LU83249A1 - Procede de fabrication de fil machine en aluminium - Google Patents

Description

i

V

t i i

PROCEDE DE FABRICATIOH DE FIL MACHINE EH ALÜMIHIOM

L'invention ee rapport· à un procédé de fabrication de fil machine en aluminium qui oomprend de· élément· d'alliage précipitables. Ce procédé «et surtout applicable à l'aluminium pour oonduoteur électrique» bien que pae limitée à ce type d'aluminium» qui comprend» comme élément· d'alliage précipitable! 0,3 ù 0,9 de magnésium» 0,25 à 0,79 i» de silicium et O à 0,60 î ^ de fer, le restant du métal étant de l'aluminium et des impureté) t (c'est à dire de· éléments en une quantité de moins de 0,05 j>)* pourcentages du poids total. Le fil machina» comme bien connu, e ' le produit de départ pour le tréfilage ou laminage ultérieur où l'on réduit la eeotion du fil d'aluminium. Ainsi, le fil machine a un diamètre de 5 é 20 mm, de préférence entre J et 12 mm, et t résistance λ la traction nettement inférieure au produit final tréfilé, par exemple pour l'aluminium pour oonduoteur électrique mentionné ci-dessus, une résistance en général inférieure à 250 Hevton/mm , en tout cas inférieure λ 300 l/mrn · Comme bien connu, après tréfilage ou laminage, le fil est soumis λ une mat; ration où se forment des précipités des éléments d'alliage qui étaient encore restée en solution, et cette maturation améliore les caratéristiques mécaniques et électriques du fil.

Le procédé classique de production de fil machine en a: minium consiste en une première étape de laminage & chaud, dans u lequel on forme le fil machine sur des couronnes, suivie d'une opération discontinue de mise en solution et trempage des couro; obtenues après laminage & chaud. En effet, après laminage et ré dissement des couronnes les éléments d'alliage se sont précipit de sorte qu'il n'y en a plus disponibles pour la maturation ult

1 OA

Λ ri eure. C'est la raison pour laquelle ces éléments sont remis e 2.

solution itérés laminage, et sont forcés de rester en solution sursaturée par le trempage qui s'ensuit immédiatement après.

Cette mise en solution est coûteuse en énergie, et exige en outre que la fabrication soit conduite en discontinu. C'est ainsi qu'on a proposé que la première étape de laminage à chaud se termine à une température aussi haute que possible, afin de garder un maximu· d'éléments d'alliage en solution, et de tremper le fil machine directement en continu à la sortie du laminoir jusqu'à une température de trempe, de sorte à garder oes éléments d'alliage en solution sursaturée.

4 cette température de trempe, la mobilité des atomes est si basse, que la struoture métallographique reste figée à l'état oft elle se trouve (sauf effets lents de vieillissement) < les éléments d'alliage restés en solution sursaturée restent en solution, les précipités ne changent pas, et les dislocations non plus. Four un alliage donné, la gamme des "températures de trempe" a donc une limite supérieure qui n'est pas une limite maximale striote. Cette valeur maximale est déterminée par une immobilité suffisante des atomes pour ne pas produire un changement substantiel de la structure métallographique endéans une durée de la grandeur d'ordre d'un procédé continu de traitement de l'aluminium, c'est à dire de la grandeur d'ordre d'une minute. La valeur maximale aooeptable pour chaque type d'alliage est suffisamment oonmme pour l'homme de l'art. Pour l'aluminium pour conducteur électrique mentionné ci-dessus, la température maximale de trempe peut être mise à 260"C, bien que cette limite n'est pas une limite absolue· θη a également proposé une première étape de laminage qui i termine & une température aussi haute que possible afin de garder ui maximum d'éléments d'alliage en solution, suivi d'une trempe dans laquelle on travaille le métal, tout en tenant soin que le métal soit travaillé dans la période où il traverse la gamme des températures situées entre la température maximale de trempe et la température minimale de travail & chaud. En dépit de la trempe, l'on obser-jÎ vait que les éléments en solution se précipitaient pendant cette

K

» , » '3.

opération thermo-mécanique. La quantité d'éléments d'alliage restés en solution pour la maturation ultérieure était dono beauooup plus petite et ceci paraissait être un inconvénient. Kais l'on avait observé que le fil machine ainsi obtenu était tel que, suivant que la précipitation avait été partielle ou totale, la nécessité de maturation après tréfilage ultérieur était éliminée en partie ou totalement. L'inconvénient n'en était donc pas un, et l'on obtenait un fil machine avec des propriétés qui permettaient de satisfaire plus faoileaent aux spécifications prescrites pour lse caractéristiques mécaniques du fil tréfilé, tout en évitant l'étape coûteuse de la aise en solution et en procurant un prooédé continu.

L'invention a pour but de fournir une alternative au derni procédé mentionné oi-dessus, fournissant les mêmes avantages, et fournissant ainsi une liberté additionnelle dans le choix des paramètres du prooédé, afin d'obtenir les combinaisons désirées de rési tance à la traction, duotilité et, le oas échéant, conductibilité.

Le procédé suivant l'invention comprend, comme dans l&avant-dernier procédé mentionné oi-dessus, une opération purement t thermique, c'est à dire non accompagnée d'un travail mécanique, où » une barre dudit aluminium (sortant, par exemple d'un laminoir et partiellement refroidie, ou d'une roue de coulée continue, ou sortant d'une presse d'extrusion) est trempée en continu jusqu'à une température de trempe, comme déterminée oi-dessus, et de sorte à produire une structure restaurée avec des éléments d'alliage en solution Bursaturée. Par "structure restaurée" on veut dire une structure métallographique où les grainB allongés par * écrouissage se sont reformés en une structure plue ou moins isotrope sous l'effet de la chaleur, ce qui est la structure obtenue après laminage à chaud. Il faut également un minimum j d'éléments d'alliage en sursaturation, par exemple au moins JO $6 J des éléments précipitables à la température de mise en solution.

!

La trempe est donc suffisamment rapide et à partir d'une tempé-/ rature suffisamment haute pour atteindre ce but.

k 4.

Le procédé suivant l'invention est toutefois caractérisé par une deuxième étape, thermo-mécanique et en aval de la première dans une même opération continue, dans laquelle la barre est travaillée à température de maturation, et par le fait que le fil maohi ainsi obtenu est soumis ensuite, avant tout travail ultérieur, à un« maturation.

Une température de maturation, c'est une température » dans une gamme dont le maximum est situé à la température maximale de trempe, comme déterminée ci-dessus, et le minimum est situé à la température minimale de maturation, oomme déterminée oi-dessous* Une température de maturation, c'est donc une température à laquelle les atomes restent figés, à part les phénomènes de vieillissement qui se produisent en un temps supérieur à la durée d'un procédé oontinu, c'est à dire de la grandeur d'ordre d'une minute. Toutefois lorsque la structure est soumise à un travail à température de maturation, on observe que la précipitation des éléments d'alliage pendant oe travail et pendant une maturation qui s'ensuit provoque l'obtention d'une structure métallographique qui, après écrouissage, permet d'obtenir une très bonne qualité de fil, et élimine, en partie ou en totalité, suivant qu'ils restent encore ou non des éléments en solution sursaturée, la nécessité de maturation, après tréfilage. Ce travail à température de maturation est de préférence un laminage aveo réduction de la section.

Pour un aluminium donné, la température minimale de maturation sera déterminée comme indiqué ci-après. On sait qu'un aluminium de composition donnée, à l'état non-écroui, mais comprenant des éléments d'alliage en solution sursaturée par traitement de mise en solution jusqu'à une température de trempe, lorsqu'il est soumis à une maturation, verra d'abord monter sa résia-tance & la traction pour arriver à un maximum, et descendre en-I suite. Ceci est dû au fait que pendant la maturation, les éléments k 5.

d'alliage ae précipitent tandis que les précipitée déjà existants se conglomèrent. Le premier effet, qui augmente la résistance à la traction, domine au début, tandis que le deuxième effet, qui diminue cette résistance, domine à la fin. La température minimale de maturation pour un aluminium donné aveo une quantité donnée d'éléments d'alliage en solution sursaturée, c'est la température à laquelle oet aluminium à l'état non-éoroui, arrive à son maximum de résistance à la traction après 3 jours· (La structure éorouie arrivant plus tôt à son maximum par l'effet de l'adoucissement de la struoture écrouie)· Pour l'aluminium pour oonduoteur électrique mentionné ci-dessus, oette température minimale est de 130*C environ·

La maturation, qui suit ce travail à température de maturation, peut se faire directement à la sortie de l'instrument opérant ce travail, par exemple par refroidissement libre à l'air ambiant du fil machine oe qui provoque une précipitation de tout ou d'une partie des éléments d'alliage jmoore restés en sursaturation· On peut parler d'une maturation, lorsqu'une partie considérable, par exemple la moitié des éléments précipitables après la trempe, se précipite pendant cette maturation· 11 est toutefois préféré d'opérer une préoipitation totale, afin d'éliminer toute nécessité de maturation après tréfilage ou tout altération des propriétés du fil machine après sa fabrication· Lorsque la température à la % sortie de l'instrument, opérant le travail à température de maturation, se rapproche de la température minimale de maturation, il sex nécessaire parfois que le refroidissement du fil machine à la sorti de l'instrument soit ralenti (par rapport au refroidissement libre à l'air ambiant) en entourant le fil par des éléments isolateurs d« chaleur, par exemple en formant des couronnes de fil qui sont enfex mées dans des récipients cIob qui évitent le refroidissement par convection d'air. On peut également maintenir le fil pour un certai temps à la température de sortie par chauffage, ou même augmenter la température de sortie, pour autant qu'on effectué une maturation ultérieure.

fi *-6.

La barre continue utilisée au début de la première étape > du procédé peut être une barre sortant d’une opération de confor mation à chaud, tel qu'une presse d'extrusion, une roue de coulée. Cette conformation à chaud comportera de préférence une ooulée oontinue délivrant une tige d'aluminium dirigée vers l'entrée d'un laminoir, et un laminage à chaud par lequel la section de ladite type est réduite pour former ladite barre· Fax laminage "à chaud”, on entend un laminage avec restauration pendant l'opération ou immédiatement après, avant le trempage ultérieur· Four l'aluminium pour conducteur électrique mentionné ci-dessus, cevi veut dire un laminage avec température de sortie supérieure à 350*C.

La température d'entrée dans le laminoir sera de préférence une température supérieure à la température de mise en solution, oe qui veut dire pour l'aluminium pour conducteur électrique, une température supérieure à 470*C.

L'invention est particulièrement applicable à l'aluminium pour conducteur électrique dont la composition est donnée ci-dessus. Pane un mode préféré, on utilisera un procédé oontinu, comprenant, en énumération de l'amont vers l'aval t une coulée continue, 1 ' introduction de la tige sortant de la ooulée oontinue dans un premier laminoir à une température supérieure λ 470*C, le laminage continu à une température supérieure à 350*0 pour former une barre oontinue, le trempage en oontinu de ladite barre à la sortie du laminoir, 1'introduction de ladite barre sortant du trempage dans an deuxième laminoir à une température supérieure à 1J0*C, le laminage oontinu à une température supérieure à 130*C, et la maturation par refroidissement libre & l'air ambiant. La température d'entrée du deuxième laminoir est à régler de sorte à obtenir une température à la sortie du laminoir dans la gamme de 155 à 185*C, de préférence % 7.

* «

Par exemple, on a utilisé un alliage 11-Mg-Si dp type 6201 ayant comme composition t Mg t 0,60 j Si i 0,55 % » P· * 0,18 JÉ {

Zn : 0,006 56 I Cu * 0,004 # ; Mn * 0,015 & I * 0,001 ; T t 0,0(

On peut toutefois utiliser un aluminium plus riche ou plus pauvre en éléments d'alliage, en fonction du prix que l'on veut payer ou épargner pour une augmentation ou diminution de la qualité, due à la composition, sans pour oela affecter les possibilités de l'alliaj d'en obtenir une meilleure qualité, due au procédé suivant 1'inventa « Cet alliage, après sortie d'une roue de ooulée continue soi 2 forme d'une tige ayant une section de 2000 ma environ, est entré à une température de 490*C dans un premier laminoir oontinu à 9 pas d'où il sort en forme de barre ronde d'un diamètre de 15 mm et à uni température de 430*C. i cette température la plupart des éléments d'alliage sont encore en solution, puisqu'à l'état d'équilibre seulement 20 environ du Magnésium et Silicium préoipitable sous forme de MggSi se trouve alors sous forme précipitée.

a

Cette barre, qui sort λ une vitesse de 2,4 m/sec environ du premier laminoir, est alors dirigée vers l'entrée d'une deuxième laminoir oontinu, dont l'entrée se trouve à une distance de 2 mètrei environ de la sortie de la première. Entre les deux, la barre passe par un tube de 50 mm de diamètre et d'un mètre de long, alimentée par de 1 Emulsion de réfrigération en contre-courant, dont le débit est réglé de sorte à ce que la barre y sorte à une tempéra-ture de 220*C. D'autres manières de trempe peuvent également être utilisées, par exemple par des jets d'émulsion dirigés sur le fil, pour autant que la température puisse être réglée à la température désirée.

Le deuxième laminoir continu comporte 4 pas à réduction égale, réduisant la barre jusqu'au diamètre de 9*5 mm du fil machin le fil sortant du laminoir à une température de 175*0 et à une vitesse de 6 m par seconde environ. Ce fil machine est ensuite enroulé sur une bobine et placé dans un récipient en pierre réfractaire. Ce qui est important c'est que le récipient soit clos de sor à éviter le refroidissement par convection de l'air libre autour de fi la bobine. Dans le cas suivant cet exemple, le refroidissement étai' de 2eC par heure.

β.

On comparera les propriétés obtenues avec un fil machine de la même composition, obtenue par la méthode classique, c'ést à dire t coulée oontinue suivie d'un laminage continu à chaud, enroule' ment sur des bobines qui se refroidissent librement à l'air ambiant, ensuite mise en eolution en maintenant les bobines pendant 8 heures dans un four à 550*C, ensuite trempage des bobines jusqu'à une tempé* rature de 45*C environ.

Ces.deux types de fil maohine d'un diamètre de 9*5 **» l'un suivant l'invention, l'autre suivant la méthode classique sont alors tréfilés, tous les deux, jusqu'à 3*60 mm et jusqu'à 3»15 ni, le fil tréfilé provenant de la méthode classique est ensuite encore soumis à une maturation pendant 5 heures à 16û*C.

Lee résultats comparatifs sont les suivante t

Suivant l'invention Méthode classique H <T f B <T p

Pii machine 304 7»75 31 »10 196 21

Après tréfilage 3,60 mm 34B 5 31,30 295 4,5 34.9

Après tréfilage 3,60 nm -t- maturation - - - 343 7,5 32,13

Après tréfilage 3,15_nm 362 4,5 31,44 290 4 34,70

Après tréfilage 3,15 »un + maturation - - - 350 7 31,95 2 H - résistance à la traction en Newton/mm (f - ductilité (56) P - résistivité (mA mm^/m) L'invention n'est pas limitée ni aux modeB spécifiques des opérations donnée dans l'exemple, ni à la composition de l'aluminium. On peut également, sans sortir du cadre de la présente invention, utiliser comme aluminium avec des éléments d'alliage préei-4 pitables des alliages Al-Cu, Al-Cu-Mg, Al-ZnfcMg, Al-Zn-Mg-Cu et i Al-Mg-Si.

Claims (11)

1. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ladite maturation s'effectue pendant le refroidissement libre & l'air ambiant du fil machine immédiatement après le travail V· à température de maturation.
2. 3. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ladite maturation s'effectue pendant un refroidissement ralenti du fil machine, immédiatement après le travail à température de maturation. * 4· Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit maturation s'effectue en maintenant, par chauffage, le fil machine à une température de maturation, immédiatement après le travail à température de maturation.
3. 3. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, cara térisé en ce que le travail à température de maturation est un laminage avec réduction de la section.
4. 6. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5» cara térisé en ce que la barre continue utilisée au début de ladite première étape est une barre sortant d'une opération de confor-L mat ion à chaud. .10. » v
5. 7. Procédé suivant la revendication 6, caractérisé en ce que l'opération de conformation à chaud comporte une coulée continue délivrant une tige d'aluminium dirigée vers l'entrée d'un laminoir, et un laminage à chaud par lequel la seotion de ladite tige est réduite pour former ladite barre.
6. 6. Prooédé suivant la revendication 7» caractérisé en oe que la température d'entréf de la tige dans le laminoir est une température supérieure à la température de mise en solution. « ; S
7. 9. Prooédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en oe que l'aluminium utilisé est un alliage Al-Cu, Al-Cu-Mg, Al-Zn-Mg, ï Al-Mg-Zn-Cu et Al-Kg-Si.
8. 10. Procédé suivant l'une des revendications précédentes caractérisée en oe que l'aluminium comprend 0,3 à 0,9 ί de magnésium, 0,23 A 0,73 de silicium et 0 λ 0,60 de fer, le restant étan de l'aluminium et des impuretés.
9. 11. Procédé suivant la revendication 10, caractérisé en oe que dans ladite deuxième étape, la barre est travaillée à une température dans la gamme allant de 130*0 & 260*0.
10. 12. Procédé suivant la revendication 11, caractérisé en ce que la * barre est travaillée par laminage continu, le fil machine sortai à une température dans la gamme allant de 133 A 183*C, et étant enroulé en couronne, et que oette couronne est ensuite refroidie dans un récipient clos.
11. 13. Procédé suivant la revendication 12, caractérisé en ce que la barre continue utilisée au début de ladite première étape est une barre sortant d'un laminoir continu où. l'aluminium est travaillé à une température allant d'une température supérieure A 470eC su début du laminoir jusqu'à une température supérieure & 350*0 à la fin du laminoir. / <r7~J^r _____