FR2642436A1 - Alliage d'a1 contenant essentiellement du si, du mg et du cu pour emboutissage - Google Patents

Alliage d'a1 contenant essentiellement du si, du mg et du cu pour emboutissage Download PDF

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Abstract

L'invention se rapporte à un alliage d'A1 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 A1. 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 degre(s)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

ALLIAGE D'AL CONTENANT ESSENTIELL<MENT
DU Si, DU Mg ET DU Cu POUR EMBOUTISSAGE L'invention concerne un alliage d'Al contenant essentiellement du
Si, du Mg et du Cu destiné à la fabrication de tues ou bandes emboutis-
sables, 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 x 200 MPa, RO,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 pondé-
rales 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 A1
* 2
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 élémenta se submicroscopique existent si la mise en solution est conduite à une température trop basse. Pour Mg supérieur à la ligr.e 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 > G,8%, le gain de résistance en caractéristiques mécaniques
devient r.égligeable; de plus la résistance à la corrosion et l'emboutis-
sabilité diminuent.
Il est possible d'ajouter à la composition des éléments anti-recristal-
lisar.ts 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 ia solidification des composés intermétalliques
à base de Fe, Mn, Si qui rédulser.nt la capacité de déformation de l'allia-
ge et peuvent initier des déconésions et ruptures, lors des opérations de mise en forme;
Il augmente la vitesse critique de trempe et limite donc les possibi-
lités de traitements thermiques pour les produits épais; Il confère à l'alliage un comportement à la corrosion assez médiocre; I1 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 = 115% Mg = 0,5% E' Si = 1,15% Mg = 0,25% avec
G,5 < Cu < 0,8% Mn < 0,2% Zr et Cr < 0,05% chacun, reste A1.
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 tempéra-
ture entre 520 C et 560QC avec un temps de maintien de 6 à 24 h est souhaitable. L'homogénéisation est, de préférence précédée d'une montée
lente en temperature.
Dans le cas des tôles et bandes, les recristallisations à chaud grossiè-
res (taille de grain supérieure à 80 pm) sont la source de lignes de déformations- macrcscopiques, 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 2700
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 5600C, et de préférence entre 530 et 550 C en visant la tempéra-
ture 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 > 10OC/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 Him.
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 condi-
tions habituelles; le durcissement est da 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 a 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 traite-
ment.
L'invention sera mieux comprise à l'aide de la figure i donnant le domaine de composition des alliages dans le plan Mg-Si et est illustrée par l'exemple suivant:
- on a coulé er. semi-continu une plaque llOGx3G00x2850 mm3 de la composi-
tion pondérale suivante: Si 1,05% Mg 0,4% Cu 0,7% Mn 0,25% + Fe 0,24% Ti 0,035% Reste Al 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 3001C; la bande ainsi obtenue a été relaminée à froid jusqu'à 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 t8le de 1,2 mm d'épçisseur 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: S-i: 1%; Mg: G, 4%; Cu: 0,15%; Mn: 0,1%;.reste A1 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 (%) l10 205 26,5

Claims (7)

REVENDICATIONS
1. Alliage d'aluminium pour la fabrication de tôles emboutissables caractérise en ce que sa composition est la suivante (en poids %): les teneurs en Mg et Si sont comprises dans un polygone ABCDE dont les coordonrnées sont les suivantes: Si Mg
A C0,9 0,1
B 0,9 0,45
C i,0 0,5
D 1,15 0,5
E 1,35 5,1
le cuivre est compris entre 0,5 et 0,8% les éléments Cr et Zr inférieurs à G,2% chacun le Mn < 0,3% le Fe < 0,35% autres éléments: chacun <0,05%, tctal < 0,15% reste Ai
2. Ailiage 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 C,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 um et de
préférence inférieure à 60 Pm.
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'homogénéisa-
tion ou la mise en solution complète sont conduites entre 520 et
560 C.
6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'homogénéisa-
tion 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 précédée d'une montée en température
à une vitesse supérieure à 10 C/sec.
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