FR3118632A1 - Process for optimizing the corrosion properties of an assembly of at least two parts made of an aluminum-based alloy assembled by friction welding. - Google Patents
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Abstract
Procédé d’optimisation des propriétés en corrosion d’un assemblage d’au moins deux pièces réalisées en alliage à base d’aluminium assemblées par soudage par friction. L’invention a pour objet un procédé d’optimisation des propriétés en corrosion d’un assemblage composé d’au moins deux pièces en alliage à base d’aluminium soudées entre elles par soudage par friction, l’assemblage subissant en outre un traitement thermique de mise en solution post-soudage. Figure 3Process for optimizing the corrosion properties of an assembly of at least two parts made of an aluminum-based alloy assembled by friction welding. The subject of the invention is a process for optimizing the corrosion properties of an assembly composed of at least two aluminum-based alloy parts welded together by friction welding, the assembly further undergoing heat treatment. post-welding solution treatment. Figure 3
Description
La présente invention concerne un procédé d’optimisation des propriétés en corrosion d’un assemblage d’au moins deux pièces réalisées en alliage à base d’aluminium assemblées par soudage par friction.The present invention relates to a process for optimizing the corrosion properties of an assembly of at least two parts made of an aluminum-based alloy assembled by friction welding.
Il est connu que l’assemblage de pièces en alliages à base d’aluminium, après soudage par friction, présente une zone caractéristique en bord de joint de soudure appelée Zone Affectée Thermiquement (ZAT, ou « Heat Affected Zone » en anglais). Cette zone a subie, durant la phase de soudage, de forts gradients thermiques, influençant ses propriétés, et, entre autre, pour les alliages à base d’aluminium de série 7xxx (également appelés alliages à base d’aluminium de série 7000), rendant cette zone plus sensible à la corrosion que le reste de l’assemblage.It is known that the assembly of parts made of aluminum-based alloys, after friction welding, has a characteristic zone at the edge of the weld joint called the Zone Affectée Thermiquement (HAZ, or “Heat Affected Zone” in English). This zone has undergone, during the welding phase, strong thermal gradients, influencing its properties, and, among other things, for the 7xxx series aluminum-based alloys (also called 7000 series aluminum-based alloys), making this area more susceptible to corrosion than the rest of the assembly.
L’objectif de l’invention est donc de proposer une optimisation des propriétés en corrosion d’un tel assemblage d’alliage à base d’aluminium soudés par friction, et plus particulièrement de leur zone affectée thermiquement durant la phase de soudage par friction.The objective of the invention is therefore to propose an optimization of the corrosion properties of such an assembly of friction-welded aluminum-based alloys, and more particularly of their heat-affected zone during the friction welding phase.
A cet effet, l’invention a pour objet un procédé d’optimisation des propriétés en corrosion d’un assemblage d’au moins deux pièces réalisées en alliage à base d’aluminium et assemblées, à une étape, l’une à l’autre par soudage par friction formant un joint de soudage.To this end, the subject of the invention is a process for optimizing the corrosion properties of an assembly of at least two parts made of an aluminum-based alloy and assembled, in one step, one at a time. another by friction welding forming a weld joint.
Selon l’invention, le procédé comprend également, après l’étape de soudage par friction, une étape de mise en solution de l’assemblage au cours de laquelle l’assemblage est chauffé, depuis une température initiale jusqu’à une première température prédéterminée, et maintenu à cette première température prédéterminée pendant une première durée déterminée, puis une étape de trempe au cours de laquelle l’assemblage subit un traitement thermique de trempe.According to the invention, the method also comprises, after the friction welding step, a step of dissolving the assembly during which the assembly is heated, from an initial temperature to a first predetermined temperature , and maintained at this first predetermined temperature for a first determined duration, then a quenching step during which the assembly undergoes a quenching heat treatment.
Un assemblage obtenu par ce procédé de fabrication présente des propriétés en corrosion améliorées. En effet, l’introduction d’une étape de mise en solution après soudage par friction, permet avantageusement une ré-homogénéisation, au moins partielle, des propriétés en corrosion de l’assemblage entre les joints de soudure, les zones adjacentes à la soudure, telle que les Zones Affectées thermiquement, et le reste de l’assemblage.An assembly obtained by this manufacturing process has improved corrosion properties. In fact, the introduction of a solution treatment step after friction welding advantageously allows a re-homogenization, at least partial, of the corrosion properties of the assembly between the weld joints, the zones adjacent to the weld , such as Heat Affected Zones, and the rest of the assembly.
Un assemblage obtenu par ce procédé de fabrication peut avantageusement être traité comme un assemblage homogène, c’est-à-dire qu’il ne présente pas de zone spécifiquement plus sensible à la corrosion.An assembly obtained by this manufacturing process can advantageously be treated as a homogeneous assembly, i.e. it does not have a zone that is specifically more sensitive to corrosion.
Selon une caractéristique, la première température prédéterminée est comprise entre 465°C et 485°C.According to one characteristic, the first predetermined temperature is between 465°C and 485°C.
Selon une caractéristique, la première durée déterminée est supérieure ou égale à 10 minutes.According to one characteristic, the first determined duration is greater than or equal to 10 minutes.
Selon une caractéristique, le procédé comprend, après l’étape de trempe, une étape de revenu de l’assemblage au cours de laquelle l’assemblage subit un traitement thermique de revenu.According to one characteristic, the process comprises, after the quenching step, a tempering step of the assembly during which the assembly undergoes a tempering heat treatment.
Selon une caractéristique, au cours de l’étape de revenu, l’assemblage est chauffé, depuis la température initiale, jusqu’à une deuxième température prédéterminée comprise entre 115°C et 125°C, et maintenu à cette deuxième température prédéterminée pendant une deuxième durée déterminée comprise entre 3 heures et 14 heures.According to one characteristic, during the tempering step, the assembly is heated, from the initial temperature, to a second predetermined temperature between 115° C. and 125° C., and maintained at this second predetermined temperature for a second fixed duration between 3 hours and 14 hours.
Selon une caractéristique, le procédé comprend, après l’étape de revenu, une étape de sur-revenu de l’assemblage au cours de laquelle l’assemblage subit un traitement thermique de sur-revenu.According to one characteristic, the method comprises, after the tempering step, a step for over-tempering the assembly during which the assembly undergoes an over-tempering heat treatment.
Selon une caractéristique, au cours de l’étape de sur-revenu, l’assemblage est chauffé, depuis la deuxième température prédéterminée, jusqu’à une troisième température prédéterminée comprise entre 175°C et 185°C, et maintenu à cette troisième température prédéterminée pendant une troisième durée déterminée comprise entre 6 h et 7 h.According to one characteristic, during the over-tempering step, the assembly is heated, from the second predetermined temperature, to a third predetermined temperature comprised between 175° C. and 185° C., and maintained at this third temperature predetermined for a third determined duration of between 6 h and 7 h.
Selon une autre caractéristique, au cours de l’étape de sur-revenu, l’assemblage est chauffé, depuis la deuxième température, jusqu’à une troisième température prédéterminée comprise entre 155°C et 175°C, et maintenu à cette troisième température prédéterminée pendant une troisième durée déterminée comprise entre 20 h et 30 h.According to another characteristic, during the over-tempering step, the assembly is heated, from the second temperature, to a third predetermined temperature comprised between 155° C. and 175° C., and maintained at this third temperature predetermined period for a third determined period of between 8 p.m. and 30 p.m.
Selon une caractéristique, l’assemblage subit, à une étape, un traitement mécanique de détensionnement.According to one characteristic, the assembly undergoes, at one stage, a mechanical stress-relieving treatment.
Selon une caractéristique, les au moins deux pièces sont assemblées l’une à l’autre par soudage par friction linéaire.According to one characteristic, the at least two parts are assembled together by linear friction welding.
Selon une caractéristique, les au moins deux pièces sont réalisées en alliage à base d’aluminium d’une même série.According to one characteristic, the at least two parts are made of an aluminum-based alloy of the same series.
Selon une autre caractéristique, les au moins deux pièces sont réalisées en alliage à base d’aluminium de séries différentesAccording to another feature, the at least two parts are made of an aluminum-based alloy of different series.
D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description de l’invention qui va suivre, description donnée à titre d'exemple uniquement, en regard des dessins annexés parmi lesquels :Other characteristics and advantages will emerge from the description of the invention which follows, description given by way of example only, with regard to the appended drawings, among which:
Comme visible à la
Selon un mode de réalisation, les pièces 12, 14 sont réalisées en alliage à base d’aluminium d’une même série. Autrement dit, les pièces 12, 14 sont réalisées dans le même matériau. Par exemple, les pièces 12, 14 sont des plaques en alliage d’aluminium de série 7xxx (alliage à base d’Aluminium et de Zinc).According to one embodiment, the parts 12, 14 are made of an aluminum-based alloy of the same series. In other words, the parts 12, 14 are made from the same material. For example, parts 12, 14 are 7xxx series aluminum alloy plates (aluminum and zinc based alloy).
Selon un autre mode de réalisation, les pièces 12, 14 sont réalisées en alliage à base d’aluminium de séries différentes. Autrement dit, les pièces 12, 14 sont réalisées dans des alliages à base d’aluminium ayant des composés différents. Par exemple, une des première ou deuxième pièces 12, 14 est une plaque en alliage à base d’aluminium de série 7xxx, et l’autre des première ou deuxième pièces 12, 14 est une plaque en alliage à base d’aluminium de série 2xxx (alliage à base d’Aluminium et de Cuivre).According to another embodiment, the parts 12, 14 are made of an aluminum-based alloy of different series. In other words, the parts 12, 14 are made of aluminum-based alloys having different compounds. For example, one of the first or second parts 12, 14 is a 7xxx series aluminum base alloy plate, and the other of the first or second parts 12, 14 is a series 7xxx aluminum base alloy plate. 2xxx (alloy based on Aluminum and Copper).
Les pièces 12, 14 sont fabriquées préalablement à la mise en œuvre du procédé de fabrication de l’assemblage 10.Parts 12, 14 are manufactured prior to the implementation of the manufacturing process for assembly 10.
Afin de former chaque pièce 12, 14, un alliage à base d’aluminium est tout d’abord coulé, laminé à chaud, puis à froid de sorte à obtenir la pièce 12, 14. Chaque pièce 12, 14 ainsi formée subit ensuite un traitement thermique de mise en solution, une trempe, puis un détensionnement et une maturation.In order to form each part 12, 14, an aluminum-based alloy is first cast, hot rolled, then cold so as to obtain the part 12, 14. Each part 12, 14 thus formed then undergoes a solution heat treatment, quenching, then stress relieving and maturing.
Une mise en solution consiste à chauffer la pièce, depuis une température initiale, jusqu’à une température prédéterminée, pendant une durée déterminée, de manière à permettre à un ou plusieurs des composés de l’alliage d’entrer dans la solution solide, où ils restent dans un état sursaturé après une trempe. Une mise en solution est un traitement thermique qui a pour but de dissoudre au moins une partie des composés de l’alliage qui a précipité lors des étapes antérieures, telles que la coulée ou le laminage à chaud.A solution treatment consists of heating the part, from an initial temperature, to a predetermined temperature, for a determined period of time, so as to allow one or more of the compounds of the alloy to enter the solid solution, where they remain in a supersaturated state after quenching. Solution treatment is a heat treatment which aims to dissolve at least some of the alloy compounds which have precipitated during previous steps, such as casting or hot rolling.
Une trempe consiste à immerger une pièce dans de l’eau à une température prédéterminée, pendant une durée déterminée, ou à asperger d’eau la pièce, de manière à figer la microstructure obtenue après la mise en solution. Le traitement thermique de trempe permet d’empêcher la reformation de précipités qui ont été dissouts lors de la mise en solution.Quenching consists of immersing a part in water at a predetermined temperature, for a determined period of time, or spraying the part with water, so as to freeze the microstructure obtained after solution treatment. The quenching heat treatment makes it possible to prevent the reformation of precipitates which have been dissolved during dissolution.
Un détensionnement consiste en une traction de la pièce, dans le sens du laminage, qui permet de générer une déformation plastique de la pièce. Le traitement mécanique de détensionnement permet d’abaisser les contraintes résiduelles résultant de la trempe, par une relaxation plastique.Stress relieving consists of a traction of the part, in the direction of rolling, which makes it possible to generate a plastic deformation of the part. The mechanical stress relieving treatment makes it possible to lower the residual stresses resulting from the hardening, by a plastic relaxation.
Après une trempe, la solution solide sursaturée est dans un état métastable. Une maturation consiste à faire retrouver un équilibre à cette solution en rejetant une partie des composés de l’alliage qui sont en sursaturation sous la forme de précipités.After quenching, the supersaturated solid solution is in a metastable state. Maturation consists of restoring balance to this solution by rejecting some of the alloy compounds which are supersaturated in the form of precipitates.
Ces étapes de préparation de chaque pièce en alliage à base d’aluminium ne sont pas développées plus en détails ici, car elles sont bien connues de l’homme du métier.These preparation steps for each aluminum-based alloy part are not developed in more detail here, since they are well known to those skilled in the art.
Généralement, lorsqu’une pièce est destinée à être utilisée telle quelle, c’est-à-dire sans subir une étape ultérieure d’assemblage, la pièce subit une dernière étape de traitement thermique de revenu.Generally, when a part is intended to be used as is, that is to say without undergoing a subsequent assembly step, the part undergoes a final tempering heat treatment step.
Un revenu, ou également appelé vieillissement, consiste à chauffer la pièce à une température inférieure à celle de la mise en solution pendant une durée déterminée, afin de modifier ses propriétés par précipitation des phases intermétalliques à partir d’une solution sursaturée.Tempering, or also called aging, consists in heating the part to a temperature lower than that of solution treatment for a determined period of time, in order to modify its properties by precipitation of the intermetallic phases from a supersaturated solution.
La
Le procédé comprend tout d’abord une étape E01 de fourniture d’au moins deux pièces 12, 14 en alliage à base d’aluminium. Selon l’invention, les pièces 12, 14 sont destinées à être soudées ensemble. Les pièces 12, 14 ont été fabriquées d’après le procédé de fabrication décrit précédemment, mais toutefois sans avoir subit l’étape de traitement thermique de revenu décrite ci-dessus.The process firstly comprises a step E01 of supplying at least two parts 12, 14 made of aluminum-based alloy. According to the invention, the parts 12, 14 are intended to be welded together. The parts 12, 14 were manufactured according to the manufacturing process described previously, but however without having undergone the tempering heat treatment step described above.
Le procédé comprend ensuite une étape E10 de soudage par friction des au moins deux pièces 12, 14 ensembles, de sorte à former l’assemblage 10. Cette étape E10 est réalisée au moyen d’un appareil de soudage par friction (non représenté sur les figures).The method then comprises a step E10 of friction welding the at least two parts 12, 14 together, so as to form the assembly 10. This step E10 is carried out by means of a friction welding device (not represented on the figures).
Selon un mode de réalisation les pièces 12, 14 sont assemblées l’une à l’autre au moyen d’un soudage par friction linéaire.According to one embodiment, the parts 12, 14 are assembled together by means of linear friction welding.
Comme représenté sur la
L’étape de soudage par friction, ainsi que l’appareil de soudage par friction, ne sont pas détaillés ici, car ils sont bien connus de l’homme du métier.The friction welding step, as well as the friction welding apparatus, are not detailed here, since they are well known to those skilled in the art.
Ensuite, le procédé comprend une étape E20 de traitement thermique au cours de laquelle une mise en solution de l’assemblage 10 est réalisée. Cette étape E20 consiste en un chauffage de l’assemblage 10, depuis la température initiale T0, jusqu’à une première température prédéterminée TP1, et à maintenir la première température prédéterminée TP1 pendant une première durée déterminée dD1, de manière à permettre à un ou plusieurs des composés de l’alliage d’entrer dans la solution solide, où ils restent dans un état sursaturé après une trempe. Cette étape de mise en solution a pour but de dissoudre au moins une partie des composés de l’alliage qui a précipité lors des étapes de fabrication des pièces 12, 14 ou lors de l’étape E10 de soudage par friction.Then, the method comprises a heat treatment step E20 during which the assembly 10 is put into solution. This step E20 consists of heating the assembly 10, from the initial temperature T0, to a first predetermined temperature TP1, and maintaining the first predetermined temperature TP1 for a first determined duration dD1, so as to allow one or many of the alloy's compounds go into solid solution, where they remain in a supersaturated state after quenching. The purpose of this dissolution step is to dissolve at least some of the alloy compounds which precipitated during the manufacturing steps of the parts 12, 14 or during the friction welding step E10.
Cette étape E20 peut également être appelée « remise en solution », puisque avant soudage par friction, les pièces 12, 14 ont déjà subi, lors de leur fabrication, un traitement thermique de mise en solution.This step E20 can also be called "dissolution", since before friction welding, the parts 12, 14 have already undergone, during their manufacture, a solution heat treatment.
La première température prédéterminée TP1 de la mise en solution est comprise entre 465°C et 485°C. Par exemple, pour un assemblage 10 composé de pièces 12, 14 en alliage d’aluminium de série 7010 (alliage d’Aluminium et de Zinc), la première température prédéterminée TP1 de la mise en solution est comprise entre 470°C et 480°C.The first predetermined temperature TP1 of the dissolution is between 465°C and 485°C. For example, for an assembly 10 composed of parts 12, 14 made of 7010 series aluminum alloy (aluminum and zinc alloy), the first predetermined temperature TP1 of the solution treatment is between 470° C. and 480° C. vs.
La première durée déterminée dD1 de la mise en solution est supérieure ou égale à 10 minutes. De préférence, la première durée déterminée dD1 est sensiblement égale à 30 minutes. La première durée déterminée dD1 dépend de l’épaisseur des pièces 12, 14 et des composants du bain de mise en solution.The first determined duration dD1 of the dissolution is greater than or equal to 10 minutes. Preferably, the first determined duration dD1 is substantially equal to 30 minutes. The first determined duration dD1 depends on the thickness of the parts 12, 14 and the components of the solution bath.
Cette étape de mise en solution est réalisée directement après l’étape de soudage par friction, c’est-à-dire qu’il n’y a pas d’étape intermédiaire qui soit réalisée entre le soudage par friction et la mise en solution.This solution heat treatment step is carried out directly after the friction welding step, i.e. there is no intermediate step that is carried out between friction heat welding and solution heat treatment. .
Un avantage d’une étape de traitement thermique de mise en solution post-soudage par friction est que la soudure peut être réalisée sur des pièces 12, 14 n’ayant pas subi de traitements mécanique et thermique pré-soudage. En effet, ces traitements thermiques et mécaniques peuvent avantageusement être réalisés post-soudage.An advantage of a post-welding solution heat treatment step by friction is that the weld can be carried out on parts 12, 14 that have not undergone pre-welding mechanical and heat treatments. Indeed, these thermal and mechanical treatments can advantageously be carried out post-welding.
Suite à la mise en solution, le procédé comprend une étape E30 de traitement thermique au cours de laquelle une trempe de l’assemblage 10 est réalisée. La trempe consiste soit à immerger l’assemblage 10 dans de l’eau à une température de trempe prédéterminée, pendant une durée de trempe déterminée, soit à asperger d’eau à une température de trempe prédéterminée l’assemblage 10, pendant une durée de trempe déterminée. Comme visible sur la
La température de trempe prédéterminée est inférieure à 40°C, et notamment comprise entre 20°C et 40°C.The predetermined quenching temperature is below 40°C, and in particular between 20°C and 40°C.
Ce procédé d’optimisation permet ainsi d’obtenir un assemblage 10 aux propriétés en corrosion améliorées, c’est-à-dire un assemblage qui a une résistance à la corrosion plus élevée que les assemblages de pièces soudées par friction ne subissant pas de mise en solution post-soudage.This optimization process thus makes it possible to obtain an assembly 10 with improved corrosion properties, that is to say an assembly which has a higher corrosion resistance than the assemblies of parts welded by friction not undergoing wear. in post-welding solution.
Selon un mode de réalisation, le procédé comprend, suite à l’étape de trempe, une étape E40 de maturation au cours de laquelle une maturation de l’assemblage 10 est réalisée, à la température initiale T0, pendant une durée de maturation déterminée dM. La durée de maturation déterminée dM est supérieure ou égale à 24 heures. L’étape de mise en solution E20 permet avantageusement de préparer la précipitation des composés du ou des alliages à base d’aluminium qui intervient au cours de l’étape de maturation E40.According to one embodiment, the method comprises, following the quenching step, a maturation step E40 during which the assembly 10 is matured, at the initial temperature T0, for a determined maturation period dM . The determined maturation time dM is greater than or equal to 24 hours. The E20 dissolution step advantageously makes it possible to prepare the precipitation of the compounds of the aluminum-based alloy(s) which occurs during the E40 maturation step.
Le procédé comprend, suite à l’étape E30 de trempe, et plus précisément suite à l’étape E40 de maturation, une étape E50 de traitement thermique au cours de laquelle un revenu de l’assemblage 10 est réalisé. Comme représenté sur la
La deuxième température prédéterminée TP2 est comprise entre 115°C et 125°C. La deuxième durée déterminée dD2 est comprise entre 3 heures et 14 heures. De préférence, la deuxième durée déterminée dD2 est sensiblement égale à 10 heures.The second predetermined temperature TP2 is between 115°C and 125°C. The second determined duration dD2 is between 3 hours and 14 hours. Preferably, the second determined duration dD2 is substantially equal to 10 hours.
Le procédé comprend, suite à l’étape E50 de revenu, une étape E60 de traitement thermique au cours de laquelle un sur-revenu de l’assemblage 10 est réalisé.The method comprises, following the tempering step E50, a heat treatment step E60 during which an over-tempering of the assembly 10 is carried out.
Un sur-revenu, également appelé sur-vieillissement, consiste à appliquer un traitement thermique de revenu, après une mise en solution, aux alliages à base d’aluminium de sorte à les amener au-delà du point de résistance mécanique maximale, afin de contrôler certaines caractéristiques distinctes des propriétés mécaniques.Over-tempering, also called over-ageing, consists of applying a tempering heat treatment, after solution treatment, to aluminum-based alloys so as to bring them beyond the point of maximum mechanical strength, in order to control certain characteristics distinct from the mechanical properties.
Comme représenté sur la
Selon un mode de réalisation, la troisième température prédéterminée TP3 est comprise entre 175°C et 185°C. Selon ce mode de réalisation, la troisième durée déterminée dD3 est comprise entre 6 heures et 7 heures.According to one embodiment, the third predetermined temperature TP3 is between 175°C and 185°C. According to this embodiment, the third determined duration dD3 is between 6 hours and 7 hours.
Selon un autre mode de réalisation, la troisième température prédéterminée TP3 est comprise entre 155°C et 175°C. Selon ce mode de réalisation, la troisième durée déterminée dD3 est comprise entre 20 heures et 30 heures.According to another embodiment, the third predetermined temperature TP3 is between 155°C and 175°C. According to this embodiment, the third determined duration dD3 is between 20 hours and 30 hours.
Selon un autre mode de réalisation, le procédé comprend, suite à l’étape E60 de sur-revenu, une étape E70 de traitement mécanique de l’assemblage 10, au cours de laquelle un détensionnement de l’assemblage 10 est réalisé. Le détensionnement de l’assemblage 10 est réalisé à la température initiale T0. Cette étape de traitement mécanique permet d’optimiser les caractéristiques mécaniques de l’assemblage 10.According to another embodiment, the method comprises, following step E60 of over-tempering, a step E70 of mechanical treatment of assembly 10, during which stress relief of assembly 10 is carried out. The stress relief of assembly 10 is carried out at the initial temperature T0. This mechanical processing step makes it possible to optimize the mechanical characteristics of assembly 10.
Par exemple, pour un assemblage composé d’alliage à base d’aluminium de série 7xxx, le traitement mécanique de détensionnement consiste en une relaxation des contraintes résiduelles par étirage de l’assemblage 10 entre 1,5 % et 3 %.For example, for an assembly composed of an aluminum-based alloy of the 7xxx series, the mechanical stress relief treatment consists of relieving the residual stresses by stretching the assembly 10 between 1.5% and 3%.
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2021
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