CA2106320C - Alliage d'aluminium pour corps creux sous pression - Google Patents
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Abstract
Un alliage de la série 7000 et un traitement thermique spécifique en vue de la fabrication de corps creux sous pression, et en particulier, de bouteilles métalliques pour gaz comprimés. L'alliage contient en poids % : 6,25 .ltoreq. Zn .ltoreq. 8,0~ Mn .ltoreq. 0,20 1,2 .ltoreq. Mg .ltoreq. 2,2 ~ Ti .ltoreq. 0,05 1,7 .ltoreq. Cu .ltoreq. 2,8 0,10 .ltoreq. Zr .ltoreq. 0,25 Autres chacun .ltoreq. 0,05 Fe .ltoreq. 0,20 ~~ " total .ltoreq. 0,15 Si+fe .ltoreq. 0,40 ~~ Reste : A1. Cr .ltoreq. 0,05. Le revenu final est de préférence pratiqué en 3 étapes : - lère étape : entre 105 et 120.degree.C pendant 6 à 12h - 2ème étape : entre 170 et 190.degree.C pendant 0,5 à 20h - 3ème étape : entre 105 et 120.degree.C pendant 12 à 36h.
Description
2~.~~~~~
ALLIAGE D'ALUMINIUM POUR CORPS CREU)t SOUS PRESSION
L'invention concerne un alliage d'A1 utilisable pour la fabrication de corps creux sous pression, et en particulier, de bouteilles métalliques pour gaz comprimés.
Dans sa demande EP-A-0257167, la demanderesse a revendiqué un alliage type 7000 particulièrement adapté à l'emploi considéré ci-dessus.
Cependant, celle-ci s°est aperçue que dans certains cas, la modification de la composition chimique d'une part et du traitement thermique final d'autre part permettent d'améliorer les caractéristiques d'ëclatement (faciès de la déchirure) en conservant le niveau de caractéristiques mécaniques et de résistance à la corrosion sous contrainte requises.
Les alliages selon 1°invention possèdent donc la composition pondérale suivante (erg %) 6,25 ~ Zn S 8,0 1,2 3 Mg t 2,2 1,7 ~ Cu 3 2,8 0,10 â Zr ~ 0,25 Cr 3 0,05 Fe ~ 0,20 Fe+Si S 0,40 Mn 3 0,20 Ti i 0,05 Autre chacun ~ 0,05 total S 0,15 Reste : AZ
La teneur en Mg est tenue de préférence en dessous de 2%, et même 1,95%, et la teneur en Zr est de préférence comprise entre 0,10 et 0,18%, les teneurs en Fe+Si étant ~ 0,25% avec Fe S 0,12%, une teneur en Mn â 0,10 et/ou la teneur en Zn Z 6,75.
~~flfl3~fl Si la teneur en Zr est supérieure à 0,25°/, on constate la présence de gros précipités qui induisent de graves difficultés lors de la coulée et la structure est non recristallisée. Pour les teneurs en Zr S 0,10%, la structure est recristallisée, mais à gros grains.
Le procédé de fabrication et de contrôle sont semblables à ceux décrits dans EP-A-0257167, mais, de préférence, le traitement de revenu final type T73 est remplacé par un revenu en 3 étapes,, la lère étape étant effectuée entre 105 et 120°C pendant 6 à 12 h, la 2ème étape étant effectuée entre 170 et 190°C pendant 0,5 à 20 h et la Sème étape étant effectuée entre et 120°C, pendant 12 à 36 h.
Ces étapes peuvent être effectuées de manière continue ou discontinue (retour à la température ambiante entre chacune d'elles ou certaines d'entre elles).
~ Les durées et températures effectivement utilisëes sont choisies par l'homme de métier de manière à obtenir à la fois une conductibilité
élec'crique élevée (correspondant à une bonne résistance à la corrosion sous tension) et une limite élastique élevëe.
L'amélioration des caractéristiques de fissuration est probablement due, mais c'est là une hypothèse, au fait que la structure est mieux recristallisée (le Zr étant un élément anti-recristallisant moins puissant que le Cr), la perte relative dé résistance â la corrosion sous tension étant compensée par le revenu final triple.
L'invention sera mieux comprise à l'aide des exemples suivants Exemple 1 - Remplacement du Cr par le Zr pour des revenus bipaliers type T73.
Deux alliages, l'un conforme à la demande EP-A-0257167- alliage 1, l'autre semblable mis à part le fait qu'on a remplacé 1e chrome par le zirconium -alliage 2- ont été élaborés et transformés en bouteilles de 6 litres suivant la gamme de fabrication ci-après Coulée de billettes de diamètre 165 mm Sciage en lopins Réchauffage des lopins Filage inverse à chaud d'étuis
ALLIAGE D'ALUMINIUM POUR CORPS CREU)t SOUS PRESSION
L'invention concerne un alliage d'A1 utilisable pour la fabrication de corps creux sous pression, et en particulier, de bouteilles métalliques pour gaz comprimés.
Dans sa demande EP-A-0257167, la demanderesse a revendiqué un alliage type 7000 particulièrement adapté à l'emploi considéré ci-dessus.
Cependant, celle-ci s°est aperçue que dans certains cas, la modification de la composition chimique d'une part et du traitement thermique final d'autre part permettent d'améliorer les caractéristiques d'ëclatement (faciès de la déchirure) en conservant le niveau de caractéristiques mécaniques et de résistance à la corrosion sous contrainte requises.
Les alliages selon 1°invention possèdent donc la composition pondérale suivante (erg %) 6,25 ~ Zn S 8,0 1,2 3 Mg t 2,2 1,7 ~ Cu 3 2,8 0,10 â Zr ~ 0,25 Cr 3 0,05 Fe ~ 0,20 Fe+Si S 0,40 Mn 3 0,20 Ti i 0,05 Autre chacun ~ 0,05 total S 0,15 Reste : AZ
La teneur en Mg est tenue de préférence en dessous de 2%, et même 1,95%, et la teneur en Zr est de préférence comprise entre 0,10 et 0,18%, les teneurs en Fe+Si étant ~ 0,25% avec Fe S 0,12%, une teneur en Mn â 0,10 et/ou la teneur en Zn Z 6,75.
~~flfl3~fl Si la teneur en Zr est supérieure à 0,25°/, on constate la présence de gros précipités qui induisent de graves difficultés lors de la coulée et la structure est non recristallisée. Pour les teneurs en Zr S 0,10%, la structure est recristallisée, mais à gros grains.
Le procédé de fabrication et de contrôle sont semblables à ceux décrits dans EP-A-0257167, mais, de préférence, le traitement de revenu final type T73 est remplacé par un revenu en 3 étapes,, la lère étape étant effectuée entre 105 et 120°C pendant 6 à 12 h, la 2ème étape étant effectuée entre 170 et 190°C pendant 0,5 à 20 h et la Sème étape étant effectuée entre et 120°C, pendant 12 à 36 h.
Ces étapes peuvent être effectuées de manière continue ou discontinue (retour à la température ambiante entre chacune d'elles ou certaines d'entre elles).
~ Les durées et températures effectivement utilisëes sont choisies par l'homme de métier de manière à obtenir à la fois une conductibilité
élec'crique élevée (correspondant à une bonne résistance à la corrosion sous tension) et une limite élastique élevëe.
L'amélioration des caractéristiques de fissuration est probablement due, mais c'est là une hypothèse, au fait que la structure est mieux recristallisée (le Zr étant un élément anti-recristallisant moins puissant que le Cr), la perte relative dé résistance â la corrosion sous tension étant compensée par le revenu final triple.
L'invention sera mieux comprise à l'aide des exemples suivants Exemple 1 - Remplacement du Cr par le Zr pour des revenus bipaliers type T73.
Deux alliages, l'un conforme à la demande EP-A-0257167- alliage 1, l'autre semblable mis à part le fait qu'on a remplacé 1e chrome par le zirconium -alliage 2- ont été élaborés et transformés en bouteilles de 6 litres suivant la gamme de fabrication ci-après Coulée de billettes de diamètre 165 mm Sciage en lopins Réchauffage des lopins Filage inverse à chaud d'étuis
3 Etirage à chaud Etirage à froid Usinage du fond Mise à longueur Ogivage à chaud Perçage du goulot et usinage Décapage Mise en solution Trempe Revenu 6h â 105°C + 15h â 170°C.
La composition pondérale (en %) de ces 2 alliages est donnée dans le tableau suivant Les caractéristiques obtenues sur les bouteilles correspondantes sont les suivantes R 0,2 Rm A CSC à 280 MPa~' Longueur de fissure à
Alliage Ruptures/non rupt. l'éclatement (MPa) (MPa) (%) (NR) (mm) 1 404 470 15,6 3 NR â 80 j 512 -- 498 - 480 2 392 459 15,2 1 NR à 60j,55j,52j 446 - 423 - 421 ~ Essai de rêsistance à la corrosion sous contrainte selon la norme ASTM
G38-73 (révisée en 1984).
Dans des conditions pour lesquelles les caractéristiques de l'éclatement sont correctes (fissure longitudinale dans sa plus grande partie, non ~~o~~~o
La composition pondérale (en %) de ces 2 alliages est donnée dans le tableau suivant Les caractéristiques obtenues sur les bouteilles correspondantes sont les suivantes R 0,2 Rm A CSC à 280 MPa~' Longueur de fissure à
Alliage Ruptures/non rupt. l'éclatement (MPa) (MPa) (%) (NR) (mm) 1 404 470 15,6 3 NR â 80 j 512 -- 498 - 480 2 392 459 15,2 1 NR à 60j,55j,52j 446 - 423 - 421 ~ Essai de rêsistance à la corrosion sous contrainte selon la norme ASTM
G38-73 (révisée en 1984).
Dans des conditions pour lesquelles les caractéristiques de l'éclatement sont correctes (fissure longitudinale dans sa plus grande partie, non ~~o~~~o
4 ramifiée, limitée à un secteur d'angle + 90° autour de la fissure principale, limitée vers le fond et vers le goulot à des zones dont l'épaisseur est inférieure à 1,5 fois l'épaisseur du corps), la longueur développée de 1a fissure a été remarquée comme un bon indice de l'aptitude à l'éclatement . plus la fissure est longue, plus on se rapproche des conditions pour lesquelles l'éclatement serait mauvais.
Les résultats prêsentés ci-dessus montrent que le remplacement du chrome par du zirconium permet d'améliorer trës sensiblement la qualité de l'éclatement, mais au détriment de la résistance à la corrosion sous contrainte et, faiblement, de la résistance mëcanique. Toutefois, les deux séries de bbuteilles sont adaptées à l'emploi.
Pour un typé de revenu donné, en l'occurrence un .revenu bipalier, la résistance mécanique et la résistance à la corrosion sous contrainte sont 1 liées de façon biunivoque, ce qui fait qu'il vaut mieux parler d'une perte sur le compromis résistance mécanique/résistance à la corrosion sous contrainte. Autrement dit, le remplacement du chrome par le zirconium affecte négativement la résistance à la corrosion ou la résistance mécanique, selon la durée du maintien au deuxième palier que l'on choisit.
Exemple 2 - Utilisation d'un revenu en 3 étapes.
L'exemple suivant montre le gain que l'on peut obtenir en effectuant un revenu en trois étapes sur les bouteilles fabriquées dans l'alliage 2 selon la gamme de l'exemple précédent.
La conductivitë électrique est prise comme indicateur de la résistance à
la corrosion sous contrainte, conformément à une pratique courante. Toutes les valeurs du tableau ci-dessous sont des moyennes de 3 valeurs individuelles.
~~oo~zo Rep Revenu R0,2 Rm A Conductivité Eclatement Ii II II II(MPa)~(MPa)~(%) Ii (MS/m) N cmm) Ii A ~~6h 105C+15h 170C I ~ ~I15,2i~24,6 0O 430 (rf. ) ~ 392 459
Les résultats prêsentés ci-dessus montrent que le remplacement du chrome par du zirconium permet d'améliorer trës sensiblement la qualité de l'éclatement, mais au détriment de la résistance à la corrosion sous contrainte et, faiblement, de la résistance mëcanique. Toutefois, les deux séries de bbuteilles sont adaptées à l'emploi.
Pour un typé de revenu donné, en l'occurrence un .revenu bipalier, la résistance mécanique et la résistance à la corrosion sous contrainte sont 1 liées de façon biunivoque, ce qui fait qu'il vaut mieux parler d'une perte sur le compromis résistance mécanique/résistance à la corrosion sous contrainte. Autrement dit, le remplacement du chrome par le zirconium affecte négativement la résistance à la corrosion ou la résistance mécanique, selon la durée du maintien au deuxième palier que l'on choisit.
Exemple 2 - Utilisation d'un revenu en 3 étapes.
L'exemple suivant montre le gain que l'on peut obtenir en effectuant un revenu en trois étapes sur les bouteilles fabriquées dans l'alliage 2 selon la gamme de l'exemple précédent.
La conductivitë électrique est prise comme indicateur de la résistance à
la corrosion sous contrainte, conformément à une pratique courante. Toutes les valeurs du tableau ci-dessous sont des moyennes de 3 valeurs individuelles.
~~oo~zo Rep Revenu R0,2 Rm A Conductivité Eclatement Ii II II II(MPa)~(MPa)~(%) Ii (MS/m) N cmm) Ii A ~~6h 105C+15h 170C I ~ ~I15,2i~24,6 0O 430 (rf. ) ~ 392 459
5 116h105C+15h170C+36h110CI II 1114,9n 24,7 II 461 B
C 116h105C+20h170C+36h110CI II 15,569 25,6# 430 I 397 464 ~
D ~6h105C+3h190C+36h110CI Ij ~15,7~ 24,4 ~ 429 pour ce revenu, le test de corrosion sous contrainte donne 3 non rupture à 60 jours à 280 MPa.
A l'aide de ce tableau, on peut établir les points suivants - le revenu à 3 étapes permet d'améliorer le compromis résistance à la corrosion sous contrainte/résistance mécanique. Entre le revenu A et le revenu C, la conductivité augmente de manière importante, avec un léger gain de résistance mécanique. L'augmentation de conductivité se traduit bien par une augmentation de la résistance à la corrosion sous contrainte puisqu'on n'a pas de rupture à 60 j sous 280 MPa.
- le revenu tri-paliers avec un deuxième palier à 190°C conduit à un compromis résistance à la corrosion sous contrainte/rêsistance mécanique à peine meilleur que celui obtenu avec un revenu bipal.ier. Le domaine de température intéressant pour le deuxième palier est donc limité vers le haut à 190°C.
- grâce au revenu tri-paliers, le compromis résistance à la corrosion sous contrainte/rêsistance mécanique obtenu avec l'alliage 2 est équivalent à
celui obtenu avec l'alliage 1 traité avec un revenu bi-palier. On bénéficie alors pleinement de l'influence du zirconium sur la qualité de l'éclatement, puisque la longueur moyenne des fissures est passée de 497 mm avec l'alliage au chrome à 430 mm avec l'alliage au zirconium.
C 116h105C+20h170C+36h110CI II 15,569 25,6# 430 I 397 464 ~
D ~6h105C+3h190C+36h110CI Ij ~15,7~ 24,4 ~ 429 pour ce revenu, le test de corrosion sous contrainte donne 3 non rupture à 60 jours à 280 MPa.
A l'aide de ce tableau, on peut établir les points suivants - le revenu à 3 étapes permet d'améliorer le compromis résistance à la corrosion sous contrainte/résistance mécanique. Entre le revenu A et le revenu C, la conductivité augmente de manière importante, avec un léger gain de résistance mécanique. L'augmentation de conductivité se traduit bien par une augmentation de la résistance à la corrosion sous contrainte puisqu'on n'a pas de rupture à 60 j sous 280 MPa.
- le revenu tri-paliers avec un deuxième palier à 190°C conduit à un compromis résistance à la corrosion sous contrainte/rêsistance mécanique à peine meilleur que celui obtenu avec un revenu bipal.ier. Le domaine de température intéressant pour le deuxième palier est donc limité vers le haut à 190°C.
- grâce au revenu tri-paliers, le compromis résistance à la corrosion sous contrainte/rêsistance mécanique obtenu avec l'alliage 2 est équivalent à
celui obtenu avec l'alliage 1 traité avec un revenu bi-palier. On bénéficie alors pleinement de l'influence du zirconium sur la qualité de l'éclatement, puisque la longueur moyenne des fissures est passée de 497 mm avec l'alliage au chrome à 430 mm avec l'alliage au zirconium.
Claims (24)
1. Utilisation d'un alliage contenant en poids %
6,25 <= Zn <= 8,0~Mn <= 0,20 1,2 <= Mg <= 2,2 ~Ti <= 0,05 1,7 <= Cu <= 2,8 0,10 <= Zr <= 0,25 ~Autres chacun <= 0,05 Fe <= 0,20 ~~ " total <= 0,15 Si + Fe <= 0,40 ~~reste A1 Cr <= 0,05 pour la fabrication de corps creux sous pression.
6,25 <= Zn <= 8,0~Mn <= 0,20 1,2 <= Mg <= 2,2 ~Ti <= 0,05 1,7 <= Cu <= 2,8 0,10 <= Zr <= 0,25 ~Autres chacun <= 0,05 Fe <= 0,20 ~~ " total <= 0,15 Si + Fe <= 0,40 ~~reste A1 Cr <= 0,05 pour la fabrication de corps creux sous pression.
2. Utilisation d'un alliage d'Al selon la revendication 1, ayant une teneur en Mg <= 2,0%.
3. Utilisation d'un alliage d'Al selon la revendication 1, ayant une teneur en Mg <= 1,95%.
4. Utilisation d'un alliage d'Al selon la revendication 1, ayant une teneur en Zn <= 6,75%.
5. Utilisation d'un alliage selon la revendication 1, ayant des teneurs en Fe et Si telles que Fe <= 0,12% et Fe+Si <=
0,25%.
0,25%.
6. Utilisation d'un alliage selon la revendication 1, ayant une teneur en Mn <= 0,10%.
7. Utilisation d'un alliage selon la revendication 1, ayant une teneur en Zr comprise entre 0,10% et 0,18%.
7 e. Utilisation d'un alliage d'Al selon la revendication 2, ayant une teneur en Mg égale à 1,9%.
9. Utilisation d'un alliage d'Al selon la revendication 3, ayant une teneur en Zn >= 6,75%.
10. Utilisation d'un alliage selon la revendication 9, ayant des teneurs en Fe et Si telles que Fe <= 0,12% et Fe+Si <= 0,25%.
11. Utilisation d'un alliage selon la revendication 10, ayant une teneur en Mn <= 0,10%.
12. Utilisation d'un alliage selon la revendication 11, ayant une teneur en Zr comprise entre 0,10% et 0.18%.
13. Procédé de fabrication de corps creux dans lequel on utilise un alliage contenant en poids %
6,25 <= Zn <= 8,0 Mn <= 0,20 1,2 <= Mg <= 2,2 Ti <= 0,05 1,7 <= Cu <= 2,8 0,10 <= Zr <= 0,25 Autres chacun <= 0,05 Fe <= 0,20 " total <= 0,15 Si + Fe <= 0,40 reste Al Cr <= 0,05 et dans lequel le revenu final est effectué en 3 étapes:
1ère étape: entre 105 et 120°C pendant 6 à 12 h 2ème étape: entre 170 et 190°C pendant 0,5 à 20 h 3ème étape: entre 105 et 120°C pendant 12 à 36 h.
6,25 <= Zn <= 8,0 Mn <= 0,20 1,2 <= Mg <= 2,2 Ti <= 0,05 1,7 <= Cu <= 2,8 0,10 <= Zr <= 0,25 Autres chacun <= 0,05 Fe <= 0,20 " total <= 0,15 Si + Fe <= 0,40 reste Al Cr <= 0,05 et dans lequel le revenu final est effectué en 3 étapes:
1ère étape: entre 105 et 120°C pendant 6 à 12 h 2ème étape: entre 170 et 190°C pendant 0,5 à 20 h 3ème étape: entre 105 et 120°C pendant 12 à 36 h.
14. Procédé selon la revendication 13, dans lequel Mg a une teneur <= 2,0%.
15. Procédé selon la revendication 13, dans lequel Mg a une teneur <= 1,95%.
16. Procédé selon la revendication 13, dans lequel Zn a une teneur >= 6,75 %.
17. Procédé selon la revendication 13, dans lequel Fe et Si ont des teneurs telles que Fe <= 0,12% et Fe + Si <= 0,25%.
18. Procédé selon la revendication 13, dans lequel Mn a une teneur Mn <= 0,10%.
19. Procédé selon la revendication 13, dans lequel Zr a une teneur comprise entre 0,10% et 0,18%.
20. Procédé selon la revendication 14, dans lequel Mg a une teneur <= 1,95%.
21. Procédé selon la revendication 20, dans lequel Zn a une teneur >= 6,75%.
22. Procédé selon la revendication 2l, dans lequel Fe et Si ont des teneurs telles que Fe <= 0,12% et Fe + Si <= 0,25%.
23. Procédé selon la revendication 22, dans lequel Mn a une teneur <= 0,10%.
24. Procédé selon la revendication 23, dans lequel Zr a une teneur comprise entre 0,10% et 0,18%.
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