FR3053979A1 - Flans en alliages d’aluminium avec un recuit flash local - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un procédé d'amélioration de la résistance mécanique et de l'aptitude au formage d'un flan en alliage d'aluminium, comprenant les étapes consistant à fournir une plaque d'alliage d'aluminium de série 6xxx; optionnellement homogénéiser ladite plaque; laminer à chaud et optionnellement à froid pour obtenir une tôle; réaliser un traitement thermique de mise solution et une trempe de ladite tôle; laminer à froid ladite tôle avec au moins 20% de réduction; découper ladite tôle en flans; réaliser un recuit flash d'une partie de la collerette desdits flans à 360-480 °C pendant une durée suffisante pour obtenir une recristallisation de ladite partie de la collerette et laisser refroidir à une température inférieure à 100 °C. Les flans améliorés obtenus sont particulièrement avantageux pour les pièces de carrosserie du véhicule.
Description
Titulaire(s) : CONSTELLIUM NEUF-BRISACH Société par actions simplifiée.
Demande(s) d’extension
Mandataire(s) : C-TEC CONSTELLIUM TECHNOLOGY CENTER.
toA/ FLANS EN ALLIAGES D'ALUMINIUM AVEC UN RECUIT FLASH LOCAL
FR 3 053 979 - A1 f5y L'invention concerne un procédé d'amélioration de la résistance mécanique et de l'aptitude au formage d'un flan en alliage d'aluminium, comprenant les étapes consistant à fournir une plaque d'alliage d'aluminium de série 6xxx; optionnellement homogénéiser ladite plaque; laminer à chaud et optionnellement à froid pour obtenir une tôle; réaliser un traitement thermique de mise solution et une trempe de ladite tôle; laminer à froid ladite tôle avec au moins 20% de réduction; découper ladite tôle en flans; réaliser un recuit flash d'une partie de la collerette desdits flans à 360-480 °C pendant une durée suffisante pour obtenir une recristallisation de ladite partie de la collerette et laisser refroidir à une température inférieure à 100 °C.
Les flans améliorés obtenus sont particulièrement avantageux pour les pièces de carrosserie du véhicule.
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FLANS EN ALLIAGES D'ALUMINIUM AVEC UN RECUIT FLASH LOCAL
DOMAINE DE L’INVENTION
La présente invention concerne des alliages d’aluminium destinés à la réalisation de flans aux propriétés améliorées, utilisables dans l’industrie automobile.
CONTEXTE DE L’INVENTION
Différents alliages d’aluminium sont utilisés sous la forme de tôles ou de flans pour des applications dans le domaine automobile. Parmi ces alliages, les alliages d’aluminium de série ΑΑβχχχ, tel que l’alliage AA6016-T4, associent des caractéristiques chimiques et mécaniques intéressantes telles que la dureté, la résistance voire la tenue à la corrosion. Ces propriétés font généralement des alliages d’aluminium ΑΑβχχχ des matériaux de choix pour l’industrie automobile. Pour améliorer la résistance mécanique des alliages AA6XXX, il a été proposé, par exemple dans le brevet WO2012/033954, de corroyer à froid les tôles de 25 % au moins après traitement de mise en solution puis d’appliquer un traitement thermique. Toutefois, les alliages ΑΑβχχχ corroyés à froid présentent une aptitude au formage moindre que les alliages à l’état métallurgique T4. Les autres matériaux sont les alliages d’aluminium AAôxxx, tels que l’alliage AA5182-O et l’alliage AA5754-O, qui offrent un bon équilibre entre résistance mécanique et aptitude au formage. Toutefois, les alliages AAôxxx présentent des caractéristiques mécaniques inférieures à celles des alliages ΑΑβχχχ après traitement de la peinture par cuisson.
Les caractéristiques mécaniques sont homogènes dans les tôles ou les flans en alliage d’aluminium 6xxx tandis que les pièces formées à partir de ces flans sont localement soumises à
- 16/56780 différentes contraintes. Ainsi, certaines parties de la pièce doivent être surdimensionnées afin de respecter les exigences minimales de sorte à obtenir les valeurs de performance visées.
Certaines tentatives ont été menées par le passé afin d'améliorer l'aptitude au formage des alliages d'aluminium.
Le dépôt de brevet allemand DE 10 2009 031 449 Al présente un procédé de formage d'une tôle d'aluminium comprenant les étapes de chauffage localisé d'une tôle d'aluminium. Ce procédé nécessite également un thermoformage de la tôle d'aluminium. Le dépôt de brevet allemand DE 10 2013 013 359 Al décrit également un procédé de formage d'une tôle d'aluminium comprenant les étapes de chauffage localisé d'une tôle d'aluminium entre 250 °C et 325°C, et de formage à froid de la tôle d'aluminium. Toutefois, la température du traitement thermique est trop basse pour améliorer l'aptitude au formage des tôles ou des flans en aluminium.
Le brevet européen EP 2 554 288 Bl décrit un procédé de traitement thermique du matériau d'une tôle d'aluminium comprenant les étapes de fourniture d'un matériau de tôle d’aluminium, de chauffage du matériau de tôle d'aluminium à une température (T) supérieure ou égale à la température de chauffage, de maintien de ladite température (T) pendant la durée de l'opération de chauffage, de trempe d'au moins une partie du matériau de tôle d'aluminium à une température (T) inférieure ou égale à la température de trempe pendant la durée de l'opération de trempe, de refroidissement d'au moins une partie du matériau de tôle d'aluminium à une température (T) inférieure ou égale à une température de refroidissement, selon laquelle le refroidissement est réalisé pendant une durée de refroidissement supérieure à la durée de trempe, et de protection de la partie refroidie par un outil durant la trempe.
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Ce procédé présente l'inconvénient de sa difficulté d'industrialisation et exige des étapes et des équipements supplémentaires pour le chauffage de la tôle d'aluminium dans son intégralité et pour la couverture et la protection de la partie refroidie du matériau de tôle d'aluminium durant l'opération de trempe.
La demande de brevet internationale WO 97/44147 Ά1 décrit un procédé de formage d'une pièce d'alliage d'aluminium par traitement thermique de la partie à former. Toutefois, ce procédé exige une source de chauffage telle qu'un faisceau laser et exige également que la pièce d'alliage d'aluminium soit formée peu après l'étape de traitement thermique, c'est-à-dire environ 12 heurès après l'étape de traitement thermique.
En outre, le brevet américain numéro 8,211,251 B2 décrit le traitement thermique localisé de panneaux d'aluminium visant à accroître les plages de limites apparentes d'élasticité localisées de 150 MPa à 300 MPa. Toutefois, ce procédé ne permet pas d'améliorer les plages de limites apparentes d'élasticité et l'aptitude au formage des tôles -en alliage d'aluminium.
Le brevet européen EP 1 601 478 B1 décrit un procédé de fabrication de pièces embouties en alliage d'aluminium comprenant les étapes de :
fabrication d'un feuillard d'une épaisseur de 0,5 mm à 5 mm en alliage d'une composition en % en poids d'1-6 % de Mg, moins d'1,2 % de Mn, moins d'1 % de Cu, moins d'1 % de Zn, moins de 3 % de Si, moins de 2 % de Fe, moins de 0,4 % de Cr, moins de 0,3 % de Zr, moins de 0,1 % de chaque autre élément et 0,5 % au total, le reste étant de 1Ά1 ; découpage d'un flan à partir du feuillard ; chauffage localisé ou intégral du flan à une température de 150 °C à 350 °C pendant une durée maximale de 30 secondes ;
- 16/56780 emboutissage du flan chauffé au moyen d'un outil chauffé à une température de 150 °C à 350 °C conjointement à l'emploi d'un lubrifiant compatible à l'opération subséquente.
Toutefois, le procédé décrit par le brevet EP 1 601 478 Bl est difficile à industrialiser car il exige que l'outil d'emboutissage ou de poinçonnage soit chauffé à une température comprise entre 150 °C et 350 °C.
Les brevets et demandes de brevet EP 2 075 348 Bl, JP 2011115837 Al, JP 2013-023747 Al, JP 2013-010998 Al et JP 2010-22795 Al décrivent différents procédés de traitement des alliages d'aluminium, toutefois ces procédés impliquent une température de chauffage modérée n'offrant pas une aptitude au formage suffisante.
Il existe donc dans l'industrie automobile un besoin de flans en alliage d'aluminium de série 6xxx, associant une limite d'élasticité en traction élevée et une bonne aptitude au formage adaptées aux opérations d'emboutissage à froid.
RÉSUMÉ DE L'INVENTION
Les inventeurs ont obtenu des flans en alliage d'aluminium associant à la fois une limite d'élasticité en traction et une aptitude au formage élevées par un procédé comprenant les étapes suivantes :
a) fourniture d'une plaque d'alliage d'aluminium de série 6xxx ;
b) homogénéisation optionnelle de ladite plaque ;
c) laminage à chaud et optionnellement à froid de la plaque de sorte à obtenir une tôle ;
d) traitement thermique de mise en solution et trempe de ladite tôle ;
- 16/56780
e) laminage à froid de ladite tôle avec au moins 20 % de réduction par travail à froid ;
f) découpage de ladite tôle en flans ;
g) réalisation d'un recuit flash d'une partie de la collerette desdits flans à une température comprise entre 360 °C et
| 480 °C pendant | une | durée | suffisante pour | obtenir une |
| récristallisation | de | ladite | partie de la | collerette et |
| refroidissement à | une | température inférieure | à 100 °C |
Selon l'invention, les produits en alliage d'aluminium emboutis sont obtenus en :
plaçant la collerette d'un flan selon l'invention dans le serre-flan d'une presse ;
emboutissant ledit flan de sorte à obtenir un produit embouti brut ;
retirant la collerette dudit produit embouti brut.
Les produits en alliage d'aluminium emboutis obtenus selon l'invention sont utiles pour les applications du domaine automobile.
DESCRIPTION DES FIGURES
La Figure 1 est une représentation générale du procédé d'emboutissage. Un flan 1 est maintenu entre un serre-flan 3 et une matrice 4. Il est possible de distinguer deux zones du flan, la collerette 11, entre le serre-flan et la matrice au début de l'opération d'emboutissage et le reste du flan 12 situé sous le poinçon 2.
Les Figures 2a à 2d sont des vues de dessus d'un flan 1 illustrant une collerette 11 et le reste du flan 12 situé sous le poinçon
- 16/56780 cruciforme. La collerette présente une partie recristallisée 111 et une partie non recristallisée 112.
La Figure 3 est un diagramme en barres représentant la profondeur d'emboutissage maximale obtenue pour AA6016 dans un état métallurgique T4 (référence), AA6016 après travail à froid (désigné CW), AA6016 après recuit (désigné CW-Al) et des échantillons selon le procédé de l'invention (désignés échantillon 1 à échantillon 4).
La Figure 4 est un schéma d'un dispositif adapté au recuit flash localisé d'une partie de la collerette 111 d'un flan 1 en alliage d'aluminium selon l'invention, avec un système de chauffage 51, une plaque de chauffage 52 et un isolant 53.
La Figure 5 est un graphique représentant la mesure de dureté des flans ayant subi un recuit flash de la composition 1 dans 1'exemple 2.
La Figure 6 est un graphique représentant la mesure de dureté des flans ayant subi un recuit flash de la composition 2 dans l'exemple 2.
La Figure 7 est un diagramme en barres représentant la profondeur d'emboutissage maximale en mm obtenue pour les compositions 1 et 2 avec 50 % de réduction par travail à froid selon l'invention.
DESCRIPTION DE L'INVENTION
Tous les alliages d'aluminium dont il est question ci-après sont désignés, sauf mention contraire, selon les règles et désignations définies par 1' « Aluminum Association » dans les « Registration Record Sériés » qu'elle publie régulièrement.
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Les états métallurgiques dont il est question sont désignés selon la norme européenne EN-515.
Les inventeurs ont découvert que l'aptitude au formage de l'alliage d'aluminium de série 6xxx corroyé à froid peut être améliorée sans affecter sa tenue et sa résistance mécanique. Les propriétés améliorées de ces alliages sont obtenues par le biais d'un traitement thermique bref sur une partie de la collerette du flan, également désigné dans ce qui suit « recuit flash localisé ».
Selon l'invention, une plaque est préparée en utilisant des alliages d'aluminium de série 6xxx.
Les compositions d'alliage d'aluminium privilégiées pour l'invention sont les suivantes : AA6016, AA6111, AA6013 et AA605 6.
Dans un mode de réalisation de l'invention, ledit alliage d'aluminium de série 6xxx est composé, en % en poids, des éléments Si : 0,7 - 1,0 ; Mg : 1,2 - 1,6 ; Cu : maxi. 0,8 ; Mn : maxi. 0,7 ; Zn : maxi. 1 ; Fe : maxi. 0,5 ; Ti : maxi 0,15, aluminium et impuretés inévitables résiduels maxi. 0,05 et 0,15 au total, et préférentiellement Si : 0,7 - 0,9 ; Mg : 1,2-1,6 ; Cu : maxi. 0,3 ; Mn : maxi. 0,3 ; Zn : maxi. 0,05 ; Fe : 0,1 - 0,4 ; Ti : 0,01 - 0,05, aluminium et impuretés inévitables résiduels maxi. 0,05 et 0,15 au total.
La plaque est ensuite optionnellement homogénéisée, par exemple à une température d'environ 500 °C typiquement durant 8 heures et préférentiellement à une température proche du solidus généralement au-delà de 550 °C pendant au moins une heure.
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Les tôles en alliage d'aluminium sont obtenues par laminage à chaud de la plaque à une épaisseur typiquement comprise entre 4 et 10 mm.
Une opération facultative de laminage à froid peut également être réalisée directement après l'étape de laminage à chaud pour réduire davantage l'épaisseur des tôles d'aluminium.
La tôle reçoit ensuite un traitement thermique de mise en solution et une trempe. On privilégiera un chauffage à une température proche du solidus, typiquement au-delà de 550 °C pendant 5 minutes, puis une trempe à l'eau.
Un laminage à froid est ensuite réalisé pour réduire davantage l'épaisseur des tôles d'aluminium et accroître leur résistance, avec une réduction par travail à froid d'au moins 20 %, préférentiellement d'au moins 30 % et idéalement d'au moins 50 %. A l'issue de l'opération de laminage à froid, les grains de la tôle sont fibreux et non recristallisés. L'épaisseur finale de la tôle après cette opération de laminage à froid doit être, préférentiellement, de 3 mm ou moins, typiquement comprise entre 1,0 mm et 1,5 mm.
Après cette dernière étape de laminage à froid et avant l'étape de découpage, il est avantageux de recuire les tôles pendant une durée et à une température suffisantes pour obtenir une augmentation de l'allongement A% dans la direction TL d'au moins 15 % et une variation de la limite apparente d'élasticité en traction dans la direction TL inférieure à 15 %. Préférentiellement, l'augmentation de l'allongement A% dans la direction TL doit être d'au moins 20 % voire de 25 %. Typiquement, ce recuit peut être réalisé au moyen d'un traitement par lots à une température comprise entre 150 °C et 260 °C, préférentiellement entre 160 °C et 190 °C, typiquement pendant une durée de 5 min à 30 min. D'autres conditions sont toutefois
- 16/56780 envisageables si un four de recuit continu est disponible. Cette opération permet de maximiser l'allongement sans évolution significative de la résistance.
La tôle est ensuite découpée en flans présentant la forme et les dimensions souhaitées.
Une partie de la collerette des flans en alliage d'aluminium reçoit ensuite un recuit flash localisé avant d'être refroidie, cette étape consistant en un traitement thermique bref permettant de recristalliser, au moins partiellement, ladite partie de la collerette. Dans le cadre de la présente invention, la collerette d'un flan est la zone du flan destinée à être positionnée entre le serre-flan et la matrice 'au début de l'opération d'emboutissage. La figure 1 illustre une opération d'emboutissage typique. Un flan 1 est maintenu entre un serreflan 3 et une matrice 4. La collerette 11 est située entre le serre-flan et la matrice au début de l'opération d'emboutissage et le reste du flan 12 est situé sous le poinçon 2. Les Figures 2a à 2d sont des vues de dessus illustrant un flan 1 présentant une collerette 11, le reste du flan 12 étant situé sous le poinçon cruciforme dans cet exemple. Deux parties de la collerette sont représentées : une partie recristallisée de la collerette 111, schématisée par un motif en forme de briques, et le reste de la collerette 112 schématisée par des points. Le reste de la collerette 112 et le reste du flan 12 ne sont essentiellement pas affectés par le recuit flash. Au moins 25 % des grains de ladite partie de la collerette 111 sont recristallisés, préférentiellement au moins 50 % voire au moins 75 % des grains de ladite partie de la collerette sont recristallisés. Dans un mode de réalisation, ladite partie recristallisée de la collerette représente au moins 80 % de la surface de ladite collerette comme illustré dans la Figure 2a. Toutefois, dans un autre mode de réalisation illustré par exemple
- 16/56780 dans les Figures 2c et 2d, seules des parties spécifiques de la collerette, par rapport à la forme de la matrice, reçoivent un recuit flash pour obtenir une recristallisation localisée.
La Figure 4 est un schéma d'un dispositif adapté au recuit flash localisé de ladite partie de la collerette d'un flan 1 en alliage d'aluminium, avec un système de chauffage 51, une plaque de chauffage 52 et un isolant 53. Une partie de la collerette 111 est en contact avec la plaque de chauffaqe afin d'obtenir une recristallisation localisée. Le recuit flash, typiquement réalisé avec les plaques de contact 52 chauffant les flans de manière localisée, est effectué de sorte qu'une partie de la collerette soit à une température comprise entre 360 °C et 480 °C, préférentiellement entre 380 °C et 460 °C, idéalement entre 400 °C et 440 °C pendant une durée suffisante pour obtenir une recristallisation, typiquement au moins 5 secondes et de manière suffisamment brève pour obtenir un effet localisé, typiquement moins de 60 secondes.
Les conditions de recuit flash peuvent être ajustées de sorte à obtenir les propriétés d'aptitude au formage désirées pour le flan aluminium, par exemple en exploitant différentes dimensions et formes pour la plaque de contact de chauffage. Préférentiellement, le temps de recuit flash est compris entre 10 et 30 secondes. Les flans ayant subi localement un recuit flash sont ensuite refroidis à une température inférieure à 100 °C, préférentiellement de manière artificielle. Préférentiellement, la vitesse de refroidissement est d'au moins 30 °C/s et idéalement d'au moins 50 °C/s. Le refroidissement artificiel peut être réalisé par flux d'air forcé ou par trempe à l'eau. Le procédé de trempe à l'eau permet de limiter l'étendue de chauffage vers le centre des flans, pouvant affecter négativement la résistance.
Le recuit flash localisé est préférentiellement réalisé par conduction, par mise en contact du flan avec une plaque d'aluminium chauffée.
Il - 16/56780
Dans un mode de réalisation, le recuit flash de flans d'aluminium est obtenu par mise en contact du flan pendant 20 secondes avec une plaque de contact de 40 mm de largeur chauffée à 470 °C afin d'obtenir une température d'environ 400 °C suivie d'une trempe à l'eau.
Le recuit flash peut être réalisé une seule fois ou à plusieurs reprises. Dans un mode de réalisation, l'opération de recuit flash est répétée au moins deux fois, toutefois, il est avantageux pour la productivité de réaliser le recuit flash localisé une seule fois. Pour satisfaire les exigences de productivité industrielles, le recuit flash localisé peut être réalisé par irradiation laser ou infrarouge, par induction ou par conduction.
Dans un mode de réalisation, le traitement par recuit flash localisé est réalisé en plusieurs opérations en mettant en contact le flan durant 20 secondes avec une configuration de différentes largeurs, par exemple trois configurations de plaques de 20 mm, 30 mm et 40 mm de largeur de contour à une température d'environ 470 °C afin d'obtenir localement une température de flan comprise entre 400 °C et 420 °C et une trempe à l'eau après chaque opération de chauffage.
Un recuit flash localisé multiple pourrait permettre une recristallisation accrue dans la partie de la collerette. Un recuit flash localisé résultant en un adoucissement localisé du métal sous le serre-flan, repoussant les limites de rupture pour des pièces plus profondes, pourrait être réalisé. L'équilibre optimisé entre aptitude au formage et résistance est particulièrement adapté aux procédés de travail à froid et aux applications dans l'industrie automobile. Le flan en aluminium localement recristallisé obtenu par le procédé de l'invention peut être stocké à température ambiante pendant au moins une journée voire au moins une semaine ou plus avant d'être embouti sans perdre ses propriétés avantageuses.
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Le flan en aluminium traité par recuit flash localisé reçoit ensuite sa forme finale par emboutissage et la collerette est retirée, préférentiellement par découpage, du produit embouti brut, le produit embouti final étant essentiellement composé d'aluminium du même état métallurgique, c'est-à-dire obtenu après laminage à froid et optionnellement recuit.
Ainsi, un produit en alliage d'aluminium embouti est obtenu en :
- plaçant la collerette d'un flan selon l'invention dans le serre-flan d'une presse ;
- emboutissant ledit flan de sorte à obtenir un produit embouti brut ;
- retirant la collerette dudit produit embouti brut.
Il est à noter que le serre-flan de la presse ne doit préférentiellement pas être chauffé. Le flan est traité par recuit flash dans le cadre d'une étape distincte de l'étape d'emboutissage.
Avantageusement, le produit embouti est essentiellement non recristallisé, avec moins de 25 % des grains recristallisés, préférentiellement moins de 15 % des grains recristallisés, et idéalement moins de 5 % des grains recristallisés.
Le produit final est donc essentiellement composé d'un alliage d'aluminium homogène bien plus résistant, typiquement avec une limite d'élasticité en traction dans la direction TL au moins 25 % supérieure, préférentiellement au moins 50 % supérieure et idéalement au moins 75 % supérieure par rapport à l'alliage équivalent à l'état métallurgique T4.
Le produit en alliage d'aluminium embouti selon l'invention est avantageusement utilisé dans des applications du domaine automobile.
Sans être liés à une quelconque théorie, les inventeurs supposent que la récristallisation induite par un recuit flash localisé permet la production d'un gradient de résistance dans le plan des tôles d'aluminium. Ce gradient entraîne une meilleure
- 16/56780 répartition des déformations en obligeant les zones de la collerette à contribuer au formage et en soulageant les zones critiques.
EXEMPLES
Exemple 1
Des flans en alliage d'aluminium AA6016 ont été préparés selon l'invention par :
• coulée d'une plaque d'alliage d'aluminium AA6016 dont la composition, en % en poids, est indiquée dans le Tableau 1 ci-dessous :
| % en poids | Si | Fe | Cu | Mn | Mg | Cr | Zn | Ti |
| 6016 | 1,15 | 0,15 | 0, 12 | 0,09 | 0, 35 | 0, 02 | 0, 01 | 0, 02 |
Tableau 1 • homogénéisation de ladite plaque en alliage d'aluminium ;
• laminage à chaud de ladite plaque en vue d'obtenir des tôles en alliage d'aluminium de 5,45 mm d'épaisseur ;
• application d'un traitement thermique de mise en solution et trempe ;
• laminage à froid desdites tôles en vue d'obtenir une épaisseur finale de 1,03 mm en appliquant deux étapes de laminage à froid pour une réduction de 45 % et 66 % ;
• recuit pendant 5 minutes à 175 °C (Al) ou à 200 °C (A2) ;
• découpage à la forme et aux dimensions souhaitées en vue d'obtenir des flans en alliage d'aluminium ;
• recuit flash d'une partie de la collerette des flans.
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Pour comparaison, un échantillon a été laminé à froid à une épaisseur d'I mm puis a reçu un traitement thermique de mise en solution, une trempe et un vieillissement naturel afin d'obtenir un état métallurgique T4, et est désigné 6016-T4.
Un produit prélevé après laminage à froid sans autre traitement est désigné 6016-CW.
Les produits obtenus après laminage à froid et avec recuit Al ou A2 sont désignés respectivement 6016-CW-Al et 6016-CW-A2.
Les caractéristiques mécaniques de certains produits ont été mesurées dans la direction transversale longue (TL) et sont présentées dans le Tableau 2.
| Condit ions de recuit | Module d'élongation à rupture TL (MPa) | Module de traction TL (MPa) | A% TL | |
| 6016- T4 | 230 | 115 | 25 | |
| 6016- CW-A2 | 5 min à 200 °C | 3 62 | 332 | 10, 7 |
Tableau 2
L'aptitude à l'emboutissage et au formage des alliages d'aluminium a été évaluée par le biais d'un essai avec matrice cruciforme asymétrique illustré dans la Figure 2.
Ledit essai consistait à positionner un échantillon de flan d'environ 1 mm d'épaisseur, à maintenir la collerette du flan au moyen d'un serre-flan et à mesurer la profondeur d'emboutissage maximale obtenue en appliquant un poinçon de matrice cruciforme asymétrique de 220 mm x 160 mm sur le flan au moyen d'une presse hydraulique appliquant une pression de serre-flan de 30 bars au flan.
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Le recuit flash localisé a été réalisé par conduction (Figure 4)., c'est-à-dire par mise en contact, dans le cadre d'une ou plusieurs opérations, du flan avec une plaque chauffée 52 de 20 mm, 30 mm ou 40 mm de largeur de contour. La température du système de chauffage 51 a été réglée à 470 °C, ce qui correspond à une température d'environ 400 °C sur le flan. Le flan était posé sur un isolant 53 présentant une température initiale de 50 °C maxi. La durée a été définie à 20 secondes par passe. Le flan a ensuite subi une trempe à l'eau après chaque passe.
Les conditions de recuit flash de la partie de la collerette des flans sont présentées dans le Tableau 3. La largeur de la zone de la collerette traitée est exprimée en mm. L'échantillon 1 a reçu trois traitements de recuit flash pour une largeur de contour de 20 mm, 30 mm et 40 mm, tandis que l'échantillon 2 a été traité une seule fois pour une largeur de contour de 30 mm. La partie de la collerette a été recristallisée, au moins partiellement, après recuit flash pour les échantillons 1 à 4.
| Echantillon | Echantillon recuit | 20 mm | 30 mm | 40 mm |
| Echantillon 1 | 6016-CW-Al | X | X | X |
| Echantillon 2 | 6016-CW-A2 | X | ||
| Echantillon 3 | 6016-CW-A2 | X | X | |
| Echantillon 4 | 6016-CW-A2 | X | X |
Tableau 3 : Conditions de recuit flash
La Figure 3 présente les résultats de profondeur d'emboutissage. L'échantillon corroyé à froid (CW), après laminage à froid et avant recuit, présentait une faible aptitude au formage, avec une profondeur d'emboutissage maximale d'environ 12 mm. Après recuit (CW-Al), la profondeur d'emboutissage a été légèrement améliorée à environ 15 mm, permettant une meilleure aptitude au formage.
- 16/56780
Tous les échantillons obtenus selon le procédé de l'invention ont présenté de meilleures aptitudes à l'emboutissage par rapport à un échantillon uniquement recuit tel que 6016-CW-Al. L'échantillon 1, obtenu par application de trois opérations de recuit flash localisé au moyen de plaques de contact de 20 mm, 30 mm et 40 mm de largeur, a présenté une profondeur d'emboutissage atteignable comparable à la profondeur d'emboutissage atteignable de AA6016-T4.
Vu que la partie traitée par recuit flash localisé est limitée à la zone de la collerette et retirée par découpage du produit final, le produit final est uniquement composé d'alliage d'aluminium du même état métallurgique. Cette caractéristique s'avère particulièrement avantageuse car elle permet d'atteindre un bon équilibre entre aptitude au formage et résistance mécanique.
Le procédé de l'invention s'avère viable sur le plan industriel pour le formage de produits en tôle d'aluminium présentant un meilleur équilibre entre aptitude au formage et résistance, qui sont généralement trop complexes pour un emboutissage par des moyens conventionnels. Le procédé est ainsi particulièrement prometteur pour les applications dans le domaine automobile exigeant généralement un bon équilibre entre aptitude au formage et résistance.
EXEMPLE 2
Deux compositions d'alliages d'aluminium (1 et 2) selon l'invention ont été coulées. Ces compositions sont présentées en détail dans le Tableau 4 ci-dessous, en % en poids.
| % en poids | Si | Fe | Cu | Mn | Mg | Zn | Ti |
| Composition 1 | 00 1 o | 0,19 | 0, 15 | 0, 10 | 1,4 | 0 | 0, 02 |
| Composition 2 | 0,8 | 0, 19 | 0, 96 | 0, 10 | 1,4 | 0,7 | 0, 02 |
- 16/56780
Tableau 4
Le lingot coulé a ensuite été scalpé, homogénéisé pendant une heure à 580 °C (désigné 580) ou 8 heures à 500 °C (désigné 500), laminé à chaud, traité par mise en solution, trempé et laminé à froid à une épaisseur d'1,5 mm avec une réduction par travail à froid de 50 % ou 75 %. Les tôles d'1,5 mm ont été traitées par recuit à 170 °C pendant 15 min et découpées en flans.
Les conditions de recuit ont été définies par l'essai de différentes conditions de recuit sur des échantillons ayant été préalablement homogénéisés durant une heure à 580 °C. Le chauffage des flans à 170 °C durant 15 min a permis d'obtenir une résistance et un allongement selon le mode de réalisation privilégié de l'invention avec, pour une réduction par travail à froid de 50 %, un accroissement d'A% dans la direction TL de
33 % et une légère diminution de la limite apparente d'élasticité en traction dans la direction TL de 2 %. Les résultats sont indiqués au tableau 5.
| Compositio n | Travai 1 à froid | Temps de recui t | Températur e de recuit | Modul e de tractio nTL (MPa) | Module d'élongation à rupture (MP a) TL | Ag % TL | A % TL |
| 1 | 50 % | 353 | 405 | 6 | 12 | ||
| 1 | 50 % | 5 min | 170 °C | 343 | 408 | 9 | 16 |
| 1 | 50 % | 15 min | 170 °C | 346 | 408 | 10 | 16 |
| 1 | 50 % | 5 min | 200°C | 361 | 408 | 8 | 15 |
| 1 | 50 % | 15 min | 200°C | 379 | 410 | 7 | 13 |
| 1 | 50 % | 5 min | 230°C | 381 | 396 | 4 | 10 |
| 1 | 50 % | 15 min | 230°C | 357 | 374 | 4 | 8 |
| 1 | 50 % | 5 min | 260°C | 379 | 414 | 7 | 12 |
| 1 | 50 % | 15 min | 260°C | 388 | 411 | 6 | 12 |
- 16/56780
| 2 | 50 % | 360 | 432 | 7 | 12 | ||
| 2 | 50 % | 5 min | 170 °C | 356 | 437 | 11 | 15 |
| 2 | 50 % | 15 min | 170 °C | 369 | 442 | 11 | 17 |
| 2 | 50 % | 5 min | 200°C | 395 | 444 | 9 | 15 |
| 2 | 50 % | 15 min | 200°C | 423 | 457 | 6 | 12 |
| 2 | 50 % | 5 min | 230°C | 426 | 453 | 5 | 10 |
| 2 | 50 % | 15 min | 230°C | 420 | 443 | 4 | 9 |
| 2 | 50 % | 5 min | 260°C | 427 | 463 | 7 | 12 |
| 2 | 50 % | 15 min | 260°C | 435 | 463 | 5 | 11 |
| 1 | 75% | 5 min | 170 °C | 373 | 422 | 7 | 8 |
| 1 | 75% | 15 min | 170 °C | 377 | 426 | 8 | 11 |
| 1 | 75% | 5 min | 200°C | 383 | 419 | 7 | 10 |
| 1 | 75% | 15 min | 200°C | 397 | 423 | 6 | 8 |
| 1 | 75% | 15 min | 230°C | 365 | 377 | 3 | 5 |
| 1 | 75% | 5 min | 260°C | 337 | 353 | 4 | 6 |
| 1 | 75% | 15 min | 260°C | 307 | 329 | 4 | 5 |
| 2 | 75% | 5 min | 170 °C | 395 | 456 | 9 | 11 |
| 2 | 75% | 15 min | 170 ’C | 409 | 474 | 9 | 11 |
| 2 | 75% | 5 min | 200°C | 432 | 475 | 7 | 10 |
Tableau 5 : propriétés mécaniques obtenues après recuit.
Les flans ont été traités par recuit flash localisé sur une partie de la collerette afin d'adoucir la zone de la collerette placée dans la matrice durant l'opération d'emboutissage. Le recuit flash localisé a été réalisé par conduction, au moyen de plaques de contact en aluminium chauffées à environ 450 °C de sorte à obtenir une température d'environ 400 °C localisée sur le flan.
Le recuit flash a été réalisé en une ou trois étapes dans les conditions décrites ci-dessous :
N° 1 : 1 étape : utilisation d'une configuration de 40 mm de largeur pendant 20 secondes suivie d'une trempe à l'eau.
- 16/56780
N° 3 : 3 étapes : utilisation de configurations de 20 mm, 30 mm et 40 mm de largeur pendant 20 secondes chacune et trempe à l'eau après chaque étape.
N° 0 : Un échantillon de référence, réduit par travail à froid à 50 %, sans recuit flash localisé.
La propriété de dureté des flans a été mesurée au moyen d'un dispositif Vickers en utilisant un poids de 5 kg.
Ces mesures permettent de caractériser le gradient des propriétés du flan avant l'emboutissage.
Il a été possible d'obtenir un gradient des propriétés clair et bien défini après un bref traitement thermique (Figure 5 et Figure 6) caractérisé par une partie centrale dure et non modifiée et une partie recristallisée adoucie de la collerette. Sur les Figures 5 et 6, les échantillons sont désignés comme suit : composition-homogénéisation-travail à froid-recuit flash. Ces mesures démontrent donc qu'un recuit flash localisé selon l'invention permet de contrôler le gradient des propriétés du flan par recristallisation, au moins partielle, de la partie de la collerette du flan.
L'aptitude au formage a été mesurée par le biais d'un essai avec matrice cruciforme. Deux types de flans ont été utilisés :
grands flans : flans ovales de 320 mm x 290 mm petits flans : flans ovales de 280 mm x 250 mm (zone de chauffage : 20 mm de largeur au lieu de 40 mm).
La profondeur d'emboutissage maximale de la Composition 1 avec homogénéisation à 580 °C et réduction par travail à froid à 50 % est améliorée, passant de 12 mm à 25 mm après recuit flash localisé (Figure 7).
Même si la profondeur d'emboutissage maximale obtenue est inférieure à l'alliage d'aluminium AA6016-T4 par ex., la
- 16/56780 résistance mécanique mesurée (Module de traction > 200 MPa) est bien plus élevée et permet de réaliser un produit bien plus résistant, dont le calibre peut être finalement revu à la baisse pour obtenir un produit plus léger.
- 16/56780
Claims (11)
- REVENDICATIONS1. Procédé d'amélioration de la limite d'élasticité et de l'aptitude au formage d'un flan en alliage d'aluminium comprenant les étapes successives suivantes :a) fourniture d'une plaque d'alliage d'aluminium de série 6xxx ;b) homogénéisation optionnelle de ladite plaque ;c) laminage à chaud et optionnellement à froid de la plaque de sorte à obtenir une tôle ;d) traitement thermique de mise en solution et trempe de ladite tôle ;e) laminage à froid de ladite tôle avec au moins 20 % de réduction par travail à froid ;f) découpage de ladite tôle en flans ;g) réalisation d'un recuit flash d'une partie de la collerette desdits flans à une température comprise entre 360 °C et 480 °C pendant une durée suffisante pour obtenir une recristallisation de ladite partie de la collerette et refroidissement à une température inférieure à 100 °C
- 2. Procédé selon revendication 1 dans lequel, après l'étape e) de laminage à froid et avant l'étape f) de découpage, ladite tôle est recuite pendant une durée et à une température suffisantes pour obtenir une augmentation de l'allongement A% dans la direction TL d'au moins 15 % et une variation de la limite apparente d'élasticité en traction dans la direction TL inférieure à 15 %.
- 3. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2 dans lequel l'étape e) de laminage à froid constitue une réduction d'épaisseur par travail à froid d'au moins22 - 16/5678030 % et préférentiellement une réduction d'épaisseur par travail à froid d'au moins 50 %.
- 4. Procédé selon une quelconque des revendications 1 à 3
- 5 dans lequel l'épaisseur finale de ladite tôle est de3 mm ou moins.5. Procédé selon une quelconque des revendications 1 à 4 dans lequel le refroidissement à une température10 inférieure à 100 °C à l'étape g) est réalisé à une vitesse de refroidissement d'au moins 30 °C/s.
- 6. Procédé selon une quelconque des revendications 1 à 5 dans lequel l'opération de recuit flash g) est répétée15 au moins deux fois.
- 7. Procédé selon une quelconque des revendications 1 à 6 dans lequel la série dudit alliage d'aluminium est sélectionnée parmi AA6016, ΆΑ6111, AA6013 et AA6056.
- 8. Procédé selon une quelconque des revendications 1 à 6 dans lequel ledit alliage d'aluminium de série 6xxx comprend en % en poids, les éléments Si : 0,7 - 1,0 ;Mg : 1,2 - 1,6 ; Cu : maxi. 0,8 ; Mn : maxi. 0,7 ; Zn :25 maxi. 1 ; Fe : maxi. 0,5 ; Ti : maxi 0,15, aluminium et impuretés inévitables résiduels maxi. 0,05 et 0,15 au total, et préférentiellement Si : 0,7 - 0,9 ; Mg :1,2 - 1,6 ; Cu : maxi. 0,3 ; Mn : maxi. 0,3 ; Zn : maxi.0,05 ; Fe : 0,1 - 0,4 ; Ti : 0,01 - 0,05, aluminium et30 impuretés inévitables résiduels maxi. 0,05 et 0,15 au total.l »23 - 16/56780
- 9. Flan en alliage d'aluminium recristallisé localement pouvant être obtenu selon le procédé d'une quelconque des revendications 1 à 8.
- 10. Produit en alliage d'aluminium embouti obtenu en : plaçant la collerette d'un flan selon la revendication 9 dans le serre-flan d'une presse ;emboutissant ledit flan de sorte à obtenir un produit embouti brut ;retirant la collerette dudit produit embouti brut.
11. Produit en alliage d'aluminium embouti selon la revendication 10 caractérisé en ce qu'il est essentiellement non recristallisé. 12 . Produit en alliage d'aluminium embouti selon la revendication 10 ou la revendication 11 avec une limite apparente d'élasticité en traction dans la direction TL au moins 25 % supérieure, préférentiellement au moins 50 % supérieure et idéalement au moins 75 % supérieure par rapport à l'alliage équivalent à l'état métallurgique T4 désigné selon la norme européenne EN515. - 13. Utilisation d'un produit en alliage d'aluminium embouti selon une quelconque des revendications 10 à 12 pour des applications dans le domaine automobile.2 5/VI
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