EP0562984A1 - Feuille mince, déformable, en alliage d'aluminium a structure fine et homogene ayant une limite élastique élevée - Google Patents

Feuille mince, déformable, en alliage d'aluminium a structure fine et homogene ayant une limite élastique élevée Download PDF

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EP0562984A1
EP0562984A1 EP93420133A EP93420133A EP0562984A1 EP 0562984 A1 EP0562984 A1 EP 0562984A1 EP 93420133 A EP93420133 A EP 93420133A EP 93420133 A EP93420133 A EP 93420133A EP 0562984 A1 EP0562984 A1 EP 0562984A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
alloy
sheet according
sheet
group
iron
Prior art date
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Ceased
Application number
EP93420133A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Guy-Michel Raynaud
Bernard Grange
Jean-Marc Legresy
Denis Bechet
Philippe Solignac
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Pechiney Recherche GIE
Original Assignee
Pechiney Recherche GIE
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/02—Making non-ferrous alloys by melting
    • C22C1/026—Alloys based on aluminium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/06—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into moulds with travelling walls, e.g. with rolls, plates, belts, caterpillars
    • B22D11/0611—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into moulds with travelling walls, e.g. with rolls, plates, belts, caterpillars formed by a single casting wheel, e.g. for casting amorphous metal strips or wires

Definitions

  • the invention relates to thin sheets of aluminum alloy which may have a high content of additives and have a fine and homogeneous structure as well as a high elastic limit, good mechanical strength and suitable elongation, which more specifically intended for the manufacture of packaging.
  • hypoeutectic compositions the successive formation of aluminum crystals is obtained, then of said eutectic particles constituted by a mixture of aluminum crystals and crystals, either of the addition element as in the case of silicon is an intermetallic compound resulting from the reaction of one or more elements between them or with aluminum as in the case of iron or copper and silicon, the said eutectics being precipitated in the matrix of aluminum.
  • compositions with a high content of additive elements called hypereutectics
  • the solidification of the alloy gives rise to the initial formation of primary particles constituted by the additive element or an intermetallic compound before the appearance of the eutectic structure.
  • these particles are relatively coarse (> 40 micrometers for an alloy containing more than 1.3% of iron), in particular when they occupy a large volume fraction, and form as many microsegregations which interfere with obtaining suitable mechanical properties.
  • this type of casting leads to a so-called cortical segregation, that is to say to the formation at the periphery of the cast product of a zone richer in addition elements which constitutes a macroseggregation also harmful to the mechanical characteristics. of the alloy.
  • this process provides products of large dimensions which, to be transformed into sheets, must undergo rolling operations either hot or cold and which are generally separated by heat treatment steps. As many operations which severely burden the cost price of the sheets obtained.
  • alloys which lend themselves to such a treatment, mention may be made, for example, of alloys of the AlMgSi, AlCuMg, AlZnMg and AlZnMgCu type.
  • the particles have the form of elongated rods which must be fragmented by rolling to obtain particles of suitable dimensions.
  • casting between rolls has the disadvantage of leading to sheets having a central segregation and therefore to a heterogeneity detrimental to obtaining good mechanical characteristics throughout the thickness of the sheet.
  • the invention relates to an aluminum alloy sheet, of thickness between 0.1 and 3 mm, suitable for deformation, obtained by developing said alloy from first or second electrolytic aluminum then, poured onto a cooled metal surface running at a speed greater than 0.1 m / s, characterized in that it contains at least one addition element belonging to the group consisting of iron with a weight content of between 0.9 and 3 %, nickel between 0.05 and 8%, manganese between 1.6 and 3% and silicon between 0.9 and 14%, the said elements being present in the simple state or combined to form with each other or with aluminum at least partially an intermetallic compound and appearing in the form of particles whose dimensions are between 0.05 and 2 micrometers and are dispersed homogeneously throughout the thickness of the sheet.
  • the said strip can be used as it is or cold rolled without any other heat treatment than a final annealing so that most of the addition elements remain in solid solution, which makes it easier to control the recrystallization and the maintenance in the final sheet of a fine and homogeneous structure.
  • the intermetallic compounds present in the leaves belong to the group consisting of Al3Fe, Al6Mn, Al3Ni, AlFeSi, AlMnSi, Al6 (Fe, Mn), Al9 (Fe, Ni) , AI (Fe, Mn) Si, Mg2Si which have favorable mechanical characteristics with regard to formability and seizure problems in particular.
  • Sheets consisting of Al (Fe, Mn) Si alloys are particularly suitable for the invention.
  • the maximum weight content of iron is such that Fe + 1.33 Mn is less than 4%, value beyond which there is appearance of primary intermetallic particles detrimental to formability.
  • the maximum iron content by weight is such that Fe + 0.24 Si ⁇ 4.2%.
  • the invention also relates to sheets which, in addition to iron, nickel, manganese and silicon, contain other additives capable of forming dispersoids such as chromium, titanium and zirconium up to respective weight contents of 0.5%, 0.2% and 0.15% and whose dimensions are between 0.005 and 0.5 micrometers. These elements also make it possible to improve the mechanical properties of the sheets.
  • the invention also includes sheets which contain at least one other element belonging to the group consisting of magnesium and copper, the said elements being present at respective maximum contents of 5% and 6% and at least partially in the form solid solution.
  • the invention also relates to a method for manufacturing sheets as described above.
  • Said molten alloy is then cast in the form of a strip on a mobile surface cooled according to the technique called in English language: "melt overflow" described, for example, in French patent n ° 426993.
  • the sheet obtained is usable directly without any mechanical treatment such as rolling or heat treatment such as annealing.
  • the strip can be cooled to ambient temperature and laminated directly without any intermediate treatment.
  • the sheet obtained is subjected to heating in a temperature range between 250 ° C and 500 ° C for 1 to 2 hours.
  • the concentration in solid solution of the alloying elements such as iron in particular is such that it blocks any recrystallization and consequently, a fine structure is maintained and the sheet retains its good mechanical properties.
  • Sheets with an average thickness of 30 micrometers of 8011 type alloy were manufactured according to the standards of the Aluminum Association, that is to say which contained by weight: 0.9% of silicon and 1% of iron as main elements of addition.
  • the conventional casting method was used, the method of casting between rolls and the method according to the invention.
  • the micrographs at 1000 magnification of the sheets obtained were reproduced in Figures 1, 2 and 3 respectively. It can be seen in FIG. 1, the presence of large Al3Fe intermetallic particles; in Figure 2, the particles are smaller but, we can see a heterogeneous area due to central segregation; on the other hand, in FIG. 3, the particles are fine and evenly distributed.
  • the sheet from the casting between rolls could not be laminated below 50 micrometers.
  • the sheets obtained in each of the three cases were subjected to a marbling examination: the number of holes noted per m2 was respectively: 120, 1500 and 90; which shows that the quality of the sheet according to the invention is clearly superior to that of the other methods.
  • the tensile strength Rm and the elongation A were measured on the sheets obtained by conventional casting and according to the invention, and the following values were noted respectively: Rm: 80 and 120 MPa; A: 10 and 12%.
  • Sheets of AlFeSi, AlMnSi, AlMnMgSi, AlMgMn, AlMgMnFe, AlMgFe, AlMgFeCr, AlNiMg and AlSiCu containing different proportions of alloying elements obtained according to the invention from a strip of thickness E 0.8 mm, have have been cold rolled to thicknesses of 0.25 or 0.1 mm and then subjected or not to a final or intermediate annealing treatment.
  • the present invention finds its application in the manufacture of thin sheets intended more particularly for making trays, boxes, lids and also bodywork elements by deep drawing.

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Abstract

L'invention est relative à une feuille mince, déformable, en alliage d'aluminium à structure fine et homogène ayant une limite élastique élevée et à un procédé de fabrication de la dite feuille. Cette feuille d'épaisseur comprise entre 0,1 et 3 mm est obtenue par coulée sur une surface métallique défilant avec une vitesse supérieure à 0,1 m/s et présente une structure dans laquelle les éléments d'addition sont sous forme de particules eutectiques de dimensions comprises entre 0,05 et 2 micromètres et dispersées de façon homogène dans toute l'épaisseur de la feuille. Elle trouve son application dans la plupart des cas où il est nécessaire de disposer de feuilles ayant une limite élastique élevée de manière à pouvoir les transformer aisément par déformation en produits finis tels que, notamment, barquettes, boîtes et opercules. <IMAGE>

Description

    DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION.
  • L'invention est relative aux feuilles minces en alliage d'aluminium qui peuvent avoir une forte teneur en éléments d'addition et présentent une structure fine et homogène ainsi qu'une limite élastique élevée, une bonne résistance mécanique et un allongement convenable, ce qui les destine plus particulièrement à la fabrication d'emballages.
  • Ces feuilles sont obtenues par coulée sur la surface d'un cylindre refroidi tournant à une vitesse linéaire supérieure à 0,1 m/s.
    • ETAT DE LA TECHNIQUE.
  • Il est connu qu'on peut améliorer les caractéristiques mécaniques de l'aluminium en l'alliant avant la coulée à d'autres éléments tels que le magnésium, le manganèse, le silicium, le fer, le cuivre, le zinc, par exemple.
  • Pour des compositions dites hypoeutectiques, on obtient lors de la coulée, la formation successive de cristaux d'aluminium puis, de particules dites eutectiques constituées par un mélange de cristaux d'aluminium et de cristaux, soit de l'élément d'addition comme dans le cas du silicium soit d'un composé intermétallique résultant de la réaction d'un ou plusieurs éléments entre eux ou avec l'aluminium comme dans le cas du fer ou du cuivre et du silicium, les dits eutectiques étant précipités dans la matrice d'aluminium.
  • Pour des compositions à forte teneur en éléments d'addition, dites hypereutectiques, la solidification de l'alliage donne lieu à la formation initiale de particules primaires constituées par l'élément d'addition ou un composé intermétallique avant l'apparition de la structure eutectique.
  • Suivant le type de coulée et la fraction volumique des éléments d'alliage, on note des différences importantes de structure notamment au niveau de la taille des particules.
  • Ainsi, dans le cas de la coulée classique en lingotière de section polygonale ou cylindrique, ces particules sont relativement grossières ( >40 micromètres pour un alliage contenant plus de 1,3% de fer ), notamment quand elles occupent une fraction volumique importante, et forment autant de microségrégations qui nuisent à l'obtention de propriétés mécaniques convenables.
  • Par ailleurs, ce type de coulée conduit à une ségrégation dite corticale, c'est-à-dire à la formation à la périphérie du produit coulé d'une zone plus riche en éléments d'addition qui constitue une macroségrégation également nuisible aux caractéristiques mécaniques de l'alliage.
  • De plus, ce procédé fournit des produits de grandes dimensions qui, pour être transformés en feuilles, doivent subir des opérations de laminage soit à chaud soit à froid et qui sont généralement séparées par des étapes de traitement thermique. Autant d'opérations qui grèvent fortement le prix de revient des feuilles obtenues.
  • Les caractéristiques mécaniques des alliages d'aluminium peuvent également être améliorées par un traitement particulier dit de durcissement structural.
    Ce traitement consiste à soumettre l'alliage à une gamme de fabrication comportant une étape de mise en solution à température relativement élevée suivie d'une trempe et ou d'une maturation ou d'un traitement thermique de revenu.
    Dans ces conditions, il se forme des précipités qui contribuent à améliorer les propriétés des dits alliages pour autant qu'ils soient de taille réduite.
    Mais, ce traitement complique passablement le procédé de fabrication et nécessite toujours des passes de laminage. Ce qui en définitive grève également le prix de revient.
  • Parmi les alliages qui se prêtent à un tel traitement, on peut citer, par exemple, les alliages du type AlMgSi, AlCuMg, AlZnMg et AlZnMgCu.
  • Certes, certains procédés particuliers de coulée telle que la coulée entre cylindres permettent par un refroidissement plus rapide d'atténuer les phénomènes de ségrégation, notamment la ségrégation corticale, et d'obtenir également une structure plus fine.
  • A ce propos, on peut citer le brevet français N°2 291 285 qui décrit un procédé de fabrication d'un produit en feuille d'aluminium à partir d'un alliage contenant en poids au plus 2,5% de fer, 2,0% de silicium, 2,0% de zinc, 1,0% de nickel, 0,5% de manganèse, 1,0% de cuivre, 1,0% de magnésium. Le dit alliage est obtenu par coulée dans la partie resserrée d'une paire de rouleaux fortement refroidis qui tirent le métal fondu vers le haut à partir d'un bec injecteur isolé thermiquement au voisinage immédiat des rouleaux.
    Dans ces conditions, on obtient une plaque d'épaisseur moindre que 25 mm à une vitesse de croissance supérieure à 25 cm/min où les intermétalliques sont déposés sous forme de bâtonnets allongés dans un intervalle de taille de 0,05 à 0,5 micromètres de diamètre, la dite plaque étant alors soumise à une réduction d'au moins 60% par laminage pour fragmenter les bâtonnets intermétalliques puis, soumise à un recuit final à une température dans l'intervalle de 250 à 400°C.
  • Ce procédé permet d'obtenir des feuilles de 1 mm d'épaisseur qui, dans le cas d'un alliage contenant 1,7% de fer, 1,2% de silicium et 0,2% de cuivre, ont sans recuit intermédiaire et après laminage, une limite élastique de 266 MPa et un allongement de 3% et, après un recuit partiel à 300°C, une limite élastique de 126 MPa et un allongement de 22%.
  • A titre de comparaison, par coulée classique, le même alliage donne des feuilles de 1 mm d'épaisseur qui, après recuit partiel à 300°C, ont une limite élastique de 56 MPa et un allongement de 30%.
  • L'amélioration des caractéristiques mécaniques et notamment de la limite élastique est donc significative.
  • Cependant, on constate que dans ce brevet , les particules ont la forme de bâtonnets allongés qu'il faut fragmenter par laminage pour obtenir des particules de dimensions convenables.
  • De plus, la coulée entre cylindres a pour inconvénient de conduire à des feuilles présentant une ségrégation centrale et donc à une hétérogénéité nuisible à l'obtention de bonnes caractéristiques mécaniques dans toute l'épaisseur de la feuille.
  • En outre, il est impossible de laminer à froid jusqu'à des épaisseurs inférieures à 50 micromètres des bandes issues de la coulée entre cylindres constituées par des alliages chargés en éléments d'addition ; il faut nécessairement passer par une phase de laminage à chaud si on veut éviter le phénomène de " persillage " correspondant à la formation de microporosités.
  • Par ailleurs, on connaît des procédés d'hypertrempe qui permettent d'obtenir des structures dans lesquelles les intermétalliques sont de taille réduite et les solutions solides sont sursaturées en éléments à solubilité limitée.
    Mais, ces procédés mettent en oeuvre des vitesses de refroidissement supérieures à 10⁶K/s et conduisent à des produits qui ne peuvent être utilisés qu'après une étape de consolidation. On peut citer, par exemple, le document EP 136508 qui décrit un procédé dans lequel on aboutit à des particules métalliques qu'il faut ensuite chauffer sous vide puis compacter et extruder sous forme de barres avant de procéder au laminage pour les transformer en feuilles
    • OBJET DE L'INVENTION.
  • La demanderesse a pour but de proposer des feuilles en alliage d'aluminium d'épaisseur comprise entre 0,1 et 3 mm dans lesquelles les inconvénients de l'art antérieur ont été supprimés et qui présentent donc, même avec des alliages très chargés en éléments d'addition, :
    • une absence de macroségrégations et notamment de ségrégation centrale;
    • une quasi absence de microségrégations ;
    • une forte extension des domaines de solution solide ;
    • des particules eutectiques de dimensions moyennes, régulières et fines ;
    • une absence de particules primaires pour certaines compositions hypereutectiques ;
    • une fraction volumique d'intermétalliques plus importante qu'avec les procédés de l'art antérieur;
    • un grain de recristallisation très fin ;
    • un mode d'élaboration des dites feuilles évitant les opérations de remise en solution, de trempe et de laminage à chaud ;
    • pour certains alliages, la possibilité d'obtenir la feuille directement par coulée sans laminage ni traitement thermique.
  • Ces résultats sont obtenus à partir d'alliages qui peuvent être beaucoup plus chargés en éléments d'addition que les alliages de l'art antérieur et ils s'accompagnent d'une nette amélioration de la limite élastique et de la résistance mécanique des feuilles obtenues tout en gardant un allongement convenable et donc une aptitude à la déformation compatible avec la confection d'emballages soit par matriçage soit par emboutissage ou emboutissage-étirage.
    • DESCRIPTION DE L'INVENTION.
  • L'invention est relative à une feuille en alliage d'aluminium, d'épaisseur comprise entre 0,1 et 3 mm, apte à la déformation, obtenue par élaboration du dit alliage à partir d'aluminium électrolytique de première ou deuxième fusion puis, coulée sur une surface métallique refroidie défilant avec une vitesse supérieure à 0,1 m/s caractérisée en ce qu'elle contient au moins un élément d'addition appartenant au groupe constitué par le fer à une teneur pondérale comprise entre 0,9 et 3%, le nickel entre 0,05 et 8%, le manganèse entre 1,6 et 3% et le silicium entre 0,9 et 14%, les dits éléments étant présents à l'état simple ou combiné pour former entre eux ou avec l'aluminium au moins partiellement un composé intermétallique et apparaissant sous forme de particules dont les dimensions sont comprises entre 0,05 et 2 micromètres et sont dispersées de façon homogène dans toute l'épaisseur de la feuille.
  • L'invention est donc caractérisée par différents moyens :
    • 1-des teneurs en éléments d'addition qui peuvent atteindre des valeurs relativement importantes. Ainsi, par exemple, on peut ajouter jusqu'à 3% de fer alors qu'en coulée classique ou même entre cylindres on atteint rarement 1,5%. Il en est de même pour le nickel et le manganèse. Au delà de ces teneurs, on constate l'apparition de particules d'intermétalliques grossières qui dégradent les propriétés mécaniques.
      Il est évident que pour des teneurs en éléments d'addition inférieures aux limites fixées ci-dessus, on obtient des feuilles qui peuvent répondre au but recherché par la demanderesse. Mais, l'invention présente un grand intérêt notamment pour une teneur pondérale en fer supérieure à 1,5%, en nickel supérieure à 2,5%, en manganèse supérieure à 2%.
      Quant au silicium, il peut être présent à l'état élémentaire ou il apparaît sous forme de particules eutectiques très fines ou d'intermétalliques par réaction avec les alliages formés par l'aluminium avec l'un au moins des trois éléments du groupe constitué par le fer, le nickel et le manganèse et également avec le magnésium.
    • 2-des structures particulières où les intermétalliques ont une dimension moyenne relativement faible et sont dispersés de façon homogène dans l'épaisseur de la feuille à la différence de la coulée entre cylindres.
      Mais, de telles structures n'existent qu'en combinaison avec certaines conditions de fabrication de la feuille telles que celles qui constituent le troisième moyen de l'invention, à savoir :
    • 3-la coulée en bande mince sur une seule surface de refroidissement circulant à une vitesse de l'ordre du décimètre par seconde alors que dans la coulée entre cylindres, cette vitesse est voisine du mètre par minute.
  • Dans ces conditions, la dite bande peut être utilisée telle quelle ou laminée à froid sans autre traitement thermique qu'un recuit final de sorte que la plus grande partie des éléments d'addition reste en solution solide ce qui rend plus facile le contrôle de la recristallisation et le maintien dans la feuille finale d'une structure fine et homogène.
  • De préférence, les composés intermétalliques présents dans les feuilles appartiennent au groupe constitué par l'Al₃Fe, l'Al₆Mn, l'Al₃Ni, les AlFeSi, les AlMnSi, l'Al₆(Fe,Mn), l'Al₉(Fe,Ni), les AI (Fe,Mn)Si, le Mg₂Si qui ont des caractéristiques mécaniques favorables vis-à-vis de la formabilité et des problèmes de grippage en particulier.
  • Des feuilles constituées par des alliages Al(Fe,Mn)Si conviennent particulièrement à l'invention.
  • Dans le cas particulier où la"feuille contient simultanément du fer et du manganèse, la teneur pondérale maximale en fer est telle que Fe + 1,33 Mn est inférieure à 4%, valeur au delà de laquelle il y a apparition de particules intermétalliques primaires néfastes vis-à-vis de la formabilité.
  • Pour les mêmes raisons, dans le cas particulier où la feuille contient simultanément du fer et du silicium, la teneur pondérale maximale en fer est telle que Fe + 0,24 Si < 4,2%.
  • L'invention porte également sur des feuilles qui, outre le fer, le nickel, le manganèse et le silicium, contiennent d'autres éléments d'addition susceptibles de former des dispersoïdes tels que le chrome, le titane et le zirconium jusqu'à des teneurs pondérales respectives de 0,5%, 0,2% et 0,15% et dont les dimensions sont comprises entre 0,005 et 0,5 micromètres.
    Ces éléments permettent également d'améliorer les propriétés mécaniques des feuilles.
  • Comme pour les éléments précédents, des teneurs supérieures aux valeurs indiquées conduisent à la formation de précipités grossiers qui ne permettent pas d'atteindre le but recherché.
  • Enfin, l'invention comprend aussi des feuilles qui contiennent au moins un autre élément appartenant au groupe constitué par la magnésium et le cuivre, les dits éléments étant présents à des teneurs maximales respectives de 5% et 6% et au moins partiellement sous la forme de solution solide.
  • Ces éléments permettent également de renforcer les propriétés mécaniques des feuilles contenant les éléments formant les intermétalliques en présence ou non des éléments qui forment des dispersoïdes.
    Les teneurs maximales correspondent aux valeurs au delà desquelles, on forme des particules de dimensions telles qu'elles entraînent une dégradation des propriétés mécaniques des feuilles obtenues.
  • Les alliages mettant en oeuvre ces éléments en solution solide ou sous forme de dispersoïdes sont choisis de préférence dans les groupes,constitués par :
    • les AlSiCu, les Al(Fe,Si)Cu et les AlNiMg contenant chacun du titane ou du chrome ou du zirconium.
    • les Al(Fe,Mn)Mg contenant du titane ou du chrome ou du zirconium ou du cuivre.
    • les alliages autotrempants appartenant au groupe constitué par les AlSi(Fe,Mn)Mg et les AlMgSi, ces derniers contenant du manganèse ou du cuivre ou du chrome ou du zirconium.
  • L'invention concerne également un procédé de fabrication de feuilles telles que décrites précédemment.
  • Ce procédé est caractérisé en ce que l'on :
    • élabore l'alliage à partir d'aluminium électrolytique de première ou deuxième fusion auquel sont ajoutés les éléments d'addition,
    • porte le dit alliage à une température suffisante pour le fondre complètement,
    • coule l'alliage fondu sur la surface d'un cylindre refroidi tournant avec une vitesse linéaire supérieure à 0,1 m/s de manière à obtenir une bande d'épaisseur comprise entre 0,1 et 3 mm,
  • Le procédé consiste donc à mettre en oeuvre de l'aluminium électrolytique de première ou deuxième fusion et à lui ajouter à l'état fondu les éléments d'addition selon la pratique connue de l'homme de l'art.
  • Le dit alliage fondu est alors coulé sous la forme de bande sur une surface mobile refroidie suivant la technique appelée dans le langage anglo-saxon : " melt overflow " décrite, par exemple, dans le brevet français n° 426993. La feuille obtenue est utilisable directement sans aucun traitement mécanique tel que le laminage ni traitement thermique tel qu'un recuit.
  • Toutefois, pour obtenir des feuilles d'épaisseur inférieures à 0,1mm et/ou encore pour augmenter la limite élastique, on peut refroidir la bande à la température ambiante et la laminer directement sans aucun traitement intermédiaire.
  • Egalement, si on veut améliorer l'allongement de la feuille directement après coulée ou encore après laminage, on soumet la feuille obtenue à un chauffage dans une gamme de température comprise entre 250°C et 500°C pendant 1 à 2 heures.
  • Il est à noter qu'au cours de cette dernière phase, la concentration en solution solide des éléments d'alliage comme le fer notamment est telle qu'elle bloque toute recristallisation et en conséquence, on maintient une structure fine et garde à la feuille ses bonnes propriétés mécaniques.
    • EXEMPLES D'APPLICATION. Exemple 1.-
  • On a fabriqué des feuilles d'une épaisseur moyenne de 30 micromètres en alliage du type 8011 suivant les normes de l'Aluminum Association c'est-à-dire qui contenait en poids : 0,9% de silicium et 1% de fer comme éléments principaux d'addition.
    Pour cela, on a utilisé le procédé de coulée classique, le procédé de coulée entre cylindres et le procédé selon l'invention.
    Les micrographies au grossissement 1000 des feuilles obtenues ont été reproduites respectivement dans les figures 1 ,2 et 3.
    On constate sur la figure 1, la présence de particules d'intermétallique Al₃Fe de grande taille ; sur la figure 2, les particules sont plus petites mais, on peut voir une zone hétérogène due à la ségrégation centrale ; par contre, sur la figure 3, les particules sont fines et réparties de façon homogène.
    • Exemple 2.-
  • On a cherché à fabriquer des feuilles de 20 micromètres d'épaisseur en un alliage du type 8079 suivant les normes de l'Aluminium Association et qui contenait 1,3 % de fer à partir des trois types de coulée et de leurs traitements termiques et/ou mécaniques correspondants :
    • par coulée classique suivie d'un laminage à chaud, d'un laminage à froid et de recuits intermédiaires ;
    • par coulée entre cylindres sous une épaisseur de 5 mm puis laminage à froid ;
    • par coulée sur un cylindre suivant l'invention sous une épaisseur de 1 mm puis laminage à froid et recuit final.
  • La feuille issue de la coulée entre cylindres n'a pas pu être laminée en dessous de 50 micromètres.
    Les feuilles obtenues dans chacun des trois cas ont été soumises à un examen de persillage : le nombre de trous relevés par m² a été respectivement de : 120, 1500 et 90 ; ce qui montre que la qualité de la feuille suivant l'invention est nettement supérieure à celle des autres procédés.
    Par ailleurs, on a mesuré sur les feuilles obtenues par coulée classique et suivant l'invention la résistance à la rupture Rm et l'allongement A et relevé respectivement les valeurs suivantes : Rm : 80 et 120 MPa ; A : 10 et 12%.
  • Ces valeurs montrent l'amélioration apportée par l'invention.
    • Exemple 3.-
  • On a coulé suivant l'invention deux types d'alliages, l'un contenant 2% de fer et 3% de silicium, l'autre contenant 1,4% de fer et 0,3% de manganèse en feuilles de 100 micromètres qui ont été ensuite traitées pendant 5 heures à 400°C.
    On a noté que pour le premier alliage, Rm = 190 MPa et A = 20% et que pour le second, Rm = 210 MPa et A = 18%.
    A titre de comparaison, un alliage du type 3003 suivant les normes de l'Aluminium Association et qui contenait 0,7% de fer, 0,6% de silicium et 1,3% de manganèse possédait les propriètés suivantes :
    • à l'état H 24, Rm = 150 MPA et A = 12%;
    • à l'état recuit, Rm = 120 MPA et A = 20%.

    On peut constater l'amélioration apportée au niveau de la résistance pour un allongement comparable. Exemple 4.-
  • Sur des feuilles obtenues suivant l'invention, on procède pour différents éléments d'addition à des mesures des fractions volumiques et de la taille des précipités eutectiques ainsi que des dispersoîdes et la concentration en solution solide.
    Les résultats figurent sur le tableau 1. On peut constater l'importance des fractions volumiques et la finesse des précipités eutectiques et des dispersoïdes obtenus de même que la forte proportion d'éléments d'addition en solution solide.
    • Exemple 5.-
  • Des feuilles en AlFeSi, AlMnSi, AlMnMgSi, AlMgMn, AlMgMnFe, AlMgFe, AlMgFeCr, AlNiMg et AlSiCu contenant différentes proportions en éléments d'alliage obtenues suivant l'invention à partir d'une bande d'épaisseur E = 0,8 mm, ont été laminées à froid jusqu'à des épaisseurs de 0,25 ou 0,1 mm puis soumises ou non à un traitement de recuit final ou intermédiaire.
  • Différentes mesures ont été effectuées sur chacune d'entre elles telles que :
    • la limite élastique R0,2,
    • la résistance à la rupture Rm,
    • l'allongement A,
    • l'anisotropie suivant la norme NFA 50-301 de juin 1976,
    • le LDR ( limiting drawing ratio ) qui est la valeur dans une opération d'emboutissage du rapport du diamètre maximum du flan ( feuille découpée suivant un cercle ) sur le diamètre du poinçon d'emboutissage sans apparition de rupture dans des conditions déterminées d'emboutissage.
  • Les résultats figurent dans le tableau 2.
  • On constate que les limites élastiques atteignent des valeurs très èlevées, par exemple, 450 MPa pour une feuille de 0,25 mm d'épaisseur contenant 6% de nickel et 1% de magnésium, ce qui confère à ces feuilles une excellente aptitude dans le domaine du boîtage.
    Les autres alliages du type AlFeSi et AlMnSi se prêtent plus particulièrement à la fabrication de bandes minces.
  • A titre comparatif en ce qui concerne les feuilles en AlFeSi, on peut citer dans la demande de brevet japonais 6434548, l'enseignement d'une feuille en un alliage d'aluminium d'épaisseur 0,5 mm obtenue par coulée entre cylindres à partir d'un alliage contenant 1,4% de fer, 0,8% de silicium et recuit final pendant 4 heures à 400°C qui présente une résistance à la rupture de 125 MPa. Or, on peut lire dans le tableau 2 qu'un alliage contenant 2,5% de fer et 2% de silicium sous forme d'une feuille selon l'invention d'épaisseur 0,1 mm présente une résistance à la rupture de 290 MPa soit une valeur nettement plus élevée.
  • Par comparaison également et en ce qui concerne l'alliage d'aluminium contenant 4,5% de magnésium et 0,4% de manganèse pour lequel l'invention conduit à une R0,2 de 357 MPa, une Rm de 416 MPa, un allongement de 7% et à une anisotropie de -6, on peut noter que le même alliage laminé à chaud jusqu'à 2,7 mm puis à froid jusqu'à 0,25 mm suivant un procédé classique présente une R0,2 de 346 MPa, une Rm de 396 MPa, un allongement de 6% et une anisotropie de -12.
    On observe donc un gain notable sur l'anisotropie.
  • La présente invention trouve son application dans la fabrication de feuilles minces destinées plus particulièrement à la confection de barquettes, de boîtes, d'opercules et également d'éléments de carrosserie par emboutissage profond.
    Figure imgb0001
    Figure imgb0002

Claims (17)

1.-Feuille en alliage d'aluminium, d'épaisseur comprise entre 0,1 et 3mm, apte à la déformation, obtenue par élaboration du dit alliage à partir d'aluminium électrolytique de première ou deuxième fusion puis, coulée sur une surface métallique refroidie défilant avec une vitesse supérieure à 0,1 m/s caractérisée en ce qu'elle contient au moins un élément d'addition appartenant au groupe consitué par le fer à une teneur pondérale comprise entre 0,9 et 3%, le nickel entre 0,05 et 8% le manganèse entre 1,6 et 3% et le silicium entre 0,9 et 14%, les dits éléments étant présents à l'état simple ou combiné pour former entre eux ou avec l'aluminium au moins partiellement un composé intermétallique et apparaissant sous forme de particules eutectiques dont les dimensions sont comprises entre 0,05 et 2 micromètres et sont dispersées de façon homogène dans toute l'épaisseur de la feuille.
2.-Feuille selon la revendication 1, caractérisée en ce que le composé intermétallique appartient au groupe constitué par l'Al₃Fe, l'Al₆Mn, l'Al₃Ni, les AlFeSi, les AlMnSi, l'Al₆(Fe,Mn), l'Al₉(Fe,Ni), les Al(Fe,Mn)Si.
3.-Feuille selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'alliage contient du magnésium sous forme de l'intermétallique Mg₂Si.
4.-Feuille selon la revendication 1, caractérisée en ce que, la présence simultanée de fer et de silicium est limitée à une teneur pondérale maximale telle que Fe + 0,24 Si < 4,2%.
5.-Feuille selon la revendication 1, caractérisée en ce que, la présence simultanée de fer et de manganèse est limitée à une teneur pondérale maximale telle que Fe + 1,33 Mn < 4%.
6.-Feuille selon la revendication 1, caractérisée en ce que la teneur pondérale en fer est supérieure à 1,5%.
7.-Feuille selon la revendication 1, caractérisée en ce que la teneur pondérale en nickel est supérieure à 2,5%.
8.-Feuille selon la revendication 1, caractérisée en ce que la teneur pondérale en manganèse est supérieure à 2%.
9.-Feuille selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle contient au moins un élément appartenant au groupe constitué par le chrome, le titane, le zirconium présent à des teneurs maximales respectives de 0,5%, 0,2% et 0,15% et au moins partiellement sous la forme de dispersoïdes de dimensions comprises entre 0,005 et 0,5 micromètres
10.-Feuille selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle contient au moins un élément appartenant au groupe constitué par le magnésium et le cuivre présent à des teneurs maximales respectives de 5% et 6% et au moins partiellement sous la forme de solution solide.
11.-Feuille selon les revendications 1, 9 et 10, caractérisée en ce que l'alliage appartient au groupe constitué par les AlSiCu, Al(FeSi)Cu et AlNiMg auxquels on a ajouté du titane ou du chrome ou du zirconium.
12.-Feuille selon les revendications 1, 9 et 10, caractérisée en ce que l'alliage appartient au groupe constitué par les Al(Fe,Mn)Mg auxquels on a ajouté du titane ou du chrome ou du zirconium ou du cuivre.
13.-Feuille selon les revendications 1, et 10 caractérisée en ce que l'alliage est auto trempant et appartient au groupe constitué par les AlSi(Fe,Mn)Mg et les AlMgSi avec ajout de manganèse ou de cuivre ou de chrome ou de zirconium.
14.-Procédé de fabrication d'une feuille selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on:
- élabore l'alliage à partir d'aluminium électrolytique de première ou deuxième fusion auquel sont ajoutés les élements d'addition,
- porte le dit alliage à une température suffisante pour le fondre complètement,
- coule l'alliage fondu sur la surface d'un cylindre refroidi tournant avec une vitesse linéaire supérieure à 0,1 m/s. de manière à obtenir une bande d'épaisseur comprise entre 0,1 et 3 mm.
15.-Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce l'on refroidit la bande à la température ambiante et la lamine à froid jusqu'à obtenir une feuille de l'épaisseur désirée.
16.-Procédé selon les revendications 14 et 15, caractérisé en ce que l'on soumet la feuille obtenue à un chauffage dans une gamme de température comprise entre 250°C et 500°C pendant 1 à 2 heures.
17.-Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que l'on soumet la bande à des recuits intermédiaires entre deux passes de laminage.
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