EP0092492A1 - Process for the manufacture of die-forged or forged parts made from aluminium alloys - Google Patents

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EP0092492A1
EP0092492A1 EP19830420063 EP83420063A EP0092492A1 EP 0092492 A1 EP0092492 A1 EP 0092492A1 EP 19830420063 EP19830420063 EP 19830420063 EP 83420063 A EP83420063 A EP 83420063A EP 0092492 A1 EP0092492 A1 EP 0092492A1
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Roger Develay
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Cegedur-Ste de Transformation de l Aluminium Pechiney
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Abstract

L'invention se rapporte à un procédé de fabrication de pièces matricées ou forgées en alliage d'aluminium à haute résistance, en particulier ceux correspondant aux séries 2000, 6000 ou 7000 de l'Aluminium Association. The invention relates to a parts manufacturing method stamped or forged high strength aluminum alloy, in particular those corresponding to the series 2000, 6000 or 7000 of the Aluminum Association.
Le procédé, applicable aux fabrications automatisées en grande série, consiste à tremper les produits à partir de la chaleur de déformation à chaud (T' 2 ), celle-ci ayant lieu après réchauffage des lopins à la température d'himogénéisation (T 1 ) ou de mise en solution (T 3 ). The method for automated mass-production, is to soak the products from the heat heat distortion temperature (T '2), the latter taking place after reheating billets at a temperature of himogénéisation (T 1) or solutionizing (T 3).
Les produits obtenus possèdentdes caractéristiques d'utilisation analogues à celles des produits obtenus de façon classique. The products obtained using possèdentdes similar characteristics to those produced conventionally.

Description

  • L'invention se rapporte à un procédé de'fabrication de pièces matricées ou forgées en alliages d'aluminium à durcissement structural et à haute résistance, en particulier ceux correspondant aux séries 2000, 6000 et 7000 de l'Aluminium Association, dont la charge de rupture (R ) à l'état traité est supérieure ou égale à 280 MPa. The invention relates to a parts de'fabrication method stamped or forged in structurally hardened aluminum high strength alloys, particularly those corresponding to the series 2000, 6000 and 7000 of the Aluminum Association, the load Out (R) to the condition treated is greater than or equal to 280 MPa.
  • La technique courante de fabrication de pièces forgées ou matricées en alliages d'A1 à haute résistance comprend les étapes suivantes : The common technique of manufacturing forged or die-forged in high strength alloys A1 pieces comprises the following steps:
    • 1. Produit de départ : Métal coulé par le procédé classique de coulée semi-continue. 1. Starting material: Metal cast by the conventional method of semi-continuous casting.
    • 2. Homogénéisation : Ce traitement consiste à maintenir pendant des temps assez longs (4 à 48 h) l'alliage à une température élevée (490°C à 620°C, suivant les alliages). 2. Homogenization: This treatment is to maintain for long enough time (4-48 h) the alloy at an elevated temperature (490 ° C to 620 ° C, depending on alloys). Ce traitement est généralement nécessaire, d'une part, pour conférer au métal une plasticité suffisante pour sa transformation à chaud ultérieure et, d'autre part pour.obtenir sur les produits finis des caractéristiques d'utilisation correctes. This treatment is generally necessary, firstly, to provide the metal sufficient plasticity for subsequent melt processing and, secondly pour.obtenir on finished products correct usage characteristics.
    • 3. Refroidissement à la température ambiante. 3. Cool to room temperature.
    • 4. Réchauffage à la température de matriçage : Ce réchauffage consiste à amener le métal à la température à laquelle il peut être déformé plastiquement. 4. Reheat the forming temperature: This heating is to bring the metal to the temperature at which it can be plastically deformed.
    • 5. Opération de déformation à chaud proprement dite : Cette opération est réalisée couramment par forgeage et matriçage. 5. Operation heat distortion itself: This operation is commonly produced by forging and die forging.
    • 6. Refroidissement de la pièce à la température ambiante. 6. Cooling of the part to room temperature.
    • 7. Traitement thermique : Dans le cas des alliages d'aluminium à haute résistance faisant l'objet de la présente demande, un traitement thermique est nécessaire pour obtenir un durcissement structural. 7. Heat treatment: In the case of high-strength aluminum alloys which are the subject of the present application, a heat treatment is necessary to obtain a structural hardening.
  • Ce traitement comporte les phases ci-après : This treatment includes the following phases:
    • 7.1. 7.1. Mise en solution solide de l'alliage (dont la température et la durée sont fonction de la nature de l'alliage); Setting solid solution of the alloy (in which the temperature and duration depend on the nature of the alloy);
    • 7.2. 7.2. Trempe, c'est-à-dire passage de la température de mise en solution à la température ambiante à une vitesse suffisante (supérieure à la vitesse dite critique) pour obtenir, à la température ambiante, la solution solide à l'état métastable; Quenching, that is to say the passage of solutionizing temperature to room temperature at a rate sufficient (greater than said critical speed) for obtaining, at room temperature, the solid solution in the metastable state;
    • 7.3 : précipitation de la (ou des) phase (s) durcissante (s) 7.3: precipitation of (or more) phase (s) hardening (s)
      • a) soit par maturation à la température ambiante, a) by maturation at ambient temperature,
      • b) soit par traitement de revenu. b) by annealing treatment.
  • Cette gamme n'est pas adaptée à la production en grande série de pièces par suite de la multiplicité des étapes et de l'incompatibilité de certaines d'entre elles, en particulier en ce qui concerne la durée relative des différentes opérations. This range is not suitable for mass production of parts due to the multiplicity of steps and the incompatibility of some of them, particularly regarding the relative timing of the various operations.
  • Cependant, l'existence de presses rapides de matriçage ou de forgeage à un ou plusieurs postes de travail et, dans ce dernier cas, transfert automatique de la pièce en cours de déformation d'un poste à l'autre, permet d'appliquer la méthode suivante, objet de l'invention, pour la production en grande série sur lignes continues automatisées. However, the existence of rapid stamping presses or forging to one or more workstations and, in the latter case, automatic transfer of work during deformation from one station to another, allows to apply the following method, object of the invention, for the mass production on automated continuous lines.
  • Si on part de lopins coulés, après homogénéisation à la température T 1 , ceux-ci sont refroidis à la température de déformation T 2 (si T1 ≠ T 2 ) à une vitesse de refroidissement accélérée, puis immédiatement déformés à chaud et trempés directement à la fin de cette opération. If one starts from cast billets, after homogenization at a temperature T 1, they are cooled to the deformation temperature T 2 (if T1 ≠ T 2) at an accelerated cooling rate and then immediately deformed hot and quenched directly in the end of this operation.
  • Si on part de lopins d'alliages homogénéisés et précorroyés ou d'alliages ne nécessitant pas d'homogénéisation préalable, la méthode est sensiblement identique sauf que le réchauffage avant déformation se fait aux températures T 3 et pendant des temps habituellement utilisés pour la mise en solution classique avant trempe (au lieu de la température T 1 ). If one starts from homogenized billets of alloys and précorroyés or alloys that do not require prior homogenization, the method is substantially identical except that the heating before deformation occurs at the temperatures T 3 and for times normally used for carrying vector before quenching solution (instead of the temperature T 1).
  • La température T 1 est la température habituelle d'homogénéisation des alliages considérés. The temperature T 1 is the usual temperature homogenization of alloys in question. On en trouvera, par exemple, une liste dans l'ouvrage "ALUMINIUM" de VAN HORN, ASM 1967, volume III, page 325, pour différents alliages. Can be found in, for example, a list in the book "ALUMINUM" VAN HORN, ASM, 1967, Volume III, page 325, for different alloys. La durée du maintien à cette température doit être suffisante pour permettre la mise en solution solide des principaux éléments d'alliage. The duration of holding at that temperature must be sufficient to allow the solid solution of the main alloying elements.
  • La température T 2 est la température à laquelle a lieu le début de la mise en forme. The temperature T 2 is the temperature at which occurs the start of the formatting. Cette température est choisie de telle façon que l'alliage considéré présente une plasticité ou aptitude à la mise en forme suffisante pour l'obtention de la pièce à réaliser. This temperature is chosen such that the alloy concerned exhibits plasticity or ability to set adequate shape for obtaining the part to be produced. Durant la déformation, cette température peut d'ailleurs évoluer en fonction de, l'importance de cette déformation, de la vitesse de déformation, de la température des outillages et de la nature de l'alliage et at- teindre la valeur T' 2 . During deformation, this temperature may also change depending on the importance of this deformation, the deformation speed, the temperature of the tool and the nature of the alloy and at- dyeing value T '2 .
  • La température T 3 est la température de mise en solution de l'alliage ; The temperature T 3 is the temperature of dissolution of the alloy; on en trouvera par exemple une liste dans l'ouvrage de VAN HORN déjà cité, p. be found in such a list in the book by VAN HORN cited above, p. 332 et suivantes. 332 ff.
  • µLe refroidissement entre la température T 1 d'homogénéisation (ou la température T 3 de mise en solution) et la température T 2. de début de déformation doit être effectué dans un temps aussi bref que possible. μLe cooling between the temperature T 1 of homogenization (or the temperature T 3 of solution treatment) and the temperature T 2 of the beginning of deformation must be carried out within as short a time as possible.
  • Le refroidissement accéléré entre T 1 (ou T 3 ) et T 2 est obtenu, de préférence, par refroidissement du lopin par l'air pulsé ou un brouillard. The accelerated cooling between T 1 (or T 3) and T 2 is obtained, preferably, by cooling the billet by the pulsed air or a mist.
  • D'une façon générale, la vitesse moyenne de refroidissement entre la température d'homogénéisation T 1 ou de mise en solution T 3 et la température ambiante doit être suffisante (supérieure à la vitesse critique de trempe) pour assurer de bonnes caractéristiques à la pièce finale. In general, the average cooling rate from the homogenization temperature T 1 or T 3 into solution and the ambient temperature should be sufficient (greater than the critical quenching rate) to ensure good characteristics at room final. Il est habituel, pour les alliages d'aluminium à durcissement structural des séries 2000, 6000 et 7000, d'utiliser cette notion de vitesse critique de trempe qui dépend essentiellement de la composition de l'alliage et de sa microstructure, en particulier dans l'intervalle critique de trempe, aussi variable suivant la nature de l'alliage ; It is customary for structurally hardened aluminum alloys of series 2000, 6000 and 7000, to use this notion of critical quenching speed that essentially depends on the alloy composition and microstructure, especially in critical interval tempering, also varied depending on the nature of the alloy; cet intervalle critique est généralement compris entre la température de mise en solution et une température voisine de 200-250°C et se situe particulièrement entre 400 et 290°C. this critical range is generally between the solution annealing temperature and a temperature of 200-250 ° C and especially between 400 and 290 ° C. La vitesse critique de trempe peut être définie comme la vitesse moyenne de refroidissement qu'il est nécessaire de dépasser dans l'intervalle critique pour éviter une précipitation grossière, préjudiciable pour les caractéristiques finales. The critical quenching rate can be defined as the average cooling rate that is necessary to overcome in the critical interval to avoid gross precipitation, damaging to the final characteristics.
  • La vitesse moyenne de refroidissement de la pièce entre la fin de la déformation à chaud (T' 2 ) et l'ambiante (en pratique 200°C) doit être supérieure à la vitesse critique de trempe de l'alliage, et ceci en particulier dans l'intervalle critique de trempe. The average cooling rate of the part between the end of the hot deformation (T '2) and the room (in practice 200 ° C) must be greater than the critical speed of hardening of the alloy, and this in particular in the critical quenching range. Cette condition de refroidissement permet d'éviter la décomposition de la solution solide et, par suite, la précipitation des composés durcissants, précipitation qui peut se révéler préjudiciable pour les caractéristiques du produit et, en particulier, la résistance mécanique et la résistance à la corrosion. This cooling condition avoids the decomposition of the solid solution, and therefore, precipitation of hardening compounds, precipitation can prove to be detrimental for the characteristics of the product and, in particular, the mechanical strength and corrosion resistance .
  • En fait, le cycle de refroidissement peut être défini par utilisation des courbes TTP (temps, température, propriétés). In fact, the cooling cycle can be defined by using the TTP curves (time, temperature, properties). Ces courbes, caractéristiques d'un alliage donné, présentent une allure en C. Il est alors nécessaire que la courbe qui donne le cycle de refroidissement dupro- duit soit toujours située à gauche du (ou des) nez de la (ou des) courbe (s) TTP relative (s) à la (aux) propriété (s) considérée (s). These curves, characteristic of a given alloy, have a look in C. It is then necessary that the curve giving the dupro- Duit cooling cycle is still to the left of (or more) of the nose (or) curve (s) on TTP (s) in (the) property (s) question (s).
  • La vitesse critique de trempe des alliages d'aluminium dépend de la nature de l'alliage, de sa microstructure, mais également de la propriété finale considérée. The critical speed of hardening aluminum alloys depends on the nature of the alloy, microstructure, but also considered the final property. Par exemple, pour les alliages des séries 2000 et 7000 avec cuivre, la vitesse critique de trempe est comprise entre 20°C et 100°C/s si l'on considère uniquement les caractéristiques mécaniques de traction, mais elle peut dépasser 100°C/s si l'on considère la résistance à la corrosion intergranulaire (par exemple 150°C/s pour l'alliage 7075 T6 et 500°C/s pour l'alliage 2024 T4). For example, for alloys of the series 2000 and 7000 with copper, the critical quenching speed is between 20 ° C and 100 ° C / s if one considers only the mechanical properties of traction, but can exceed 100 ° C / s considering the resistance to intergranular corrosion (e.g. 150 ° C / s for the alloy 7075 T6 500 ° C / s to 2024 T4 alloy). Pour les alliages 7000, sans cuivre, la vitesse critique de trempe est beaucoup plus faible (0,5 à 1°C/s pour l'alliage 7020, par exemple). For 7000 alloys without copper, the critical quenching rate is much lower (0.5 to 1 ° C / s to the 7020 alloy, for example). Pour les alliages 6000, la vitesse critique de trempe varie entre 1 et 10°C/s (par exemple 1°C/s pour l'alliage 6063 et 10°C/s pour l'alliage 6061). For alloys 6000, the critical quenching rate varies between 1 and 10 ° C / s (e.g. 1 ° C / s to 6063 and 10 ° C / s for 6061 alloy).
  • L'invention sera mieux comprise à l'aide des figures et exemples suivants : The invention will be better understood using the following figures and examples:
  • La figure 1 représente schématiquement la gamme de transformation classique suivant l'art antérieur, de lopins coulés à partir du point (1) - cycle A - ou de lopins homogénéisés et précorroyés à partir du point (1' ) - cycle B -, les étapes étant répertoriées dans la première partie de la description (voir page 1). Figure 1 schematically shows the range of conventional processing according to the prior art, billets cast from the point (1) - Cycle A - or billets homogenised and précorroyés from the point (1 ') - Cycle B -, the steps being listed in the first part of the description (see page 1).
  • La figure 2a représente schematiquement la gamme de fabrication suivant l'invention, à partir de lopins coulés - cycle C - et la figure 2b, de lopins homogénéisés et précorroyés - cycle D -. 2a shows schematically the manufacturing line according to the invention from billets cast - Cycle C - and 2b, plots and homogenized précorroyés - Ring D -.
  • La figure 3 représente la position de deux cycles de fabrication (C 1 et C 2 ) vis-à-vis des courbes TTP (10 ou 11). 3 shows the position of two production cycles (C 1 and C 2) vis-à-vis the TTP curves (10 or 11).
  • Les exemples suivants illustrent les résultats obtenus : The following examples illustrate the results obtained:
  • EXEMPLE 1. Alliages 6061 EXAMPLE 1. 6061 Alloys
  • Figure imgb0001
  • Des billettes coulées au diamètre de 60 mm, de même composition, ont subi respectivement chacun des cycles ci-après : Billets cast in 60 mm diameter having the same composition, has undergone respectively each of the following cycles:
    • - Cycle A (classique) - Cycle A (classical)
      Figure imgb0002
    • - Cycle C (suivant l'invention) - Cycle C (according to invention)
      Figure imgb0003
  • Durant ce cycle, la vitesse moyenne de trempe a été supérieure à la vitesse critique de trempe de l'alliage qui est de l'ordre de 10°C/seconde. During this cycle, the average speed quenching was greater than the critical quenching rate of the alloy is in the range of 10 ° C / second.
  • Les caractéristiques obtenues sur les pièces matricées sont : The characteristics obtained on forged parts are:
    Figure imgb0004
  • Ainsi, les caractéristiques suivant cycle C sont supérieures à celles obtenues suivant cycle A. This way, the cycle characteristics C are higher than those obtained following cycle A.
  • EXEMPLE 2. Alliage 2017 EXAMPLE 2 Alloy 2017
  • Figure imgb0005
  • Des billettes coulées au diamètre de 55 mm, de même composition, ont subi respectivement chacun des cycles ci-après : Cast billet the diameter of 55 mm, of the same composition, has undergone respectively each of the following cycles:
    Figure imgb0006
    • - Cycle C (suivant invention) - Cycle C (according to invention)
      Figure imgb0007
  • Durant ce cycle, la vitesse moyenne de refroidissement entre 450°C et 250°C a été supérieure à 20°C/seconde. During this cycle, the average cooling rate between 450 ° C and 250 ° C was greater than 20 ° C / second.
  • Les caractéristiques obtenues sur les pièces matricées sont : The characteristics obtained on forged parts are:
    Figure imgb0008
  • EXEMPLE 3. Alliages Al-Zn-Mg Quatre alliages ont été expérimentés Composition (% en poids) Example 3 Al-Zn-Mg alloys Four alloys were tested Composition (% by weight)
  • Figure imgb0009
  • Pour chacun des alliages, des billettes de diamètre 190 nm ont été obtenues par coulée semi-continue. For each of the alloys, diameter billets 190 nm were obtained by semi-continuous casting.
  • Ces billettes ont été homogénéisées 6 h à 480°C, refroidies à l'air réchauffées à 420°C par forgeage en deux chaudes : These billets were homogenised 6 h at 480 ° C, cooled with air heated to 420 ° C by hot forging into two:
    Figure imgb0010
  • Après tronçonnage de lopins de volumes capables de transformation sous forme de bielles, le cycle D a été appliqué, à savoir : After cutting plots capable of processing volumes in the form of rods, the D ring has been applied, namely:
    Figure imgb0011
  • Les caractéristiques mécaniques obtenues sont les suivantes : The mechanical characteristics obtained are as follows:
    Figure imgb0012
  • Ces caractéristiques sont conformes à celles obtenues couramment sur mêmes alliages d'une fâçon traditionnelle - cycle. These characteristics are consistent with those commonly obtained on the same alloys in a traditional way - cycle. B. B.
  • Il faut remarquer que ces alliages Al-Zn-Mg sont particulièrement adaptés au procédé revendiqué parce que présentant : Note that these Al-Zn-Mg alloys are particularly suitable for the claimed process because having:
    • - un grand intervalle de température de mise en solution (360°C-550°C au moins) - a large solutionizing temperature range (360 ° C-550 ° C at least)
    • - une vitesse critique de trempe faible (de l'ordre de 0,5-2°C /seconde). - a low critical quenching speed (of the order of 0.5-2 ° C / second).

Claims (5)

1. - Méthode de fabrication de pièces matricées ou forgées en alliage d'Al à durcissement structural et à haute résistance (R m ≽280 MPa) comprenant le réchauffage de lopins coulés à une température T 1 équivalente à celle de l'homogénéisation de l'alliage considéré ou le réchauffage de lopins coulés ou homogénéisés et précorroyés à une température T 3 équivalente à celle de la mise en solution de l'alliage considéré, suivi immédiatement d'une déformation à chaud à une température T 2 ≼ T 1 (ou T 3 ), suivie immédiatement par une trempe, puis par une maturation et/ou un revenu , caractérisée en ce que le refroidissement entre T (ou T 3 ) et T 2 est effectué à l'air pulsé ou par brouillard. 1. - parts Manufacturing method of stamped or forged Al alloy with structural hardening, high strength (R m ≽280 MPa) comprising reheating billets cast at a temperature T 1 equal to that of the homogenization of alloy considered or reheating billets and cast or homogenized précorroyés at a temperature T 3 equivalent to that of the alloy solutionizing considered, immediately followed by a hot deformation at a temperature T 2 T 1 ≼ (or T 3), immediately followed by quenching, followed by a ripening and / or receipts, characterized in that the cooling between T (or T 3) and T 2 is carried out by forced air or mist.
2. - Méthode selon la revendication 1, caractérisée en ce que la vitesse moyenne de trempe entre 400 et 290°C est supérieure à la vitesse critique de trempe de l'alliage considéré. 2. - Method according to claim 1, characterized in that the average quenching rate between 400 and 290 ° C is greater than the critical quenching rate of the alloy concerned.
3. - Méthode selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la vitesse moyenne de trempe entre la fin de la déformation à chaud (T' 2 ) et 200° C est supérieure à la vitesse critique de trempe de l'alliage considéré. 3. - Method according to one of claims 1 and 2, characterized in that the average speed of quenching between the end of the hot deformation (T '2) and 200 ° C is greater than the critical quenching speed of the 'considered alloy.
4. - Méthode selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la vitesse moyenne de refroidissement entre la fin de la période de réchauffage à la température T (ou T 3 ) et 200°C est supérieure à la vitesse critique de trempe de l'alliage considéré. 4. - Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the average cooling rate from the end of the heating period the temperature T (or T 3) and 200 ° C is greater than the critical speed quenching the alloy in question.
5. - Méthode selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le cycle de fabrication compris entre la fin du réchauffage des lopins T 1 ou T 3 et la fin de la trempe est situé entièrement, sur un diagramme température temps, dans la zone antérieure à la (ou aux) courbe(s) TTP de l'alliage considéré. 5. - Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the manufacturing cycle between the end of the reheating billets T 1 or T 3 and the end of the quench is located entirely on a time temperature diagram in the front region to the (or to) curve (s) TTP of the alloy concerned.
EP19830420063 1982-04-13 1983-04-11 Process for the manufacture of die-forged or forged parts made from aluminium alloys Withdrawn EP0092492A1 (en)

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