FR2841568A1 - TOLE D'ALLIAGE AlMgSi - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un produit en alliage AlMgSi laminé, pouvant être traité thermiquement, contenant (en % en poids), 0,95 à 1,10 de Si, 0,45 à 0,7 de Mg, 0,1 à 0,3 de Cu, un ou plusieurs de Zr, Mn, Cr, et/ou Ti jusqu'à un total compris entre 0,02 et 0,4, au maximum 0,4 de Fe, au maximum 0,25 de Zn, les impuretés inévitables représentant chacune au maximum 0,05, jusqu'à un total de 0,20, le complément étant de l'aluminium, et un procédé de fabrication de ce produit. L'invention concerne en outre un élément de carrosserie automobile formé fait de celui-ci.
Description
TOLE D'ALLIAGE AlMgSi L'invention concerne un produit en alliage AlMgSi,
et plus particulièrement un produit en alliage AlMgSi laminé pouvant être traité thermiquement. On utilise de plus en plus des alliages AlMgSi pouvant être traités thermiquement sous la référence de l'Aluminium Association (Association pour l'Aluminium) (" AA ") série 6000 pour des pièces de carrosserie automo10 bile o, à côté de la bonne aptitude au formage du produit
laminé en aluminium, l'augmentation de la résistance mécanique après qu'il ait subi une opération de cuisson de peinture joue un rôle important.
Les exigences imposées au produit laminé en aluminium utilisé pour les pièces de carrosserie automobile englobent
une bonne aptitude au formage, une limite élastique apparente faible et stable à l'état T4 et une résistance mécanique élevée après cuisson de la peinture.
Les alliages d'aluminium pouvant être traités thermi20 quement de référence AA6000 contiennent Si et Mg qui présentent une solubilité à l'état solide dans l'aluminium qui croît avec la température. De plus, ces éléments d'alliage peuvent former des précipités de renforcement. Lorsque l'on tire partie de cette propriété, ces alliages présentent des propriétés utiles de résistance mécanique et de ténacité dans les états T4 et T6. Comme cela est connu, l'état T4 concerne un état traité thermiquement en solution et trempé, vieilli naturellement jusqu'à atteindre un niveau de propriétés pratiquement stable, tandis qu'un état T6 désigne un état de plus grande résistance mécanique produit par un
vieillissement artificiel.
On dispose, dans le commerce, d'une tôle d'alliage d'aluminium classique pouvant être traité thermiquement pour des pièces de carrosserie automobile dont la composition est
dans la fourchette de celle de l'alliage AA6016 et elle con-
tient, en % en poids: 1,0 à 1,5 % de Si, 0,25 à 0,5 % de Mg, moins de 0, 20 % de Cu, moins de 0,20 % de Mn, moins de 0,50 % de Fe, et moins de 0, 20 % de Zn. En pratique l'alliage AA6016 disponible dans le commerce contient entre 0,40 et 0,45 % de Mg. Ce système d'alliage AA6016 classique ne satisfait plus pleinement les besoins de l'industrie automobile, parce que les exigences en ce qui concerne la réponse à la cuisson de la peinture sont de plus en plus élevées, en particulier pour des températures de cuisson de la peinture inférieures
et/ou pendant des temps plus brefs.
L'invention a pour objet de fournir un produit en alliage AlMgSi laminé répondant extrêmement bien à la cuisson
de la peinture.
L'invention a encore pour objet de fournir un produit en alliage AlMgSi laminé présentant un meilleur compromis entre les propriétés de corrosion filiforme et la réponse à la cuisson de la peinture Conformément à l'invention, on satisfait à cet objet en fournissant un produit en alliage AlMgSi laminé, contenant (en % en poids) 0,95 à 1,10 de Si, 0,45 à 0,7 de Mg, 0,1 à 0,3 de Cu, un ou plusieurs de Zr, Mn, Cr, et/ou Ti jusqu'à un total compris entre 0,02 et 0,4, au maximum 0,4 de Fe, au maximum 0,25 de Zn, les impuretés inévitables, représentant chacune au maximum 0,05, jusqu'à un total de 0,201,
le complément étant Al.
On a trouvé, conformément à l'invention, que des alliages d'aluminium à l'intérieur de cette fourchette de compositions répondent mieux à la cuisson de la peinture alors que le niveau de résistance mécanique à l'état naturellement vieilli se situe dans la fourchette voulue du point de vue de l'exigence d'aptitude au formage. On peut tolérer une légère diminution de l'aptitude à la mise en oeuvre de l'alliage qui peut être présente pour certaines réalisations à l'intérieur des fourchettes données ci-dessus, parce que, pour un niveau de résistance mécanique voulu donné dans l'état après cuisson de la peinture (T6), la meilleure réponse à la cuisson de la peinture permet d'utiliser un matériau présentant une résistance mécanique inférieure (et en
conséquence une aptitude au formage supérieure) à l'état T4.
Cu a un effet positif sur la réponse à la cuisson de la peinture de l'alliage, aussi bien que sur la résistance mécanique de l'alliage. Pour cette raison, Cu doit être présent dans l'alliage en une quantité d'au moins 0,1 % en poids. Toutefois, Cu a un effet gênant sur la résistance à la corrosion filiforme, ce qui est particulièrement important pour l'utilisation de la tôle dans des pièces de carrosserie automobile. La quantité de Cu est donc limitée à
0,3 % en poids.
Lorsque la quantité de Cu est comprise entre 0,1 et 0,3 % en poids, on trouve que la résistance à la corrosion est tout à fait acceptable si la quantité de Si est limitée à 1,10 % en poids, et la quantité de Mg est d'au moins 0,45 % en poids, de préférence d'au moins 0,50 % en poids, de manière à réduire l'excès de Si. En même temps, il est toutefois nécessaire que Si soit suffisamment abondant pour obtenir l'aptitude au traitement thermique voulue qui est au moins en partie liée à la capacité de Si à passer d'une présence en solution solide à une présence sous forme de préci30 pités. Il existe donc, conformément à l'invention, une petite fourchette choisie, comprise entre 0,95 et 1,10 % en poids, et de préférence entre 1,00 et 1,10 % en poids, de Si, dans laquelle on obtient le mieux l'équilibre voulu de résistance envers la corrosion et d'aptitude au traitement
thermique.
Une quantité suffisante de Mg est nécessaire pour agir avec le Si pour former des précipités de Mg2Si. Cela conduit à une grande différence de degré de résistance mécanique entre l'état après formage naturellement vieilli et l'état artificiellement vieilli, o la résistance mécanique est plus élevée. Pour une teneur en Mg de plus de 0,55 % en poids, la réponse à la cuisson de la peinture est encore améliorée. Dans tous les cas ci-dessus, la quantité de Mg ne doit pas dépasser 0,7 % en poids, puisque des teneurs supé10 rieures nuisent à l'aptitude à la mise en oeuvre de l'alliage. La teneur en Mg est de préférence limitée à 0,65 % en poids au plus, pour bénéficier de la bonne réponse à la
cuisson de la peinture sans que ce soit inutilement au détriment de l'aptitude à la mise en oeuvre de l'alliage.
On pense que Mn contribue au réglage de la taille de grains, ce qui améliore l'aptitude au formage. Mn est un élément d'affinage des grains recommandé, mais son rôle d'affinage des grains peut être au moins en partie rempli par la présence ou la coprésence d'un ou plusieurs de Zr, Ti
ou Cr..
La quantité totale de Mn, Zr, Ti et Cr doit se situer entre 0,02 et 0,4 % en poids. Si la teneur combinée de ces éléments est inférieure à 0,02 % en poids, ils ne contribuent pas suffisamment à un affinage efficace des grains en conséquence de la formation d'une quantité trop peu importante de ce que l'on appelle des dispersodes. On recommande plus particulièrement comme limite inférieure des agrégats, 0,05 % en poids. On obtient la combinaison optimale pour la contribution voulue à l'effet d'affinement des grains à la suite du traitement thermique de la solution solide et la diminution de l'aptitude au formage et/ou de l'allongement si la teneur en un ou plusieurs de ces éléments augmente dans cette fourchette. La quantité totale de ces éléments est de préférence inférieure à 0,2 % en poids. On pense que
les éléments mentionnés présentent tous une efficacité gros-
sièrement égale dans les alliages AlMgSi, parce que les dispersodes formés sont grossièrement du même ordre de taille.
La teneur en Fe a une grande influence sur l'aptitude au formage du produit en aluminium. Pour une teneur en Fe élevée, supérieure à environ 0,4 % en poids, des composés intermétalliques relativement grands peuvent se former, ce qui réduit nettement l'aptitude au formage. D'autre part, lorsque Fe est présent en une quantité inférieure à environ 0,4 % en poids, il contribue avantageusement au réglage de la taille des grains dans le produit pendant le traitement thermique en
solution total ou partiel.
En ce qui concerne la résistance envers la corrosion, Zn peut être présent jusqu'à une quantité maximale de 0,25 %
en poids.
On obtient principalement l'équilibre voulu entre la résistance mécanique, la réponse à la cuisson de la peinture et la résistance à la corrosion, pour une quantité maximale de 0,25 % en poids de Cu, sinon un effet contraire sur la corrosion détruit l'équilibre. On recommande un minimum de 0,12 % ou 0,15 % en poids de Cu pour bénéficier de l'effet
positif sur la réponse à la cuisson de la peinture.
Dans un autre aspect de l'invention, on fournit un procédé de fabrication du produit en alliage laminé conforme à l'invention. Ce procédé comprend les étapes opératoires suivantes consistant à: - fournir un lingot ou une brame pour laminage d'alliage d'aluminium présentant une composition appropriée conforme à l'invention, et de préférence par coulée semicontinue; - faire subir un recuit d'homogénéisation au lingot ou à la brame, de préférence pendant au moins 3 heures à une température située dans la fourchette allant de 530 0C à
580 OC;
- laminer à chaud le lingot ou la brame pour obtenir une
tôle intermédiaire, présentant de préférence une épais-
seur mesurée située dans la fourchette allant de 4 à 8 mm; - faire éventuellement subir un recuit intermédiaire à la tôle intermédiaire, de préférence pendant 0,5 à 5 heures à une température située dans la fourchette allant de 330 0C à 400 OC; et laminer à froid la feuille intermédiaire jusqu'à ce qu'elle présente une épaisseur finale mesurée voulue, située de préférence dans la fourchette comprise entre 0,8 et 1,5 mm; - soumettre éventuellement la tôle intermédiaire à un traitement thermique en solution solide comprenant le maintien de la tôle intermédiaire à une température située dans la fourchette allant de 500 à 570 OC et la trempe rapide de la tôle; - soumettre éventuellement la tôle traitée thermiquement
en solution solide à un cycle de prévieillissement.
Dans un autre aspect de l'invention, on forme le produit en alliage AlMgSi laminé conforme à l'une quelconque des réalisations décrites ci- dessus ou obtenu par le procédé conforme à l'invention en un élément de carrosserie automobile. Une fois formé en un élément de carrosserie automobile, ce produit en alliage. AlMgSi est intéressant, parce qu'il répond mieux à la cuisson de la peinture dans des traitements de cuisson de la peinture classiques pour les automobiles
EXEMPLES
On illustrera maintenant l'invention en faisant réfé30 rence à l'exemple suivant qui ne la limite pas.
On a coulé des lingots pour laminage présentant les
compositions indiquées dans le Tableau 1.
Tableau 1. Composition en % en poids, le complément étant de
l'aluminium et des impuretés inévitables.
Identification de l'alliage si Mg Cu Mn Fe Alliage A Invention 1,05 0,58 0,17 0,05 0,20 Alliage B Référence 1,05 0,40 0,17 0,07 0,20 On a fait successivement subir à ces lingots pour laminage un recuit d'homogénéisation, un laminage à chaud, un recuit intermédiaire et un laminage à froid jusqu'à une épaisseur finale mesurée de 1 mm. On a ensuite soumis des échantillons des tôles obtenues à un traitement thermique en solution solide dans lequel on a maintenu l'échantillon A à une température de 540 0C pendant une durée de 10 secondes et on l'a ensuite trempé et on a maintenu l'échantillon B à une température de 550 C pendant une durée de 10 secondes et on l'a ensuite trempé. On a ensuite fait subir aux deux
échantillons un cycle de prévieillissement.
On a déterminé la limite d'élasticité (" Rp ") et la résistance à la rupture sous traction (" Rm ") avant et après le recuit de cuisson de la peinture de 20 minutes à OC suivi d'un étirage à plat de 2 %. On présente les ré20 sultats dans le Tableau 2. On donne également la réponse à
la cuisson de la peinture (" PBR "), définie comme l'augmentation de la limite d'élasticité.
D'après ces résultats, on peut voir que la limite d'élasticité (" Rp ") de l'alliage A à l'état traité en so25 lution solide est à peu près égale à celle de l'alliage de référence B. En supposant qu'une bonne aptitude au formage est liée à une faible limite d'élasticité, on s'attend à ce que l'aptitude au formage de l'alliage A soit comparable à celle de l'alliage B. De plus, la PBR de l'alliage A dans l'état T62 est améliorée de plus de 10 MPa par rapport à celle de l'alliage de référence B, avec pour résultat une limite d'élasticité avantageusement supérieure à l'état
après cuisson de la peinture.
En outre, on a également déterminé la limite d'élasticité et la résistance à la rupture sous traction à la suite d'un recuit de cuisson de la peinture de 20 minutes à 170 'C suivi d'un étirage à plat de 2 %. On présente également les résultats dans le Tableau 2. Si l'on compare à nouveau l'alliage A avec l'alliage de référence B dans l'état T61, on observe également dans ce cas une amélioration de la réponse à la cuisson de la pein10 ture de plus de 10 MPa. L'alliage A satisfait à une valeur minimale voulue d'environ 200 MPa après une cuisson de la peinture à 170 0C pendant 20 minutes. D'après le Tableau 2,
il est clair que la limite d'élasticité à l'état naturellement vieilli après un traitement thermique en solution so15 lide est inférieure à 130 MPa et même inférieure à 120 MPa.
Tableau 2.
Identification Traité en T62 (2 % + 185 OC/ T62 (2 % + 170 OC/ de l'alliage solution 20 min) 20 min) solide et vieilli naturellement Rp Rm Rp Rm PBR Rp Rm PBR (MPa) (MPa) (MPa) (MPa) (MPa) (MPa) (MPa) (MPa) Alliage A Inv.
111 239 243 310 132 208 291 97 Alliage B Réf. 112 241 231 300 119 197 281 85
Claims (13)
1. Produit en alliage AlMgSi laminé, pouvant être traité thermiquement, contenant (en % en poids) 0,95 à 1,10 de Si, 0,45 à 0,7 de Mg, 0,1 à 0,3 de Cu, un ou plusieurs de Zr, Mn, Cr, et/ou Ti jusqu'à un total compris entre 0,02 et 0,4, au maximum 0,4 de Fe, et au maximum 0,25 de Zn, les impuretés inévitables, représentant chacune au maximum 0,05, jusqu'à un total de 0,20,
le complément étant Al.
2. Produit en alliage AlMgSi laminé selon la revendication 1, dans lequel la limite inférieure pour Si est de
1,00 % en poids.
3. Produit en alliage AlMgSi laminé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la limite
inférieure pour la teneur en Mg est de 0,50 % en poids.
4. Produit en alliage AlMgSi laminé selon la revendication 3, dans lequel la limite inférieure pour la teneur en
Mg est de 0,55 % en poids.
5. Produit en alliage AlMgSi laminé selon l'une quel25 conque des revendications précédentes, dans lequel la limite
supérieure pour la teneur en Mg est de 0,65 % en poids.
6. Produit en alliage AlMgSi laminé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la limite
supérieure pour Cu est de 0,25 % en poids.
7. Produit en alliage AlMgSi laminé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la limite
inférieure pour Cu est de 0,12 % en poids.
8. Produit en alliage AlMgSi laminé selon la revendication 7, dans lequel la limite inférieure pour Cu est de
0,15 % en poids.
9. Produit en alliage AlMgSi laminé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la quantité d'un ou plusieurs de (Zr, Mn, Cr, et/ou Ti) va jusqu'à
un total de 0,2% en poids.
10. Produit en alliage AlMgSi laminé selon l'une
quelconque des revendications précédentes, dans lequel la
quantité d'un ou plusieurs de (Zr, Mn, Cr, et/ou Ti) va jusqu'à un total situé dans la fourchette allant de 0,05 à
0,2% en poids.
11. Produit en alliage AlMgSi laminé selon l'une
quelconque des revendications précédentes, dans lequel le
produit laminé présente une épaisseur finale mesurée située
dans la fourchette allant de 0,8 à 1,5 mm.
12. Procédé de fabrication d'un alliage d'aluminium laminé, pouvant être traité thermiquement, comprenant les étapes opératoires consistant à fournir un lingot ou une brame d'alliage d'aluminium
présentant une composition appropriée selon l'une quelconque des revendications 1 à 10,
- faire subir un recuit d'homogénéisation au lingot ou à la brame, de préférence pendant au moins 3 heures à une température située dans la fourchette allant de 530 'C à
580 0C,
- laminer à chaud le lingot ou la brame pour obtenir une tôle intermédiaire, présentant de préférence une épaisseur mesurée située dans la fourchette allant de 4 à 8 mm, - faire éventuellement subir un recuit intermédiaire à la tôle intermédiaire, de préférence pendant 0,5 à 5 heures à une température située dans la fourchette allant de
330 OC à 400 0C,
- laminer à froid la feuille intermédiaire jusqu'à ce qu'elle présente une épaisseur finale mesurée voulue, située de préférence dans la fourchette comprise entre 0,8 et 1,5 mm, et - soumettre éventuellement la tôle intermédiaire à un traitement thermique en solution solide comprenant le maintien de la tôle intermédiaire à une température située dans la fourchette allant de 500 à 570 0C et la trempe rapide de la tôle; soumettre éventuellement la tôle traitée thermiquement
en solution solide à un cycle de prévieillissement.
13. Produit en alliage AlMgSi laminé, pouvant être traité thermiquement, selon l'une quelconque des revendica10 tions 1 à 11, ou obtenu par le procédé selon la revendication 12, le produit étant formé en un élément de carrosserie automobile.
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