EP4038214B1 - Toles de precision en alliage d'aluminium - Google Patents

Toles de precision en alliage d'aluminium

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EP4038214B1
EP4038214B1 EP20793025.6A EP20793025A EP4038214B1 EP 4038214 B1 EP4038214 B1 EP 4038214B1 EP 20793025 A EP20793025 A EP 20793025A EP 4038214 B1 EP4038214 B1 EP 4038214B1
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EP
European Patent Office
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thickness
rolling
plate
weight
deflection
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EP20793025.6A
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EP4038214C0 (fr
EP4038214A1 (fr
Inventor
Sylvie Arsene
Petar Ratchev
Nicolas CALABRETTO
Christophe Jaquerod
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Constellium Valais AG
Constellium Issoire SAS
Original Assignee
Constellium Valais AG
Constellium Issoire SAS
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    • C22F1/05—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon of alloys of the Al-Si-Mg type, i.e. containing silicon and magnesium in approximately equal proportions

Definitions

  • the invention relates to aluminum alloy sheets of the 6xxx series, in particular intended for use as precision plates.
  • Excellent dimensional stability is very important for applications involving precision sheet metal, which typically has a thickness between 8 and 150 mm.
  • This type of product is typically used for the production of machine elements, particularly as reference plates for assembly or inspection tools. For these applications, it is particularly important to minimize any deformation of the sheet metal during machining, thus avoiding additional pre-machining or final rework operations.
  • the patent application EP2263811 relates to rolled products having a machined surface having a flatness of 0.2 mm or less.
  • the alloy contains 0.3 to 1.5 mass% of Mg, 0.2 to 1.6 mass% of Si, and in addition one or more elements selected from the group consisting of 0.8 mass% or less of Fe, 1.0 mass% or less of Cu, 0.6 mass% or less of Mn, 0.5 mass% or less of Cr, 0.4 mass% or less of Zn, and 0.1 mass% or less of Ti, with the remainder being Al and unavoidable impurities.
  • the patent application WO2014/060660 relates to a vacuum chamber element obtained by machining and surface treatment of a sheet of thickness at least equal to 10 mm in aluminum alloy of composition, in % by weight, Si: 0.4 - 0.7; Mg: 0.4 - 0.7; Ti 0.01 - ⁇ 0.15, Fe ⁇ 0.25; Cu ⁇ 0.04; Mn ⁇ 0.4; Cr 0.01 - ⁇ 0.1; Zn ⁇ 0.04; other elements ⁇ 0.05 each and ⁇ 0.15 in total, remainder aluminum.
  • the patent application WO2018/162823 relates to a vacuum chamber element obtained by machining and surface treatment of a sheet of thickness at least equal to 10 mm in aluminum alloy of composition, in % by weight, Si: 0.4 -0.7; Mg: 0.4 -1.0; the ratio in % by weight Mg/Si being less than 1.8; Ti: 0.01 -0.15, Fe 0.08 - 0.25; Cu ⁇ 0.35; Mn ⁇ 0.4; Cr: ⁇ 0.25; Zn ⁇ 0.04; other elements ⁇ 0.05 each and ⁇ 0.15 in total, remainder aluminum, characterized in that the grain size of said sheet is such that the average linear interception length measured in the L/TC plane according to standard AS TM E112, is at least equal to 350/ ⁇ m between surface and 1/2 thickness.
  • the patent application CN108239713 relates to an aluminum alloy plate for an electronic product and a method for manufacturing the aluminum alloy plate.
  • the chemical components of the aluminum alloy plate for the appearance of the electronic product include, in weight percentage, 0.3% to 0.4% of Si, not more than 0.10% of Fe, not more than 0.05% of Cu, not more than 0.05% of Mn, 0.45% to 0.55% of Mg, not more than 0.05% of Zn, not more than 0.05% of Cr, not more than 0.05% of Ti and the balance Al and unavoidable elements. Alloys of the 6XXX family for forging are also known.
  • the patent application WO2017/207603 discloses a 6xxx series hot rolled semi-finished aluminum alloy forging blank having a thickness in the range of 2 mm to 30 mm, and having a composition comprising, by wt. %, Si 0.65-1.4%, Mg 0.60-0.95%, Mn 0.40-0.80%, Cu 0.04-0.28%, Fe up to 0.5%, Cr up to 0.18%, Zr up to 0.20%, Ti up to 0.15%, Zn up to 0.25%, impurities each ⁇ 0.05%, total ⁇ 0.2%, balance aluminum, and wherein it has a substantially non-recrystallized microstructure.
  • the application also relates to a method of manufacturing such a 6xxx series hot rolled aluminum alloy forging material.
  • the manufacturing process of the forged blank does not include detention and dimensional stability during machining is not a criterion for this type of product intended to be strongly deformed when hot by forging.
  • a second subject of the invention is a sheet of thickness (claim 10) between 8 and 50 mm made of aluminum alloy of composition, in % by weight, Si: 0.7 - 1.3; Mg: 0.6 - 1.2; Mn: 0.65 - 1.0; Fe: 0.05 - 0.35; at least one element chosen from Cr: 0.1 - 0.3 and Zr: 0.06- 0.15; Ti ⁇ 0.15; Cu ⁇ 0.4; Zn ⁇ 0.1; other elements ⁇ 0.05 each and ⁇ 0.15 in total, remainder aluminum, capable of being obtained by the process according to the invention.
  • Another object of the invention is the use of a sheet according to the invention as a precision sheet, in particular for the production of machine elements, for example assembly or control tools.
  • alloys are made in accordance with the regulations of The Aluminium Association (AA), known to those skilled in the art.
  • AA The Aluminium Association
  • the definitions of metallurgical conditions are given in the European standard EN 515. Unless otherwise stated, the definitions of the standard EN12258-1 apply.
  • compositions are expressed in % by weight.
  • improved sheets of aluminum alloy of the 6XXX series in particular precision sheets, having improved dimensional stability in particular during the machining steps, while having sufficient static mechanical properties, and excellent anodizing ability are obtained thanks to the selection of composition in % by weight, Si: 0.7 - 1.3; Mg: 0.6 - 1.2; Mn: 0.65 - 1.0; Fe: 0.05 - 0.35; at least one element chosen from Cr: 0.1 - 0.3 and Zr: 0.06- 0.15; Ti ⁇ 0.15; Cu ⁇ 0.4; Zn ⁇ 0.1; other elements ⁇ 0.05 each and ⁇ 0.15 in total, remainder aluminum and the method according to the invention.
  • the Zn content is less than 0.1% by weight. In one embodiment of the invention, an addition of Zn is carried out and the content is between 0.05 and 0.1% by weight. However, in the preferred embodiment, Zn is not added and is present only as an unavoidable impurity, its content being less than 0.05% by weight.
  • the product of the maximum deflection deviation in the L and TL directions multiplied by the rolling exit thickness is greater than 5.1; whereas with the alloy according to the invention this product is always less than 3.
  • FIG. 1 shows the grain structure after anodic oxidation of alloy A after hot rolling to a thickness of 25 mm.
  • Figure 1b shows the grain structure after anodic oxidation of alloy B after hot rolling with a thickness of 25 mm.
  • Figure 1 a we observe near the surfaces a recrystallized zone while the Figure 1b , this area is not observed the granular structure is fibrous, i.e. not recrystallized, throughout the thickness of the hot rolled product.

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Description

    DOMAINE TECHNIQUE
  • L'invention concerne des tôles en alliage d'aluminium de la série 6xxx, notamment destinées à être utilisés comme plaques de précision.
    • ART ANTERIEUR
  • Une excellente stabilité dimensionnelle est très importante pour les applications faisant appel aux tôles de précision, dont l'épaisseur est typiquement comprise entre 8 et 150 mm. Ce type de produit est typiquement utilisé pour la réalisation d'éléments de machine, notamment en tant que plaques de référence pour des outillages d'assemblage ou de contrôle. Pour ces applications, il est particulièrement important de réduire autant que possible toute déformation de la tôle lors son usinage, ce qui permet d'éviter des opérations supplémentaires de préusinage ou de retouche finale.
  • La demande de brevet EP2263811 concerne des produits laminés dont la surface est usinée ayant une planéité de 0.2 mm ou moins. Selon un mode de réalisation de cette demande de brevet, l'alliage contient 0,3 à 1,5% en masse de Mg, 0,2 à 1,6% en masse de Si, et en outre un ou plusieurs éléments choisis dans le groupe constitué par de 0,8% en masse ou moins de Fe, 1,0% en masse ou moins de Cu, 0,6% en masse ou moins de Mn, 0,5% en masse ou moins de Cr, 0,4% en masse ou moins de Zn, et 0,1% en masse ou moins de Ti, le reste étant Al et les impuretés inévitables.
  • La demande de brevet WO2014/060660 concerne un élément de chambre à vide obtenu par usinage et traitement de surface d'une tôle d'épaisseur au moins égale à 10 mm en alliage d'aluminium de composition, en % en poids, Si : 0,4 - 0,7; Mg : 0,4 - 0,7; Ti 0,01 - < 0,15, Fe < 0,25; Cu < 0,04; Mn < 0,4; Cr 0,01 - < 0,1; Zn < 0,04; autres éléments < 0,05 chacun et < 0,15 au total, reste aluminium.
  • La demande de brevet WO2018/162823 concerne un élément de chambre à vide obtenu par usinage et traitement de surface d'une tôle d'épaisseur au moins égale à 10 mm en alliage d'aluminium de composition, en % en poids, Si : 0,4 -0,7; Mg: 0,4 -1,0; le rapport en % en poids Mg/Si étant inférieur à 1,8; Ti: 0,01 -0,15, Fe 0,08 - 0,25; Cu < 0,35; Mn < 0,4; Cr: < 0,25; Zn < 0,04; autres éléments < 0,05 chacun et <0,15 au total, reste aluminium, caractérisée en ce que la taille de grain de ladite tôle est telle que la longueur moyenne d'interception linéaire mesurée dans le plan L/TC selon la norme AS TM E112, est au moins égale à 350/µm entre surface et 1/2 épaisseur.
  • La demande de brevet US2010018617 divulgue un alliage d'aluminium pour le traitement d'oxydation anodique qui comprend comme éléments d'alliage 0,1 à 2,0% de Mg, 0,1 à 2,0% de Si et 0,1 à 2,0% de Mn, chaque teneur en Fe, Cr et Cu étant limitée à 0,03 masse. % ou moins, et dans lequel le reste est composé de Al et d'impuretés inévitables. Cette demande enseigne en particulier un traitement d'homogénéisation à une température supérieure à 550 ° C et inférieure ou égale à 600 ° C.
  • La demande de brevet CN108239712 concerne une plaque en alliage d'aluminium 6082 pour l'aviation et un procédé de fabrication de celle-ci. Les composants chimiques de la plaque en alliage d'aluminium 6082 comprennent, en pourcentage en poids, 1,0% à 1,3% de Si, 0,1% à 0,3% de Fe, 0,05% à 0,10% de Cu, 0,5% à 0,8% de Mn, 0,6% à 0,9%. % de Mg, 0,06% à 0,12% de Zn, pas plus de 0,05% de Cr, pas plus de 0,05% de Ti et le reste Al et d'éléments inévitables.
  • La demande de brevet CN108239713 concerne une plaque en alliage d'aluminium pour un produit électronique et un procédé de fabrication de la plaque en alliage d'aluminium. Les composants chimiques de la plaque en alliage d'aluminium pour l'apparition du produit électronique comprennent, en pourcentage en poids, 0,3% à 0,4% de Si, pas plus de 0,10% de Fe, pas plus de 0,05% de Cu, pas plus de 0,05% de Mn, 0,45% à 0,55% de Mg, pas plus de 0,05% de Zn, pas plus de 0,05% de Cr, pas plus de 0,05% de Ti et le reste Al et des éléments inévitables. On connaît par ailleurs des alliages de la famille 6XXX pour forgeage.
  • La demande de brevet WO2017/207603 divulgue une ébauche de forge en alliage d'aluminium semi-fini laminé à chaud de la série 6xxx ayant une épaisseur dans la plage de 2 mm à 30 mm, et ayant une composition comprenant, en poids. %, Si 0,65-1,4%, Mg 0,60-0,95%, Mn 0,40-0,80%, Cu 0,04-0,28%, Fe jusqu'à 0,5%, Cr jusqu'à 0,18%, Zr jusqu'à 0,20%, Ti jusqu'à 0,15%, Zn jusqu'à 0,25%, impuretés chacune <0,05%, total <0,2%, équilibre en aluminium, et dans lequel il a une microstructure sensiblement non recristallisée. La demande concerne également un procédé de fabrication d'un tel matériau de forge en alliage d'aluminium laminé à chaud de la série 6xxx. Le procédé de fabrication de l'ébauche de forge ne comprend pas de détentionnement et la stabilité dimensionnelle lors de l'usinage n'est sont pas un critère pour ce type de produit destiné à être fortement déformé à chaud par forgeage.
  • La demande de brevet US2005/095167 divulgue un composant ou une pièce semi-finie fabriqué à partir d'un alliage d'aluminium formé à chaud, typiquement par forgeage, de la composition suivante en poids. %: silicium 0,9-1,3, magnésium 0,7-1,2, manganèse 0,5-1,0, cuivre inférieur à 0,1, fer inférieur à 0,5, chrome inférieur à 0,25, titane inférieur à 0,1, zinc inférieur à 0,2, zirconium et / ou hafnium 0,05-0,2 et d'autres impuretés inévitables, la quantité totale de chrome et de manganèse et de zirconium et / ou hafnium étant d'au moins 0,4 en poids, descristaux mixtes aluminium / silicium étant présents en plus des précipités de siliciure de magnésium. A nouveau le procédé de fabrication de l'ébauche de forge ne comprend pas de détentionnement et la stabilité dimensionnelle lors de l'usinage n'est sont pas un critère pour ce type de produit destiné à être fortement déformé à chaud par forgeage.
  • Il existe un besoin pour des tôles améliorées en alliage d'aluminium de la série 6XXX, notamment des tôles de précision, présentant une stabilité dimensionnelle améliorée notamment lors des étapes d'usinage, tout en ayant des propriétés mécaniques statiques suffisantes, et une excellente aptitude à l'anodisation.
    • EXPOSE DE L'INVENTION
  • L'invention est définie dans les revendications ci-jointes.
  • Un premier objet de l'invention est un procédé de fabrication d'une tôle en alliage d'aluminium d'épaisseur finale comprise entre 8 et 50 mm dans lequel
    1. a) on coule une plaque de laminage en alliage d'aluminium de composition, en % en poids, Si : 0,7 - 1,3 ; Mg : 0,6 - 1,2 ; Mn : 0,65 - 1,0 ; Fe : 0,05 -- 0,35 ; au moins un élément choisi parmi Cr : 0,1 - 0,3 et Zr : 0,06-0,15 ; Ti < 0,15 ; Cu < 0,4; Zn < 0,1 ; autres éléments < 0,05 chacun et < 0,15 au total, reste aluminium.,
    2. b) on homogénéise ladite plaque de laminage,
    3. c) on lamine ladite plaque de laminage à une température d'au moins 340 °C pour obtenir une tôle d'épaisseur au moins égale à 12 mm,
    4. d) optionnellement on réalise un traitement thermique et/ou un laminage à froid de la tôle ainsi obtenue,
    5. e) on réalise un traitement de mise en solution de la tôle optionnellement traitée thermiquement et/ou laminée à froid et on la trempe,
    6. f) on détensionne ladite tôle ainsi mise en solution et trempée par traction contrôlée avec un allongement permanent de 1 à 5%,
    7. g) on réalise un revenu de la tôle ainsi tractionnée,
    8. h) optionnellement on usine ladite tôle ainsi revenue pour obtenir une tôle d'épaisseur finale au moins égale à 8 mm.
  • Un deuxième objet de l'invention est une tôle d'épaisseur (revendication 10) comprise entre 8 et 50 mm en alliage d'aluminium de composition, en % en poids, Si : 0,7 - 1,3 ; Mg : 0,6 - 1,2 ; Mn : 0,65 - 1,0 ; Fe : 0,05 - 0,35 ; au moins un élément choisi parmi Cr : 0,1 - 0,3 et Zr : 0,06- 0,15 ; Ti < 0,15 ; Cu < 0,4; Zn < 0,1 ; autres éléments < 0,05 chacun et < 0,15 au total, reste aluminium, susceptible d'être obtenue par le procédé selon l'invention.
  • Un autre objet de l'invention est l'utilisation d'une tôle selon l'invention comme tôle de précision, notamment pour la réalisation d'éléments de machines, par exemple des outillages d'assemblage ou de contrôle.
    • FIGURES
    • [Fig. 1] La Figure 1 montre la structure granulaire en coupe @L/TC après laminage à chaud à l'épaisseur 25 mm du produit en alliage A (Figure 1a) et du produit en alliage B (Figure 1b)
    • [Fig. 2] La Figure 2 montre le facteur de Taylor dans la direction longitudinale mesuré au 1/12ieme de l'épaisseur et à ½ épaisseur pour des tôles en alliage A et B d'épaisseur finale 20 mm et 25 mm.
    • [Fig. 3] La Figure 3 montrent les étapes effectuées pour la mesure des écarts de flèche. Figure 3A : mesure initiale de déflection du barreau ; Figure 3B usinage pour retirer ¼ de l'épaisseur, Figure 3C seconde mesure.
    DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
  • La désignation des alliages se fait en conformité avec les règlements de The Aluminium Association (AA), connus de l'homme du métier. Les définitions des états métallurgiques sont indiquées dans la norme européenne EN 515. Sauf mention contraire, les définitions de la norme EN12258-1 s'appliquent.
  • Sauf mention contraire les compositions sont exprimées en % en poids.
  • Sauf mention contraire, les caractéristiques mécaniques statiques, en d'autres termes la résistance à la rupture Rm, la limite d'élasticité conventionnelle à 0,2% d'allongement Rp0,2 et l'allongement à la rupture A%, sont déterminées par un essai de traction selon la norme ISO 6892-1, le prélèvement et le sens de l'essai étant définis par la norme EN 485-1.
  • Selon l'invention, des tôles améliorées en alliage d'aluminium de la série 6XXX, notamment des tôles de précision, présentant une stabilité dimensionnelle améliorée notamment lors des étapes d'usinage, tout en ayant des propriétés mécaniques statiques suffisantes, et une excellente aptitude à l'anodisation sont obtenues grâce à la sélection de composition en % en poids, Si : 0,7 - 1,3 ; Mg : 0,6 - 1,2 ; Mn : 0,65 - 1,0 ; Fe : 0,05 - 0,35 ; au moins un élément choisi parmi Cr : 0,1 - 0,3 et Zr : 0,06- 0,15 ; Ti < 0,15 ; Cu < 0,4; Zn < 0,1 ; autres éléments < 0,05 chacun et < 0,15 au total, reste aluminium et au procédé selon l'invention.
  • La composition selon l'invention permet notamment d'obtenir une faible déformation lors de l'usinage des produits. Sans être liés à une théorie, les présents inventeurs pensent que la composition selon l'invention permet d'obtenir une structure essentiellement non-recristallisée dans toute l'épaisseur après laminage à chaud ce qui de manière surprenante permet après mise en solution et trempe, détensionnement et revenu d'obtenir un produit ayant de très faibles contraintes internes et donc se déformant peu lors de l'usinage.
  • Les présents inventeurs ont constaté en particulier que par rapport à une composition standard de l'alliage AA6082, la présence d'une quantité élevée de Mn et d'au moins un élément choisi parmi Cr et Zr permet d'améliorer les propriétés.
  • Ainsi, la teneur en Mn est comprise entre 0,65 et 1,0 % en poids. De préférence, la teneur minimale de Mn est 0,70%, avantageusement 0,75% et préférentiellement 0,80% ou même 0,85 %. De préférence, la teneur maximale en Mn est 0,95%. Dans un mode de réalisation de l'invention, la teneur en Mn est comprise entre 0,8 et 1,0 % en poids.
  • Pour des raisons semblables, la présence d'au moins un élément anti recristallisant choisi parmi Cr : 0,1 - 0,3% et Zr : 0,06- 0,15% est nécessaire. Cr est l'élément anti-recristallisant préféré dans le cadre de l'invention. De préférence, la teneur minimale de Cr est 0,12%, avantageusement 0,15% et préférentiellement 0,18%. De préférence, la teneur maximale en Cr est 0,28%, avantageusement 0,25% et préférentiellement 0,23%. Dans un mode de réalisation de l'invention, la teneur en Cr est comprise entre 0,15 et 0,25 % en poids et la teneur en Zr est inférieure à 0,05% en poids. Si Zr est ajouté seul ou en combinaison avec Cr, la teneur préférée est 0,08 - 0,1.3%.
  • L'addition de Fe est également nécessaire. Ainsi, la teneur en Fe est comprise entre 0,05 et 0,35 % en poids. De préférence, la teneur minimale de Fe est 0,06%, avantageusement 0,07% et préférentiellement 0,08%. De préférence, la teneur maximale en Fe est 0,30%, avantageusement 0,25% et préférentiellement 0,15%, ce qui peut contribuer notamment à obtenir la structure granulaire essentiellement non-recristallisée avantageuse après le laminage à chaud. Dans un mode de réalisation de l'invention, la teneur en Fe est comprise entre 0,08 et 0,15 % en poids.
  • Mg et Si sont ajoutés pour atteindre les caractéristiques mécaniques souhaitées grâce à la formation de Mg2Si.
  • La teneur en Mg est comprise entre 0,6 et 1,2 % en poids. De préférence, la teneur minimale de Mg est 0,61%, avantageusement 0,62% et préférentiellement 0,63%. De préférence, la teneur maximale en Mg est 1,1%, avantageusement 1,0% et préférentiellement 0,9% ou même 0,8%. Dans un mode de réalisation de l'invention, la teneur en Mg est comprise entre 0,6 et 0,8 % en poids.
  • La teneur en Si est comprise entre 0,7 et 1,3 % en poids. De préférence, la teneur minimale de Si est 0,72%, avantageusement 0,75% et préférentiellement 0,80%. De préférence, la teneur maximale en Si est 1,2%, avantageusement 1,1% et préférentiellement 1,0% ou même 0,95%. Dans un mode de réalisation de l'invention, la teneur en Si est comprise entre 0,8 et 1,0 % en poids. De préférence, la teneur en Si est supérieure à la teneur en Mg et préférentiellement Si/Mg est supérieur à 1,1 et encore plus préférentiellement supérieur à 1,2 ou même 1,3 de façon à renforcer encore les caractéristiques mécaniques par la présence de phases de silicium.
  • La teneur en Ti est inférieure à 0,15 % en poids. Il peut être avantageux d'ajouter Ti, notamment pour le contrôle de la taille de grain lors de la coulée. Dans un mode de réalisation de l'invention, la teneur en Ti est comprise entre 0,01 et 0,05 % en poids.
  • La teneur en Cu est inférieure à 0,4 % en poids. Dans mode de réalisation de l'invention visant à obtenir des caractéristiques mécaniques plus élevées, une addition de Cu est effectuée et la teneur est comprise entre 0,1 et 0,3 % en poids. Cependant dans le mode de réalisation préféré Cu n'est pas ajouté et est présent uniquement à titre d'impureté inévitable, sa teneur étant inférieure à 0,05 % en poids et de préférence inférieure à 0,04 % en poids de façon notamment à ne pas dégrader l'aptitude à l'anodisation.
  • La teneur en Zn est inférieure à 0,1 % en poids. Dans mode de réalisation de l'invention, une addition de Zn est effectuée et la teneur est comprise entre 0,05 et 0,1 % en poids. Cependant dans le mode de réalisation préféré Zn n'est pas ajouté et est présent uniquement à titre d'impureté inévitable, sa teneur étant inférieure à 0,05 % en poids.
  • Les autres éléments peuvent être présents à titre d'impuretés inévitables avec une teneur inférieure à 0,05 % en poids chacun et inférieure à 0,15 % en poids au total, le reste est l'aluminium.
  • Le procédé de fabrication selon l'invention comprend des étapes de coulée, homogénéisation, laminage à chaud, optionnellement traitement thermique et/ou laminage à froid, mise en solution, trempe, détensionnement, revenu et optionnellement usinage.
  • Dans une première étape on coule une plaque de laminage en alliage d'aluminium de composition selon l'invention, de préférence par coulée semi-continue verticale à refroidissement direct. La plaque ainsi obtenue peut être scalpée, c'est-à-dire usinée, avant les étapes ultérieures. La plaque de laminage est ensuite homogénéisée. De préférence, la température d'homogénéisation est inférieure à 550 °C. Dans un mode de réalisation avantageux de l'invention la température d'homogénéisation est comprise entre 515°C et 545 °C. Le laminage à chaud est ensuite réalisé pour obtenir une tôle d'épaisseur au moins égale à 12 mm, soit directement après homogénéisation soit après refroidissement et réchauffage jusqu'à une température d'au moins 340 °C, de préférence d'au moins 370°C et préférentiellement d'au moins 380 °C. La température de laminage à chaud est de préférence maintenue à au moins 340 °C, de préférence au moins 350 °C et de manière préférée au moins 360 °C ou même au moins 370 °C. La température de laminage à chaud est de préférence au plus 450 °C et préférentiellement au plus 420°C. La température de sortie du laminage à chaud est de préférence au plus 410 °C et préférentiellement au plus 400 °C. Lorsque la température de laminage à chaud est trop élevée, la taille des grains devient trop élevée ce qui nuit à la stabilité dimentionelle lors de l'usinage. De préférence le taux de réduction maximal des passes lors du laminage à chaud est inférieur à 50%, préférentiellement inférieur à 45 % et de préférence inférieur à 40%, ou de manière encore préférée inférieur à 35%. Dans un mode de réalisation de l'invention le taux maximal de réduction des passes de laminage à chaud dépend de l'épaisseur de sortie du laminage à chaud et est inférieur au centième de 1,56 fois l'épaisseur - 5,9, par exemple pour une épaisseur de sortie de 25 mm le taux de réduction de chaque passe lors du laminage à chaud est préférentiellement inférieur au centième de 1,56 fois 25- 5,9 soit 33,1 %. La combinaison de la composition, l'homogénéisation et des conditions de laminage à chaud permet d'obtenir une structure essentiellement non recristallisée, dans toute l'épaisseur du produit laminé à chaud. Par essentiellement non-recristallisée dans toute l'épaisseur on entend que le taux de recristallisation quelle que soit la position dans l'épaisseur est inférieur à 10% et de préférence inférieur à 5%.
  • Un traitement thermique, permettant notamment de restaurer la tôle ainsi laminée à chaud peut optionnellement être réalisé ensuite, avantageusement à une température comprise entre 300 °C et 400 °C. Un laminage à froid, typiquement de 10 à 50%, peut optionnellement être réalisé suite au traitement thermique ou indépendamment.
  • La tôle ainsi laminée à chaud et optionnellement traitée thermiquement et/ou laminée et froid subit ensuite une mise en solution suivie d'une trempe. La mise en solution est de préférence effectuée à une température comprise entre 510 °C et 570 °C. La trempe est typiquement réalisée par immersion ou aspersion d'eau froide. On détensionne ensuite ladite tôle ainsi mise en solution et trempée par traction contrôlée avec un allongement permanent de 1 à 5%, préférentiellement de 1,5 à 3%. L'étape de détensionnement est essentielle pour obtenir de faibles contraintes internes et donc de faibles déformations lors de l'usinage. Le détentionnement par traction contrôlée est limité aux géométries de section transversale constante pour assurer une déformation plastique homogène et ne s'applique donc pas au produits forgés dont la forme est complexe.
  • On réalise enfin un revenu, typiquement à une température comprise entre 150 °C et 210 °C, pour obtenir de préférence un état T6, T651 ou T7.
  • Dans un mode de réalisation, ladite tôle ainsi revenue est enfin usinée pour obtenir une tôle d'épaisseur finale au moins égale à 8 mm. Avantageusement on usine au moins 1 mm, préférentiellement au moins 1,5 mm ou de manière préférée au moins 2 mm par face de façon à obtenir une tôle de précision.
  • Les tôles susceptibles d'être obtenues par le procédé selon l'invention ont des propriétés particulièrement avantageuses.
  • Les propriétés mécaniques des tôles selon l'invention sont particulièrement avantageuses. Les tôles selon l'invention présentent une limite d'élasticité Rp0,2(TL) d'au moins 240 MPa, préférentiellement d'au moins 250 MPa et de manière préférée d'au moins 260 MPa, et/ou une résistance à rupture Rm(TL) d'au moins 280 MPa, préférentiellement d'au moins 290 MPa et de manière préférée d'au moins 300 MPa et/ou un allongement à rupture A% d'au moins 8%, préférentiellement d'au moins 10% et de manière préférée d'au moins 12%.
  • Les tôles selon l'invention ont un faible niveau de contraintes internes. Ainsi le produit de l'écart de flèche maximal dans les directions L et TL multiplié par l'épaisseur de sortie laminage est inférieur 4 et de préférence inférieur à 3. Les écarts de flèches considérés pour obtenir la valeur de l'écart de flèche maximal sont d'une part l'écart de flèche entre la flèche mesurée pour un barreau de dimension 400 mm x 30 mm x épaisseur de sortie de laminage et la flèche mesurée pour ce même barreau après usinage de ¼ de son épaisseur, et d'autre part l'écart de flèche entre la flèche mesurée pour le barreau précédent, c'est-à-dire le barreau après usinage de ¼ de l'épaisseur par rapport à l'épaisseur de sortie de laminage, et la flèche mesurée pour ce barreau précédent après usinage supplémentaire de ¼ de son épaisseur, toutes les mesures de flèche étant effectuées avec le barreau posé sur deux supports distants de 390 mm et les flèches étant exprimées en mm, toutes les mesures étant effectuées avant l'étape finale optionnelle d'usinage et dans les deux directions L et TL.
  • La texture des produits selon l'invention est également avantageuse. La texture cristallographique peut être décrite par une fonction mathématique en 3 dimensions. Cette fonction est connue dans le métier comme Fonction de Densité des Orientations (FDO). Elle est définie comme la fraction volumique du matériau dV/V ayant une orientation g à dg près : dV / V dg = f g = f φ 1 Φ φ 2 où (ϕ1, Φ, ϕ2) sont les angles d'Euler décrivant l'orientation g.
  • La FDO de chaque tôle est mesurée par la méthode des harmoniques sphériques à partir de quatre figures de pôles mesurés par diffraction de rayons X sur un goniomètre de textures traditionnel. Dans le cadre de l'invention les mesures des figures de pôles ont été réalisées sur des échantillons découpés à la mi-épaisseur des tôles.
  • L'information contenue dans la FDO a été simplifiée, comme connu de l'homme du métier, afin de décrire la texture en une proportion de grains contenu dans un espace d'Euler discrétisé.
  • Le facteur de Taylor est un facteur géométrique qui permet de décrire la propension d'un cristal à se déformer plastiquement par glissement de dislocations, Il prend en compte l'orientation cristalline ainsi que l'état de déformation imposé au matériau. Ce facteur peut être vu comme un facteur multiplicatif de la limite d'élasticité, une valeur importante du facteur de Taylor indiquant un grain 'dur' requérant l'activation de nombreux systèmes de glissement contrairement à une valeur faible du facteur de Taylor qui indiquera un grain 'mou', facile à déformer. Pour un agrégat polycristallin, il est possible de calculer un facteur de Taylor moyen, représentatif du comportement plastique de l'ensemble des grains. A partir des mesures de texture, le facteur de Taylor pour une direction de sollicitation donnée a été calculé selon la méthode décrite par Taylor (G.I. Taylor Plastic Strain in metals, J. Inst. Metals, 62, 307-324; 1938).
  • De nombreuses méthodes dérivées du modèle initial de Taylor existent pour calculer le facteur de Taylor et peuvent donner des valeurs de facteurs de Taylor sensiblement différentes. Afin de s'affranchir de ces différences, les inventeurs ont comparé des rapports de facteurs de Taylor plutôt que les valeurs absolues.
  • Pour les tôles selon l'invention le rapport entre le facteur de Taylor dans la direction longitudinale mesuré à 1/12ième de l'épaisseur et 1/2 de l'épaisseur est compris entre 0,90 et 1,10, de préférence compris entre 0,92 et 1,08 et de manière préférée compris entre 0,95 et 1,05, les mesures étant effectuées avant l'étape finale optionnelle d'usinage.
  • Selon l'invention, on utilise des tôles selon l'invention comme tôle de précision, notamment pour réaliser une tôle de référence un outil de contrôle ou un gabarit. En effet, les tôles selon l'invention présentent une stabilité dimensionnelle améliorée notamment lors des étapes d'usinage, tout en ayant des propriétés mécaniques statiques suffisantes, et une excellente aptitude à l'anodisation.
    • EXEMPLE
  • Dans cet exemple, on a préparé des plaques de laminage en alliage dont la composition est donnée dans le Tableau 1. L'alliage A est un alliage de référence tandis que les alliages B et C sont des alliages selon l'invention. [Tableau 1]
    Alliages Cr Fe Mg Mn Si Ti Zn Cu
    A 0,06 0,25 0,67 0,60 0,94 0,02 0,02 0,02
    B 0,21 0,11 0,65 0,93 0,96 0,02 0,01 0,01
    C 0,20 0,10 0,67 0,87 0,92 0,02 0,00 0,00
    Composition des alliages en pourcentage en poids
  • Les plaques ont été homogénéisées à 535 °C et laminées à chaud jusqu'à une épaisseur de 20 à 35 mm selon les cas. La température d'entrée de laminage à chaud était comprise entre 390 et 410 °C, la température de fin de laminage a été maintenue à une valeur d'au moins 340 °C. La réduction la plus élevée au cours d'une passe du laminage à chaud, qui correspondait à la dernière passe, est donnée dans le Tableau 2. Les tôles ainsi obtenues ont été mises en solution à 540 °C, trempées, détentionnées par traction contrôlée et revenues pour obtenir un état T651. Les conditions de revenu étaient 8 heures à 165 °C. En dernière étape, un usinage de 5 mm (2,5 mm par face) a été effectué de sorte que l'épaisseur finale était inférieure de 5 mm à l'épaisseur de fin de laminage.
  • Les caractéristiques mécaniques statiques en traction, en d'autres termes la résistance à la rupture Rm, la limite d'élasticité conventionnelle à 0,2% d'allongement Rp0,2, et l'allongement à la rupture A%, ont été déterminés par un essai de traction selon la norme NF EN ISO 6892-1 (2016) dans le sens travers long (TL), le prélèvement et le sens de l'essai étant définis par la norme EN 485 (2016). Le prélèvement est réalisé avant la dernière étape d'usinage. Les caractérisations ont été effectuées dans la direction travers long.
  • Les résultats sont donnés dans le Tableau 2 [Tableau 2]
    Alliages Réduction la plus élevée au cours d'une passe du laminage à chaud Epaisseur finale (mm) Rp0,2 (TL) MPa Rm (TL) MPa Ag% A%
    A Y61803 44% 20 281 326 11,3 15,3
    B Y61781 41% 20 281 319 8,6 15,1
    B Y61779 42% 25 285 323 8,3 14,2
    B Y61783 38% 30 285 326 8,6 14,9
    C Z65438 36% 25 276 310 8,1 14,1
    C Z65439 36% 30 277 311 7,5 13,4
    Propriétés mécaniques statiques
  • Les contraintes résiduelles ont été évaluées sur la tôle avant usinage en mesurant la flèche moyenne sur des barreaux usinés dans le sens L ou TL à ¼ et à ½ épaisseur.
  • Deux barreaux pleine épaisseur sont prélevés, dans le sens L et TL, par sciage avant l'usinage final de la tôle. Les dimensions de prélèvement sont :
    • pour le barreau sens L : 430mm (sens L) x 35mm (sens TL) x épaisseur
    • pour le barreau sens TL : 4.50mm (sens TL) x 35mm (sens L) x épaisseur.
  • Les barreaux sont ensuite usinés par obtenir un barreau de longueur L = 400mm de largeur l = 30mm et d'épaisseur e (épaisseur de la tôle). Les faces L-TL brute de laminage ne sont pas usinées de sorte que l'épaisseur des barreaux usinés reste l'épaisseur de la tôle.
  • Pour les mesures de flèche, le barreau est posé sur deux supports éloignés de 390 mm (les supports sont représentés par des triangles 1 sur la Figure 3 -A). Un capteur de déplacement (représenté par une flèche 2 2 figure 3A) est utilisé pour mesurer la déflection du barreau.
  • Les étapes sont les suivantes :
    • Une mesure initiale de déflection du barreau est réalisée (voir Figure 3A), ce qui donne les valeurs référencées Flèche L ini et Flèche TL ini exprimées en mm.
    • Le barreau est ensuite usiné pour retirer ¼ de son épaisseur (voir schéma Figure 3 B).
    • Une seconde mesure est effectuée (Voir Figure 3 C) ce qui donne les valeurs référencées Flèche L 1/4 et Flèche TL 1/4 exprimées en mm.
    • Le barreau est usiné à nouveau pour retirer 1/4 supplémentaire de son épaisseur. Il ne reste alors que moitié de l'épaisseur initiale
    • Une troisième mesure est effectuée ce qui donne les valeurs référencées Flèche L 1/2 et Flèche TL 1/2 exprimées en mm.
  • Dans chaque étape d'usinage, l'échauffement est limité à 10 °C de façon à éviter toute influence des conditions d'usinage sur les mesures de flèche effectuées.
  • On rapporte les écarts de flèche entre ¼ et initial puis entre ½ et ¼ dans le tableau 3 ci-dessous, pour les directions L et TL. On rapporte également l'écart de flèche maximal multiplié par l'épaisseur de sortie de laminage. [Tableau 3]
    Alliages Epaisseur de sortie de laminage Epaisseur finale (mm) Ecarts de flèches (mm) Ecart de flèche maximal * épaisseur sortie laminage
    Flèche L 1/4-Flèche L ini Flèche L 1/2 - Flèche L 1/4 Flèche TL 1/4-Flèche TL ini Flèche TL 1/2-Flèche TL 1/4
    A 25 20 0,205 0,177 0,127 0,038 5,13
    B 25 20 0,115 0,043 0,08 0,009 2,88
    B 30 25 0,057 0,004 0,025 0,041 1,71
    B 35 30 0,002 0,058 0,036 0,067 2,35
    C 30 25 0,012 0,021 0,022 0,064 1,92
    C 25 30 0,024 0,0231 0,032 0,043 1,51
    Flèches mesurées sur des barreaux usinés
  • Avec l'alliage de référence, le produit de l'écart de flèche maximal dans les directions L et TL multiplié par l'épaisseur de sortie laminage est supérieur à 5,1 ; alors qu'avec l'alliage selon l'invention ce produit est toujours inférieur 3.
  • La structure granulaire a été caractérisée pour certains essais après laminage à chaud. Les résultats sont présentés sur la Figure 1. La Figure 1a montre la structure granulaire après oxydation anodique de l'alliage A après laminage à chaud à l'épaisseur 25 mm. La Figure 1b montre la structure granulaire après oxydation anodique de l'alliage B après laminage à chaud à l'épaisseur 25 mm. Sur la Figure 1 a, on observe proche des surfaces une zone recristallisés tandisque que la Figure 1b, cette zone n'est pas observée la structure granulaire est fibrée, c'est-à-dire non recristallisée, dans toute l'épaisseur du produit laminé à chaud.
  • La texture des produits a été mesurée sur des échantillons de 50x50 mm dans le plan L/TL de façon à obtenir le facteur de Taylor dans la direction longitudinale. Les résultats sont présentés dans le Tableau 4. Pour les produits selon l'invention, le rapport entre le facteur de Taylor à 1/12ieme de l'épaisseur et à ½ épaisseur est significativement plus faible que pour le produit de référence. [Tableau 4]
    Alliages Epaisseur finale (mm) Factor de Taylor à la position T/12 Factor de Taylor à la position T/2 Rapport du facteur de Taylor T/12 / T/2
    A Y61803 20 1,12 0,99 1,13
    B Y61781 20 1,12 1,05 1,07
    B Y61779 25 1,07 1,08 0,99
    Facteurs de Taylor mesurés

Claims (12)

  1. Procédé de fabrication d'une tôle en alliage d'aluminium d'épaisseur finale comprise entre 8 et 50 mm dans lequel
    a) on coule une plaque de laminage en alliage d'aluminium de composition , en % en poids, Si : 0,7 - 1,3 ; Mg : 0,6 - 1,2 ; Mn : 0,65 - 1,0 ; Fe : 0,05 - 0,35 ; au moins un élément choisi parmi Cr : 0,1- 0,3 et Zr : 0,06 - 0,15 ; Ti < 0,15; Cu < 0,4 ; Zn < 0,1 ; autres éléments < 0,05 chacun et < 0,15 au total, reste aluminium.,
    b) on homogénéise ladite plaque de laminage,
    c) on lamine ladite plaque de laminage à une température d'au moins 340 °C pour obtenir une tôle d'épaisseur au moins égale à 12 mm,
    d) optionnellement on réalise un traitement thermique et/ou un laminage à froid de la tôle ainsi obtenue,
    e) on réalise un traitement de mise en solution de la tôle optionnellement traitée thermiquement et/ou laminée à froid et on la trempe,
    f) on détensionne ladite tôle ainsi mise en solution et trempée par traction contrôlée avec un allongement permanent de 1 à 5%,
    g) on réalise un revenu de la tôle ainsi tractionnée,
    h) optionnellement on usine ladite tôle ainsi revenue pour obtenir une tôle d'épaisseur finale au moins égale à 8 mm.
  2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel la teneur en Mn est comprise entre 0,8 et 1,0 % en poids.
  3. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2 dans lequel la teneur en Cr est comprise entre 0,15 et 0,25 % en poids et la teneur en Zr est inférieure à 0,05% en poids.
  4. Procédé selon une quelconque des revendications 1 à 3 dans lequel la teneur en Fe est comprise entre 0,08 et 0,15 % en poids.
  5. Procédé selon une quelconque des revendications 1 à 4 dans lequel la teneur en Cu est inférieure à 0,05 % en poids et de préférence inférieure à 0,04 % en poids.
  6. Procédé selon une quelconque des revendications 1 à 5 dans lequel la température d'homogénéisation est comprise entre 515 °C et 545 °C.
  7. Procédé selon une quelconque des revendications 1 à 6 dans lequel la température de laminage à chaud est maintenue à au moins 350 °C et le taux de réduction maximal des passes lors du laminage à chaud est inférieur à 50%.
  8. Procédé selon une quelconque des revendications 1 à 7 dans lequel la température de laminage à chaud est au plus 450 °C et préférentiellement au plus 420 °C.
  9. Procédé selon une quelconque des revendications 1 à 8 dans lequel la température de sortie du laminage à chaud est au plus 410 °C et préférentiellement au plus 400 °C.
  10. Tôle d'épaisseur comprise entre 8 et 50 mm en alliage d'aluminium de composition, en % en poids, Si : 0,7 - 1,3 ; Mg : 0,6 - 1,2 ; Mn : 0,65 - 1,0 ; Fe : 0,05 - 0,35 ; au moins un élément choisi parmi Cr : 0,1- 0,3 et Zr : 0,06 - 0,15 ; Ti < 0,15; Cu < 0,4 ; Zn < 0,1 ; autres éléments < 0,05 chacun et < 0,15 au total, reste aluminium, susceptible d'être obtenue par le procédé selon une quelconque des revendications 1 à 9, ayant une limite d'élasticité Rp0,2(TL) d'au moins 240 MPa, préférentiellement d'au moins 250 MPa et de manière préférée d'au moins 260 MPa, et/ou une résistance à rupture Rm(TL) d'au moins 280 MPa, préférentiellement d'au moins 290 MPa et de manière préférée d'au moins 300 MPa et/ou un allongement à rupture A% d'au moins 8%, préférentiellement d'au moins 10% et de manière préférée d'au moins 12%, et, telle que le produit de l'écart de flèche maximal dans les directions L et TL multiplié par l'épaisseur de sortie laminage est inférieur 4 et de préférence inférieur à 3, les écarts de flèches considérés pour obtenir la valeur maximale étant d'une part l'écart de flèche entre la flèche mesurée pour un barreau de dimension 400 mm x 30 mm x épaisseur de sortie de laminage et la flèche mesurée pour ce même barreau après usinage de ¼ de son épaisseur, et d'autre part l'écart de flèche entre la flèche mesurée pour le barreau précédent et la flèche mesurée pour ce barreau précédent après usinage supplémentaire de ¼ de son épaisseur, toutes les mesures de flèche étant effectuées avec le barreau posé sur deux supports distants de 390 mm et les flèches étant exprimées en mm, toutes les mesures étant effectuées avant l'étape finale optionnelle d'usinage.
  11. Tôle selon la revendication 10 dans laquelle le rapport entre le facteur de Taylor dans la direction longitudinale mesuré à 1/12ième de l'épaisseur et 1/2 de l'épaisseur est compris entre 0,90 et 1,10, de préférence compris entre 0,92 et 1,08 et de manière préférée compris entre 0,95 et 1,05, les mesures étant effectuées avant l'étape finale optionnelle d'usinage.
  12. Utilisation d'une tôle selon une quelconque des revendications 10 à 11 comme tôle de précision, notamment pour la réalisation d'éléments de machines, par exemple des outillages d'assemblage ou de contrôle.
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