affect
the apparent hardness, the surface condition should also be specified.
6.13 Coefficient of linear expansion
The coefficient of linear expansion shall be determined in accordance with ASTM E228.
7 Specifications
The chemical composition and mechanical properties are given in Tables 1 to 18.
The liquid lubricant content of materials for bearings, impregnated with liquid lubricant, shall be not less than
90 % of the measured open porosity.
8 Designations
Designations shall be in accordance with Annex A.
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Table 1 — Non-ferrous materials for bearings: bronze and bronze with graphite
a
Normative values Informative values
Grade
Chemical composition Open Radial Density Coefficient of
porosity crushing (dry) linear expansion
min. strength
Graphite Sn Cu Total other
min.
elements
max.
p K
3 6 -1
% % % % % MPa
g/cm 10 K
Bronze -C-T10-K110 8,5 to 11,0 Balance 2 27 110 6,1 18
-C-T10-K140 8,5 to 11,0 Balance 2 22 140 6,6 18
-C-T10-K180 8,5 to 11,0 Balance 2 15 180 7,0 18
Bronze with -C-T10G-K90 0,5 to 2,0 8,5 to 11,0 Balance 2 27 90 5,9 18
graphite
b
0,5 to 2,0 8,5 to 11,0 Balance 2 25 110 6,0 18
-C-T10G-K110
-C-T10G-K120 0,5 to 2,0 8,5 to 11,0 Balance 2 22 120 6,4 18
b
0,5 to 2,0 8,5 to 11,0 Balance 2 19 170 6,5 18
-C-T10G-K170
-C-T10G-K160 0,5 to 2,0 8,5 to 11,0 Balance 2 17 160 6,8 18
-C-T10G-K115 3 to 5 8,5 to 11,0 Balance 2 11 115 6,8 19
a
All materials can be oil-impregnated.
b
These materials have a higher strength than would be expected from the porosity listed, which may require different sintering parameters.
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Table 2 — Ferrous materials for bearings: iron, iron-copper, iron-bronze and iron-carbon graphite
a
Grade Normative values Informative values
Open Radial Density Coefficient
Chemical composition porosity crushing (dry) of linear
min. strength expansion
C Cu Sn Graphite Fe Total other
b
elements
combined
max.
p K
3 6 1
% % % % % % % MPa g/cm 10 K
-F-00-K170 <0,3 Balance 2 22 >170 5,8 12
Iron
-F-00-K220 <0,3 Balance 2 17 >220 6,2 12
-F-00C2-K200 <0,3 1 to 4 Balance 2 22 >200 5,8 12
-F-00C2-K250 <0,3 1 to 4 Balance 2 17 >250 6,2 12
-F-03C22-K150 <0,5 18 to 25 Balance 2 18 >150 6,4 13
Iron copper
-F-03C22G-K150 <0,5 18 to 25 0,3 to 1,0 Balance 2 18 >150 6,4 13
d
<0,5 18 to 25 1,0 to 3,0 Balance 2 18 >200 6,4 13
-F-03C22G-K200
-F-03C25T-K120 <0,5 20 to 30 1,0 to 3,0 Balance 2 17 120 to 250 6,4 13
-F-03C36T-K90 <0,5 34 to 38 3,5 to 4,5 0,3 to 1,0 Balance 2 24 90 to 265 5,8 14
-F-03C36T-K120 <0,5 34 to 38 3,5 to 4,5 0,3 to 1,0 Balance 2 19 120 to 345 6,2 14
c
Iron bronze
-F-03C45T-K70 <0,5 43 to 47 4,5 to 5,5 <1,0 Balance 2 24 70 to 245 5,6 14
-F-03C45T-K100 <0,5 43 to 47 4,5 to 5,5 <1,0 Balance 2 19 100 to 310 6,0 14
-F-03G3-K70 <0,5 2,0 to 3,5 Balance 2 20 70 to 175 5,6 12
Iron-carbon
c
graphite
-F-03G3-K80 <0,5 2,0 to 3,5 Balance 2 13 80 to 210 6,0 12
a
All materials can be oil-impregnated.
b
On the basis of iron phase only.
c
The range of values given for radial crushing strength (K) indicates the necessity to maintain a balance between combined carbon and free graphite.
d
This material has a higher strength than would be expected from the porosity listed, which may require different sintering parameters.
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Table 3 — Ferrous materials for structural parts: iron and carbon steel — As sintered
Grade Normative values Informative values
Tensile
yield
Chemical composition
strength
min.
C Cu Fe Total
combined other
elements
max.
R R R A (0,1 %)
p0,2 m p0,2 25
3
% % % % MPa g/cm MPa MPa % GPa J MPa MPa MPa HV5 Rockwell
-F-00-100 < 0,3 - Balance 2 100 6,7 170 120 3 120 0,25 8 120 340 65 60 60 HRF
Iron -F-00-120 < 0,3 - Balance 2 120 7,0 210 150 4 140 0,27 24 125 500 80 75 70 HRF
-F-00-140 < 0,3 - Balance 2 140 7,3 260 170 7 160 0,28 47 130 660 100 85 80 HRF
-F-05-100 0,3 to 0,6 - Balance 2 100 6,1 170 120 <1 105 0,25 4 125 330 60 70 25 HRB
Carbon
-F-05-140 0,3 to 0,6 - Balance 2 140 6,6 220 160 1 115 0,25 5 160 440 80 90 40 HRB
steel
-F-05-170 0,3 to 0,6 - Balance 2 170 7,0 275 200 2 140 0,27 8 200 550 105 120 60 HRB
-F-08-170 0,6 to 0,9 - Balance 2 170 6,2 240 210 <1 110 0,25 4 210 420 100 110 50 HRB
Carbon
-F-08-210 0,6 to 0,9 - Balance 2 210 6,6 290 240 1 115 0,25 5 210 510 120 120 60 HRB
steel
-F-08-240 0,6 to 0,9 - Balance 2 240 7,0 390 260 1 140 0,27 7 250 690 170 140 70 HRB
These materials may be supplied with additives to improve machinability.
Properties were derived from pressed and sintered test pieces (not machined) according to ISO 2740.
a
Machined test pieces according to ISO 3928.
Density
Tensile strength
Tensile yield
strength
Elongation
Young's modulus
Poisson's ratio
Unnotched
Charpy impact
Compressive
yield strength
Transverse
rupture strength
Rotating fatigue
limit 90 %
a
survival
Apparent
hardness
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Table 4 — Ferrous materials for structural parts: carbon steel — Heat-treated
Grade Normative values Informative values
Ultimate
Chemical composition
tensile
strength
min.
C Cu Fe Total
combined other
elements
max.
R R A (0,1 %)
m m 25
3
% % % % MPa MPa % GP
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 5755
Troisième édition
2012-09-01
Matériaux métalliques frittés —
Spécifications
Sintered metal materials — Specifications
Numéro de référence
ISO 5755:2012(F)
©
ISO 2012
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Publié en Suisse
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ISO 5755:2012(F)
Sommaire Page
Avant-propos . iv
1 Domaine d'application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 2
4 Échantillonnage . 3
5 Méthodes d’essai des propriétés normatives . 3
5.1 Généralités . 3
5.2 Analyse chimique . 3
5.3 Porosité ouverte . 4
5.4 Propriétés mécaniques . 4
6 Méthodes d’essai relatives aux propriétés informatives . 5
6.1 Généralités . 5
6.2 Masse volumique . 5
6.3 Résistance à la traction . 5
6.4 Limite apparente d’élasticité en traction . 5
6.5 Allongement . 5
6.6 Module de Young . 6
6.7 Coefficient de Poisson . 6
6.8 Énergie au choc . 6
6.9 Limite apparente d’élasticité en compression . 6
6.10 Résistance à la rupture transversale . 6
6.11 Résistance à la fatigue . 7
6.12 Dureté apparente . 7
6.13 Coefficient d’expansion linéaire . 8
7 Spécifications . 8
8 Désignations . 8
Annexe A (informative) Système de désignation . 34
Annexe B (informative) Microstructures . 37
Bibliographie . 40
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ISO 5755:2012(F)
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux de
normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général confiée
aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du
comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec
la Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI,
Partie 2.
La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes
internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur
publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités membres
votants.
L'attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable de ne
pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence.
L'ISO 5755 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 119, Métallurgie des poudres, sous-comité SC 5,
Spécifications pour les matériaux de la métallurgie des poudres (à l'exclusion des métaux-durs).
Cette troisième édition annule et remplace la deuxième édition (ISO 5755:2001), dont elle constitue une
révision technique.
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NORME INTERNATIONALE ISO 5755:2012(F)
Matériaux métalliques frittés — Spécifications
1 Domaine d'application
La présente Norme internationale spécifie les exigences relatives à la composition chimique et aux propriétés
physiques et mécaniques des matériaux métalliques frittés utilisés pour les paliers et les pièces mécaniques.
Lors de la sélection de poudres métalliques, il est nécessaire de tenir compte du fait que leurs propriétés ne
sont pas seulement fonction de la composition chimique et de la masse volumique, mais aussi des méthodes
d'élaboration. Les propriétés des matériaux frittés donnant satisfaction pour des applications particulières
peuvent ne pas être nécessairement les mêmes que celles de matériaux moulés ou corroyés qui pourraient
être utilisés concurremment. Il est donc recommandé de prendre contact avec les fournisseurs pressentis.
2 Références normatives
Les documents de référence suivants sont indispensables pour l'application du présent document. Pour les
références datées, seule l'édition citée s'applique. Pour les références non datées, la dernière édition du
document de référence s'applique (y compris les éventuels amendements).
ISO 437, Aciers et fontes — Dosage du carbone total — Méthode gravimétrique après combustion
ISO 1099, Matériaux métalliques — Essais de fatigue — Méthode par force axiale contrôlée
ISO 1143, Matériaux métalliques — Essais de fatigue par flexion rotative de barreaux
ISO 2738, Matériaux métalliques frittés, à l'exclusion des matériaux-durs — Matériaux métalliques frittés
perméables — Détermination de la masse volumique, de la teneur en huile et de la porosité ouverte
ISO 2739, Bagues en métal fritté — Détermination de la résistance à l'écrasement radial
ISO 2740, Matériaux en métal fritté, à l'exclusion des métaux-durs — Éprouvettes pour essai de traction
ISO 2795, Paliers lisses — Coussinets frittés — Dimensions et tolérances
ISO 3325, Matériaux métalliques frittés, à l'exclusion des métaux-durs — Détermination de la résistance à la
rupture transversale
ISO 3928, Matériaux métalliques frittés, à l'exclusion des métaux-durs — Éprouvettes pour essais de fatigue
ISO 3954, Poudres pour emploi en métallurgie des poudres — Échantillonnage
ISO 4498, Matériaux métalliques frittés, à l'exclusion des métaux-durs — Détermination de la dureté apparente et de la
microdureté
ISO 5754, Matériaux métalliques frittés, à l'exclusion des métaux-durs — Éprouvette non entaillée pour essai de
résilience
ISO 6892-1, Matériaux métalliques — Essai de traction — Partie 1: Méthode d'essai à température ambiante
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ISO 5755:2012(F)
ISO 7625, Matériaux métalliques frittés, à l'exclusion des métaux-durs — Préparation des échantillons pour
analyse chimique en vue du dosage du carbone
ISO 14317, Matériaux métalliques frittés, à l'exclusion des métaux-durs — Détermination de la limite
d'élasticité en compression
ASTM E228, Standard Test Method for Linear Thermal Expansion of Solid Materials with a Push-Rod
Dilatometer
ASTM E1875, Standard Test Method for Dynamic Young’s Modulus, Shear Modulus, and Poisson’s Ratio by
Sonic Resonance
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s'appliquent.
3.1
résistance à la traction
R
m
capacité d’une éprouvette d'essai à résister à la rupture lorsqu'une force de traction lui est appliquée dans une
direction parallèle à son axe longitudinal – exprimée en MPa
NOTE Elle est égale à la charge maximale divisée par l'aire en section transversale d'origine.
3.2
limite apparente d'élasticité en traction
R
p0,2
charge à laquelle le matériau présente un écart de 0,2 % par rapport à la proportionnalité sur une courbe
contrainte–déformation en traction divisée par l'aire en section transversale d'origine – exprimée en MPa
3.3
module de Young
E
rapport de la contrainte normale sur la déformation correspondante pour des contraintes de traction ou de
compression inférieures à la limite proportionnelle du matériau – exprimé en GPa
3.4
coefficient de Poisson
v
valeur absolue du rapport de la déformation transversale sur la déformation axiale correspondante, résultant
d’une contrainte axiale uniformément répartie inférieure à la limite proportionnelle du matériau
3.5
énergie au choc
mesurage de l’énergie absorbée lors de la rupture d’une éprouvette avec un seul coup – exprimée en
Joules (J)
3.6
limite apparente d’élasticité en compression
contrainte à laquelle un matériau présente un allongement permanent spécifié – exprimée en MPa
3.7
résistance à la rupture transversale
contrainte, calculée à partir de la formule de résistance à la flexion, requise pour rompre une éprouvette ayant
des dimensions données – exprimée en MPa
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3.8
résistance à la fatigue
contrainte alternée maximale qui peut être supportée pendant un nombre spécifique de cycles sans rupture, la
contrainte étant inversée à chaque cycle, sauf indication contraire – exprimée en MPa
3.9
résistance à l’écrasement radial
contrainte radiale nécessaire pour rompre une partie cylindrique creuse ayant des dimensions spécifiées –
exprimée en MPa
3.10
masse volumique
3
masse par unité de volume du matériau – exprimée en g/cm
3.11
dureté apparente
résistance d’un matériau MP (poudres métalliques) à la pénétration, soumise à essai dans des conditions
spécifiées; pour les matériaux MP; elle dépend de la masse volumique du matériau
3.12
porosité ouverte
quantité d’huile après imprégnation complète, divisée par le volume de l’éprouvette d’essai, et multipliée par
100 – exprimée comme une fraction volumique en pourcentage
3.13
coefficient d’expansion linéaire
6 1
variation de longueur par unité de longueur divisée par la variation de température – exprimé en 10 K
4 Échantillonnage
L’échantillonnage de poudres destinées à produire des éprouvettes d’essai normalisées doit être effectué
conformément à l'ISO 3954.
5 Méthodes d’essai des propriétés normatives
5.1 Généralités
Les méthodes d'essai ci-après doivent être appliquées pour la détermination des propriétés normatives
mentionnées dans les Tableaux 1 à 18.
5.2 Analyse chimique
Le tableau de composition chimique répertorie pour chaque matériau les principaux éléments en pourcentage
minimal et maximal en masse avant qu'ait eu lieu tout traitement supplémentaire, tel qu'une imprégnation
d'huile, une imprégnation de résine ou un traitement thermique. «Autres éléments» peut inclure des quantités
mineures d'éléments ajoutés pour des besoins spécifiques et la valeur correspondante est signalée sous la
forme d'un pourcentage maximal.
En cas de litige, mais aussi à chaque fois que cela est possible, les méthodes d'analyse chimique choisies
doivent être celles spécifiées dans les Normes internationales appropriées. En l’absence de Norme
internationale traitant du sujet, la méthode peut faire l’objet d’un accord et être spécifiée lors de l'appel d'offres
et de la commande.
Des échantillons destinés à déterminer le dosage du carbone total doivent être préparés conformément à
l’ISO 7625. La détermination du dosage du carbone total doit être conforme à l’ISO 437.
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ISO 5755:2012(F)
5.3 Porosité ouverte
La porosité ouverte doit être déterminée conformément à l'ISO 2738.
5.4 Propriétés mécaniques
5.4.1 Généralités
Les propriétés mécaniques de matériaux à l’état fritté indiquées dans les Tableaux 1 à 18 ont été déterminées
sur des éprouvettes d’essai obtenues par compression et frittage qui présentent une composition chimique
représentative. Les propriétés mécaniques des matériaux ayant subi un traitement thermique données dans
les Tableaux 1 à 18 ont été déterminées sur des barres d'essai qui ont été obtenues soit par compression et
frittage, soit par usinage à partir de flans obtenus par compression et frittage. Leur objet est de servir de guide
pour la sélection initiale de matériaux (voir également l’Article 1). Elles peuvent aussi servir de base pour
spécifier des essais particuliers qui peuvent être mentionnés sur le plan de la pièce.
Les propriétés mécaniques ne doivent ni être calculées à partir des valeurs de dureté, ni être déterminées sur
des éprouvettes de traction prélevées dans une pièce et utilisées pour vérifier les valeurs données dans les
Tableaux 1 à 18. Si le client exige qu'un certain niveau de propriétés mécaniques doit être obtenu par des
essais sur la pièce, il doit se mettre d'accord sur celles-ci avec le fournisseur. Ces propriétés doivent alors
figurer sur le plan et/ou dans toute documentation technique spécifique fournie par le client et à laquelle le
plan se réfère.
5.4.2 Propriétés en traction
La résistance ultime à la traction et la limite apparente d'élasticité doivent être déterminées conformément à
l'ISO 2740 et à l'ISO 6892-1. Pour les matériaux traités thermiquement, la résistance à la traction et la limite
apparente d'élasticité sont approximativement égales et, dans ce cas, la résistance à la traction est spécifiée.
Les limites apparentes d'élasticité (de matériaux à l'état fritté) et les résistances ultimes à la traction (de
matériaux traités thermiquement) normatives sont indiquées sous la forme de valeurs minimales. Ces
résistances peuvent être utilisées lors de la conception d’applications avec des pièces MP. Pour sélectionner
un matériau optimal à la fois en ce qui concerne les propriétés et le caractère économique, il est essentiel de
discuter de l'application de la pièce avec le fabricant de pièces MP.
Les valeurs minimales ont été développées à partir des éprouvettes de traction préparées spécifiquement
pour évaluer les matériaux MP.
Les éprouvettes de traction usinées à partir de pièces vendues dans le commerce peuvent avoir des
propriétés différentes de celles obtenues à partir d'éprouvettes de traction préparées. Pour évaluer la
résistance de la pièce, il est recommandé que l'essai d'épreuve statique ou dynamique soit agréé par
l'acheteur et le fabricant et soit exécuté sur le premier lot de production de pièces. Les résultats des essais
jusqu'à la rupture peuvent être utilisés pour déterminer statistiquement une force de rupture minimale pour les
futurs lots de production.
Il peut également être démontré que la résistance est acceptable en traitant des éprouvettes de traction
préparées spécifiquement pour évaluer des matériaux MP fabriqués à partir du même lot de poudres que les
pièces de production et traités avec celles-ci.
Comme indiqué ci-dessus, les essais de barres d’essai usinées à partir du composant MP représentent la
méthode la moins souhaitable pour démontrer des propriétés minimales.
En ce qui concerne les propriétés de matériaux traités thermiquement, les barres d'essai sont trempées et
revenues pour augmenter la résistance, la dureté et la résistance à l'usure. Le revenu est essentiel pour
développer les propriétés indiquées dans la présente Norme internationale. Un équipement de traitement
thermique, qui utilise une atmosphère gazeuse ou le vide, est recommandé. L'utilisation de sels liquides n'est
pas recommandée en raison du piégeage des sels dans les porosités, ce qui provoque un «suintage de sel»
et une «corrosion interne». Certains matériaux peuvent être traités thermiquement directement après le
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processus de frittage en commandant la vitesse de refroidissement à l'intérieur du four de frittage. Ce
processus est connu habituellement sous le nom de «durcissement – frittage». Les matériaux traités de cette
manière requièrent également un revenu pour développer leurs résistances optimales.
5.4.3 Résistance à l’écrasement radial
La résistance à l'écrasement radial doit être déterminée conformément à l'ISO 2739. Les éprouvettes à utiliser
pour les essais doivent avoir une épaisseur de paroi comprise dans la plage couverte par l'ISO 2795. Au cas
où l'épaisseur des éprouvettes d’essai serait en dehors de cette plage, les valeurs de résistance à
l'écrasement radial sont différentes et doivent faire l’objet d’un accord entre le client et le fournisseur.
6 Méthodes d’essai relatives aux propriétés informatives
6.1 Généralités
Des valeurs caractéristiques sont données pour chaque matériau. Celles-ci incluent la résistance à la traction
et la limite apparente d'élasticité. Ces valeurs caractéristiques sont données à titre de lignes directrices
générales seulement. Il convient de ne pas les utiliser comme valeurs minimales.
Il convient que ces propriétés caractéristiques puissent être obtenues par le biais d'un processus de
fabrication normale. À nouveau, il convient que l'acheteur et le fabricant se mettent d'accord sur tous les
essais spécifiques des composants.
6.2 Masse volumique
3
La masse volumique est exprimée en grammes par centimètre cube (g/cm ). La masse volumique doit être
déterminée conformément à l'ISO 2738. La masse volumique est normalement déterminée après l'élimination
de toutes les huiles ou de tous les matériaux non métalliques des porosités et elle est connue sous le nom de
«masse volumique sèche». La «masse volumique humide» est parfois signalée sur des paliers ou des pièces
de production. Il s'agit de la masse par unité de volume comprenant tout matériau huileux ou non métallique
qui a imprégné le composant.
6.3 Résistance à la traction
La résistance à la traction doit être déterminée conformément à l’ISO 2740 et à l’ISO 6892-1.
6.4 Limite apparente d’élasticité en traction
La limite apparente d’élasticité en traction doit être déterminée conformément à l’ISO 2740 et à l’ISO 6892-1.
6.5 Allongement
L’allongement (plastique) doit être déterminé conformément à l’ISO 6892-1. Il est exprimé en pourcentage de
la longueur initiale entre repères (habituellement 25 mm) et est basé sur le mesurage de l’augmentation de la
longueur entre repères après la rupture, sous réserve que la rupture ait lieu dans la longueur entre repères.
L’allongement peut également être mesuré avec un extensomètre du type à séparation sur une éprouvette de
traction. La courbe contrainte-déformation enregistrée affiche l’allongement total (élastique et plastique). La
déformation élastique doit être soustraite de l’allongement total pour donner l’allongement plastique (celui-ci
peut parfois être fourni avec le logiciel de la machine d’essai).
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ISO 5755:2012(F)
6.6 Module de Young
Le module de Young doit être déterminé conformément à l’ASTM E1875. Les données pour les constantes
élastiques dans la présente Norme internationale ont été générées à partir d’essais à la fréquence de
résonance. L’équation établissant une relation entre les trois constantes élastiques est la suivante:
vE21G
où
v est le coefficient de Poisson;
E est le module de Young;
G est le module de cisaillement.
6.7 Coefficient de Poisson
Le coefficient de Poisson doit être déterminé conformément à l’ASTM E1875.
6.8 Énergie au choc
L’énergie au choc doit être déterminée conformément à l’ISO 5754. Les données dans la présente Norme
internationale ont été obtenues en utilisant une éprouvette Charpy non entaillée.
6.9 Limite apparente d’élasticité en compression
La limite apparente d’élasticité en compression doit être déterminée conformément à l’ISO 14317. Pour
certains matériaux traités thermiquement répertoriés dans les tableaux, la trempabilité n’est pas suffisante
pour durcir complètement sur toute l’épaisseur d’une éprouvette d’essai ayant un diamètre 9,00 mm. Du fait
de la variation de la trempabilité entre les différents aciers traités thermiquement répertoriés dans les
tableaux, les données de limite apparente d’élasticité en compression ne sont appropriées que pour les
sections de 9,00 mm. Habituellement, les sections transversales plus petites présentent des limites
apparentes d’élasticité en compression plus élevées et les sections plus grandes des limites apparentes
d’élasticité légèrement inférieures, en raison de la réponse de la trempabilité. Comme la section transversale
de l’éprouvette pour l’essai de limite apparente d’élasticité en traction est plus petite que l’éprouvette pour
l’essai de limite apparente d’élasticité en compression, une correspondance directe entre les données de
limite apparente d’élasticité en traction et de limite apparente d’élasticité en compression n’est pas possible.
6.10 Résistance à la rupture transversale
La résistance à la rupture transversale doit être déterminée conformément à l'ISO 3325.
La formule relative à la résistance spécifiée dans l’ISO 3325 est valide au sens strict uniquement pour des
matériaux non ductiles. Néanmoins, elle est largement utilisée pour des matériaux qui fléchissent au moment
de la rupture et elle est utile pour établir les résistances comparatives. Des données pour de tels matériaux
sont incluses en tant que propriétés habituelles dans l’ISO 3325.
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ISO 5755:2012(F)
6.11 Résistance à la fatigue
6.11.1 Généralités
Il convient de mentionner le nombre de cycles auxquels la pièce a survécu, chaque résistance étant
consignée.
Pour les matériaux ferreux MP, comme pour les matériaux ferreux corroyés, des résistances à la fatigue d'une
7
durée de 10 cycles en utilisant des éprouvettes sans entaille sont considérées comme pouvant être
indéfiniment constantes et sont par conséquent considérées comme étant des limites de fatigue (également
appelées limites d'endurance). Inversement, les matériaux MP non ferreux n'ont pas de résistances à la
7
fatigue maximales pour 10 cycles qui peuvent être indéfiniment constantes, par conséquent ces limites de
7
contrainte restent simplement la résistance à la fatigue pour 10 cycles.
Les limites de fatigue dans la présente Norme internationale ont été générées à partir d'une analyse
statistique des données d'essai. En raison du nombre limité de points de données disponibles pour l'analyse,
ces résistances à la fatigue ont été déterminées comme étant la contrainte de survie à 90 %, c'est-à-dire la
7
contrainte de fatigue à laquelle 90 % d'éprouvettes d'essai ont survécu aux 10 cycles.
Il existe trois méthodes d'application des contraintes aux éprouvettes d'essai et chacune donne des
résistances à la fatigue différentes. Celles-ci sont décrites de 6.11.2 à 6.11.4.
6.11.2 Résistance à la fatigue en flexion rotative
Cette méthode d'essai utilise une éprouvette d'essai usinée, lisse et ronde (conformément à l’ISO 3928), avec
une machine d'essai de R. R. Moore. Les essais sont effectués conformément à l’ISO 1143. L'éprouvette est
maintenue à une première extrémité et mise en rotation alors qu'une contrainte lui est appliquée à l'autre
extrémité. La surface de la barre d'essai est la zone qui est soumise à la contrainte la plus élevée et l'axe
central a une contrainte nulle. Cette méthode d'essai donne la résistance à la fatigue la plus élevée.
6.11.3 Résistance à la fatigue en flexion plane
Cette méthode utilisée pour la fatigue en flexion plane utilise une barre d'essai de fatigue frittée et normalisée
(conformément à l’ISO 3928) qui est soumise à une contrainte alternée. Cette méthode d'essai donne une
résistance à la fatigue légèrement inférieure à celle obtenue lors de l'essai de fatigue en flexion rotative, car
une plus grande partie de l'aire en section transversale est soumise à la contrainte. L’évaluation de la
résistance à la fatigue est effectuée conformément à la méthode d’essai de fatigue en escalier décrite dans la
norme MPIF 56.
6.11.4 Résistance à la fatigue axiale
Cette méthode utilise une barre d'essai de fatigue frittée et normalisée ou usinée et ronde (conformément à
l’ISO 3928) qui est soumise à essai dans une machine d'essai en serrant les deux extrémités et en
soumettant la barre d'essai à des contraintes alternées où R 1. Les essais sont effectués conformément à
l’ISO 1099. Comme la totalité de la section transversale est soumise à la contrainte, cette méthode d'essai
donne la résistance à la fatigue la plus faible.
6.12 Dureté apparente
La dureté apparente doit être déterminée conformément à l’ISO 4498. La valeur de dureté d'une pièce MP,
quand une machine d'essai de dureté classique à empreintes est utilisée, est appelée «dureté apparente» du
fait qu'elle représente une combinaison de la dureté de la matrice plus l'effet de la porosité. La dureté
apparente mesure la résistance à la pénétration.
En raison des variations possibles de masse volumique dans une pièce MP finie, il convient de spécifier
l'emplacement des mesurages de dureté apparente critique sur les plans de conception de la pièce. Comme
la fermeture de pores en surface peut avoir une influence sur la détermination de la dureté apparente, il
convient également de spécifier l'état de surface.
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ISO 5755:2012(F)
6.13 Coefficient d’expansion linéaire
Le coefficient d’expansion linéaire doit être déterminé conformément à l’ASTM E228.
7 Spécifications
La composition chimique et les propriétés mécaniques sont indiquées dans les Tableaux 1 à 18.
La teneur en lubrifiant liquide des matériaux pour paliers imprégnés de lubrifiant liquide ne doit pas être
inférieure à 90 % de la porosité ouverte mesurée.
8 Désignations
Les désignations doivent être conformes à l’Annexe A.
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Tableau 1 — Matériaux non ferreux pour paliers: bronze et bronze au graphite
a Valeurs normatives Valeurs informatives
Nuance
Porosité Résistance Masse Coefficient
Composition chimique
ouverte à l’écrase- volumique d’expansion
min. ment radial (sèche) linéaire
Graphite Sn Cu Total autres
min.
éléments
max.
p K
3 6 1
% % % % % MPa 10 K
g/cm
Reste
Bronze -C-T10-K110 8,5 à 11,0 2 27 110 6,1 18
Reste
-C-T10-K140 8,5 à 11,0 2 22 140 6,6 18
Reste
-C-T10-K180 8,5 à 11,0 2 15 180 7,0 18
Reste
Bronze au -C-T10G-K90 0,5 à 2,0 8,5 à 11,0 2 27 90 5,9 18
graphite
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