CH644402A5

CH644402A5 - Procede de fabrication de corps creux en alliage d'aluminium et produit obtenu par ce procede.

Info

Publication number: CH644402A5
Application number: CH421480A
Authority: CH
Inventors: Jean Coupry; Marc Anagnostidis
Original assignee: Gerzat Metallurg
Priority date: 1979-06-01
Filing date: 1980-05-30
Publication date: 1984-07-31
Also published as: FR2457908A1; DE3061495D1; NO801611L; NO153184B; EP0020282A1; EP0020282B1; IT1130700B; FR2457908B1; ES491989A0; BE883565A; CA1118190A; IT8022416A0; US4345951A; ES8102198A1; ZA803235B; NO153184C

Description

Ainsi le but de l'invention est atteint de façon suprenante: 15 1) Essentiellement en diminuant les teneurs des éléments Cr, Mn et Zr, qui sont connus pour être des inhibiteurs de recristallisation dans les alliages d'Al (voir ALTENPOHL, «Un regard à l'intérieur de l'aluminium», éd. française, 1976, p. 148).

20 Or en vue d'obtenir les très hautes caractéristiques mécaniques recherchées, l'alliage est, en effet, utilisé à l'état non recristallisé avec effet de presse, même après les traitements de mise en solution, trempe et revenu.

2) En augmentant au-delà des limites habituelles les te-25 neurs en éléments principaux tels que Zn, Cu, Mg.

3) En limitant à des niveaux bas ou très bas les teneurs des éléments mineurs (Fe, Si, Ti) ou même des impuretés telles que le V.

La composition générale des alliages suivant l'invention 3o est la suivante (en poids):

Zn 7,6 à 9,5 %

Cu 1,0 à 2,0 %

Mg 2,4 à 3,5 %

Cr 0,07 à 0,17%

35 Mn 0,15 à 0,25%

Zr 0,08 à 0,14%

Fe <0,20%

Si <0,15%

Ti <0,10%

Cette invention se rapporte à un procédé de fabrication de corps creux en alliage d'aluminium et aux produits obtenus par ce procédé, qui possèdent une grande ductilité (dans le sens long) et une grande ténacité (dans le sens travers) lorsqu'ils sont traités à des niveaux de résistance supérieurs à 660 MPa.

On sait que les alliages A-Z8GU (ou 7049-A) selon la norme AFNOR 50-411, dont l'analyse est reportée au tableau 1, sont particulièrement utilisés dans la fabrication de corps creux sous pression, en raison des hautes caractéristiques mécaniques qu'ils acquièrent à l'état trempé-revenue (état T6, selon la norme française NF A 02-066). Or, ces alliages ne sont pas toujours fiables en ce sens que des ruptures ou éclatements prématurés sont parfois observés lors des épreuves hydrauliques de contrôle de tels corps creux soumis à une pression interne.

Le but de cette invention est donc de résoudre ce problème par un choix convenable couvrant partiellement le domaine de l'alliage 7049 A, qui permet d'obtenir, selon le procédé, des produits présentant des caractéristiques de ductilité et de ténacité élevées, et, par conséquent, une grande sécurité d'emploi.

A cet effet, le procédé selon l'invention est caractérisé par les étapes suivantes:

- on élabore un alliage contenant (% en poids): Zn 7,6 à 9,5

Cu 1,0 à 1,8

Mg 2,4 à 3,5

Cr 0,07 à 0,17

Mn 0,15 à 0,25

40

Autres éléments < Reste

'chacun . total

<0,05% <0,15% aluminium

Dans une composition préférentielle, la teneur en V est li-« mitée à une valeur inférieure à 0,01 %.

Dans le procédé, les produits sont transformés de la façon suivante:

- homogénéisation entre 460 et 490 °C des billettes coulées, déformation à chaud entre 320 et 420 °C, y compris éven-50 tuellement le rétreint d'une (ou des deux) extrémité(s) dans le cas de fabrication de corps creux, mise en solution entre 460 et 480 °C et revenu adapté pour obtenir une charge de rupture (sens long) et une contrainte limite d'éclatement (sens travers) supérieures ou égales à 660 MPa.

55 Dans ces conditions et, pour une charge de rupture égale à 660 MPa, l'allongement dans le sens long est supérieur à 9%; cet allongement est mesuré sur une longueur de base 10 = 5,65y/s, S étant la section de l'éprouvette. La déformation à chaud est réalisée, de préférence, par filage inverse; des condi-60 tions d'homogénéisation, de mise en solution et de revenu peuvent être différentes de celles indiquées ci-dessus sans sortir du domaine de l'invention.

La contrainte d'éclatement (RE) lors de l'épreuve hydraulique est donnée par la formule classique:

Dp

RE =

2e dans laquelle

65

3

644 402

e : est l'épaisseur minimum du tube ou du corps creux (supposé sensiblement cylindrique circulaire).

D : est le diamètre moyen du cylindre, soit D.Int. + D. Ext.

p : est la pression d'éclatement.

Il a été constaté que les éléments Cr, Mn, Zr ont un effet synergétique imprévisible, c'est-à-dire que leur action globale sur les caractéristiques mécaniques est très largement supérieure à la somme des actions individuelles de chacun d'eux. Cet effet est nettement mis en évidence dans les exemples donnés ci-après. Il n'était donc pas du tout évident de choisir cette combinaison particulière de teneurs en ces éléments pour obtenir les propriétés recherchées.

Les alliages suivant l'invention répondent au test de contrôle suivant:

- 200 g d'alliage environ sont refondus à 735 °C ± 5 °C dans un creuset de graphite poteyé d'alumine

- on soumet ensuite l'ensemble à un refroidissement lent en four, à raison de 0,5 à 1 °C/min. suivi d'un palier de 2 h à une température supérieure à 2 à 4 °C à celle du début de solidification de l'alliage (liquidus), puis on sort le creuset à l'air pour assurer une solidification rapide.

- l'examen en micrographie optique au grossissement x 100 à 500 d'un échantillon poli prélevé dans la moitié inférieure du lingotin ainsi obtenu, ne révèle aucun amas de constituants intermétalliques primaires ou de particules intermétalliques individuelles massives, non dendritiques, de forme générale polygonale, de longueur supérieure à 35 |xm dans leur plus grande dimension. Les particules sont considérées comme faisant partie d'un amas lorsque la distance interparti-culaire est inférieure ou égale à la plus grande dimension de la particule considérée. Dans ce cas, la longueur prise en compte est la longueur cumulée des dimensions maximales de chaque particule de l'amas.

L'invention sera mieux comprise et illustrée par les exemples suivants:

Exemple 1

Les alliages repérés 1 à 12 dont les compositions (% en poids) sont reportées au tableau II ont été coulés en semi continu verticalement, en billettes 0185 mm, qui ont été homogénéisées 24 h à 450 °C. Ces billettes ont été usinées à 0 170 mm et forées d'un trou central 0 70 mm pour filage inverse de tubes 0 82 x 67,5 mm à une température de 365 °C.

Les tubes ont été ensuite traités de la façon suivante:

- mise en solution à 460 °C pendant 45 minutes

- trempe à l'eau froide (10-15 °C)

- revenu à 125 °C pendant 20 h)

Les tubes ainsi obtenus ont été soumis à des essais de traction suivant une direction parallèle aux génératrices du tube et à des essais d'éclatement sous pression hydraulique (déchirure longitudinale).

On a relevé la charge de rupture (Rm), la limite élastique (R 0,2), l'allongement (A %) et la contrainte d'éclatement (RE).

Les résultats obtenus sont reportés dans le tableau III.

Les effets individuels des additions de 0,07% Cr (rep. A), de 0,08% Zr (rep. B) et de 0,15% Mn(rep. C) sont reportés au tableau IV. On constate que la somme des effets individuels (lignes A + B + C) est largement inférieure à celle des additions conjointes (ligne D suivant l'invention) de l'ensemble de ces éléments sur les caractéristiques de traction et de façon particulièrement spectaculaire sur la limite élastique et les allongements. Elle reste cependant sans effet notable sur la résistance à l'éclatement.

Ainsi, l'effet synergétique de ces éléments, imprévisible a priori, est bien démontré.

5 Par ailleurs, on constate bien que les caractéristiques visées ne sont pas atteintes pour les alliages 1 à 8 dont la composition est hors du domaine de l'invention alors que les alliages 9 à 12, selon l'invention, les atteignent.

10 Exemple 2

Trois coulées en semi continu d'alliage 7049 A, sortant des limites de composition de la présente invention, ont été effectuées. Les analyses obtenues sont reportées au tableau V.

Celles-ci ont été transformées en tubes dans les conditions 15 de l'exemple 1 par filage inverse, et ceux-ci ont été rétreints et traités à l'état T6 par mise en solution à 465° ± 5 °C, 45 mm, trempe eau et revenue 125 °C, 20 h. Les contraintes de rupture sous épreuve hydraulique, calculées comme indiqué ci-dessus, sont également données au tableau V. On peut constater 20 qu'elles sont nettement inférieures à la valeur limite visée (660 MPa).

Sur du métal conforme à l'invention (Rep. 12, tableau II) et non conforme à l'invention (Rep. R, tableau V), nous avon procédé au test de solidification suivant:

25 - prélèvement de 200 g de métal dans les billettes coulées en série continue,

- fusion du prélèvement à 375 °C ± 5 °C.

- refroidissement à 632 °C à raison de 0,5 à 1 °C/minute,

- maintien 2 h à 632 °C (début de solidification de l'al-30 liage à 628 °C),

- sortie du four et refroidissement rapide.

Sur l'alliage conforme à l'invention, la structure micrographique du lingot dans son 1 /3 inférieur est représentée par la figure 1 du dessin annexé au grossissement 200. On n'observe 35 aucun composé de taille supérieure à 35 microns dans sa plus grande dimension. De plus, tous les composés hors solution sont observés dans les espaces interdendritiques. Une bonne partie d'entre eux est d'ailleurs résolue par traitements thermiques ultérieurs.

4o Au contraire, dans le cas de l'alliage sortant du domaine de l'invention; (Cr 0,22%, Mn 0,27%, Zr 0,13%), il est possible d'observer des composés intermétalliques primaires de forme polyédrique, de dimension supérieure à 100 microns et groupés en colonies (figure 2). Ces cristaux ne peuvent être 45 confondus avec ceux de la figure 1, ni par leur dimension, ni par leur situation, ni enfin par leur évolution en cours de transformation. Ils ne subissent, en effet, aucune modification par l'effet des traitements thermiques.

Ils se fragmentent et s'alignent, en restant contigus, dans sola direction principale de la déformation, avec toutes les conséquences qu'implique cette configuration sur la fragilité du produit.

55

Tableau I

Composition de l'alliage 7049 A ( en % en poids ) Si < 0,40% autres

Fe < 0,50% (chacun) < 0,05%

60 Cu =1,2 à 1,9% (total) <0,15%

Mn <0,50% Reste Al

Mg =2,1 à 3,1%

Cr =0,05 à 0,25%

Zn =7,2 à 8,4%

65 Ti + Zr < 0,25%

644 402 4

Tableau II

Composition chimique des alliages

Alliages

Fe

Si

Zn

Mg

Cu

Cr

Zr

Mn

Ti

1

0,13

0,06

8,2

2,75

1,65

0

0,07

2

0,13

0,06

8,1

2,8

1,62

0,19

0

0,07

3

0,13

0,06

8,1

2,7

1,6

0,07

0

0,07

4

0,13

0,06

8

2,7

1,64

0

0,08

0

0,07

5

0,13

0,06

7,8

2,8

1,6

0

0,15

0,07

0

0,13

0,06

8,1

2,65

1,6

0,07

0,08

0

0,07

7

0,13

0,06

8,1

2,7

1,65

0

0,08

0,15

0,07

S

0,13

0,06

8

2,6

1,7

0,07

0

0,15

0,07

9

0,13

0,06

8,2

2,6

1,6

0,07

0,08

0,15

0,07

10

0,13

0,06

8,2

2,69

1,58

0,07

0,13

0,25

0,07

11

0,12

0,06

8,1

2,70

1,58

0,13

0,10

0,15

0,07

12

0,13

0,06

8,0

2,65

1,60

0,13

0,12

0,15

0,07

Tableau III

Alliage

R0,2

Rm

A

RE

MPa

%

MPa

1

589

608

14,4

608

2

607

666

7,1

675

3

597

633

10

641

4

608

639

12

640

5

590

610

13

610

6

644

666

8,7

669

7

615

652

12

660

8

591

631

12

638

9

635

674

9,5

675

10

663

703

9,2

692

11

658

697

9,9

691

12

651

700

9,5

686

Tableau IV

Rep. Essais À % À R 0,2 A Rm A A A RE

(MPa) (MPa) (%) (MPa)

A 3/1 Cr: 0,07 8 25 -4,4 34

B 4/1 Zr : 0,08 19 31 -2,4 32

C 5/1 Mn: 0,15 1 2 -1,4 2

A+B + C- - 28 58 -8,2 68

D 9/1 Cr: 0,07

(invention) +Zr:0,08 46 66 —4,9 67

+ Mn: 0,15

Tableau V

Rep. Composition chimique (% en poids) Contraintes en de travers au moment coulée Fe Si Cu Zn Mg Mn Cr Zr de l'éclatement (RE)

E 0,11 0,06 1,58 8,25 2,61 0,33 0,22 0,12 554 MPa

618 MPa

F 0,14 0,07 1,60 8,21 2,65 0,27 0,22 0,13 591 MPa

598 MPa 623 MPa

G 0,13 0,04 1,53 8,25 2,58 0,27 0,24 0,14 598 MPa

596 MPa

C

1 feuille dessins

Claims

644 402

1. Procédé de fabrication de corps creux en alliage d'aluminium résistant à une pression interne ayant une charge de rupture et une contrainte d'éclatement au moins égales à 660 MPa et un allongement de rupture en long au moins égal à 9% pour Rm = 660 MPa, caractérisé par les étapes suivantes:

- on élabore un alliage contenant (% en poids):

Zn 7,6 à 9,5

Cu 1,0 à 1,8

Mg 2,4 à 3,5

Cr 0,07 à 0,17

Mn 0,15 à 0,25

Zr 0,08 à 0,14

Fe <0,20

Si <0,15

Ti < 0,10

Autres éléments!^11 fQf5

Reste Al

- on coule et on transforme à chaud l'alliage homogénéisé sous forme de tube, et on rétreint à chaud au moins une extrémité du tube;

- on le traite thermiquement par mise en solution, trempe et revenu.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'alliage contient au plus 0,01 % en poids de vanadium.

2

REVENDICATIONS

3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'on effectue l'opération de transformation à chaud de l'alliage sous forme de tube par filage inverse.

4. Produit obtenu par le procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la structure de coulée d'un lingotin issu du produit ne présente sur coupe micrographique que des amas de composés intermétalliques primaires dt>nt la longueur cumulée est inférieure à 35 |im et/ou des particules de composés intermétalliques primaires isolées dont la plus grande dimension est inférieure à 35 (im.

Zr Fe Si Ti

» . m' 4. f chacun Autres elements j j

Reste

0,08 à 0,14 <0,20 <0,15 <0,10 <0,05 <0,15 Al

- on coule et on transforme à chaud l'alliage homogé-

îo néisé sous forme de tube, et on rétreint à chaud au moins une extrémité du tube;

- on le traite thermiquement par mise en solution, trempe et revenu (état T6).