CA2077315C - Alliages d'al pour emboutissage-etirage resistants formables et isotropes - Google Patents
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- CA2077315C CA2077315C CA002077315A CA2077315A CA2077315C CA 2077315 C CA2077315 C CA 2077315C CA 002077315 A CA002077315 A CA 002077315A CA 2077315 A CA2077315 A CA 2077315A CA 2077315 C CA2077315 C CA 2077315C
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Abstract
L'invention concerne des alliages à base d'A1 destinés à l'emboutissage et/ou à l'étirage et présentant des caractéristiques mécaniques de résistance élevées ainsi qu'une bonne isotropie (faible taux de cornes) et une bonne formabilité à froid. Les alliages selon l'invention possèdent les compositions pondérales suivantes (%): Fe ~ 0,25; Si ~ 0,25; Mn de 0,8 à 1,6; Mg de 0,7 à 2,5; Cu de 0 à 0,6; Cr de 0 à 0,35; Ti de 0 à 0,1; V de 0 à 0,1; Reste Al et impuretés inévitables, chacune ~ 0,05%; total ~ 0,15%. L'invention concerne aussi des alliages qui possèdent les compositions pondérales suivantes (1%): Fe de 0,7 à 1,5; Si ~ 0,4; Mn ~ 0,8; Mg de 1,5 à 3; Cu de 0 à 0,6; Cr de 0 à 0,35; Ti de 0 à 0,1; V de 0 à 0,1; reste Al et impuretés inévitables ~ 0,05 à ~ 0,15. Ces alliages sont particulièrement bien adaptés pour la fabrication de boîtes étirées, particulièrement de boîtes-boissons, plus légères et/ou plus résistantes avec une économie de matière accrue, la gamme de fabrication étant tout à fait comparable à celle des alliages classiques (3004/3104), avec omission éventuelle des recuits intermédiaires.
Description
,1.
ALLIAGES D'AL POUR EMBOUTISSAGE-ETIRAGE RESISTANTS, FORMABLES ET
ISOTROPES
L'invention concerne des alliages â base d'A1 destinés à l'emboutissage et/ou à l'étirage et présentant des caractéristiques mécaniques de résistance élevées ainsi qu'une bonne isotropie (faible taux de cornes) et une bonne formabilité à froid.
On sait que les alliages habituellement utilisés pour la fabrication de corps de boites étirées sont les alliages 3004 ou 3104, suivant les désignations de l'Aluminum Association.
L' évolution actuelle pousse â rechercher des alliages â la fois plus résistants mécaniquement, ce qui permet corrélativement de diminuer les épaisseurs de paroi pour une application donnée, et plus isotropes c'est-à-dire à faible taux de cornes lors de l'emboutissage et/ou de l'étirage afin d'améliorer le taux d'utilisation de l'alliage, tout en restant suffisamment formables à froid. Or, pour les alliages classiques cités ci-dessus, la première et les 2 dernières propriétës sont relativement contradictoires.
Ainsi dans le brevet US-A-4318755 des alliages de ce type sont revendiqués mais leurs caractéristiques mécaniques à l'ëtat écroui restent relativement modestes R : 280-300 MPa, E 0,2 : 250-280 MPa et A%:
ALLIAGES D'AL POUR EMBOUTISSAGE-ETIRAGE RESISTANTS, FORMABLES ET
ISOTROPES
L'invention concerne des alliages â base d'A1 destinés à l'emboutissage et/ou à l'étirage et présentant des caractéristiques mécaniques de résistance élevées ainsi qu'une bonne isotropie (faible taux de cornes) et une bonne formabilité à froid.
On sait que les alliages habituellement utilisés pour la fabrication de corps de boites étirées sont les alliages 3004 ou 3104, suivant les désignations de l'Aluminum Association.
L' évolution actuelle pousse â rechercher des alliages â la fois plus résistants mécaniquement, ce qui permet corrélativement de diminuer les épaisseurs de paroi pour une application donnée, et plus isotropes c'est-à-dire à faible taux de cornes lors de l'emboutissage et/ou de l'étirage afin d'améliorer le taux d'utilisation de l'alliage, tout en restant suffisamment formables à froid. Or, pour les alliages classiques cités ci-dessus, la première et les 2 dernières propriétës sont relativement contradictoires.
Ainsi dans le brevet US-A-4318755 des alliages de ce type sont revendiqués mais leurs caractéristiques mécaniques à l'ëtat écroui restent relativement modestes R : 280-300 MPa, E 0,2 : 250-280 MPa et A%:
2-4% pour garantir une formabilité en emboutissage-étirage acceptable, tout en conservant une bonne isotropie.
Les alliages à base d'A1 selon l'invention, qui présentent à la fois des caractéristiques mécaniques élevées, une bonne isotropie et une bonne formabilité appartiennent à deux familles distinctes, l'une (I) dérivée des alliages 3004 classiques, l'autre (II) contenant essentiellement des additions de Fe et de Mg.
Ils se distinguent de l'art antérieur par deux caractéristiques analytiques essentielles, soit une teneur en Mn "classique" associée à
une basse teneur en fer., soit, au contraire, une teneur en Fe élevée associée à une faible teneur en Mn. De plus, une teneur en Cu relativement élevée est préférée.
Selon la présente invention, il est prévu un alliage à base d'Al destiné à l'emboutissage et/ou l'étirage, caractérisé en ce qu'il comprend essentiellement (en poids) Fe <_ 0, 25 Si <_ 0,25 Mn de 0, 8 à 1, 6 Mg de 0, 7 à 2, 5 (I) Cu de 0 à 0, 6 Cr de 0 à 0,35 Ti de 0 à 0, 1 V de 0 à 0,1 autres éléments:
chacun < 0,05 Total: <_ 0,15 Reste A1 et en ce que la relation suivante est respectée:
Mn - 2,25% Fe z 0,05.
Dans un autre mode de réalisation, la composition pondérale de l'alliage est la suivante:
Fe de 0,7, 1,5 Si <_ 0,4 Mn ~ 0,8 Mg de 1, 5 3 Cu de 0 0, 6 (II) Cr de 0 0,35 Ti de 0 0, 1 V de 0 0,1 autres lments:
chacun s 0,05 Total: s 0,15 Reste A1.
Selon la présente invention, il est également prévu une tôle 2a ou bande laminée en alliage à base d'Al destinée à
l'emboutissage et/ou l'étirage, caractérisée en ce que l'alliage comprend(en poids ~):
Mn de 0,8 à 1,6 Mg de 0,7 à 2,5 Cu de 0 à 0,6 Cr de 0 à 0,35 Ti de 0 à 0,1 V de 0 à 0,1 autres éléments:
chacun s 0,05 Total: s 0,15 Reste A1 et caractérisée en ce que les teneurs en Fe et Si sont contrôlées chacune à moins de 0,25% et en ce qu'à l'état homogénéisé ou à l' état laminé à chaud, la structure de la tôle ou bande laminée est constituée d'une matrice à base d'Al contenant de précipités primaires et secondaires régulièrement répartis, en l'absence de "bandes blanches".
Selon la présente invention, il est également prévu un alliage à base d'Al destiné à l'emboutissage et/ou l'étirage, caractérisé en ce qu'il inclut (en poids %):
Fe < 0, 25 Si < 0,25 Mn de 1, 05 à 1, 6 Mg de 0,7 à 2,5 Cu de 0,20 à 0,6 Cr de 0 à 0, 35 Ti de 0 à 0, 1 V de 0 à 0,1 autres éléments:
chacun < 0,05 Total: < 0,15 Reste Al ledit alliage étant sous la forme d'une tôle ou bande laminée 2b obtenue par coulée en lingots ou en bandes, homogénéisation ou un rêchauffage desdits lingots ou bandes, un laminage à
chaud, un laminage à froid sans recuits) intermédiaire(s), le taux de déformation à froid étant supérieur à 50ô, ledit alliage étant sensiblement sans "bandes blanches" dans la structure micrographique de lingots ou bandes après homogénéisation ou réchauffage.
Selon la présente invention, il est également prévu un alliage l0 à base d'Al destiné à l'emboutissage et/ou l'étirage, caractérisé en ce qu'il inclut (en poids %):
Fe < 0,15 Si < 0,25 Mn de 1,2 à 1,6 Mg de o,8 â 1,2 Cu de 0,2 â 0,6 Cr de 0 â 0,35 Ti de 0 à 0,1 V de 0 à 0,1 20 autres éléments:
chacun < 0,05 Total: < 0,15 Reste A1 ledit alliage étant sous la forme d'une tôle ou bande laminée obtenue par coulée en lingots ou en bandes, homogénéisation ou un réchauffage desdits lingots ou bandes, un laminage à
chaud, un laminage â froid sans recuits) intermédiaire(s), le taux de déformation à froid étant supérieur à 50~, ledit alliage étant sensiblement sans "bandes blanches" dans la 30 structure micrographique de lingots ou bandes après homogénéisation ou réchauffage.
Dans les compositions (I), une teneur en Cu supérieure ou égale à 0,20 ou même o,25~ est préférable. De même, il est préférable d'avoir une teneur en Fe s 0,20, ou mieux inférieure à 0,15.
2c De plus, il a été observé que, de préférence, les teneurs en Mn, Fe et Mg doivent être limitées, pour éviter la précipitation grossière de composés primaires, précipités qui sont néfastes et provoquent des défauts lors des opérations ultérieures de laminage et/ou emboutissage-étirage; dans ce cas, la relation à observer est la suivante:
~ Mn + 0,9~ Fe + 0,3~ Mg <_ 1,9.
Ainsi on obtient des taux de déformation à froid, définis par:
(épaisseur initiale - épaisseur finale)/épaisseur initiale, supérieurs à 50~, ou même 60 ou 65~, sans recuits) intermédiaire(s), tout en conservant une isotropie élevée.
Les alliages à base d'A1 selon l'invention, qui présentent à la fois des caractéristiques mécaniques élevées, une bonne isotropie et une bonne formabilité appartiennent à deux familles distinctes, l'une (I) dérivée des alliages 3004 classiques, l'autre (II) contenant essentiellement des additions de Fe et de Mg.
Ils se distinguent de l'art antérieur par deux caractéristiques analytiques essentielles, soit une teneur en Mn "classique" associée à
une basse teneur en fer., soit, au contraire, une teneur en Fe élevée associée à une faible teneur en Mn. De plus, une teneur en Cu relativement élevée est préférée.
Selon la présente invention, il est prévu un alliage à base d'Al destiné à l'emboutissage et/ou l'étirage, caractérisé en ce qu'il comprend essentiellement (en poids) Fe <_ 0, 25 Si <_ 0,25 Mn de 0, 8 à 1, 6 Mg de 0, 7 à 2, 5 (I) Cu de 0 à 0, 6 Cr de 0 à 0,35 Ti de 0 à 0, 1 V de 0 à 0,1 autres éléments:
chacun < 0,05 Total: <_ 0,15 Reste A1 et en ce que la relation suivante est respectée:
Mn - 2,25% Fe z 0,05.
Dans un autre mode de réalisation, la composition pondérale de l'alliage est la suivante:
Fe de 0,7, 1,5 Si <_ 0,4 Mn ~ 0,8 Mg de 1, 5 3 Cu de 0 0, 6 (II) Cr de 0 0,35 Ti de 0 0, 1 V de 0 0,1 autres lments:
chacun s 0,05 Total: s 0,15 Reste A1.
Selon la présente invention, il est également prévu une tôle 2a ou bande laminée en alliage à base d'Al destinée à
l'emboutissage et/ou l'étirage, caractérisée en ce que l'alliage comprend(en poids ~):
Mn de 0,8 à 1,6 Mg de 0,7 à 2,5 Cu de 0 à 0,6 Cr de 0 à 0,35 Ti de 0 à 0,1 V de 0 à 0,1 autres éléments:
chacun s 0,05 Total: s 0,15 Reste A1 et caractérisée en ce que les teneurs en Fe et Si sont contrôlées chacune à moins de 0,25% et en ce qu'à l'état homogénéisé ou à l' état laminé à chaud, la structure de la tôle ou bande laminée est constituée d'une matrice à base d'Al contenant de précipités primaires et secondaires régulièrement répartis, en l'absence de "bandes blanches".
Selon la présente invention, il est également prévu un alliage à base d'Al destiné à l'emboutissage et/ou l'étirage, caractérisé en ce qu'il inclut (en poids %):
Fe < 0, 25 Si < 0,25 Mn de 1, 05 à 1, 6 Mg de 0,7 à 2,5 Cu de 0,20 à 0,6 Cr de 0 à 0, 35 Ti de 0 à 0, 1 V de 0 à 0,1 autres éléments:
chacun < 0,05 Total: < 0,15 Reste Al ledit alliage étant sous la forme d'une tôle ou bande laminée 2b obtenue par coulée en lingots ou en bandes, homogénéisation ou un rêchauffage desdits lingots ou bandes, un laminage à
chaud, un laminage à froid sans recuits) intermédiaire(s), le taux de déformation à froid étant supérieur à 50ô, ledit alliage étant sensiblement sans "bandes blanches" dans la structure micrographique de lingots ou bandes après homogénéisation ou réchauffage.
Selon la présente invention, il est également prévu un alliage l0 à base d'Al destiné à l'emboutissage et/ou l'étirage, caractérisé en ce qu'il inclut (en poids %):
Fe < 0,15 Si < 0,25 Mn de 1,2 à 1,6 Mg de o,8 â 1,2 Cu de 0,2 â 0,6 Cr de 0 â 0,35 Ti de 0 à 0,1 V de 0 à 0,1 20 autres éléments:
chacun < 0,05 Total: < 0,15 Reste A1 ledit alliage étant sous la forme d'une tôle ou bande laminée obtenue par coulée en lingots ou en bandes, homogénéisation ou un réchauffage desdits lingots ou bandes, un laminage à
chaud, un laminage â froid sans recuits) intermédiaire(s), le taux de déformation à froid étant supérieur à 50~, ledit alliage étant sensiblement sans "bandes blanches" dans la 30 structure micrographique de lingots ou bandes après homogénéisation ou réchauffage.
Dans les compositions (I), une teneur en Cu supérieure ou égale à 0,20 ou même o,25~ est préférable. De même, il est préférable d'avoir une teneur en Fe s 0,20, ou mieux inférieure à 0,15.
2c De plus, il a été observé que, de préférence, les teneurs en Mn, Fe et Mg doivent être limitées, pour éviter la précipitation grossière de composés primaires, précipités qui sont néfastes et provoquent des défauts lors des opérations ultérieures de laminage et/ou emboutissage-étirage; dans ce cas, la relation à observer est la suivante:
~ Mn + 0,9~ Fe + 0,3~ Mg <_ 1,9.
Ainsi on obtient des taux de déformation à froid, définis par:
(épaisseur initiale - épaisseur finale)/épaisseur initiale, supérieurs à 50~, ou même 60 ou 65~, sans recuits) intermédiaire(s), tout en conservant une isotropie élevée.
3 Les limitations analytiques se justifient de la façon suivante En ce qui concerne les compositions (I), pour Fe > 0,25 et/ou Si ? 0,25, i 1 y a appari ti on dans 1 a structure mi crographique de "bandes bl anches"
aprês homogénéisation ou réchauffage et laminage à chaud, zones dans lesquelles la teneur en Mn est faible favorisant ainsi l'anisotropie du matériau.
Les teneurs en Mn et Mg. sont limitées inférieurement pour obtenir une résistance mécanique suffisante ; cependant au-delâ de 1,6 % Mn, il y a apparition de particules intermétalliques primaires néfastes vis-â-vis de lo la formabilité au cours du laminage ou des opérations d'emboutissage et/ou d'étirage, et pour Mg z 2,5 %, il y a apparition de défauts à
l'étirage, par exemple le collage sur la filiëre (aussi appelée bague) et une trop grande anisotropie.
Le Cu est maintenu en dessous de 0,6 % pour respecter les normes d'alimentarité (arrêté du 27 août 1987), mais est, de préférence, tenu supérieur à 0,20% ou même 0,25% pour obtenir les hautes caractéristiques mécaniques souhaitées lors de la cuisson des revëtements.
Au-dessus de 0,35 % de Cr, il y a apparition de composés intermétalliques 2 0 primaires grossiers néfastes à la formabilité par effet d'endommagement.
Les limites supérieures en Ti et V sont justifiées par cette même raison.
Une composition préférentielle contient de 1,2 à 1,6 % Mn, de 0,8 à
1,2 % Mg, de 0,2 à 0,6 % Cu, et jusqu'â 0,25 % Cr.
En ce qui concerne les compositions (II), il est préférable que la teneur en Mn soit tenue en-dessous de 0,40%, et de préférence 0,35%.
De même, il est préférable que le Fe soit tenu au-dessus de 1,05% ou mieux 1,10%.
30 Ces deux mesures peuvent être encore préférablement conjuguées.
Les limitations analytiques des compositions (II) se justifient de la façon suivante:
au-dessous de Fe - 0,7 %, on observe des problèmes d'anisotropie élevées (cornes importantes à 45°) et des défauts de collage lors de l'étirage.
:Y.a, j,
aprês homogénéisation ou réchauffage et laminage à chaud, zones dans lesquelles la teneur en Mn est faible favorisant ainsi l'anisotropie du matériau.
Les teneurs en Mn et Mg. sont limitées inférieurement pour obtenir une résistance mécanique suffisante ; cependant au-delâ de 1,6 % Mn, il y a apparition de particules intermétalliques primaires néfastes vis-â-vis de lo la formabilité au cours du laminage ou des opérations d'emboutissage et/ou d'étirage, et pour Mg z 2,5 %, il y a apparition de défauts à
l'étirage, par exemple le collage sur la filiëre (aussi appelée bague) et une trop grande anisotropie.
Le Cu est maintenu en dessous de 0,6 % pour respecter les normes d'alimentarité (arrêté du 27 août 1987), mais est, de préférence, tenu supérieur à 0,20% ou même 0,25% pour obtenir les hautes caractéristiques mécaniques souhaitées lors de la cuisson des revëtements.
Au-dessus de 0,35 % de Cr, il y a apparition de composés intermétalliques 2 0 primaires grossiers néfastes à la formabilité par effet d'endommagement.
Les limites supérieures en Ti et V sont justifiées par cette même raison.
Une composition préférentielle contient de 1,2 à 1,6 % Mn, de 0,8 à
1,2 % Mg, de 0,2 à 0,6 % Cu, et jusqu'â 0,25 % Cr.
En ce qui concerne les compositions (II), il est préférable que la teneur en Mn soit tenue en-dessous de 0,40%, et de préférence 0,35%.
De même, il est préférable que le Fe soit tenu au-dessus de 1,05% ou mieux 1,10%.
30 Ces deux mesures peuvent être encore préférablement conjuguées.
Les limitations analytiques des compositions (II) se justifient de la façon suivante:
au-dessous de Fe - 0,7 %, on observe des problèmes d'anisotropie élevées (cornes importantes à 45°) et des défauts de collage lors de l'étirage.
:Y.a, j,
4 au-dessus de 1,5~ Fe, il y a apparition de phases primaires grossiêres et endommagement au cours du laminage et des opérations d'emboutissage et/ou d'étirage.
Au-dessus de Mn - 0,8~, il y a apparition de particules grossières néfastes au laminage ou â
l'emboutissage- étirage par endommagement. Si Mg est inférieur à 1,5~, les caractéristiques mécaniques sont insuffisantes.
l0 Si Mg est supérieur à 3~, l'anisotropie est trop forte et on observe des défauts de type collage à l' étirage .
Le Cu est maintenu en-dessous de 0,6~ pour respecter les normes d'alimentarité.
Au-dessus de Cr - 0,35, il y a apparition de précipités primaires néfastes â la formabilité
(endommagement). Les teneurs en Cr et V sont limitées supérieurement pour cette même raison.
Une composition préférée contient de 1,1 à 1,4~ Fe, de 1,6 20 à 2,5~ Mg et jusqu'à 0,25 Cr.
La mise en oeuvre des alliages selon l'invention est tout à fait analogue à celle des alliages 3004 et 3104, comme cela apparaîtra de façon détaillée dans les exemples, sauf en ce qui concerne la nécessité de recuits intermédiaires pour les alliages (I).
Selon la présente invention, il est donc prévu pour l'alliage 30 (I), objet de cette demande, un procédé d'obtention d'une bande laminée en alliage d'A1 comprenant:
- la coulée d'un alliage contenant (en poids $):
Fe <- 0,25; Si <_ 0,25; Mn de 0,8 à 1,6; Mg de 0,7 à 2,5; Cu de 0 à 0,6; Cr de 0 à 0,35; Ti de 0 à 0,1; V de 0 à 0,1;
autres éléments = chacune 5 0,05; total <_ 0,15, reste: A1 4a - une homogénéisation ou un réchauffage, un laminage à
chaud, et un laminage à froid, sans recuits) intermédiaire(s).
Dans ce procédé, de préférence %Mn - 2,25% Fe > 0,5o et le taux de dëformation à froid est supérieur à 50%.
Selon la présente invention, il est également prévu un procédé
d'obtention d'une bande laminée en alliage d'A1 destinée à
l'emboutissage et/ou à l'étirage, comprenant la coulée d'un alliage comprenant (en poids s):
Mn de 0,8 à 1,6 Mg de 0,7 à 2,5 Cu de 0 à 0 , 6 Cr de 0 à 0,35 Ti de 0_ à 0, 1 V de 0 à 0,1 autres éléments:
chacun <_ 0,05 Total: <_ 0,15 Reste A1 dans lequel Fe et Si sont contrôlés à moins de 0, 25%, avec Mn - 2,25% Fe z 0,50, une homogénéisation ou un réchauffage, un laminage à chaud, un laminage à froid, sans recuits) intermédiaire(s), le taux de déformation à froid étant supérieur à 50%.
Selon la présente invention, il est également prévu un procédé
d'obtention d'une tôle ou bande laminée, incluant:
- l'obtention d'un alliage à base d'Al incluant essentiellement (en poids %):
Fe < 0, 25 Si < 0, 25 Mn de 1, 05 à 1, 6 Mg de 0,7 à 2,5 Cu de 0,20 à 0,6 4b Cr de 0 à 0,35 Ti de 0 à 0, 1 V de 0 à 0,1 autres éléments:
chacun < 0,05 Total: < 0,15 Reste A1 - coulée dudit alliage, - laminage à chaud, - laminage à froid sans recuits intermédiaires, ledit alliage étant sensiblement sans "bandes blanches" dans la structure micrographique de lingots ou bandes après ledit homogénéisation ou réchauffage, le taux de déformation à froid étant supérieur à 50ô.
Pour l'alliage(lI)il est prévu un procédé d'obtention d'une bande laminée en alliage d'A1 comprenant:
- la coulée d' un alliage contenant ( en poids ~ ) de 0, 7 â
1,5 Fe; jusqu'à 0,4 Si; Mn 5 0,8; de 1,5 à 3 Mg; jusqu'à
0,6 Cu; jusqu'à 0;35 Cr; jusqu'â 0,1 Ti; jusqu'â 0,1 V;
impuretés: jusqu'à 0,05 chacune et 0,15 au total, - une homogénéisation ou un réchauffage, un laminage à
chaud, et un laminage à froid, sans recuits) intermédiaire(s).
De préférence, le taux de déformation â froid est supérieur à 50~.
on obtient ainsi des ébauches adaptées aux opérations d'emboutissage et d'étirage.
Les alliages (I) et (II) peuvent être laminés à froid avec recuit intermédiaire.
I1 est à noter que les produits conservent une bonne isotropie même si les taux de déformation â froid dépassent 50~, ou même 60 ou 65~ sans recuits) intermédiaire(s).
. . 5 Les différences essentielles entre les alliages 3004 classiques et les alliages.(I) selon l'invention résident dans des teneurs en Fe et/ou Si limitées, qui conduisent à des structures micrographiques sur produits laminés à chaud (en général des tôles ou bandes d'épaisseur supérieure à
3 mm) complètement différentes.
L'alliage 3004 classique est caractérisé par l'existence d'une structure comportant, outre les précipités intermétalliques primaires grossiers situés dans les zones interdendritiques et les précipités secondaires intragranulaires de fines "bandes blanches", exemptes de précipités, dans les zones interdendritiques. Au contraire, les alliages selon l'invention présentent des microstructures analogues, mais en l'absence totale de "bandes blanches".
Les alliages selon l'invention sont donc caractërisés par une répartition très homogène des précipités primaires et secondaires dans une matrice à
base d'A1 dès le stade du lingot.
Les figures 1, 2 et 3 sont des micrographies au grandissement X400 respectivement de l'alliage classique 3004 (exemple 0) et des alliages des exemples 1 (ou 3) et 2, selon l'invention, à l'état brut de laminage à chaud.
La figure 4 est un profil schématique de la répartition des précipités (fraction volumique en %) en fonction de la distance(en gym) comptée à
partir d'une zone interdendritique sur une coupe transversale d'une dendrite ayant environ 95 ~m de large pour un alliage 3004 classique (trait épais) et un alliage selon l'invention (trait mince).
L'invention sera mieux comprise à l'aide des exemples suivants, comparés à un alliage 3004 pris comme référence.
Dans ces exemples, le matériau obtenu est caractérisé par ses caractéristiques mécaniques de traction (sens travers), par l'indice de cornes S 45/90 tel que défini ci-après, et les valeurs de LDR et LIR
également définis ci-aprés.
Le t aux de cornes : S a /~ - H oc - H
H
où H a - (H + H180-a + H180~- a + 11360-a )/4 H étant la hauteur de l'embouti cylindrique dans une direction faisant un angle a avec la direction de laminage et H la hauteur moyenne de l'embouti cylindrique définie par n H = E (H a ) 1 n n étant le nombre d'extréma - 2 x nombre de cornes - voir norme NFA
50-301, juin 1976 Le LDR (iimiting drawing ratio) est la valeur du rapport . A maxi flan/
p1 poinçon sans apparition de rupture dans des conditions d'emboutissage déterminées : lubrification, pression de serre-flan, géométrie du poinçon (arrondi), épaisseur de la tôle (flan), etc.
Le LIR (limiting ironing ratio) en % est la valeur nominale du rapport LIR = 100 ( eo - ef)/eo permettant l'étirage sur poinçon d'un cylindre sans apparition de défauts dans des conditions déterrninëes de géomëtrie d'outillage (filière/
poinçon), de lubrification, d'épaisseur initiale, de nombre de passes, z0 (généralement 3), etc...., eo ëtant l'épaisseur initiale de la paroi et ef ëtant l'épaisseur finale.
Les exemples suivants (1 à 5) illustrent l'invention vis-à-vis de l'alliage 3004 pris comme rëférence (exemple 0). Les exemples 1 à 3 sont relatifs aux compositions (I) et les exemples 4 et 5 aux compositions (II).
Les alliages dont la composition chimique est reportée au tableau I ont été coulés en plateaux de 1100 x 300 x 2650 ~~m3. homogënëisés ou 3 0 réchauffés, scalpës, laminés à chaud jusqu'à 3mm d'épaisseur et à froid jusqu'à 0,3 mm d'épaisseur, avec ou sans recuit intermëdiaire dans les conditions dëtaillées au tableau 2 (état H 19), Une simulation de la cuisson des vernis a été effectuëe par maintien de 10 minutes à 204°C (état H 28).
Les résultats obtenus sont reportés au tableau 3.
f',~~~-r ~ k:
. . 7 On peut constater - que l'exemple 1 prësente des caractéristiques mécaniques élevées et une faible anisotropie avec une formabilitè comparable à celle du 3004.
- que l'exemple 2 prêsente des caractéristiques mécaniques très élevées associées à une bonne formabilité, l'isotropie étant notablement plus forte que celle du 3004 - que l'exemple 3 présente une isotropie particulièrement élevée, les caractéristiques de résistance mécanique et de formabilité étant équivalentes à celle de 3004 - que les exemples 4 et 5 présentent des caractéristiques mécaniques particulièrement élevées avec une isotropie au moins égale et une formabilité comparable â celle du 3004.
L'invention trouve une application principale dans la fabrication de boites étirées, particulièrement de boites-boissons, plus légères et/ou plus résistantes avec une économie de matière accrue, avec une gamme de fabrication tout à fait analogue à celle des alliages classiques (3004-3104), avec une simplification de la gamme de fabrication en évitant les recuits intermédiaires.
Tableau 1 Composition chimique (poids %) Exemple n° Fe Si Cu Mn Mg Ti Cr Observ.
0 0,39 0,21 0,17 0,95 1,2 0,02 - Référenc 1 0,1 0,05 0,25 1,4 1,05 0,02 - (I) 2 0,1 0,1 0,5 1,5 1 0,02 - (I) 3 0,13 0,08 0,45 1,45 0,95 0,02 - (I) 'i 4 1,25 0,12 0,6 0,03 2,05 0,02 - (II) 1,22 0,15 0,45 0,25 1,98 0,02 0,25 (II) V
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c = y O Z ~' _l 1- i' r t Tableau 3 Exemplen Etat Proprit 0* 1** 2** 3** 4** 5**
(a) H19 R0,2 (MPa) 280 305 335 290 305 350 " S45/90 (%) 8 3,5 4 2 8 5 LDR 2,08 1,95 1,92 2,01 2,1 1,96 " LIR (%) 77 73 72 75 76 73 H28 R0,2 (MPa) 265 290 312 275 270 305 * Alliage 3004 (a) Etat H16 ** selon l'invention
Au-dessus de Mn - 0,8~, il y a apparition de particules grossières néfastes au laminage ou â
l'emboutissage- étirage par endommagement. Si Mg est inférieur à 1,5~, les caractéristiques mécaniques sont insuffisantes.
l0 Si Mg est supérieur à 3~, l'anisotropie est trop forte et on observe des défauts de type collage à l' étirage .
Le Cu est maintenu en-dessous de 0,6~ pour respecter les normes d'alimentarité.
Au-dessus de Cr - 0,35, il y a apparition de précipités primaires néfastes â la formabilité
(endommagement). Les teneurs en Cr et V sont limitées supérieurement pour cette même raison.
Une composition préférée contient de 1,1 à 1,4~ Fe, de 1,6 20 à 2,5~ Mg et jusqu'à 0,25 Cr.
La mise en oeuvre des alliages selon l'invention est tout à fait analogue à celle des alliages 3004 et 3104, comme cela apparaîtra de façon détaillée dans les exemples, sauf en ce qui concerne la nécessité de recuits intermédiaires pour les alliages (I).
Selon la présente invention, il est donc prévu pour l'alliage 30 (I), objet de cette demande, un procédé d'obtention d'une bande laminée en alliage d'A1 comprenant:
- la coulée d'un alliage contenant (en poids $):
Fe <- 0,25; Si <_ 0,25; Mn de 0,8 à 1,6; Mg de 0,7 à 2,5; Cu de 0 à 0,6; Cr de 0 à 0,35; Ti de 0 à 0,1; V de 0 à 0,1;
autres éléments = chacune 5 0,05; total <_ 0,15, reste: A1 4a - une homogénéisation ou un réchauffage, un laminage à
chaud, et un laminage à froid, sans recuits) intermédiaire(s).
Dans ce procédé, de préférence %Mn - 2,25% Fe > 0,5o et le taux de dëformation à froid est supérieur à 50%.
Selon la présente invention, il est également prévu un procédé
d'obtention d'une bande laminée en alliage d'A1 destinée à
l'emboutissage et/ou à l'étirage, comprenant la coulée d'un alliage comprenant (en poids s):
Mn de 0,8 à 1,6 Mg de 0,7 à 2,5 Cu de 0 à 0 , 6 Cr de 0 à 0,35 Ti de 0_ à 0, 1 V de 0 à 0,1 autres éléments:
chacun <_ 0,05 Total: <_ 0,15 Reste A1 dans lequel Fe et Si sont contrôlés à moins de 0, 25%, avec Mn - 2,25% Fe z 0,50, une homogénéisation ou un réchauffage, un laminage à chaud, un laminage à froid, sans recuits) intermédiaire(s), le taux de déformation à froid étant supérieur à 50%.
Selon la présente invention, il est également prévu un procédé
d'obtention d'une tôle ou bande laminée, incluant:
- l'obtention d'un alliage à base d'Al incluant essentiellement (en poids %):
Fe < 0, 25 Si < 0, 25 Mn de 1, 05 à 1, 6 Mg de 0,7 à 2,5 Cu de 0,20 à 0,6 4b Cr de 0 à 0,35 Ti de 0 à 0, 1 V de 0 à 0,1 autres éléments:
chacun < 0,05 Total: < 0,15 Reste A1 - coulée dudit alliage, - laminage à chaud, - laminage à froid sans recuits intermédiaires, ledit alliage étant sensiblement sans "bandes blanches" dans la structure micrographique de lingots ou bandes après ledit homogénéisation ou réchauffage, le taux de déformation à froid étant supérieur à 50ô.
Pour l'alliage(lI)il est prévu un procédé d'obtention d'une bande laminée en alliage d'A1 comprenant:
- la coulée d' un alliage contenant ( en poids ~ ) de 0, 7 â
1,5 Fe; jusqu'à 0,4 Si; Mn 5 0,8; de 1,5 à 3 Mg; jusqu'à
0,6 Cu; jusqu'à 0;35 Cr; jusqu'â 0,1 Ti; jusqu'â 0,1 V;
impuretés: jusqu'à 0,05 chacune et 0,15 au total, - une homogénéisation ou un réchauffage, un laminage à
chaud, et un laminage à froid, sans recuits) intermédiaire(s).
De préférence, le taux de déformation â froid est supérieur à 50~.
on obtient ainsi des ébauches adaptées aux opérations d'emboutissage et d'étirage.
Les alliages (I) et (II) peuvent être laminés à froid avec recuit intermédiaire.
I1 est à noter que les produits conservent une bonne isotropie même si les taux de déformation â froid dépassent 50~, ou même 60 ou 65~ sans recuits) intermédiaire(s).
. . 5 Les différences essentielles entre les alliages 3004 classiques et les alliages.(I) selon l'invention résident dans des teneurs en Fe et/ou Si limitées, qui conduisent à des structures micrographiques sur produits laminés à chaud (en général des tôles ou bandes d'épaisseur supérieure à
3 mm) complètement différentes.
L'alliage 3004 classique est caractérisé par l'existence d'une structure comportant, outre les précipités intermétalliques primaires grossiers situés dans les zones interdendritiques et les précipités secondaires intragranulaires de fines "bandes blanches", exemptes de précipités, dans les zones interdendritiques. Au contraire, les alliages selon l'invention présentent des microstructures analogues, mais en l'absence totale de "bandes blanches".
Les alliages selon l'invention sont donc caractërisés par une répartition très homogène des précipités primaires et secondaires dans une matrice à
base d'A1 dès le stade du lingot.
Les figures 1, 2 et 3 sont des micrographies au grandissement X400 respectivement de l'alliage classique 3004 (exemple 0) et des alliages des exemples 1 (ou 3) et 2, selon l'invention, à l'état brut de laminage à chaud.
La figure 4 est un profil schématique de la répartition des précipités (fraction volumique en %) en fonction de la distance(en gym) comptée à
partir d'une zone interdendritique sur une coupe transversale d'une dendrite ayant environ 95 ~m de large pour un alliage 3004 classique (trait épais) et un alliage selon l'invention (trait mince).
L'invention sera mieux comprise à l'aide des exemples suivants, comparés à un alliage 3004 pris comme référence.
Dans ces exemples, le matériau obtenu est caractérisé par ses caractéristiques mécaniques de traction (sens travers), par l'indice de cornes S 45/90 tel que défini ci-après, et les valeurs de LDR et LIR
également définis ci-aprés.
Le t aux de cornes : S a /~ - H oc - H
H
où H a - (H + H180-a + H180~- a + 11360-a )/4 H étant la hauteur de l'embouti cylindrique dans une direction faisant un angle a avec la direction de laminage et H la hauteur moyenne de l'embouti cylindrique définie par n H = E (H a ) 1 n n étant le nombre d'extréma - 2 x nombre de cornes - voir norme NFA
50-301, juin 1976 Le LDR (iimiting drawing ratio) est la valeur du rapport . A maxi flan/
p1 poinçon sans apparition de rupture dans des conditions d'emboutissage déterminées : lubrification, pression de serre-flan, géométrie du poinçon (arrondi), épaisseur de la tôle (flan), etc.
Le LIR (limiting ironing ratio) en % est la valeur nominale du rapport LIR = 100 ( eo - ef)/eo permettant l'étirage sur poinçon d'un cylindre sans apparition de défauts dans des conditions déterrninëes de géomëtrie d'outillage (filière/
poinçon), de lubrification, d'épaisseur initiale, de nombre de passes, z0 (généralement 3), etc...., eo ëtant l'épaisseur initiale de la paroi et ef ëtant l'épaisseur finale.
Les exemples suivants (1 à 5) illustrent l'invention vis-à-vis de l'alliage 3004 pris comme rëférence (exemple 0). Les exemples 1 à 3 sont relatifs aux compositions (I) et les exemples 4 et 5 aux compositions (II).
Les alliages dont la composition chimique est reportée au tableau I ont été coulés en plateaux de 1100 x 300 x 2650 ~~m3. homogënëisés ou 3 0 réchauffés, scalpës, laminés à chaud jusqu'à 3mm d'épaisseur et à froid jusqu'à 0,3 mm d'épaisseur, avec ou sans recuit intermëdiaire dans les conditions dëtaillées au tableau 2 (état H 19), Une simulation de la cuisson des vernis a été effectuëe par maintien de 10 minutes à 204°C (état H 28).
Les résultats obtenus sont reportés au tableau 3.
f',~~~-r ~ k:
. . 7 On peut constater - que l'exemple 1 prësente des caractéristiques mécaniques élevées et une faible anisotropie avec une formabilitè comparable à celle du 3004.
- que l'exemple 2 prêsente des caractéristiques mécaniques très élevées associées à une bonne formabilité, l'isotropie étant notablement plus forte que celle du 3004 - que l'exemple 3 présente une isotropie particulièrement élevée, les caractéristiques de résistance mécanique et de formabilité étant équivalentes à celle de 3004 - que les exemples 4 et 5 présentent des caractéristiques mécaniques particulièrement élevées avec une isotropie au moins égale et une formabilité comparable â celle du 3004.
L'invention trouve une application principale dans la fabrication de boites étirées, particulièrement de boites-boissons, plus légères et/ou plus résistantes avec une économie de matière accrue, avec une gamme de fabrication tout à fait analogue à celle des alliages classiques (3004-3104), avec une simplification de la gamme de fabrication en évitant les recuits intermédiaires.
Tableau 1 Composition chimique (poids %) Exemple n° Fe Si Cu Mn Mg Ti Cr Observ.
0 0,39 0,21 0,17 0,95 1,2 0,02 - Référenc 1 0,1 0,05 0,25 1,4 1,05 0,02 - (I) 2 0,1 0,1 0,5 1,5 1 0,02 - (I) 3 0,13 0,08 0,45 1,45 0,95 0,02 - (I) 'i 4 1,25 0,12 0,6 0,03 2,05 0,02 - (II) 1,22 0,15 0,45 0,25 1,98 0,02 0,25 (II) V
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(a) H19 R0,2 (MPa) 280 305 335 290 305 350 " S45/90 (%) 8 3,5 4 2 8 5 LDR 2,08 1,95 1,92 2,01 2,1 1,96 " LIR (%) 77 73 72 75 76 73 H28 R0,2 (MPa) 265 290 312 275 270 305 * Alliage 3004 (a) Etat H16 ** selon l'invention
Claims (23)
1. Tôle ou bande laminée en alliage à base d'A1 destinée à
l'emboutissage et/ou l'étirage, caractérisée en ce que l'alliage comprend (en poids %):
Mn ~~de 0,8 à 1,6 Mg ~~de 0,7 à 2,5 Cu ~~de 0 à 0,6 Cr ~~de 0 à 0,35 Ti ~~de 0 à 0,1 V ~~de 0 à 0,1 autres éléments:
chacun ~ 0,05 Total: ~ 0,15 Reste Al et caractérisée en ce que les teneurs en Fe et Si sont contrôlées chacune à moins de 0,25% et en ce qu'à l'état homogénéisé ou à l'état laminé à chaud, la structure de la tôle ou bande laminée est constituée d'une matrice à base d'Al contenant des précipités primaires et secondaires régulièrment répartis, en l'absence de "bandes blanches".
l'emboutissage et/ou l'étirage, caractérisée en ce que l'alliage comprend (en poids %):
Mn ~~de 0,8 à 1,6 Mg ~~de 0,7 à 2,5 Cu ~~de 0 à 0,6 Cr ~~de 0 à 0,35 Ti ~~de 0 à 0,1 V ~~de 0 à 0,1 autres éléments:
chacun ~ 0,05 Total: ~ 0,15 Reste Al et caractérisée en ce que les teneurs en Fe et Si sont contrôlées chacune à moins de 0,25% et en ce qu'à l'état homogénéisé ou à l'état laminé à chaud, la structure de la tôle ou bande laminée est constituée d'une matrice à base d'Al contenant des précipités primaires et secondaires régulièrment répartis, en l'absence de "bandes blanches".
2. Tôle ou bande selon la revendication 1, caractérisée en ce que la relation suivante est respectée:
% Mn - 2,25% Fe ~ 0,50.
% Mn - 2,25% Fe ~ 0,50.
3. Tôle ou bande selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la teneur en Fe est contrôlée à moins de 0,20%.
4. Tôle ou bande selon la revendication 3, caractérisée en ce que 1a teneur en Fe est contrôlée à moins de 0,15%.
5. Tôle ou bande selon la revendication 1, 2, 3 ou 4, caractérisée en ce que la teneur en Cu est supérieure à 0,25%.
6. Tôle ou bande selon la revendication 1, 2, 3, 4 ou 5, caractérisée en ce que la relation suivante est respectée:
% Mn + 0,9% Fe + 0,3% Mg ~ 1,9.
% Mn + 0,9% Fe + 0,3% Mg ~ 1,9.
7. Tôle ou bande selon la revendication 1, 2, 3, 4 ou 5, caractérisée en ce qu'elle contient de 1,2 à 1,6% Mn, de 0,8 à 1,2% Mg et jusqu'à 0,25 Cr.
8. Procédé d'obtention d'une bande laminée en alliage d'Al destinée à l'emboutissage et/ou à l'étirage, comprenant la coulée d'un alliage comprenant(en poids %):
Mn de ~~~0,8 à 1,6 Mg de ~~~0,7 à 2,5 Cu de ~~~0 à 0,6 Cr de ~~~0 à 0,35 Ti de ~~~0 à 0,1 V de ~~~0 à 0,1 autres éléments:
chacun ~ 0,05 Total: ~ 0,15 Reste Al dans lequel Fe et Si sont contrôlés à moins de 0,25%, avec Mn - 2,25% Fe ~ 0,50, une homogénéisation ou un réchauffage, un laminage à chaud, un laminage à froid sans recuit(s) intermédiaire(s), le taux de déformation à froid étant supérieur à 50%.
Mn de ~~~0,8 à 1,6 Mg de ~~~0,7 à 2,5 Cu de ~~~0 à 0,6 Cr de ~~~0 à 0,35 Ti de ~~~0 à 0,1 V de ~~~0 à 0,1 autres éléments:
chacun ~ 0,05 Total: ~ 0,15 Reste Al dans lequel Fe et Si sont contrôlés à moins de 0,25%, avec Mn - 2,25% Fe ~ 0,50, une homogénéisation ou un réchauffage, un laminage à chaud, un laminage à froid sans recuit(s) intermédiaire(s), le taux de déformation à froid étant supérieur à 50%.
9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel l'alliage coulé contient de 1,2 à 1,6% Mn, de 0,8 à 1,2 Mg et jusqu'à
0, 25% Cr.
0, 25% Cr.
10. Procédé selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que le taux de déformation à froid est > à 65%.
11. Alliage à base d'A1 destiné à l'emboutissage et/ou l'étirage caractérisé en ce qu'il inclut (en poids %):
12 Fe < 0,25 Si < 0,25 Mn de 1,05 à 1,6 Mg de 0,7 à 2,5 Cu de 0,20 à 0,6 Cr de 0 à 0,35 Ti de 0 à 0,1 V de 0 à 0,1 autres éléments chacun < 0,05 Total: < 0,15 Reste Al ledit alliage étant sous la forme d'une tôle ou bande laminée obtenue par coulée en lingots ou en bandes, homogénéisation ou un réchauffage desdits lingots ou bandes, un laminage à
chaud, un laminage à froid sans recuit(s) intermédiaire(s), le taux de déformation à froid étant supérieur à 50%, ledit alliage étant sensiblement sans "bandes blanches" dans la structure micrographique de lingots ou bandes après homogénéisation ou réchauffage.
12. Alliage selon la revendication 11, dans lequel la teneur en Mn est supérieure à 1.1%.
chaud, un laminage à froid sans recuit(s) intermédiaire(s), le taux de déformation à froid étant supérieur à 50%, ledit alliage étant sensiblement sans "bandes blanches" dans la structure micrographique de lingots ou bandes après homogénéisation ou réchauffage.
12. Alliage selon la revendication 11, dans lequel la teneur en Mn est supérieure à 1.1%.
13. Alliage selon la revendication 11, dans lequel la teneur en Mn est supérieure à 1.2%.
14. Alliage selon la revendication 11, dans lequel la teneur en Fe est inférieure à 0,20%.
15. Alliage selon la revendication 11, dans lequel la teneur en Fe est inférieure à 0.15%.
16. Alliage selon la revendication 11, 12, 13, 14 ou 15, dans lequel la teneur en Cu est supérieure à 0,25%.
17. Alliage selon la revendication 11, dans lequel ledit alliage possède à un état H19 un R0.2 (sens travers) > 305 MPa et un LDR > 1.92.
18. Alliage selon la revendication 11, dans lequel ledit alliage possède à un état H19 un R0.2 (sens travers) >305 MPa et un LIR > 72%.
19. Alliage selon la revendication 11, dans lequel Mn est 1.2-1.6 et Mg est 0.8-1.2.
20. Alliage selon la revendication 11, dans lequel Mg est 0.95-1.05.
21. Alliage selon la revendication 11, dans lequel Mn est 1.4-1.6.
22. Alliage à base d'Al destiné à l'emboutissage et/ou l'étirage, caractérisé en ce qu'il inclut:
Fe < 0,15 Si < 0,25 Mn de 1,2 à 1,6 Mg de 0,8 à 1,2 Cu de 0,2 à 0,6 Cr de 0 à 0,35 Ti de 0 à 0,1 V de 0 à 0,1 autres éléments:
chacun < 0,05 Total: < 0,15 Reste Al ledit alliage étant sous la forme d'une tôle ou bande laminée obtenue par coulée en lingots ou en bandes, homogénéisation ou un réchauffage desdits lingots ou bandes, un laminage à
chaud, un laminage à froid sans recuit(s) intermédiaire(s), le taux de déformation à froid étant supérieur à 50%, ledit alliage étant sensiblement sans "bandes blanches" dans la structure micrographique de lingots ou bandes après homogénéisation ou réchauffage.
Fe < 0,15 Si < 0,25 Mn de 1,2 à 1,6 Mg de 0,8 à 1,2 Cu de 0,2 à 0,6 Cr de 0 à 0,35 Ti de 0 à 0,1 V de 0 à 0,1 autres éléments:
chacun < 0,05 Total: < 0,15 Reste Al ledit alliage étant sous la forme d'une tôle ou bande laminée obtenue par coulée en lingots ou en bandes, homogénéisation ou un réchauffage desdits lingots ou bandes, un laminage à
chaud, un laminage à froid sans recuit(s) intermédiaire(s), le taux de déformation à froid étant supérieur à 50%, ledit alliage étant sensiblement sans "bandes blanches" dans la structure micrographique de lingots ou bandes après homogénéisation ou réchauffage.
23. Procédé d'obtention d'une tôle ou bande laminée, incluant:
- l'obtention d'un alliage à base d'Al incluant essentiellement (en poids %):
Fe < 0, 25 Si < 0, 25 Mn de 1,05 à 1,6 Mg de 0,7 à 2,5 Cu de 0,20 à 0,6 Cr de 0 à 0,35 Ti de 0 à 0,1 V de 0 à 0,1 autres éléments:
chacun < 0,05 Total: < 0,15 Reste Al - coulée dudit alliage, - homogénéisation ou réchauffage, - laminage à chaud, - laminage à froid sans recuits intermédiaires, ledit alliage tant sensiblement sans "bandes blanches" dans la structure micrographique de lingots ou bandes après ledit homogénéisation ou réchauffage, le taux de déformation à froid tant supérieur à 50%.
- l'obtention d'un alliage à base d'Al incluant essentiellement (en poids %):
Fe < 0, 25 Si < 0, 25 Mn de 1,05 à 1,6 Mg de 0,7 à 2,5 Cu de 0,20 à 0,6 Cr de 0 à 0,35 Ti de 0 à 0,1 V de 0 à 0,1 autres éléments:
chacun < 0,05 Total: < 0,15 Reste Al - coulée dudit alliage, - homogénéisation ou réchauffage, - laminage à chaud, - laminage à froid sans recuits intermédiaires, ledit alliage tant sensiblement sans "bandes blanches" dans la structure micrographique de lingots ou bandes après ledit homogénéisation ou réchauffage, le taux de déformation à froid tant supérieur à 50%.
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