EP0149376A2 - Alliage d'aluminium à propriétés améliorées - Google Patents
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- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C21/00—Alloys based on aluminium
- C22C21/02—Alloys based on aluminium with silicon as the next major constituent
- C22C21/04—Modified aluminium-silicon alloys
Definitions
- the present invention relates to an aluminum-based alloy having simultaneously improved mechanical properties and excellent qualities of weldability and ease of implementation. It also relates to the application of this aluminum alloy to the production of parts by molding as well as to the molded parts which are formed therefrom.
- a number of aluminum-based alloys containing various other metals, such as Si, Mg, etc., are already known, each of these metals having a defined influence on the alloy obtained.
- silicon in aluminum-based alloys causes an increase in the mechanical properties of these alloys and facilitates their use.
- an alloy with the reference A-357 manufactured by the American Aluminum Company of America is particularly known, which is represented in metallurgy by the formula: Al-Si7Mg O, 6 which has good mechanical properties and in particular has only a slight tendency to crack, that is to say to form intercrystalline shrinkages after the volume contraction which takes place during the solidification of the alloy.
- This alloy however has mechanical properties which, although good, remain limited to a threshold which it is desired to exceed.
- the subject of the present invention is an alloy based on aluminum, silicon and magnesium containing on the one hand: And on the other hand the remainder consisting of aluminum and impurities whose content is much less than 1%.
- the above-mentioned alloy contains 1.2 to 1.4% of copper.
- a preferred alloy according to the invention contains: and is represented in metallurgy by the following formula: Al-Si7Cu1,3Mg0,6
- the impurities are kept at the lowest industrial level possible, that is to say that the iron is at most present at 0.10% and the phosphorus concentration remains below 5 ppm.
- the other impurities, Mn and Zn are kept below 0.10%.
- the Ti content is between 0.10 and 0.30%, to achieve sufficient refining allowing good mechanical properties to be obtained after solidification and appropriate heat treatment.
- the quality index is 506 MPa, while for an aluminum alloy with the same Si and Mg content and containing 1.0 to 1.6% copper, this quality index is greater than 560 and can reach 568 MPa.
- the quality index is thus 10% higher when the aforementioned alloy contains from 1.0 to 1.6% of copper; this is completely unexpected and completely surprising.
- the alloy according to the invention and more particularly the aforementioned preferred alloy have improved casting properties which make them particularly useful for the manufacture of parts by foundry techniques, and also of weldability which make advantageous the subsequent assembly of these parts, which have much better metallurgical characteristics than those already observed for the best alloys used until now in the aeronautical industry.
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Abstract
La présente invention a pour object un nouvel alliage d'aluminium. Cet alliage contient: Si, 6,5 à 7.5%; Mg, 0,20 à 0,70%; Cu, 1,0 à 1,6% le reste étant constitué d'aluminium et d'impurtés dont la teneur est inférieure à 1,0%. Elle se rapporte à un alliage d'aluminium à propriétés ameliorées.
Description
- La présente invention a pour objet un alliage à base d'aluminium présentant simultanément des propriétés mécaniques améliorées et d'excellentes qualités de soudabilité et de facilité de mise en oeuvre. Elle se rapporte également à l'application de cet alliage d'aluminium à la production de pièces par moulage ainsi qu'aux pièces moulées qui en sont formées.
- On connaît déjà un certain nombre d'alliages à base d'aluminium contenant divers autres métaux, tels que Si, Mg, etc., chacun de ces métaux ayant une influence définie sur l'alliage obtenu. Ainsi, on sait que la présence de silicium dans les alliages à base d'aluminium provoque une augmentation des propriétés mécaniques de ces alliages et facilite leur mise en oeuvre.
- On sait également que la présence de magnésium dans les alliages à base d'aluminium et contenant du Si, Cu ou Zn permet à ces alliages d'être soumis à des traitements thermiques qui permettent l'amélioration de leurs performances.
- Ainsi est notamment connu un alliage ayant la référence A-357 fabriqué par la Société américaine Aluminium Company of America, qui est représenté en métallurgie par la formule:
Al-Si7Mg O,6
qui présente de bonnes propriétés mécaniques et notamment n'a qu'une faible tendance à la fissuration, c'est-à-dire à former des retraits intercristal- lins après la contraction volumique qui a lieu lors de la solidification de l'alliage. Cet alliage présente cependant des propriétés mécaniques qui quoi que bonnes restent limitées à un seuil que l'on souhaite dépasser. - La présente invention a pour objet un alliage à base d'aluminium, de silicium et de magnésium contenant d'une part:
- Il est surprenant que le cuivre dont on connaît l'influence positive sur l'augmentation des propriétés mécaniques des alliages à base d'aluminium mais dont on sait également que cette augmentation se fait au détriment des propriétés de mise en oeuvre et de soudabilité des alliages obtenus, lorsqu'il est ajouté en proportions définies à un alliage à base d'aluminium contenant silicium et magnésium puisse conduire à une pratique conservation des propriétés de soudabilité et de facilité de mise en oeuvre. C'est cette constation surprenante et inattendue qui est à la base de la présente invention. Il n'était en outre pas évident que l'addition de cuivre à des compositions connues permettrait simultanément
- . déviter la tendance à la fissuration de l'alliage obtenu; on sait que l'addition de cuivre à ce type d'alliage augmente les risques de retraits lors de la solidification puis du refroidissement de l'alliage;
- . de ne pas affecter les propriétés de l'alliage ainsi que sa résistance à la corrosion intercristalline normale ou sous tensions mécaniques.
- Selon une forme d'exécution de l'invention, l'alliage précité contient 1,2 à 1,4% de cuivre.
- Un alliage préféré selon l'invention contient:
Al-Si7Cu1,3Mg0,6
Les impuretés sont maintenues au niveau industriel le plus bas possible, c'est-à-dire que le fer est au plus présent à 0,10% et la concentration du phosphore reste en-dessous de 5 ppm. - Les autres impuretés, Mn et Zn sont maintenues en-dessous de 0,10%.
- Par ailleurs, la teneur en Ti est comprise entre 0,10 et 0,30%, pour réaliser un affinage suffisant permettant l'obtention de bonnes propriétés mécaniques après solidification et traitement thermique approprié.
- Le tableau ci-après donne les limites des teneurs des constituants de l'alliage selon l'invention ainsi que la teneur en ces constituants d'un alliage conforme à l'invention préféré.
- D'autres buts et avantages de l'invention apparaitront à la lecture de la description suivante et de la figure jointe donnée à titre illustratif et nullement limitatif.
- La figure 1 représente l'indice de qualité d'un échantillon de l'alliage d'aluminium conforme à l'invention en fonction de la teneur de cuivre, cet alliage d'aluminium, outre les impuretés, contenant:
- R = résistance à la rupture,
- A = allongement pour 100 unités delongueur
- Rr et Q étant exprimés en MPa.
- On constate sur la courbe jointe que pour l'alliage
- l'indice de qualité est de 506 MPa, alors que pour un alliage d'aluminium de même teneur en Si et Mg et contenant 1,0 à 1,6% en cuivre, cet indice de qualité est supérieur à 560 et peut atteindre 568 MPa.
- L'indice de qualité est ainsi de 10% plus élevé lorsque l'alliage précité contient de 1,0 à 1,6% de cuivre; ceci est parfaitement inattendu et totalement surprenant.
- Il faut remarquer que pour un alliage ayant la teneur préférée mentionnée dans le tableau ci-dessus, donc de type
- Pour cet indice de qualité, qui est situé entre 500 et 600 MPa, pour les alliages ayant la composition des alliages utilisés pour l'obtention des résultats consignés sur la figure, on obtient des charges de rupture supérieures à 400 MPa, et des allongements compris entre 5 et 10% en fonction de la loi de refroidissement. Un revenu opéré entre 150 et 155°C pendant 8 heures permet d'obtenir des allongements d'environ 10%; tandis qu'un revenu à 170°C pendant la même durée, conduit à une réduction des allongements mais permet une charge de rupture supérieure à 400 MPa.
- L'alliage selon l'invention et tout particulièrement l'alliage préféré précité présentent des propriétés de coulée améliorées qui les rendent tout particulièrement utiles pour la fabrication de pièces par les techniques de fonderie, et également de soudabilité qui rendent avantageux l'assemblage ultérieur de ces pièces, qui présentent des caractéristiques métallurgiques bien meilleures que celles déjà observées pour les meilleurs alliages utilisés jusqu'à présent dans l'industrie aéronautique.
- Ces caractéristiques exceptionnelles peuvent conduire à la fabrication de pièces pour l'industrie automobile ou l'industrie aéronautique, pouvant être, par exemple, coulées dans des moules très froids et n'ayant pas besoin de subir de traitement de vieillissement pour présenter, cependant, des propriétés métallurgiques de loin supérieures à celles des alliages usuels existants.
- Dans le tableau ci-dessous sont donnés, à titre de comparaison, les propriétés mécaniques et indices de qualité de deux alliages obtenus par coulée dans des conditions opératoires identiques impliquant un traitement thermique selon la norme américaine T6, à savoir:
- - un alliage A 357 de formule AL-Si7MgO,6,
- - un alliage selon l'invention de formule Al-Si7Cu1,3Mg0,6.
- Ces mesures ont été effectuées sur des éprouvettes de caractérisation de coulée selon la méthode décrite dans la norme française AIR 3380 C.
- Dans le tableau ci-dessus, les differents symboles ont les significations suivantes:
- R = charge à la rupture,
- R 0,2 = limite élastique à 0,2% (donnée par le calculateur et estimée par la formule
- A = allongement en %,
- HB = dureté Brinell,
- Q = indice de qualité déterminé par l'expression
Claims (6)
1.- A titre de produit industriel nouveau, un alliage d'aluminium contenant:
le reste étant constitué d'aluminium et d'impuretés dont la teneur est inférieure à 1,0%.
2.- Alliage d'aluminium selon la revendication 1, caractérisé en ce que la teneur en cuivre est comprise entre 1,2 et 1,4%.
3.- Alliage d'aluminium selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce au'il contient:
4.- Alliage selon une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les impuretés consistent en:
) 5.- Application à la production de pièces par moulage des alliages selon une quelconque des revendications 1 à 4.
6.- Pièces obtenues par les techniques de moulage formées de l'alliage selon une quelconque des revendications 1 à 4.
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