FR3101641A1 - Tôles de précision en alliage d’aluminium - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne des tôles 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 et leur procédé de fabrication. Les tôles selon l’invention sont particulièrement utiles comme tôles de précision, notamment pour la réalisation d’éléments de machines, par exemple des outillages d'assemblage ou de contrôle. 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. Figure d'abrégé : Fig. 2
Description
L’invention concerne des tôles en alliage d’aluminium de la série 6xxx, notamment destinées à être utilisés comme plaques de précision.
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 pré-usinage 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.
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.
Un premier objet de l’invention est une 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.
Un second objet de l’invention est un procédé de fabrication d’une tôle d’épaisseur finale comprise entre 8 et 50 mm dans lequel
a) on coule une plaque de laminage en alliage d’aluminium de composition selon l’invention,
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.
a) on coule une plaque de laminage en alliage d’aluminium de composition selon l’invention,
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.
Un autre objet de l’invention est l’utilisation d’une tôle selon l’invention ou susceptible d’être obtenue par le procédé selon l’invention comme tôle de précision, notamment pour la réalisation d’éléments de machines, par exemple des outillages d'assemblage ou de contrôle.
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 Rp0,2et 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.
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 – 0,13%.
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 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 des produits 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 et de préférence au moins 350 °C. 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%.
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 selon l’invention ou 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. De préférence, 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 :
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 1/12ièmede 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.
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.
| 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
| 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 : 450mm (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.
- 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.
| 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 | 0,031 | 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.
| 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 (11)
- 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.
- Tôle selon la revendication 1 dont la teneur en Mn est comprise entre 0,8 et 1,0 % en poids.
- Tôle selon la revendication 1 ou la revendication 2 dont la teneur en 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.
- Tôle selon une quelconque des revendications 1 à 3 dont la teneur en Fe est comprise entre 0,08 et 0,15 % en poids.
- Tôle selon une quelconque des revendications 1 à 4 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%.
- Tôle selon une quelconque des revendications 1 à 5 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.
- Tôle selon une quelconque des revendications 1 à 6 dans laquelle le rapport entre le facteur de Taylor dans la direction longitudinale mesuré à 1/12ièmede 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.
- Procédé de fabrication d’une tôle d’épaisseur finale comprise entre 8 et 50 mm dans lequel
a) on coule une plaque de laminage en alliage d’aluminium de composition selon une quelconque des revendications 1 à 4,
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. - Procédé selon la revendication 7 dans lequel la température d’homogénéisation est comprise entre 515 °C et 545 °C.
- Procédé selon la revendication 7 ou la revendication 8 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%.
- Utilisation d’une tôle selon une quelconque des revendications 1 à 6 ou susceptible d’être obtenue par le procédé selon une quelconque des revendications 7 à 9 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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