FR2713664A1 - Alliage type Al-Si-Mg à ductilité et emboutissabilité améliorées et procédé d'obtention. - Google Patents

Alliage type Al-Si-Mg à ductilité et emboutissabilité améliorées et procédé d'obtention. Download PDF

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Abstract

L'invention concerne des alliages d'aluminium type Al-Si-Mg à ductilité et emboutissabilité améliorées, utilisés sous forme de tôles ou bandes, ainsi qu'un procédé d'obtention de ceux-ci. Les tôles ou bandes sont particulièrement destinées à l'emboutissage et en particulier à la carrosserie automobile. L'alliage revendiqué possède la composition chimique suivante (en poids %): de 0,1 à 0,8 Mn de 0,25 à 0,8 Mg de 0,5 à 1,3 Si jusqu'à 0,9 Cu jusqu'à 0,5 Fe jusqu'à 0,5 (chacun) et 0,15 (au total) d'autres éléments reste Al. Ces tôles et bandes sont obtenues par coulée, laminage à chaud dans des conditions de réchauffage et de laminage particulières, laminage à froid, mâturation, formage et cuisson des revêtements, un pré-revenu étant éventuellement pratiqué entre trempe et mâturation.

Description

ALLIAGE TYPE Al-Si-Mg A DUCTILITE ET EMBOUTISSABILITE ANELIOREES ET
PROCEDE D'OBTENTION
L'invention concerne des alliages d'aluminium type Al-Si-Mg à ductilité et emboutissabilité améliorées, utilisés sous forme de tôles ou bandes, ainsi qu'un procédé d'obtention de ceux-ci. Les tôles ou bandes sont particulièrement destinées à l'emboutissage et en particulier à la carrosserie automobile. Pour une résistance mécanique donnée, la ductilité et l'emboutissabilité sont les caractéristiques essentielles des tôles ou bandes destinées à être mises en forme à froid, avant revêtements superficiels telles que la
peinture et "cuisson" de ceux-ci.
Les alliages classiques utilisés dans ce domaine, tels que les alliages 6009, 6016, 6111, selon la désignation de l'Aluminium Association présentent encore des caractéristiques mécaniques d'utilisation et de
formabilité insuffisantes.
L'alliage selon l'invention contient (en poids %): de 0,1 à 0,8 Mn de 0, 25 à 0,8 Mg de 0,5 à 1,3 Si jusqu'à 0,9 Cu jusqu'à 0,5 Fe jusqu'à 0,5 (chacun) et 0,15 (au total) d'autres éléments
reste: A1.
Cependant une composition préférentielle est la suivante: de 0,15 à 0,65 Mn de 0,3 à 0,6 Mg de 0,7 à 1,2 Si de 0,1 à 0,5 Cu jusqu'à 0,4 Fe
reste A1 + impuretés inévitables.
La composition préférée est la suivante: de 0,25 à 0,45 Mn de 0,3 à 0,5 Mg de 0,85 à 1,10 Si de 0,1 à 0,3 Cu jusqu'à 0,3 Fe
reste: Al+ impuretés inévitables.
On sait que la présence de Mn est favorable à la résistance mécanique et à la déformabilité; cette action est sensible au-delà de 0,1%; cependant au-delà de 0,8% Mn, il y a formation de composés (Al,Mn,Fe) grossiers qui nuisent à la formabilité. La demanderesse a aussi trouvé que des teneurs élevées en Mn conduisent à un coefficient d'écrouissage n élevé, ce qui
est favorable à une bonne répartition des déformations.
Pour des valeurs de Mg inférieures à 0,25%, la limite élastique après cuisson des revêtements est trop faible; pour les valeurs supérieures à
0,8%, la formabilité devient insuffisante et la maturation trop rapide.
Si la teneur en Si est inférieure à 0,5%, les caractéristiques mécaniques sont trop faibles; si Si > 1,3%, des composés primaires grossiers
apparaissent et nuisent à la formabilité.
Si la teneur en Cu est supérieure à 0,9%, la tenue à la corrosion
(intercristalline) est insuffisante.
Si la teneur en Fe est supérieure à 0,5%, il en résulte une précipitation
grossière néfaste à la formabilité.
Le procédé de fabrication habituellement utilisé comporte les opérations suivantes: - coulée d'un alliage de composition donnée sous forme de lingots ou de bandes - homogénéisation éventuelle - réchauffage et laminage à chaud - laminage à froid - mise en solution - mise en forme à froid à l'état T4 - revêtement superficiel éventuel et sa "cuisson", par exemple une peinture (laquelle contribue au durcissement de l'alliage) -voir par
exemple US 4614552, US 4784921, US 4840852, W0 87/02712.
La demanderesse a trouvé que cette gamme pouvait être simplifiée et/ou améliorée, d'une part en réduisant l'étape d'homogénéisation à un réchauffage avant laminage à chaud, ou d'autre part, en introduisant une trempe rapide et une étape de pré-revenu après trempe et avant maturation. Ainsi, le procédé selon l'invention, comportant les opérations de coulée, réchauffage, laminage à chaud et éventuellement à froid, mise en solution et trempe, maturation et éventuellement revêtement superficiel et "cuisson" de celui-ci, est caractérisé en ce que la température du réchauffage avant laminage à chaud et la température d'entrée au laminoir
à chaud est comprise entre 460 et 520 C.
Une montée en température à une vitesse comprise entre 10 C/h et 150 C/h et une température de maintien limitée entre 460 C et 520 C conduisent en effet à un maximum de la densité volumique des précipités, au Mn: Al(Fe,Mn)Si; leur taille maximale est inférieure à 0,2 mm et leur taille
médiane est inférieure à 0,07 am.
Apres montée en température, la durée de maintien en température est comprise entre 30 min et 24 h. La température de fin de laminage à chaud est de préférence inférieure à
400 C et même 350 C.
Les fins précipités au manganèse subsistent jusqu'au stade final, et la demanderesse émet l'hypothèse que la présence de ceux-ci est à l'origine
de l'amélioration des caractéristiques de mise en forme à froid.
La mise en solution est de préférence réalisée entre 520 et 570 C et en particulier, entre 550 et 570 C, pendant 5 min à 1 h. La vitesse moyenne
de trempe est de préférence supérieure à 100 C/sec.
Pour les faibles durées de maintien, un four à passage peut être utilisé.
Typiquement l'alliage mûrit à l'ambiante et atteint une dureté stationnaire en 15 jours environ, état dans lequel il est apte à subir
des mises en forme.
Apres formage et éventuellement un revêtement de surface, l'alliage peut subir un durcissement par revenu au cours du traitement de cuisson du revêtement (vers 180 C pendant 30 min). Il a cependant été remarqué que dans le cas d'un alliage homogénéisé de façon classique, la pratique d'un pré-revenu entre 70 et 150 C pendant 0,5 à 5 h après la trempe conduit à une augmentation notable du coefficient d'écrouissage n (après maturation) et à une augmentation significative des caractéristiques de
résistance mécanique (après cuisson des revêtements).
Le coefficient d'écrouissage est égal à n = d(Ln6-1 pour des allongements plastiques compris entre 5 et 20% maximum d E, - étant la
contrainte de traction et ú la déformation rationnelle (&=Ln (1/lo)).
La figure 1 représente les évolutions du coefficient d'écrouissage n à l'état mûri en fonction de la limite élastique à l'état durci avec et
sans pré-revenu, dans les conditions reportées à l'Exemple 2.
L'invention sera mieux comprise à l'aide des exemples suivants:
Exemple 1
Les alliages dont la composition est reportée au Tableau I ont été élaborés en lingots, de 1,25x0,6 m2 de section, scalpés, réchauffés (vitesse de montée: 46 C/h; température de maintien: 480 C) et laminés à chaud avec une température d'entrée de 480 C et une température de sortie de 310 C jusqu'à une épaisseur de 4mm, puis à froid jusqu'à une épaisseur
de 1,2mm.
La mise en solution en four à passage a été effectuée dans les conditions données au Tableau II, refroidissement brouillard puis les tôles ont subi
un vieillissement de 15 jours à la température ambiante avant essais.
Les caractéristiques mécaniques (sens long) et les Indices Erichsen
obtenus sont reportés au Tableau III.
On peut constater que l'alliage suivant l'invention présente des caractéristiques de formabilité améliorées par rapport à celles des alliages obtenus selon l'art antérieur. On constate également un léger
durcissement qui n'est pas spécifiquement recherché dans l'invention.
Les précipités au Mn ont une taille médiane à 0,06 am avec une dimension
maximale de 0,18 am.
TABLEAU I
lAlliage | Composition (poids %)
T I I
r 1 Mn | Mg S i Cu Fe r -Type A | 0,1 0,35 0,9 0,1 0,25 I (6016) i
_ _ _ _ _ _ _I I
I B I 0,4 I 0,45 I 0,9 I 0,1 I 0,25 I (6009) I
1 -- I I I
C 0,4 0,4 1,1 i 0,4 0,25 I
I I
TABLEAU II
Gamme Réchauffage Mise en solution | Etat (T4) [IiVitessel Maintien I | I1 I I I fi I1 (témoin) 1460C/h Ilh à 580 C i 30 sec à 550 C I 15 j à 20 C I 2 (revendi- I | I I | | quée) 146oC/h 12h à 480 C I 30 min à 550 C I 15 j à 20 C I L I I I h
TABLEAU III
| Alliage I Gamme I R 0,2 I Rm I AA % A % I Ericksen I I I (MPa) I (MPa) réparti (mm) A l1 t 105 220 t 25 t 19 9 9 I | B 1 1 I 115 I 230 I 27 I 20 9 9 l
B* I 2 I 120 I 235 I 31 I 23 | 9.8
C 1 I 135 250 I 28 I 21 I 9-4
C* I 2 I 140 I 255 I 30 I 24 I 9.6
L | I I,, I |
* selon l'invention.
Exemple 2
Un alliage de composition pondérale suivante (en %) Si: 1,08 Fe: 0,10 Cu: 0,05 Mn: 0,38 Mg: 0,40 a été coulé en plateaux de 1,25 x 0, 6 m2, homogénéisé à 520 C pendant 33 h, laminé à chaud jusqu'à 4 mm d'épaisseur entre 494 et 304 C, laminé à froid jusqu'à 1,2 mm d'épaisseur, mis en solution dans un four à air avec une montée en 30 min à 560 C et maintien de 5 min à cette
température et trempe à l'eau à 20 C.
10 min après la trempe, des échantillons ont subi un pré-revenu de 2 h à
C, d'autres échantillons de comparaison n'étant pas traités.
Les essais de traction ont été effectués 14 jours après la trempe et certains échantillons ont été contrôlés après un revenu de 30 min à
C, simulant les conditions de cuisson des revêtements.
,: Les résultats obtenus sont reportés sur le Tableau IV ci-après et
représentés graphiquement sur la figure 1.
On peut constater les effets bénéfiques du pré-revenu sur le coefficient n à l'état mûri (T4) et sur les caractéristiques mécaniques après cuisson
des revêtements.
TABLEAU IV
ETAT T4 Après 30 min à 180 C
Homo. Prérevenu RPO,2 _ _. . A50 A25* _.A.... 1.
RPO,2 IRm A25 Au n A50 RpO,2 Rm A25 Au n A50 (MPa) (MPa) (% * (%) * * (%) *** (MPa) (Mpa) (%) * (%) ** (%)*** 520 non 143 272 33,74 23,99 0,265 28,87 149 269 30,4 21, 9 0,242 26,17
144 274 32,9 23,1 0,257 28 155 271 26,5 20,7 0,233 23,59
147 273 30,66 22,49 0,252 26,58 161 271 27,9 20,4 0,224 24,13
520 non 139 270 33,05 24,07 0,268 28,56 159 265 26,4 19,8 0,228 23,13
138 269 33,1 24,26 0,27 28,68 166 267 28,1 20,6 0,221 24,33
139 268 33,9 24,29 0,267 29,1 155 265 26 19,9 0,228 22,93
i i 520 2h 1000 C 130 260 30,99 23,7 0,277 27,35 226 309 21,5 13,6 0,178 17,5
260 32,17 24,17 0,279 28,17 223 309 23,1 15,9 0,172 19,5
132,3 257,8 30,74 23,59 0,276 27,17 233 313 25,5 16,3 0,166 20,88
520 2h 1000 C 132 256 32,08 24,67 0,271 28,37 229 307 24 15,9 0,167 19,95
131 256 31,14 23,9 0,273 27,52 217 305 26,8 16,7 0,17 21,71
128 259 32,88 25,01 0,278 28,7 223 304 23,5 16,3 0,174 19,92
* A25: allongement sur 25 mm, mesuré ** Au: allongement réparti
** A50: allongement sur 50 mm, calculé.
Exemple 3
Des produits ont été traités conformément à l'Exemple 2, sauf en ce qui
concerne différentes vitesses de refroidissement lors de la trempe.
Les résultats obtenus sont reportés au Tableau V.
TABLEAU V
Vitesse de i ETAT T4 130 min à 180CI Itrempe (OC/sec) I I R 0,2 | | R 0,2 Rm | A |Au l I I| (MP(MPa) (MPa) MPa) 6 i 111 I 247 I 30,71 22,2 i 120
I 20 I 117 I 251 I 30,91 23,4 I 136 I
I 580 I 140 I 271 I 32,41 24,4 I 161
i Ii On constate que les vitesses de trempe élevées sont nettement favorables à l'obtention des caractéristiques mécaniques élevées à l'état durci,
avec une augmentation de l'allongement réparti à l'état T4.
A:

Claims (11)

REVENDICATIONS
1. Alliage d'aluminium pour bandes et tôles destinées à l'emboutissage caractérisé en ce qu'il contient en poids %: de 0,1 à 0,8 Mn de 0,25 à 0, 8 Mg de 0,5 à 1,3 Si jusqu'à 0,9 Cu jusqu'à 0,5 Fe jusqu'à 0,5 (chacun) et 0,15 (au total) d'autres éléments
reste A1.
2. Alliage selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il contient: de 0,15 à 0,65 Mn de 0,3 à 0,6 Mg de 0,7 à 1,2 Si de 0,1 à 0,5 Cu
jusqu'à 0,4 Fe.
3. Alliage selon la revendication 2 caractérisé en ce qu'il contient: de 0,25 à 0,45 Mn de 0,3 à 0,5 Mg de 0,85 à 1,10 Si de 0,1 à 0,3 Cu
jusqu'à 0,3 Fe.
4. Alliage suivant l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce qu'il
contient des précipités au Mn, type A1 (Mn, Fe) Si, dont la taille médiane est inférieure à 0,07 mm et la taille maximale inférieure à
0,20 am.
5. Méthode d'obtention de tôles ou bandes en alliage d'Al suivant l'une
des revendications 1 à 4, comportant un réchauffage et un laminage à
chaud (et éventuellement à froid), une mise en solution et trempe et une maturation à la température ambiante caractérisée en ce que la température de réchauffage et de début de laminage à chaud est comprise entre 460 et 500 C.,; 6. Méthode selon la revendication 5 caractérisée en ce que la durée de maintien à température est comprise entre 30 min et 48 h.
7. Méthode selon l'une des revendications 5 ou 6 caractérisée en ce que
la vitesse de montée en température est comprise entre 10O C/h et C/h.
8. Méthode selon l'une des revendications 5 à 7 caractérisée en ce que la
température de fin de laminage à chaud est inférieure à 400 C, et de
préférence inférieure à 350 C.
9. Méthode selon l'une des revendications 5 à 8 caractérisée en ce que la
mise en solution a lieu entre 520 et 570 C, pendant 5 min à 1 h.
10.Méthode selon l'une des revendications 5 à 9 caractérisée en ce que la
maturation à l'ambiante est au moins de 15 jours.
ll.Méthode d'obtention de tôles ou bandes en alliage d'Al suivant l'une
des revendications 1 à 4 comportant au moins une homogénéisation ou un
réchauffage des lingots, un laminage à chaud (et éventuellement à froid), une mise en solution et trempe, une maturation, une mise en forme et un traitement de cuisson des revêtements caractérisée en ce
qu'un pré-revenu est pratiqué entre la trempe et la maturation.
12.Méthode selon la rev.ll caractérisée en ce que le pré-revenu est effectué dans un domaine de température allant de 70 à 150 C, pour une
durée comprise entre 0,5 et 5 heures.
13.Méthode d'obtention d'une tôle ou bande d'alliage d'Al suivant l'une
des revendications 12 ou 13 caractérisée en ce que la vitesse moyenne
de refroidissement lors de la trempe est supérieure à 100 C/sec.
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