CH645132A5

CH645132A5 - Procede de fabrication de fil machine en aluminium.

Info

Publication number: CH645132A5
Application number: CH178482A
Authority: CH
Inventors: Leo Cloostermans-Huwaert
Original assignee: Lamitref Aluminium
Priority date: 1981-03-23
Filing date: 1982-03-23
Publication date: 1984-09-14
Also published as: LU83249A1; SE460292B; CA1198039A; FR2502183B1; KR830009245A; NO820925L; AR230960A1; GR75529B; FI71353B; IT8248043A0; GB2096172B; KR900002197B1; AU546698B2; OA07045A; FI71353C; NO155734C; BR8201592A; NO155734B; ZA821682B; DE3210612A1

Description

L'invention se rapporte à un procédé de fabrication de fil machine en aluminium qui comprend des éléments d'alliage précipitables. Ce procédé est surtout applicable à l'aluminium pour conducteur électrique, bien que pas limité à ce type 5 d'aluminium, qui comprend, comme éléments d'alliage précipitables, 0,3 à 0,9% de magnésium, 0,25 à 0,75% de silicium et 0 à 0,60% de fer, le restant du métal étant de l'aluminium et des impuretés (c'est à dire des éléments en une quantité de moins de 0,05%), pourcentages du poids total. Le fil maio chine, comme bien connu, est le produit de départ pour le tréfilage ou laminage ultérieur où l'on réduit la section du fil d'aluminium. Ainsi, le fil machine a un diamètre de 5 à 20 mm, de préférence entre 7 et 12 mm, et une résistance à la traction nettement inférieure au produit final tréfilé, par exemple i5 pour l'aluminium pour conducteur électrique mentionné ci-dessus, une résistance en général inférieure à 250 Newton/mm2, en tout cas inférieure à 300 N/mm2. Comme bien connu, après tréfilage ou laminage, le fil est soumis à une maturation où se forment des précipités des éléments d'alliage 2o qui étaient encore restés en solution, et cette maturation améliore les caractéristiques mécaniques et électriques du fil.

Le procédé classique de production de fil machine en aluminium consiste en une première étape de laminage à chaud, dans lequel on forme le fil machine sur des couronnes, suivie 25 d'une opération discontinue de mise en solution et trempage des couronnes obtenues après laminage à chaud. En effet, après laminage et refroidissement des couronnes les éléments d'alliage se sont précipités, de sorte qu'il n'y en a plus disponibles pour la maturation ultérieure. C'est la raison pour la-3o quelle ces éléments sont remis en solution après laminage, et son forcés de rester en solution sursaturée par le trempage qui s'ensuit immédiatement après.

Cette mise en solution est coûteuse en énergie, et exige en outre que la fabrication soit conduite en discontinu. C'est 35 ainsi qu'on a proposé que la première étape de laminage à chaud se termine à une température aussi haute que possible, afin de garder un maximum d'éléments d'alliage en solution, et de tremper le fil machine directement en continu à la sortie du laminoir jusqu'à une température de trempe, de sorte à 40 garder ces éléments d'alliage en solution sursaturée.

A cette température de trempe, la mobilité des atomes est si basse, que la structure métallographique reste figée à l'état où elle se trouve (sauf effets lents de vieillissement): les éléments d'alliage restés en solution sursaturée restent en solu-45 tions, les précipités ne changent pas, et les dislocations non plus. Pour un alliage donné, la gamme des «températures de trempe» a donc une limite supérieure qui n'est pas une limite maximale stricte. Cette valeur maximale est déterminée par une immobilité suffisante des atomes pour ne pas produire un so changement substantiel de la structure métallographique dans une durée de la grandeur d'ordre d'un procédé continu de traitement de l'aluminium, c'est à dire de la grandeur d'ordre d'une minute. La valeur maximale acceptable pour chaque type d'alliage est suffisamment connue pour l'homme de l'art, ss Pour l'aluminium pour conducteur électrique mentionné ci-dessus, la température maximale de trempe peut être mise à 260 °C, bien que cette limite n'est pas une limite absolue.

On a également proposé une première étape de laminage qui se termine à une température aussi haute que possible afin 6o de garder un maximum d'éléments d'alliage en solution, suivi d'une trempe dans laquelle on travaille le métal, tout en tenant soin que le métal soit travaillé dans la période où il traverse la gamme des températures situées entre la température maximale de trempe et la température minimale de travail à 65 chaud. En dépit de la trempe, l'on observait que les éléments en solution se précipitaient pendant cette opération thermo-mécanique. La quantité d'éléments d'alliage restés en solution pour la maturation ultérieure était donc beaucoup plus petite

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et ceci paraissait être un inconvénient. Mais l'on avait observé que le fil machine ainsi obtenu était tel que, suivant que la précipitation avait été partielle ou totale, la nécessité de maturation après tréfilage ultérieur était éliminée en partie ou totalement. L'inconvénient n'en était donc pas un, et l'on obtenait un fil machine avec des propriétés qui permettaient des satisfaire plus facilement aux spécifications prescrites pour les caractéristiques mécaniques du fil tréfilé, tout en évitant l'étape coûteuse de la mise en solution et en procurant un procédé continu.

L'invention a pour but de fournir une alternative au dernier procédé mentionné ci-dessus, fournissant les mêmes avantages, et fournissant ainsi une liberté additionnelle dans le choix des paramètres du procédés, afin d'obtenir les combinaisons désirées de résistance à la traction, ductilité et, le cas échéant, conductibilité.

Le procédé suivant l'invention comprend, comme dans l'avant-dernier procédé mentionné ci-dessus, une opération purement thermique, c'est à dire non accompagnée d'un travail mécanique, où une barre dudit aluminium (sortant, par exemple d'un laminoir et partiellement refroidie, ou d'une roue de coulée continue, ou sortant d'une presse d'extrusion) est trempée en continu jusqu'à une température de trempe, comme déterminée ci-dessus, et de sorte à produire une structure restaurée avec des éléments d'alliage en solution sursaturée. Par «structure restaurée» on veut dire une structure métallographique où les grains allongés par écrouissage se sont reformés en une structure plus ou moins isotrope sous l'effet de la chaleur, ce qui est la structure obtenue après laminage à chaud. Il faut également un minimum d'éléments d'alliage en sursaturation, par exemple au moins 30% des éléments précipitables à la température de mise en solution. La trampe est donc suffisamment rapide et à partir d'une température suffisamment haute pour atteindre ce but.

Le procédé suivant l'invention est toutefois caractérisé par une deuxième étape, thermo-mécanique et en aval de la première dans une même opération continue, dans laquelle la barre est travaillée à température de maturation, et par le fait que le fil machine ainsi obtenu est soumis ensuite, avant tout travail ultérieur, à une maturation.

Une température de maturation, c'est une température dans une gamme dont le maximum est situé à la température maximale de trempe, comme déterminée ci-dessus, et le minimum est situé à la température minimale de maturation, comme déterminée ci-dessous. Une température de maturation, c'est donc une température à laquelle les atomes restent figés, à part les phénomènes de vieillissement qui se produisent en un temps supérieur à la durée d'un procédé continu, c'est à dire de la grandeur d'ordre d'une minute. Toutefois lorsque la structure est soumise à un travail à température de maturation, on observe que la précipitation des éléments d'alliage pendant ce travail et pendant une maturation qui s'ensuit provoque l'obtention d'une structure métallographique qui, après écrouissage, permet d'obtenir une très bonne qualité de fil, et élimine, en partie ou en totalité, suivant qu'ils restent encore ou non des éléments en solution sursaturée, la nécessité de maturation, après tréfilage. Ce travail à température de maturation est de préférence un laminage avec réduction de la section.

Pour un aluminium donné, la température minimale de maturation sera déterminée comme indiqué ci-aprés. On sait qu'un aluminium de composition donnée, à l'état non-écroui, mais comprenant des éléments d'alliage en solution sursaturée par traitement de mise en solution et trempe jusqu'à une température de trempe, lorsqu'il est soumis à une maturation, verra d'abord monter sa résistance à la traction pour arriver à un maximum, et descendre ensuite. Ceci est dû au fait que pendant la maturation, les éléments d'alliage se précipitent tandis que les précipités déjà existants se conglomèrent. Le premier effet, qui augmente la résistance à la traction, domine au début, tandis que le deuxième effet, qui diminue cette résistance, domine à la fin. La température minimale de matura-5 tion pour un aluminium donné avec une quantité donnée d'éléments d'alliage en solution sursaturée, c'est la température à laquelle cet aluminium à l'état non-écroui, arrive à son maximum de résistance à la traction après 3 jours. (La structure écrouie arrivant plus tôt à son maximum par l'effet de l'adou-10 cissement de la structure écrouie). Pour l'aluminium pour conducteur électrique mentionné ci-dessus, cette température minimale est de 130 °C environ.

Dans le procédé suivant l'invention, il est important que la deuxième étape soit commencée directement après le trem-15 page de la première étape (de sorte à éviter tout changement de la structure lorsque le produit intermédiaire est laissé sans traitement pendant quelque temps), et, par conséquent, que cette seconde étape soit effectuée dans une même opération continue avec la première. Dans ce but, l'on préfère effectuer 2o le trempage jusqu'à une température de maturation, comme déterminée ci-dessus, de sorte à ce que la deuxième étape puisse commencer directement sans chauffage intermédiaire.

La maturation, qui suit ce travail à température de maturation, peut se faire directement à la sortie de l'instrument 25 opérant ce travail, par exemple par refroidissement libre à l'air ambiant du fil machine ce qui provoque une précipitation de tout ou d'une partie des éléments d'alliage encore restés en sursaturation. On peut parler d'une maturation, lorsqu'une partie considérable, par exemple la moitié des élé-3o ments précipitables après la trempe, se précipite pendant cette maturation. Il est toutefois préféré d'opérer une précipitation totale, afin d'éliminer toute nécessité de maturation après tréfilage ou tout altération des propriétés du fil machine après sa fabrication. Lorsque la température à la sortie de l'instru-35 ment, opérant le travail à température de maturation, se rapproche de la température minimale de maturation, il sera nécessaire parfois que le refroidissement du fil machine à la sortie de l'instrument soit ralenti (par rapport au refroidissement libre à l'air ambiant) en entourant le fil par des éléments isola-4o teurs de chaleur, par exemple en formant des couronnes de fil qui sont enfermées dans des récipients clos qui évitent le refroidissement par convection d'air. On peut également maintenir le fil pour un certain temps à la température de sortie par chauffage, ou même augmenter la température de sortie, pour 45 autant qu'on effectue une maturation ultérieure.

La barre continue utilisée au début de la première étape du procédé peut être une barre sortant d'une opération de conformation à chaud, tel qu'une presse d'extrusion, une roue de coulée. Cette conformation à chaud comportera de préfé-50 rence une coulée continue délivrant une tige d'aluminium dirigée vers l'entrée d'un laminoir, et un laminage à chaud par lequel la section de ladite type est réduite pour former ladite barre. Par laminage «à chaud», on entend un laminage avec restauration pendant l'opération ou immédiatement après, 55 avant le trempage ultérieur. Pour l'aluminium pour conducteur électrique mentionné ci-dessus, ceci veut dire un laminage avec température de sortie supérieure à 350 °C. La température d'entrée dans le laminoir sera de préférence une température supérieure à la température de mise en solution, ce 6o qui veut dire pour l'aluminium pour conducteur électrique, une température supérieure à 470 °C.

L'invention est particulièrement applicable à l'aluminium pour conducteur électrique dont la composition est donnée ci-dessus. Dans un mode préféré, on utilisera un procédé confis tinu, comprenant, en énumération de l'amont vers l'aval: une coulée continue, l'introduction de la tige sortant de la coulée continue dans un premier laminoir et à une température supérieure à 470 °C, le laminage continu à une température su

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périeure à 350 °C pour former une barre continue, le trempage en continu de ladite barre à la sortie du laminoir, l'introduction de ladite barre sortant du trempage dans un deuxième laminoir et à une température supérieure à 130 °C, le laminage continu à une température supérieure à 130 °C, et la maturation par refroidissement libre à l'air ambiant. La température d'entrée du deuxième laminoir est à régler de sorte à obtenir une température à la sortie du laminoir dans la gamme de 155 à 185 °C, de préférence 175 °C.

Par exemple, on a utilisé un alliage Al-Mg-Si du type 6201 ayant comme composition: Mg: 0,60%; Si: 0,55%; Fe: 0,18%; Zn: 0,006%; Cu: 0,004%; Mn: 0,015%; Ti: 0,001%; V: 0,004%. On peut toutefois utiliser un aluminium plus riche ou plus pauvre en éléments d'alliage, en fonction du prix que l'on veut payer ou épargner pour une augmentation ou diminution de la qualité, due à la composition, sans pour cela affecter les possibilités de l'alliage d'en obtenir une meilleure qualité, due au procédé suivant l'invention.

Cet alliage, après sortie d'une roue de coulée continue sous forme d'une tige ayant une section de 2000 mm2 environ, est entré à une température de 490 °C dans un premier laminoir continu à 9 pas, d'où il sort en forme de barre ronde d'un diamètre de 15 mm et à une température de 430 °C. A cette température la plupart des éléments d'alliage sont encore en solution, puisqu'à l'état d'équilibre seulement 20% environ du Magnésium et Silicium précipitable sous forme de Mg2Si se trouve alors sous forme précipitée.

Cette barre, qui sort à une vitesse de 2,4 m/sec environ du premier laminoir, est alors dirigée vers l'entrée d'une deuxième laminoir continu, dont l'entrée se trouve à une distance de 2 mètres environ de la sortie de la première. Entre les deux,

la barre passe par un tube de 30 mm de diamètre et d'un mètre de long, alimentée par de l'émulsion de réfrigération en con-tre-courant, dont le débit est réglé de sorte à ce que la barre y sorte à une température de 220 °C. D'autres manières de 5 trempe peuvent également être utilisées, par exemple par des jets d'émulsion dirigés sur la barre, pour autant que la température puisse être réglée à la température désirée.

Le deuxième laminoir continu comporte 4 pas à réduction égale, réduisant la barre jusqu'au diamètre de 9,5 mm du fil îomachine, le fil sortant du laminoir à une température de 175 °C et à une vitesse de 6 m par seconde environ. Ce fil machine est ensuite enroulé sur une bobine et placé dans un récipient en pierre réfractaire. Ce qui est important c'est que le récipient soit clos de sorte à éviter le refroidissement par con-15 vention de l'air libre autour de la bobine. Dans le cas suivant cet exemple, le refroidissement était de 2 °C par heure.

On comparera les propriétés obtenues avec un fil machine de la même composition, obtenue par la méthode classique, c'est à dire: coulée continue suivie d'un laminage continu à 2ochaud, enroulement sur des bobines qui se refroidissent librement à l'air ambiant, ensuite mise en solution en maintenant les bobines pendant 8 heures dans un four à 550 °C, ensuite trempage des bobines jusqu'à une température de 45" C environ.

25 Ces deux types de fil machine d'un diamètre de 9,5 mm, l'un suivant l'invention, l'autre suivant la méthode classique sont alors tréfilés, tous les deux, jusqu'à 3,60 mm et jusqu'à 3,15 mm, le fil tréfilé provenant de la méthode classique est ensuite encore soumis à une maturation pendant 5 heures à 30160 °C.

Les résultats comparatifs sont les suivants:

Fil machine

Après tréfilage 3,60 mm

Après tréfilage

3,60 mm + maturation

Après tréfilage 3,15 mm

Après tréfilage

3,15 mm + maturation

Suivant l'invention

R

CT

P

304

7,75

31,10

348

5

31,30

362

4,5

31,44

Méthode classique

R

CT

P

196

21

285

4,5

34,9

343

7,5

32,1

290

4

34,70

350

7

31,95

R = résistance à la traction en Newton/mm2 a = duotilité (%)

p = résistivité (m Qmm2/m7

L'invention n'est pas limitée ni aux modes spécifiques des opérations donnés dans l'exemple, ni à la composition de 45 l'aluminium. On peut également, sans sortir du cadre de la présente invention, utiliser comme aluminium avec des éléments d'alliage précipitables des alliages Al-Cu, Al-Cu-Mg, Al-Zn-Mg, Al-Zn-Mg-Cu et Al-Mg-Si.

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Claims

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REVENDICATIONS

1. Procédé de fabrication de fil machine en aluminium qui comprend des éléments d'alliage précipitables, le procédé comprenant une première étape purement thermique où une barre continue dudit aluminium est trempée en continu jusqu'à une température de trempe de sorte à produire une structure restaurée avec des éléments d'alliage en solution sursaturée, caractérisé par une deuxième étape, thermo-mécanique et en aval de la première dans une même opération continue, dans laquelle la barre est travaillée à température de maturation, et par le fait que le fil machine ainsi obtenu est soumis ensuite, avant tout travail ultérieur, à une maturation.
2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ladite maturation s'effectue pendant le refroidissement libre à l'air ambiant du fil machine immédiatement après le travail à température de maturation.
3. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ladite maturation s'effectue pendant un refroidissement ralenti du fil machine, immédiatement après le travail à température de maturation.
4. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ladite maturation s'effectue en maintenant, par chauffage, le fil machine à une température de maturation, immédiatement après le travail à température de maturation.
5. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le travail à température de maturation est un laminage avec réduction de la section.
6. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la barre continue utilisée au début de ladite première étape est une barre sortant d'une opération de conformation à chaud.
7. Procédé suivant la revendication 6, caractérisé en ce que l'opération de conformation à chaud comporte une coulée continue délivrant une tige d'aluminium dirigée vers l'entrée d'un laminoir, et un laminage à chaud par lequel la section de ladite tige est réduite pour former ladite barre.
8. Procédé suivant la revendication 7, caractérisé en ce que la température d'entrée de la tige dans le laminoir est une température supérieure à la température de mise en solution.
9. Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'aluminium utilisé est un alliage Al-Cu, Al-Cu-Mg, Al-Zn-Mg, Al-Mg-Zn-Cu et Al-Mg-Si.
10. Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que dans ladite première étape, ladite barre est trempée jusqu'à une température de maturation.
11. Procédé suivant l'une des revendications précédentes caractérisée en ce que l'aluminium comprend 0,3 à 0,9% de magnésium, 0,25 à 0,75% de silicium et 0 à 0,60% de fer, le restant étant de l'aluminium et des impuretés.
12. Procédé suivant la revendication 11, caractérisé en ce que dans ladite deuxième étape, la barre travaillée à une température dans la gamme allant de 130 °C à 260 °C.
13. Procédé suivant la revendication 12, caractérisé en ce que la barre est travaillée par laminage continu, le fil machine sortant à une température dans la gamme allant de 155 à

185 °C, et étant enroulé en couronne, et que cette couronne est ensuite refroidie dans un récipient clos.
14. Procédé suivant la revendication 13, caractérisé en ce que la barre continue utilisée au début de ladite première étape est une barre sortant d'un laminoir continu où l'aluminium est travaillé à une température allant d'une température supérieure à 470 °C au début du laminoir jusqu'à une température supérieure à 350 °C à la fin du laminoir.