EP0375572A1

EP0375572A1 - Alliage d'aluminium pour emboutissage , contenant du silicium, du magnésium et du cuivre

Info

Publication number: EP0375572A1
Application number: EP89420499A
Authority: EP
Inventors: Daniel Ferton
Original assignee: Cegedur Pechiney Rhenalu SA; Pechiney Rhenalu SAS
Current assignee: Constellium Issoire SAS
Priority date: 1988-12-21
Filing date: 1989-12-19
Publication date: 1990-06-27
Anticipated expiration: 2009-12-19
Also published as: DE68907332D1; EP0375572B1; DE68907332T2; FR2642436A1; FR2642436B1; ES2041438T3; ATE90978T1

Abstract

L'invention se rapporte à un alliage d'Al pour emboutissage, contenant essentiellement du Si, du Mg et du Cu et son procédé de fabrication. Cet alliage comprend (en poids %) des teneurs en Mg et Si qui sont comprises dans un polygone ABCDE dont les coordonnées sont les suivantes : ,Si, Mg; A, 0,9, 0,1; B, 0,9, 0,45; C, 1,0, 0,5; D, 1,15, 0,5; E, 1,35, 0,1 le cuivre est compris entre 0,5 et 0,8% les éléments Cr et Zr inférieurs à 0,2% chacun le Mn <= 0,3% le Fe <= 0,35% autres éléments : chacun <= 0,05%; total <= 0,15% reste Al. La gamme de fabrication comporte la coulée semi-continue ou continue d'ébauche, une homogénéisation éventuelle, une transformation à chaud terminée dans le domaine 270-320°C, une transformation à froid éventuelle, une mise en solution complète, une mise en forme par emboutissage, pliage, cintrage, etc... et un revenu. Cet alliage trouve sa principale application dans les tôles pour carrosserie automobile.

Description

L'invention concerne un alliage d'Al contenant essentiellement du Si, du Mg et du Cu destiné à la fabrication de tôles ou bandes emboutissables, en particulier des tôles utilisées en carrosserie automobile.
Dans le brevet français FR-2 601 040 est divulguée une composition d'alliages d'Al chaudronnable et soudable, utilisable à l'état traité (trempé/revenu) après mise en forme entre l'état trempé et l'état revenu. Cependant pour certaines applications telles que celle indiquée ci-dessus, les caractéristiques de résistance de cet alliage à l'état trempé-mûri restent insuffisantes (R 0,2
100 MPa, Rm
200 MPa, R0,2 étant la limite élastique à 0,2% de déformation résiduelle et Rm la charge de rupture).
Il a été trouvé que l'augmentation modérée de la teneur en Cu permet de façon surprenante d'améliorer les caractéristiques de résistance, sans perte sur les caractéristiques de ductilité.
L'alliage répondant au problème posé ci-dessus à la composition pondérales suivante:
Les teneurs en Si et Mg sont comprises dans un polygone dont les sommets sont:
A Si = 0,9% Mg = 0,1%
B Si = 0,9% Mg = 0,45%
C Si = 1% Mg = 0,5%
D Si = 1,15% Mg = 0,5%
E Si = 1,35% Mg = 0,1%
la teneur en Cu étant comprise entre 0,5 et 0,8
la teneur en Mn inférieure ou égale à 0,3%
la teneur en Fe inférieure ou égale à 0,35%
les teneurs en Cr et Zr inférieures à 0,2% chacune autres éléments chacun ≦ 0,05%
total ≦ 0,15%
reste Al
Pour les valeurs minimales en éléments principaux les caractéristiques mécaniques minimales indiquées ci-dessus ne sont pas atteintes.
Pour Si supérieur à la limite DE, les risques de précipitation de Si élémentaire submicroscopique existent si la mise en solution est conduite à une température trop basse.
Pour Mg supérieur à la ligne BC (soit Si/Mg ≳ 2,6) des précipitations grossières de Mg₂Si sont possibles lors de la solidification et nuisent de ce fait aux propriétés de ductilité et d'aptitude à l'emboutissage.
Pour Cu ≧ 0,8%, le gain de résistance en caractéristiques mécaniques devient négligeable; de plus la résistance à la corrosion et l'emboutissabilité diminuent.
Il est possible d'ajouter à la composition des éléments anti-recristallisants tels que le Mn, le Cr et/ou le Zr cependant en quantité limitée.
La teneur en Mn est limitée supérieurement car cet élément présente en quantité plus élevée les inconvénients suivants:
. Il donne naissance à la solidification des composés intermétalliques à base de Fe, Mn, Si qui réduisent la capacité de déformation de l'alliage et peuvent initier des décohésions et ruptures, lors des opérations de mise en forme;
. Il augmente la vitesse critique de trempe et limite donc les possibilités de traitements thermiques pour les produits épais;
. Il confère à l'alliage un comportement à la corrosion assez médiocre;
. Il n'est pas adapté aux homogénéisations de courte durée, telles que celles généralement obtenues dans des fours à passage.
Le Cr et le Zr ont des effets similaires à ceux du Mn, et sont donc aussi limités supérieurement.
Une composition préférentielle de l'alliage selon l'invention est la suivante:
rectangle de sommets dans le plan Si-Mg :
A′ Si = 1,0% Mg = 0,25%
C Si = 1% Mg = 0,5%
D Si = 1,15% Mg = 0,5%
E′ Si = 1,15% Mg = 0,25% avec
0,5 ≦ Cu ≦ 0,8% Mn ≦ 0,2% Zr et Cr ≦ 0,05% chacun, reste Al.
La gamme de fabrication utilisée comporte généralement les opérations suivantes:
. la coulée continue ou semi-continue d'ébauches, une homogénéisation éventuelle, une transformation à chaud, une transformation à froid éventuelle, une mise en solution et un revenu.
Cependant, pour obtenir de bonnes propriétés de l'alliage, ces opérations doivent être conduites dans des conditions assez étroites.
Ainsi, pour limiter le temps de mise en solution ultérieure, il est préférable de bien homogénéiser l'alliage en évitant de le brûler par fusion des phases eutectiques. Une homogénéisation à haute température entre 520°C et 560°C avec un temps de maintien de 6 à 24 h est souhaitable. L'homogénéisation est, de préférence précédée d'une montée lente en température.
Dans le cas des tôles et bandes, les recristallisations à chaud grossières (taille de grain supérieure à 80 µm) sont la source de lignes de déformations macroscopiques, visibles après emboutissage, donc rédhibitoires pour cette application.
De ce fait, la température de fin de transformation à chaud, pour éviter ces recristallisations, doit être impérativement entre 270° et 320°C.
Après transformation à froid éventuelle l'alliage est mis en solution complète. Celle-ci a lieu dans le domaine de température compris entre 520 et 560°C, et de préférence entre 530° et 550°C en visant la température de 550°C.
En l'absence volontaire d'éléments inhibiteurs de recristallisation (Mn, Cr, Zr ≦ 0,05% chacun), la montée en température avant mise en solution doit être rapide (V ≧ 10°C/sec) et la mise en solution de préférence exécutée soit dans un four à passage, soit dans un four de traitement tôle à tôle.
Le temps de traitement varie de quelques secondes à quelques minutes, sans pouvoir dépasser une heure. Les tôles et bandes ainsi obtenues présentent une bonne isotropie et une grosseur de grain moyenne ne dépassant pas en général 60 µm.
La trempe doit être rapide et dépend de l'épaisseur du produit. Pour les tôles et bandes, elle est généralement effectuée à l'air calme ou pulsé.
Après les opérations de mise en forme à froid telles que emboutissage, pliage, cintrage etc...et/ou d'assemblage telle que le soudage par points, les pièces subissent un revenu de durcissement, dans les conditions habituelles; le durcissement est dû à la précipitation de la phase Mg₂Si et de phases complexes AlCuMgSi. Le revenu est typiquement effectué entre 8 et 12 h vers 165°C.
Il est à remarquer que dans certains cas, la cuisson de revêtements de surface tels que des vernis ou peintures, bien que plus courte, et généralement à plus haute température, réalise ipso facto ce traitement.
L'invention sera mieux comprise à l'aide de la figure 1 donnant le domaine de composition des alliages dans le plan Mg-Si et est illustrée par l'exemple suivant:
- on a coulé en semi-continu une plaque 1100x300x2850 mm3 de la composition pondérale suivante:

Si 1,05%

Mg 0,4%

Cu 0,7%

Mn 0,25%

+ Fe 0,24%

Ti 0,035%

Reste A1
Cette plaque a été homogénéisée à 530°C-8h et immédiatement laminée à chaud; jusqu'à 4 mm d'épaisseur,la température finale du laminage était de 300°C; la bande ainsi obtenue a été relaminée à froid jusqu'a 1,2 mm d'épaisseur, puis mise en solution en four à passage à 550°C (de l'ordre de 1 min à température) à la vitesse de 20 m/min et trempée au brouillard (air+eau).
Les résultats obtenus sur tôle de 1,2 mm d'épaisseur aux états T4 et T6, dans le sens travers long, sont les suivants:

Etat R 0,2 (MPa) Rm (MPa) A (%)

T4 (1 mois) 155 295 28

T6 (180°C;1,5 h) 255 345 15
A titre de comparaison, un alliage de composition pondérale suivante :
Si: 1%; Mg: 0,4%; Cu: 0,15%; Mn: 0,1%; reste Al et impuretés habituelles ayant suivi la même gamme de transformation et de traitement thermique que ci-dessus, présente à l'état T4 les caractéristiques suivantes :

R 0,2 (MPa) Rm (MPa) A (%)

100 205 26,5

Claims

1. Alliage d'aluminium pour la fabrication de tôles emboutissables caractérisé en ce que sa composition est la suivante (en poids %): les teneurs en Mg et Si sont comprises dans un polygone ABCDE dont les coordonnées sont les suivantes: Si Mg A 0,9 0,1 B 0,9 0,45 C 1,0 0,5 D 1,15 0,5 E 1,35 0,1

le cuivre est compris entre 0,5 et 0,8%
les éléments Cr et Zr inférieurs à 0,2% chacun
le Mn ≦ 0,3%
le Fe ≦ 0,35%
autres éléments : chacun ≦0,05%, total ≦ 0,15%
reste Al

2. Alliage selon la revendication 1 caractérisé en ce que les teneurs en Mg et Si sont comprises dans un rectangle A′CDE′ de coordonnées Si Mg A′ 1,0 0,25 C 1,0 0,5 D 1,15 0,5 E′ 1,15 0,25

Mn ≦ 0,2%, Cr et Zr ≦ 0,05% chacun.

3. Alliage suivant l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que la grosseur de grain moyenne est inférieure à 80 µm et de préférence inférieure à 60 µm.

4. Procédé d'obtention des produits selon l'une des revendications 1 à 3, comprenant la coulée continue ou semi-continue d'ébauches, une homogénéisation éventuelle, une transformation à chaud, une transformation à froid éventuelle, une mise en solution, une trempe, une mise en forme par emboutissage, pliage, cintrage, etc... et enfin un revenu caractérisé en ce que la transformation à chaud finale a lieu entre 270 et 320°C.

5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'homogénéisation ou la mise en solution complète sont conduites entre 520 et 560°C.

6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'homogénéisation ou la mise en solution ont lieu entre 530 et 550°C.

7. Procédé selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que la mise en solution est précedée d'une montée en température à une vitesse supérieure à 10°C/sec.