[0001] L'invention est relative à un alliage d'aluminium et à un procédé de réalisation d'un tel alliage.
[0002] Des alliages d'aluminium tels que les alliages d'aluminium de la série AA6xxx sont couramment utilisés dans de nombreuses applications et présentent l'avantage d'avoir une limite d'élasticité et une résistance à la traction modérément élevées, une faible sensibilité à la trempe et une bonne résistance à la corrosion.
Cependant, les alliages d'aluminium selon la technique antérieure se fissurent souvent sous l'effet de chocs et n'absorbent pas efficacement l'énergie cinétique par déformation plastique.
[0003] La présente invention vise à réaliser un alliage d'aluminium qui se prête à des applications dans lesquelles une forte capacité d'absorption d'énergie cinétique par déformation plastique est nécessaire et qui convient en particulier dans l'industrie automobile.
[0004] L'invention vise également à réaliser un alliage d'aluminium qui, au moment de chocs, se fissure moins que les alliages d'aluminium selon la technique antérieure.
[0005] L'invention vise en outre à réaliser un procédé de fabrication d'un produit constitué du nouvel alliage d'aluminium.
[0006] Selon l'invention, il est proposé un alliage d'aluminium contenant, en pourcentages de poids:
<tb>Si<sep>0,1-0,45,
<tb>Mg<sep>0,4-1,20,
<tb>Cu<sep>0,1-0,25,
<tb>Fe<sep>maximum 0,40,
<tb>Mn<sep>maximum 0,4,
<tb>Cr<sep>maximum 0,10,
<tb>Ti<sep>maximum 0,1,
<tb>V<sep>maximum 0,25,
<tb>impuretés: maximum 0,05 chacune, total maximal 0,15, le reste étant constitué d'aluminium.
[0007] L'alliage d'aluminium selon la présente invention a une bonne résistance mécanique et une bonne stabilité à long terme ainsi qu'une bonne résistance à la corrosion. Un produit laminé constitué de l'alliage d'aluminium selon la présente invention présente une grande capacité d'absorption d'énergie cinétique par déformation plastique et résiste également à la fissuration lorsqu'il est soumis à la force d'un choc.
[0008] L'alliage a une teneur en Mg de 0,40 à 1,20% en poids afin de présenter une résistance mécanique optimale, en particulier lors d'une utilisation en combinaison avec une teneur en Si de 0,10 à 0,45% en poids. Mg et Si se combinent pour former un composé Mg2Si de renforcement, tandis que Mg reste également en solution solide.
Les précipités de Mg2Si et Mg en solution solide créent un système bimodal de renforcement. L'interaction entre les dislocations et les précipités à dispersion fine, par exemple de Mg2Si, est souvent considérée comme responsable de la fissuration. Les teneurs en Mg et Si sont établies, dans la présente invention, de façon que la précipitation de Mg2Si soit optimisée pour produire un alliage d'une résistance mécanique suffisante mais peu sujet à la fissuration. Mg peut être présent à raison de 0,50 à 1,10% en poids ou 0,70 à 1,10% en poids ou 0,8 à 1,10% en poids. Si peut être présent à raison de 0,15 à 0,40% en poids ou 0,20 à 0,40% en poids.
[0009] Cu est présent à raison de 0,10 à 0,25% en poids. Cu accroît la résistance mécanique de la matrice de l'alliage.
Comme la résistance mécanique de l'alliage selon la présente invention peut être réduite par un traitement de survieillissement, il est nécessaire d'accroître préalablement la résistance mécanique de la matrice de l'alliage. Si la teneur en Cu est inférieure à 0,10% en poids, il n'est pas possible d'obtenir cet effet. Cependant, s'il y a plus de 0,25% en poids de Cu, la résistance de l'alliage à la corrosion filiforme et à la corrosion par piqûres devient inacceptable. Cu peut être présent à raison de 0,15 à 0,25% en poids.
[0010] Mn est présent dans une mesure de 0,40% en poids maximum pour affiner les grains recristallisés et pour réunifier la structure.
Mn peut être présent à raison de 0,10 à 0,30% en poids, de préférence 0,10 à 0,20% en poids et de préférence encore 0,10 à 0,15% en poids.
[0011] Il peut y avoir 0,25% en poids maximum de V dans l'alliage selon la présente invention. V a un effet avantageux d'affinage des grains. Il peut y avoir jusqu'à 0,20% en poids de V, ou jusqu'à 0,15% en poids de V, ou jusqu'à 0,10% en poids de V ou jusqu'à 0,05% en poids de V. V peut également être présent à raison de 0,05 à 0,20% en poids ou 0,10 à 0,20% en poids ou 0,05 à 0,15% en poids.
[0012] L'alliage contient jusqu'à 0,10% en poids de Cr en raison de son effet d'ancrage sur les limites des grains, ce qui affine les grains et stabilise la structure.
S'il y a plus de 0,10% en poids de Cr, la probabilité de formation de gros grains grossiers augmente, car Cr limite la solubilité de Mn.
[0013] Ti est important comme affineur de grains et il est préférable que la teneur en Ti ne dépasse pas 0,1% en poids. Il peut également y avoir jusqu'à 0,05% en poids deTi.
[0014] Il y a un maximum de 0,40% en poids de Fe. Fe contribue au renforcement par diffusion et à l'affinage des grains. Au-dessus de 0,40% en poids, la présence de Fe est défavorable en ce qui concerne la résistance à la corrosion. Fe peut être présent à raison de 0,10 à 0,30% en poids.
[0015] Le reste est composé de Al et d'impuretés.
Chaque impureté est présente à raison d'un maximum de 0,05% en poids et le total des impuretés est au maximum de 0,15% en poids.
[0016] L'alliage d'aluminium selon la présente invention peut être transformé en produit laminé, d'une manière typique un produit en tôle. L'alliage d'aluminium laminé selon la présente invention peut être utilisé pour une pièce servant à absorber l'énergie cinétique par déformation plastique. L'alliage d'aluminium laminé selon la présente invention peut être utilisé pour une pièce d'automobile afin d'absorber l'énergie cinétique par déformation plastique.
[0017] En outre, l'invention est mise en ¼oeuvre dans un procédé pour réaliser un produit laminé en alliage d'aluminium selon la présente invention, comprenant les étapes successives de:
<tb>i)<sep>coulée,
<tb>ii)<sep>préchauffage ou homogénéisation,
<tb>iii)<sep>laminage à chaud,
<tb>iv)<sep>laminage à froid,
<tb>v)<sep>homogénéisation ou traitement thermique de mise en solution,
<tb>vi)<sep>trempe,
<tb>vii)<sep>vieillissement.
[0018] Le présent procédé donne au produit laminé en alliage d'aluminium selon la présente invention de bonnes propriétés d'absorption d'énergie cinétique à un coût raisonnable.
[0019] Pour couler l'alliage d'aluminium en lingots, on peut recourir à des procédés de coulée continue et semi-continue. La coulée semi-continue en lingotière tubulaire courte est préférable.
[0020] Après avoir été coulé, l'alliage d'aluminium est homogénéisé à une température de 450 deg. C à 600 deg. C ou, de préférence, de 500 deg. C à 575 deg.
C.
[0021] Après avoir été homogénéisé, l'alliage d'aluminium est laminé à chaud jusqu'à une épaisseur intermédiaire avant d'être laminé à froid jusqu'à une épaisseur finale, en une ou plusieurs passes.
[0022] Après avoir été laminé à froid, l'alliage d'aluminium subit un traitement thermique de mise en solution avant d'être trempé à l'aide d'eau, par pulvérisation d'eau ou application d'air forcé.
[0023] L'alliage d'aluminium est vieilli naturellement ou artificiellement, par recuit, pour acquérir le niveau voulu de propriétés mécaniques et physiques.
Afin de réduire l'interaction entre les précipités et les dislocations, il importe que l'alliage soit légèrement survieilli ou sous-vieilli.
[0024] Le produit laminé peut être transformé en pièces de nombreux types et convient en particulier pour des pièces qui, entre autres, nécessitent une grande capacité d'absorption de l'énergie cinétique par déformation plastique, par exemple des pièces de véhicules.
[0025] L'invention va maintenant être illustrée par un exemple qui ne limite pas le cadre de l'invention.
[0026]
<tb>Elément (en % de poids)<sep>Si<sep>Mg<sep>Cu<sep>Fe<sep>Mn<sep>Cr<sep>Ti<sep>V<sep>Al & impuretés
<tb>Composition 1<sep>0,30<sep>0,90<sep>0,20<sep>0,22<sep>0,12<sep>0,05<sep>0,02<sep>traces<sep>reste
<tb>Composition 2<sep>0,30<sep>0,90<sep>0,20<sep>0,22<sep>0,12<sep>0,05<sep>0,02<sep>0,10<sep>reste
[0027] Des alliages présentant les compositions 1 et 2 indiquées ci-dessus ont été coulés avant d'être homogénéisés, laminé à chaud, laminés à froid, soumis à un traitement thermique de mise en solution, trempés et vieillis. Leurs propriétés mécaniques ont été examinées dans l'état de trempe fraîche et dans l'état de sous-vieillissement, de vieillissement maximal et de survieillissement. La capacité d'absorption de l'énergie cinétique a été testée et a été jugée très acceptable pour une utilisation dans des articles ou des pièces pour absorber l'énergie cinétique par déformation plastique, en particulier pour des pièces de véhicules.
The invention relates to an aluminum alloy and to a process for producing such an alloy.
[0002] Aluminum alloys such as aluminum alloys of the AA6xxx series are commonly used in many applications and have the advantage of having a moderately high yield strength and tensile strength, a low sensitivity to quenching and good resistance to corrosion.
However, prior art aluminum alloys often crack under impact and do not effectively absorb kinetic energy by plastic deformation.
The present invention aims to achieve an aluminum alloy that lends itself to applications in which a high kinetic energy absorption capacity by plastic deformation is necessary and which is particularly suitable in the automotive industry.
The invention also aims to achieve an aluminum alloy which, at the moment of impact, crack less than aluminum alloys according to the prior art.
The invention also aims to provide a method of manufacturing a product consisting of the new aluminum alloy.
According to the invention, it is proposed an aluminum alloy containing, in percentages of weight:
<Tb> When <September> 0.1 to 0.45,
<Tb> Mg <September> 0.4 to 1.20,
<Tb> Cu <September> 0.1-0.25,
<tb> Fe <sep> maximum 0.40,
<tb> Mn <sep> maximum 0.4,
<tb> Cr <sep> maximum 0.10,
<tb> Ti <sep> maximum 0.1,
<tb> V <sep> maximum 0.25,
<tb> impurities: maximum 0.05 each, total maximum 0.15, the rest being made of aluminum.
The aluminum alloy according to the present invention has good mechanical strength and good long-term stability as well as good corrosion resistance. A laminated product made of the aluminum alloy according to the present invention has a high kinetic energy absorption capacity by plastic deformation and also resists cracking when subjected to the force of a shock.
The alloy has a Mg content of 0.40 to 1.20% by weight in order to have optimum mechanical strength, particularly when used in combination with a Si content of 0.10 to 0. 45% by weight. Mg and Si combine to form a reinforcing Mg2Si compound, while Mg also remains in solid solution.
The precipitates of Mg2Si and Mg in solid solution create a bimodal reinforcement system. The interaction between dislocations and fine dispersion precipitates, for example Mg2Si, is often considered to be responsible for cracking. The contents of Mg and Si are established in the present invention so that the precipitation of Mg2Si is optimized to produce an alloy of sufficient mechanical strength but little subject to cracking. Mg may be present at from 0.50 to 1.10% by weight or 0.70 to 1.10% by weight or 0.8 to 1.10% by weight. If may be present in an amount of from 0.15 to 0.40% by weight or from 0.20 to 0.40% by weight.
Cu is present at from 0.10 to 0.25% by weight. Cu increases the mechanical strength of the matrix of the alloy.
Since the mechanical strength of the alloy according to the present invention can be reduced by over-aging treatment, it is necessary to previously increase the mechanical strength of the matrix of the alloy. If the Cu content is less than 0.10% by weight, it is not possible to obtain this effect. However, if there is more than 0.25% by weight of Cu, the resistance of the alloy to filiform corrosion and pitting corrosion becomes unacceptable. Cu may be present at 0.15 to 0.25% by weight.
Mn is present in a measure of 0.40% by weight maximum to refine the recrystallized grains and to reunify the structure.
Mn may be present in an amount of from 0.10 to 0.30% by weight, preferably from 0.10 to 0.20% by weight and more preferably from 0.10 to 0.15% by weight.
There may be 0.25% by weight maximum of V in the alloy according to the present invention. V has an advantageous effect of refining grains. There can be up to 0.20% by weight of V, or up to 0.15% by weight of V, or up to 0.10% by weight of V or up to 0.05% by weight. V. V weight may also be present at from 0.05 to 0.20% by weight or 0.10 to 0.20% by weight or 0.05 to 0.15% by weight.
The alloy contains up to 0.10% by weight of Cr because of its anchoring effect on the grain boundaries, which refines the grains and stabilizes the structure.
If there is more than 0.10% by weight of Cr, the probability of coarse coarse grain formation increases because Cr limits the solubility of Mn.
Ti is important as grain refiner and it is preferable that the Ti content does not exceed 0.1% by weight. There can also be up to 0.05% by weight of Ti.
There is a maximum of 0.40% by weight of Fe. Fe contributes to diffusion enhancement and grain refinement. Above 0.40% by weight, the presence of Fe is unfavorable with respect to corrosion resistance. Fe may be present at 0.10 to 0.30% by weight.
The rest is composed of Al and impurities.
Each impurity is present at a maximum of 0.05% by weight and the total impurities is at most 0.15% by weight.
The aluminum alloy according to the present invention can be processed into a rolled product, typically a sheet product. The laminated aluminum alloy according to the present invention can be used for a part for absorbing kinetic energy by plastic deformation. The laminated aluminum alloy according to the present invention can be used for an automobile part to absorb kinetic energy by plastic deformation.
In addition, the invention is implemented in a process for producing an aluminum alloy laminated product according to the present invention, comprising the successive steps of:
<Tb> i) <September> casting,
<tb> ii) <sep> preheating or homogenization,
<tb> iii) <sep> hot rolling,
<tb> iv) <sep> cold rolling,
<tb> v) <sep> homogenization or solution heat treatment,
<Tb> vi) <September> tempering
<Tb> vii) <September> aging.
The present process gives the aluminum alloy laminate product of the present invention good kinetic energy absorption properties at a reasonable cost.
To cast the aluminum alloy ingots, one can resort to continuous and semi-continuous casting processes. Semi-continuous casting in the short tubular mold is preferable.
After being cast, the aluminum alloy is homogenized at a temperature of 450 deg. C at 600 deg. C or, preferably, 500 deg. C at 575 deg.
vs.
After being homogenized, the aluminum alloy is hot rolled to an intermediate thickness before being cold rolled to a final thickness, in one or more passes.
After having been cold rolled, the aluminum alloy undergoes a solution heat treatment before being quenched with water, water spray or forced air application.
The aluminum alloy is aged naturally or artificially, by annealing, to achieve the desired level of mechanical and physical properties.
In order to reduce the interaction between precipitates and dislocations, it is important that the alloy be slightly over-aged or under-aged.
The laminated product can be converted into parts of many types and is particularly suitable for parts which, among others, require a large capacity for absorbing kinetic energy by plastic deformation, for example parts of vehicles.
The invention will now be illustrated by an example which does not limit the scope of the invention.
[0026]
<tb> Element (in% by weight) <sep> If <sep> Mg <sep> Cu <sep> Fe <sep> Mn <sep> Cr <sep> Ti <sep> V <sep> Al & impurities
<tb> Composition 1 <sep> 0.30 <sep> 0.90 <sep> 0.20 <sep> 0.22 <sep> 0.12 <sep> 0.05 <sep> 0.02 <sep> traces <September> remains
<tb> Composition 2 <sep> 0.30 <sep> 0.90 <sep> 0.20 <sep> 0.22 <sep> 0.12 <sep> 0.05 <sep> 0.02 <sep> 0.10 <September> remainder
Alloys having the compositions 1 and 2 indicated above were cast before being homogenized, hot rolled, cold rolled, subjected to a solution heat treatment, quenched and aged. Their mechanical properties were examined in the state of fresh quenching and in the state of under-aging, maximum aging and over-aging. The kinetic energy absorption capacity has been tested and found to be very acceptable for use in articles or parts for absorbing kinetic energy by plastic deformation, particularly for vehicle parts.