CH652751A5 - Procede pour ameliorer la formabilite des alliages du type al-mg-si et nouveaux alliages du type al-mg-si obtenus par ce procede. - Google Patents

Description

Cette invention concerne un procédé d'amélioration de la formabilité, et particulièrement de la fïlabilité et de l'embou-tissabilité des alliages du type Al-Mg-Si. Elle concerne en outre de nouveaux alliages Al-Mg-Si formables, obtenus par ce procédé, ces alliages contenant des teneurs plus élevées que les alliages connus en éléments qui ont été considérés jusqu'ici comme des impuretés, tels que le fer, et à un degré moindre, le cuivre et le manganèse. Le procédé et les alliages qui font l'objet de cette invention mettent enjeu l'utilisation du bore.

Des changements récents dans les conditions économiques de l'usage de l'énergie ont rendu beaucoup plus souhaitable le recyclage des déchets en aluminium, car la production d'aluminium à partir de déchets consomme beaucoup moins d'énergie que la production à partir de minerai brut. En dépit de l'attrait économique du recyclage des déchets, les essais d'utilisation de proportions importantes de déchets dans la production des alliages de filage du type Al-Mg-Si, ont été gênés par une chute significative, et inacceptable, de la fïlabilité de tels alliages, lorsque le niveau des impuretés (y compris le fer, le cuivre et le manganèse) augmente. Comme il est forcé que les déchets contiennent plus d'impuretés que le métal vierge, une manière classique d'éviter le manque de fïlabilité a été d'utiliser une proportion plus faible de déchets dans la coulée pour faire des billettes de filage, et une proportion plus élevée de métal vierge, en allant même jusqu'à l'élimination totale des déchets. Cette solution classique empêche la mise en œuvre des avantages économiques et d'économie d'énergie des déchets. Une autre solution conventionnelle est de restreindre les déchets pour la coulée à ceux ayant essentiellement la même composition que l'alliage à obtenir dans la billette. Cette solution conventionnelle est moins que satisfaisante, car elle limite le choix des déchets, impose le tri des déchets, et ne prévient pas toujours les difficultés de filage.

Les problèmes de formabilité ne concernent pas uniquement les alliages composés partiellement ou entièrement à partir de déchets. Par exemple, deux alliages de filage courants sont les types 6060 et 6063 (Aluminium Association, 5 Inc. Washington D.C.), dans lesquels les teneurs limites en fer sont respectivement 0,30% et 0,35%, et les limites en cuivre et en manganèse sont chacune 0,10% dans les deux cas. L'expérience a montré cependant que la teneur en fer optimale est tenue en-dessous de 0,25%, c'est-à-dire environ ]/s à1 /4 en-des-io sous des limites autorisées dans les spécifications, si des difficultés de filage doivent être évitées. La présence d'une limitation d'impureté informelle telle que celle-ci a des inconvénients et est coûteuse, à la fois pour les approvisionnements et pour les travaux de transformation.

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Dans le formage par filage, la nature des problèmes qu'on peut rattacher au niveau d'impuretés concerne l'état de surface, ou la nécessité de réduire la vitesse d'extrusion pour sauvegarder l'état de surface. Les détériorations de l'état de sur-20 face semblent résulter de l'accumulation de métal ou d'oxyde métallique sur les surfaces de travail de la filière, accumulation qui ralentit le filage et rend la surface du profilé rugueuse. Dans les opérations d'emboutissage et d'étirage, telles qu'elles sont mises enjeu dans la fabrication des boîtes, un problème 25 de formabilité souvent rencontré est la déchirure.

Le bore a été utilisé dans les alliages d'aluminium dans le passé. Le brevet US 1 916 087 de Titus, divulgue des alliages à teneur en bore allant de 0,05 à 2,0%, c'est-à-dire 500 à 20 000 ppm, beaucoup plus qu'il n'est employé dans la prèso sente invention, comme il sera mis en évidence dans la discussion qui suit. Le but qu'avait Titus en employant le bore était d'augmenter la dureté, la conductivité et la résistance à la corrosion.

Les brevets américains de Bonsack 1 920 963 et 1 921 998 35 enseignent un procédé non coûteux et simple ou méthode pour traiter l'aluminium et les alliages d'aluminium pour y introduire du bore. L'objectif d'un tel traitement était d'affiner le grain, avec une procédure jusqu'à présent compliquée, difficile et coûteuse. Le grain fin résultant de la méthode de traite-40 ment de Bonsack ou de toute autre méthode entraîne des propriétés améliorées pour la coulée, le forgeage, le laminage, l'étirage, le filage, le soudage etc... En outre, un grain fin entraîne des propriétés physiques et mécaniques améliorées et réduit l'intolérance aux impuretés. La présente invention, « comme il sera dégagé dans la discussion qui suit, enseigne des alliages incorporant et nécessitant du bore à des concentrations supérieures à celles nécessaires pour l'affinage du grain, indépendamment des méthodes ou procédés utilisés pour introduire le bore dans la coulée.

50 Bonsack est préoccupé de la composition de l'alliage seulement, en ce qu'elle rapporte aux éléments alcalins et alcali-no-terreux nécessaires pour l'accélération effective des réactions de son traitement. La présente invention ne met pas en jeu les éléments de la composition pour ce but.

55 Le brevet US 3 676 111 de Weiser enseigne l'utilisation du bore en association avec le titane comme affineur de grain. Il peut être noté que l'utilisation du bore pour l'affinage du grain implique la plupart du temps son utilisation en association avec le titane.

60 Le brevet US 3 198 625 de Stroup apprend l'utilisation du bore pour former des précipités d'aluminium contenant du bore pour l'extraction des impuretés des nuances extrêmement pures d'aluminium.

A l'autre extrémité du spectre, le brevet US 3 262 762 de 65 Bechtold enseigne l'utilisation de quantités importantes de bore en association avec l'aluminium pour former des pièces frittées à haute température.

L'invention a notamment pour but de permettre d'atté

3

652 751

nuer les difficultés de formage des alliages d'aluminium du type Al-Mg-Si.

A cet effet, le procédé selon l'invention présente les caractéristiques spécifiées dans la revendication 1.

Dans le cas des alliages de filage des types 6060 et 6063 ou des types voisins, le métal fondu est coulé en une billette pour le filage. Dans le cas d'une ébauche pour boîtes, tels qu'avec l'alliage type 3004, le métal fondu est coulé en un plateau qui est laminé en bande, et la bande est soumise aux opérations d'emboutissage et d'étirage pour l'obtention de boîtes.

Un autre aspect de l'invention concerne la production d'alliages de filage du type Al-Mg-Si à partir de déchets par l'incorporation de bore. Les déchets peuvent constituer une partie (de préférence plus de 20%), ou même la totalité, de la charge de fonderie. Différents types de déchets peuvent être mélangés pour réaliser la composition de l'alliage qui doit être produit. Par exemple, des déchets de tôles d'aluminium anciennes et neuves peuvent être utilisés pour fabriquer des alliages de filage contenant du bore qui ressemblent aux types 6060 et 6063 par la composition et la fïlabilité, mais qui ont des teneurs plus élevées en impuretés (fer, cuivre, manganèse), que celles pouvant être tolérées dans ces types d'alliages.

De façon similaire, un aspect additionnel de l'invention concerne le formage d'alliages ébauches de boîtes, produits à partir de déchets, de métaux neufs ou de mélanges par utilisation de bore pour produire des alliages avec des propriétés d'emboutissage et d'étirage améliorées.

Les teneurs en impuretés peuvent, par exemple, atteindre les valeurs suivantes (% en poids):

0,05 ^ Mn < 0,3 0, 1 < Cu < 0,3 0, 3 < Fe < 0,7

En accord avec l'aspect «alliage de filage» de l'invention, une nouvelle famille d'alliages est obtenue, chaque alliage ressemble à un alliage classique Al-Mg-Si par sa composition et par ses performances, mais avec des limites relevées pour les impuretés connues comme gênant les performances, particulièrement le fer, et à un degré moindre, le cuivre et le manganèse. Les alliages de filage ainsi fournis comprennent des versions améliorées par le bore des types 6060,6061,6063,6351 et similaires.

Le bore est ajouté à l'aluminium en quantités allant de 20 à 150 parties par million (ppm) en plus des quantités de bore utilisées pour le contrôle du grain selon la pratique habituelle (en général en association avec le titane). En effet, les alliages riches en impuretés, en particulier en fer, et dans une moindre mesure, en Cu et en Mn, ne se filent pas bien, même s'ils ont reçu une addition de B + Ti pour l'affinage du grain selon l'art antérieur. Ce n'est que lorsque la teneur en B est supérieure à celle requise pour l'affinage du grain, dans les alliages avec des niveaux d'impuretés élevés, que les résultats conformes à la présente invention sont obtenus.

De préférence, la teneur en bore, ainsi définie est comprise entre 20 et 80 ppm, et éventuellement entre 30 et 50 ppm. Au-dessous de 20 ppm de bore, on n'observe pratiquement aucune amélioration de la fïlabilité ou de la qualité de surface; au-delà de 150 ppm, aucune amélioration complémentaire de la fïlabilité ou de l'état de surface n'est observée, et les risques d'un accroissement prohibitif de l'usure des filières ou autres outillages augmentent; de plus, la surface des produits devient difficile à polir et la possibilité d'apparition de défauts lors de l'anodisation est accrue.

Le mécanisme par lequel l'addition de bore selon l'invention produit ses effets favorables n'est pas entièrement élucidé et la requérante ne désire pas être liée par une quelconque théorie ou mécanisme particulier à ce sujet. Mais il apparaît que les réactions de précipitation d'impuretés exposées dans l'art antérieur, en particulier dans les brevets américains US 3 198 625 et US 3 676 111 ne sont pas impliquées. On pense qu'en l'absence de bore, les oxydes ou autres composés des s éléments d'alliage ou impuretés, ou un revêtement d'Al ou d'alumine elle-même, se forme à la surface des filières ou autres outillages. Un tel revêtement, lorsqu'il apparaît, retarde le filage, provoque des collages à chaud, rend la surface du produit rugueuse et peut provoquer des déchirures. On io pense de plus que l'addition de bore selon l'invention, sous quelque forme qu'il soit dans l'alliage, peut-être sous forme d'un composé dur type borure, nettoie la filière ou maintient la surface des outillages propre.

i5 Exemple 1

Un procédé selon la présente invention comprend: 1) l'élaboration d'un alliage à partir d'une charge contenant des déchets d'alliages à base d'Al, de manière à obtenir l'analyse suivante (en poids):

20

Si =

Mn «S Mg =

Fe =

25 CU ^

0,3 -0,70% 0,3%

0,3 -0,75% 0,25-0,70% 0,3 %

B = 20 à 150 ppm en plus de celui présent, s'il y a lieu, dans le but d'affinage du grain

30 Cr ^ 0,10%

Zn < 0,10%

Ti ^ 0,05%

Autres chacun ^ 0,05%

Autres total ^ 0,15%

35 Reste aluminium

2) la coulée de l'alliage sous forme d'une billette.

3) l'homogénéisation de ladite billette à une température supérieure à 565 °C pendant une durée supérieure à 4 h.

40 4) le refroidissement de ladite billette, jusqu'à une température inférieure à 250 °C à une vitesse de refroidissement moyenne supérieure à 100 °C/h, au-dessus de 250 "C.

La charge initiale contient, de préférence, plus de 20% de déchets autres que les A-GS (6060 ou 6063).

45 Dans ces conditions, les billettes peuvent être filées dans les conditions habituelles, et les produits obtenus présentent un bel état de surface, tout en conservant les caractéristiques mécaniques habituelles. Le bore est de préférence introduit dans le bain fondu avant le dégazage, sous forme d'alliage so mère aluminium-bore.

La quantité de déchets incorporables à la charge peut aller jusqu'à 100%.

Exemple 2

On a élaboré avec 100% de chutes, les coulées de composi-55 tion suivantes (en poids):

Tableau I

60

Allia

Si

Fe

Cu

Mn

Mg

Ti

B

ge

%

%

%

%

%

%

ppm

A

0.49

0.33

0.10

0.11

0.45

0.009

22

B

0.49

0.33

0.10

0.11

0.45

0.009

55

C

0.48

0.30

0.21

0.21

0.47

0.006

23

D

0.46

0.28

0.20

0.21

0.47

0.017

E

0.42

0.44

0.20

0.20

0.40

0.011

40

F

0.41

0.45

0.10

0.30

0.40

0.012

40

6063

0.45

0.18

<0.01

<0.68

0.68

0.015

-

6060

0.42

0.19

0.03

<0.01

0.55

0.011

-

652751

Les alliages A, B, C, E, F, sont conformes à l'invention; les alliages 6063 et 6060 sont des alliages de comparaison élaborés avec 100% de chutes de la même nuance. L'alliage D a été élaboré comme les alliages A, B, C, E, F, mais l'addition de bore y a été omise. Ces alliages ont été coulée sous forme de billettes 0 95 mm, homogénéisées à 580 °C pendant 8 h et filées à chaud sous forme de profilés tabulaires à ailettes, avec un rapport de corroyage de 90, dans deux conditions différentes:

a) conditions sévères: température (510 °C) et vitesse de filage (V = 120 m/mn) élevées,

b) conditions normales: température (480 °C) et vitesse de filage (V = 50 m/mn) habituelles.

L'aspect des profilés est donné dans le tableau II:

Exemple 3

L'alliage 3004 selon l'Aluminium Association est un alliage utilisable pour la fabrication de boîtes pour boissons. Son analyse est la suivante (en poids):

Si < 0,30%

Fe < 0,7%

Cu < 0,25%

Mn < 1,0 à 1,5%

io Mg sg 0,8 à 1,3%

Zn < 0,25%

Autres chacun < 0,05%

Autres total <0,15%

Reste: alu-15 minium

Tableau II

Alliage

V = 120 m/mn

V = 50 m/mn

A

bon très bon

B

bon bon

C

bon bon

D

très mauvais mauvais

(déchirures)

E

bon bon

F

bon bon

6063

très mauvais acceptable

(déchirures)

6060

bon très bon

On peut noter le très mauvais comportement de l'alliage D sans bore. Les caractéristiques de traction après revenu 8 h à 175 °C sont données dans le tableau III.

Tableau III

Alliage

R 0,2 (MPa)

Rm (MPa)

A(%)

A

223

259

15

B

223

259

15

C

222

258

15

E

181

221

15

F

176

194

15

6063

195

252

18

6060

181

239

17

Dans chacune des deux coulées de 40 tonnes d'alliage, type 3004, on a introduit du bore, l'addition étant faite sous forme de 100 kg d'alliage-mère ayant une composition Al = 20 96%, B = 4%; les introductions ont été faites durant le transfert du métal entre le four de fusion et le four de maintien.

Les coulées ont été transformées en tôles suivant la pratique habituelle, l'épaisseur finale étant de 0,42 mm à l'état H19.

25 Le métal a été ensuite transformé en corps de boîtes de boissons sur des presses d'emboutissage-étirage à grande vitesse. En 24 heures de production, il y a eu 19 casses, c'est-à-dire les cas où le métal se déchire au cours de l'emboutissage ou de l'étirage. Ceci représente une réduction de 30% du 3o nombre de casses rencontrées en moyenne sur cet ensemble de presses, quant on y travaille du 3004 standard sans addition de bore.

De plus, pratiquement aucun polissage des outils n'a été nécessaire en l'absence de dépôts sur les outillages des presses. 35 D'après ce qui précède, on peut constater que la présente invention fournit une méthode pour améliorer la productivité en atténuant les facteurs qui font obstacle à la formabilité des alliages sous forme de tôles.

En résumé, on peut voir d'après la description précédente 40 que l'invention atteint ses objectifs d'amélioration des caractéristiques de fïlabilité et de formabilité des alliages type Al-Mg-Si et l'amélioration de tels alliages de manière simple et efficace, et permet aux producteurs d'utiliser une forte proportion de chutes de basse qualité pour la production d'allia-45 ges de haute qualité, avec en conséquence, des économies d'énergie et une meilleure productivité.

C

Claims (8)

652751

1. Procédé pour obtenir un alliage du type Al-Mg-Si hautement formable à chaud ou à froid, caractérisé en ce que l'on fond un alliage Al-Mg-Si sous forme d'une charge contenant au moins l'un des éléments suivants, dans les limites ci-après, en % en poids:

0,1 < Cu< 0,3 0,3 ^ Fe ^ 0,7 0,05 < Mn < 1,5

et que l'on incorpore au bain une quantité de bore allant de 20 à 150 ppm en poids, en plus et au-delà de la quantité de bore éventuellement présente pour l'affinage du grain.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la quantité de bore incorporée est comprise entre 20 et 80 ppm.

2

REVENDICATIONS

3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la quantité de bore incorporée est comprise entre 30 et 50 ppm.

4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la charge contient plus de 20% de chutes d'alliages autres que celui à élaborer.

5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le bore est introduit juste avant dégazage et coulée.

6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le bore est introduit sous forme d'un alliage-mère.

7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérsié en ce que l'alliage est du type 6060,6081,6063 ou 6351, selon la nomenclature de l'Aluminium Association.

8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'alliage est du type 3004, selon la nomenclature de l'Aluminium Association.