FR3134119A1 - Tôle en alliage 6xxx de recyclage et procédé de fabrication - Google Patents

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Abstract

L’invention est une tôle en alliage d’aluminium de composition Si : 1,25% – 1,55%, Fe : <= 0,60%, Cu <=0,37%, Mn : 0,22% -0,65%, Mg : 0,25% - 0,55%, Ti : <= 0,15%, Cr <= 0,30%, Cr + Mn + Fe : <= 0,90%, Zn : <=0,15%. L’alliage de cette tôle permet de recycler en particulier des tôles plaquées. La tôle a un excellent compromis entre la pollution due au recyclage avec les propriétés de résistance à la corrosion, de formabilité et de limite élastique tant à l’état T4 qu’après cuisson des peintures. L’invention est également le procédé de fabrication de la tôle. Figure d'abrégé : Fig. 9

Description

Tôle en alliage 6xxx de recyclage et procédé de fabrication Domaine de l’invention
L’invention concerne le domaine des tôles en alliage d’aluminium destinées à la fabrication par emboutissage de pièces de carrosserie de la caisse en blanc des véhicules automobiles.
 Etat de la technique
Les alliages d’aluminium sont utilisés de manière croissante dans la construction automobile pour réduire le poids des véhicules et ainsi diminuer la consommation de carburant et les rejets de gaz à effet de serre.
Il est également nécessaire de réduire les rejets de gaz à effets de serre durant la production des dits alliages. Cette réduction peut être obtenue par le recyclage des chutes et des déchets en alliage d’aluminium, ce qui permet de diminuer voire d’éviter l’utilisation d’aluminium primaire produit par électrolyse et /ou l’ajout d’éléments d’additions.
Les meilleures usines d’électrolyse, qui utilisent l’hydro électricité, ont une empreinte Carbone de 4 tonnes de CO2équivalent (CO2eq) par tonne de plaque de fonderie compte tenu de l’utilisation d’anode en Carbone. L’empreinte Carbone typique pour une tonne de plaque de fonderie d’aluminium d’électrolyse produite en Europe est de 7 tonnes de CO2eq. L’empreinte Carbone d’une tonne de plaque de fonderie obtenue avec uniquement des chutes et des déchets est de 0,5 t de CO2eq par plaque de fonderie. L'émission en CO2équivalent est la quantité émise de dioxyde de carbone (CO2) qui provoquerait le même forçage radiatif intégré, pour un horizon temporel de 100 ans, qu’une quantité émise d’un seul ou de plusieurs gaz à effet de serre (GES). L’émission en équivalent CO2est obtenue en multipliant l’émission d’un GES par son potentiel de réchauffement global (PRG) pour l’horizon temporel de 100 ans. Dans le cas d’un mélange de GES, l’émission en équivalent CO2 est obtenue en additionnant les émissions en équivalent CO2 de chacun des gaz. Lorsqu’une plaque est élaborée en utilisant en partie des alliages par recyclage, le C02équivalent de cette plaque est évalué par interpolation linéaire entre une plaque d’électrolyse précitée (0% de recyclage) et une plaque obtenue avec uniquement des chutes et des déchets (100% de recyclage). Le recyclage ou taux de recyclage est le rapport entre le poids des chutes et des déchets en alliage d’aluminium utilisés pour élaborer la plaque avec le poids de la plaque, le reste de l’alliage étant de l’aluminium primaire et/ou des éléments d’addition.
Le recyclage facile consiste à recycler en boucle fermée, c’est-à-dire que les chutes et des déchets en alliage d’aluminium sont recyclées pour obtenir le même alliage pour lequel ils furent produits. Cependant, il existe des produits qui ne peuvent être recyclés ainsi. C’est le cas en particulier des tôles plaquées telles que définies par l’EN 12258-1 (2012) au §2.6.26 notamment lorsqu’elles comportent des alliages très différents. Les tôles plaquées pour réaliser des échangeurs de chaleur brasés sont dans ce cas car elles sont en général constituées d’une partie centrale en alliage de la série 3xxx parfois avec un peu de Cu et/ou de Mg, avec un ou plusieurs placages en alliage de la série 4xxx et/ou de la série 7xxx et/ou de la série 1xxx et/ou de la série 3xxx. Actuellement, ces tôles plaquées sont plutôt recyclées dans des pièces de moulage pour lesquelles les alliages de la série 4xxx sont usuellement utilisés. Or la bascule de la propulsion par moteur à explosion vers la propulsion électrique va déstabiliser cette filière de recyclage. Les tôles en alliage d’aluminium dans les véhicules, en particulier pour la carrosserie et les pièces de structure, sont dans l’art antérieur en alliage 5xxx et 6xxx qui ne sont pas adaptés pour un recyclage important des alliages de la série 4xxx compte tenu de leur composition. L’évolution des alliages du fait de la recherche et développement rend également difficile le recyclage des anciennes chutes, qui sont des chutes provenant de produits après leur utilisation selon l’EN 12258-1. C’est le cas des anciennes chutes provenant de la démolition de bâtiments de composition typique Si : 0,5%, Fe : 0,2%, Cu : 0,1%, Mn : 0,1%, Mg : 0,1%.
La demande US20210108293 divulgue une tôle en alliage d'aluminium a une composition chimique contenant Si : 2,3-3,8 % en masse, Mn : 0,35-1,05 % en masse, Mg : 0,35-0,65 % en masse, Fe : 0,01-0,45 % en masse, et au moins un élément choisi dans le groupe constitué par Cu : 0,0010-1,0 % en masse, Cr : 0,0010-0,10 % en masse, Zn : 0,0010-0,50 % en masse, et Ti : 0,0050-0,20 % en masse. Le rapport entre la teneur en Si et la teneur en Mn est de 2,5 ou plus et de 9,0 ou moins. La tôle en alliage d'aluminium présente un allongement de 23 % ou plus et un exposant d'écrouissage de 0,28 ou plus à une déformation nominale de 3 %. Une telle tôle en alliage d'aluminium est bien adaptée aux applications de formage à la presse (emboutissage), telles que le formage de panneaux de carrosserie automobile.
La demande WO2018/175876 divulgue des techniques de moulage de produits métalliques présentant une résistance et une formabilité élevées à partir de déchets métalliques recyclés, sans ajout d'une quantité substantielle ni même d'une quantité quelconque d'aluminium primaire. Des éléments d'alliage supplémentaires, tels que le magnésium, peuvent être ajoutés à des déchets métalliques, lesquels peuvent être coulés et traités pour produire une bobine métallique d'épaisseur finale souhaitée et ayant des propriétés métallurgiques et mécaniques souhaitables, telles qu'une résistance et une formabilité élevées. Des déchets de métal bon marché et recyclés peuvent ainsi être réemployés efficacement pour de nouvelles applications, dans l'automobile ou comme matière première de canettes de boisson.
La demande JP2005298922 a pour problème à résoudre de fournir de manière peu coûteuse une tôle d'alliage d'aluminium à former, qui présente une aptitude au formage par pliage adéquate, une faible anisotropie de pliage et une aptitude supérieure au durcissement par cuisson après revêtement, qui présente un faible vieillissement à température ambiante et une résistance adéquate aux marques de lignage. Sa solution est une tôle d'alliage d'aluminium faite d'un alliage à base de Al-Mg-Si ou d'un alliage à base de Al-Mg-Si-Cu ; satisfaisant chaque condition de (C(sub 1/10)+C(sub 1/4))/2 > C(sub 1/2) et 30 < (C(sub 1/10)+C(sub 1/4)) < 500, lorsque C(sub 1/10), C(sub 1/4) et C(sub 1/2) sont définis comme étant la densité d'orientation du cube à des positions respectives de 1/10, 1/4 et 1/2 de profondeur à partir de la surface de la tôle dans le sens de l'épaisseur de la tôle ; a une densité d'orientation {001}<210> dans une plage de 2 à 50, dans une région de 1/10 à 1/4 de profondeur dans le sens de l'épaisseur de la tôle; et a des taux d'évidement à 0 degré et 90 degrés de 5% ou plus. La méthode de fabrication comprend des conditions de coulée et de laminage à chaud strictement prescrites. Les conditions des structures métallographiques dans une plaque coulée et une tôle après avoir été laminée à chaud, qui sont des produits intermédiaires, sont prescrites.
La demande WO2022/026825 divulgue de nouveaux alliages d'aluminium 6xxx. Dans une approche, un nouvel alliage d'aluminium 6xxx peut comprendre de 0,25 à 0,60 % en poids. % Fe, 0,8-1,2 poids. % Si, 0,35-1,1 en poids. % Mg, 0,05-0,8 poids. % Mn, jusqu'à 0,30 poids. % Cu, jusqu'à 0,35 poids. % Zn, jusqu'à 0,15 poids. % Ti, jusqu'à 0,15 % en poids. % chacun de Cr, Zr et V, le reste étant de l'aluminium, des éléments accessoires et des impuretés. Les nouveaux alliages d'aluminium 6xxx peuvent être fabriqués à partir d'alliages d'aluminium recyclés.
Il existe donc un besoin pour recycler des chutes et déchets de tôles plaquées pour réaliser des tôles de carrosserie pour l’industrie automobile.
Problème posé
Le problème à résoudre est de développer une tôle en alliage de la série 6xxx qui vise un excellent compromis entre
  • Le recyclage des chutes et des déchets, préférentiellement de tôles plaquées. Les tôles plaquées sont en général constitués d’alliages très différents, par exemple d’un alliage de la série 3xxx pour la partie centrale, de placage de la série 4xxx et/ou de la série 7xxx. La composition moyenne d’une tôle plaquée est difficile à recycler en une autre tôle car cela ne correspondant pas à un alliage connu. De plus l’activité de recyclage, en particulier lorsqu’il s’agit d’anciennes chutes provenant de produits après leur utilisation, est indissociable de phénomène de pollution qui découle du mélange avec d’autres matériaux, par exemple de l’acier, et qui peut dégrader les propriétés des matériaux obtenu après recyclage.
  • La formabilité de la tôle qui est appréciée à l’état T4 après maturation, la maturation correspondant à la durée de transport et de stockage entre la trempe de la tôle et son emboutissage sous forme de pièce. La formabilité est caractérisée avec le test de LDH (limiting dome height) pour l’aptitude à la déformation et avec la limite d’élasticité pour l’effort à fournir pour obtenir ladite déformation.
  • Les propriétés nécessaires à l’utilisation de la pièce sur un véhicule automobile qui sont appréciées sur la pièce finie, donc après emboutissage de la tôle, la peinture et la cuisson des peintures. La cuisson des peintures est également connue de l’homme du métier comme « bake hardening » car il permet en même temps le durcissement, par revenu, de la tôle emboutie pour obtenir les propriétés nécessaires à l’utilisation de la pièce sur un véhicule automobile. L’aptitude à l’utilisation sur un véhicule automobile est caractérisée ici par la limite d’élasticité de la tôle après une déformation de 2% et un traitement thermique de 170°C pendant 20 minutes, représentatif du traitement thermique de cuisson des peintures. Industriellement, la cuisson des peintures peut durer de 10 à 30 minutes à une température entre 170 et 195°C.
  • La corrosion qui est appréciée sur la tôle après la maturation. La corrosion est appréciée par un test de corrosion filiforme de la tôle après un traitement thermique de 170°C pendant 20 minutes.
Objet de l’invention
Un objet de l’invention est une tôle en alliage d’aluminium de composition, en % en poids, :
Si : environ 1,25% – environ 1,55%,
Fe : <= environ 0,60%,
Cu : <= environ 0,37%,
Mn : environ 0,22% – environ 0-65%,
Mg : environ 0,25% – environ 0,55%,
Ti : <= environ 0,15%,
Cr <= environ 0,30%,
Cr + Mn +Fe : <= environ 0,90%,
Zn <= environ 0,15%,
autres éléments : chaque < =0,05%, ensemble < = 0,15%,
reste : Al.
Un autre objet de l’invention est une méthode de fabrication d’une tôle laminée en alliage d’aluminium selon l’invention comprenant les étapes successives de :
  1. Elaboration d’un alliage, préférentiellement comprenant des chutes et des déchets, préférentiellement de tôles plaquées,
  2. Coulée de l’alliage en une plaque, préférentiellement par coulée verticale semi continue,
  3. Homogénéisation de la plaque à une température d’homogénéisation, préférentiellement comprise de 540°C à 580°C, préférentiellement supérieure à 550°C,
  4. Laminage à chaud de la plaque,
  5. Laminage à froid de la plaque laminée à chaud,
  6. Mise en solution puis trempe,
  7. Pré revenu à une température de pré revenu de 60 à 100°C pendant une durée de 2 à 16 heures, préférentiellement obtenue par bobinage puis refroidissement jusqu’à la température ambiante,
  8. Maturation de 72 heures à 6 mois.
 Description des figures
: Cette figure montre le LDH en fonction de l’aptitude au recyclage.
: Cette figure montre le LDH en fonction de la pollution de l’alliage en Fe, Mn et Cr.
: Cette figure montre le compromis entre le LDH et la limite d’élasticité à l’état T4.
: Cette figure montre le compromis entre le LDH et la limite d’élasticité après simulation de cuisson des peintures.
: Cette figure montre la limite d’élasticité à l’état T4 en fonction de l’aptitude au recyclage pour les tôles selon l’invention.
: Cette figure montre la limite d’élasticité après simulation de la cuisson des peintures en fonction de l’aptitude au recyclage pour les tôles selon l’invention.
: Cette figure montre les résultats de corrosion filiforme en fonction de la teneur en Cu.
: Cette figure montre décrit l’outil de mesure du LDH.
: La tôle selon l’invention permet de recycler des tôles plaquées.
: La photographie montre des exemples d'échantillons soumis à un cordage, de classe 1, 2 et 3 (1 moyen - 3 excellent).
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 l’«Aluminum Association » dans les « Registration Record Series » qu'elle publie régulièrement. Sauf mention contraire, les compositions sont exprimées en % en poids. L’expression 1.4 Cu signifie que la teneur en cuivre exprimée en % en poids est de 1.4%.
Les états métallurgiques dont il est question sont désignés selon la norme européenne EN-515.
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, l’allongement à striction Ag% et l’allongement à la rupture A%, sont déterminées par un essai de traction selon la norme NF EN ISO 6892-1, le prélèvement et le sens de l’essai étant définis par la norme EN 485-1.
Le coefficient d’écrouissage n est évalué selon la norme EN ISO 10275.
Le module d’élasticité est mesuré selon la norme ASTM 1876.
Le coefficient d’anisotropie de Lankford est mesuré selon la norme EN ISO 10113.
Les angles de pliage, appelés alpha norm, sont déterminés par essai de pliage 3-points selon la norme NF EN ISO 7438 et les procédures VDA 238-100 et VDA 239-200 version 2017.
Sauf mention contraire, les définitions de la norme EN 12258 s’appliquent
Le paramètre LDH est largement utilisé pour l’évaluation de l’aptitude à l’emboutissage des tôles. Il a fait l’objet de nombreuses publications, notamment celle de R. Thompson, «The LDH test to evaluate sheet metal formability - Final Report of the LDH Committee of the North American Deep Drawing Research Group», SAE conference, Detroit, 1993, SAE Paper n°930815. Il s’agit d’un essai d’emboutissage d’un flan bloqué en périphérie par un jonc. La pression serre-flan est ajustée pour éviter un glissement dans le jonc. Le flan, de dimensions 120 mm x 160 mm, est sollicité dans un mode proche de la déformation plane. Le poinçon utilisé est hémisphérique. La précise les dimensions des outils utilisés pour réaliser ce test. La lubrification entre le poinçon et la tôle est assurée par de la graisse graphitée. La vitesse de descente du poinçon est de 50 mm/min. La valeur dite LDH est la valeur du déplacement du poinçon à rupture, soit la profondeur limite de l’emboutissage. Elle correspond en fait à la moyenne de trois essais, donnant un intervalle de confiance à 95 % sur la mesure de 0.2 mm.
La norme pour la mesure de la corrosion inter granulaire est l’ASTM- G110.
La norme pour la corrosion filiforme est l’EN 3665.
Le cordage est mesuré de la façon suivante. Une bande mesurant environ 270 mm (dans le sens transversal) par 50 mm (dans le sens du laminage) est découpée dans la tôle mince. Une prédéformation de traction de 15 %, perpendiculaire au sens du laminage, c.-à-d. dans le sens de la longueur de la bande, est ensuite appliquée. La bande est ensuite soumise à l'action d'un papier abrasif de type P800 afin de révéler le cordage. Ce dernier est alors évalué visuellement et traduit par classification sur une échelle de 1 (cordage important) à 3 (absence totale de cordage). Des exemples de cordage correspondant aux valeurs 1 à 3 sont illustrés sur la .
La température ambiante est toute température compatible avec le travail des humains de 5 à 35°C. La température ambiante peut être une température de 5°C, 6°C, 7°C, 8°C, 9°C, 10°C, 11°C, 12°C, 13°C, 14°C, 15°C, 16°C, 17°C, 18°C, 19°C, 20°C, 21°C, 22°C, 23°C, 24°C, 25°C, 26°C, 27°C, 28°C, 29°C, 30°C, 31°C, 32°C, 33°C, 34°C, 35°C.
Le terme "environ", lorsqu'il est utilisé en relation avec une variable numérique mesurable, se réfère à la valeur indiquée de la variable et à toutes les valeurs de la variable qui se trouvent dans les limites de l'erreur expérimentale de la valeur indiquée ou dans les limites de ±10 pour cent de la valeur indiquée, la valeur la plus élevée étant retenue.
 Description détaillée
L’invention repose sur la constatation faite par la demanderesse qu’il est tout à fait possible, grâce à une composition et un procédé de fabrication adaptés, de produire des tôles à partir de recyclage de tôles plaquées possédant une aptitude acceptable à l’emboutissage, une bonne résistance à la corrosion et des propriétés mécaniques adaptées tant à la production de de carrosserie automobile
La composition typique de l’alliage selon l’invention est la suivante (% en poids) :
Si : environ 1,25% – environ 1,55%,
Fe : <= environ 0,60%,
Cu : <= environ 0,37%,
Mn : environ 0,22% – environ 0,65%,
Mg : environ 0,25% – environ 0,55%,
Ti : <= environ 0,15%,
Cr <= environ 0,30%,
Cr + Mn +Fe : <= environ 0,90%,
Zn <= environ 0,15%,
autres éléments : chaque < =0,05%, ensemble < = 0,15%,
reste : Al.
Les plages de concentration imposées aux éléments constitutifs de ce type d’alliage s’expliquent de ce fait par les raisons suivantes :
Si : Le silicium est, avec le magnésium, le premier élément d'alliage des systèmes aluminium-magnésium-silicium (famille AA6xxx) pour former les composés intermétalliques Mg2Si ou Mg5Si6qui contribuent au durcissement structural de ces alliages. Une teneur élevée en Si favorise l’aptitude au recyclage compte tenu de l’utilisation pour le placage de certaines tôles plaquées avec un alliage riche en Si comme par exemple l’AA4343, l’AA4045, l’AA4004 et d’autres alliages dont la teneur en Si permet de diminuer le point de fusion. Le Si est en excès par rapport au Mg en pourcentage en poids. Préférentiellement, l’excès de Si est au minimum de 0,70% en poids, plus préférablement 0,80% en poids et préférablement au maximum 1,20% en poids, plus préférablement 1,15% en poids. Le but de cet excès est d’améliorer la ductilité nécessaire pour la mise en forme de la tôle mais dans le domaine de l’invention, la teneur en Si influe peu sur la formabilité mesurée par le LDH. La teneur en Si est d’environ 1,25% à environ 1,55%. Dans un mode de réalisation, la teneur en Si est au maximum environ 1,35%, préférablement environ 1,30%. Ce mode de réalisation permet une valeur faible de la limite d’élasticité à l’état T4, ce qui diminue l’effort d’emboutissage. Dans un mode de réalisation, la teneur en Si est au minimum environ 1,30%, préférablement au minimum environ 1,35%, préférablement environ 1,40%, préférablement environ 1,45% et/ou le maximum est environ 1,50%. Ce mode de réalisation permet d’obtenir une valeur élevée de la limite d’élasticité après cuisson des peintures.
Dans un mode de réalisation, la teneur en Si est au minimum d'environ 1,25%, et au maximum d'environ 1,30% ou au maximum d'environ 1,35% ou au maximum d'environ 1,40% ou au maximum d'environ 1,45% ou au maximum d'environ 1,50% ou au maximum d'environ 1,55%. Dans un mode de réalisation, la teneur en Si est au minimum d'environ 1,30%, et au maximum d'environ 1,35% ou au maximum d'environ 1,40% ou au maximum d'environ 1,45% ou au maximum d'environ 1,50% ou au maximum d'environ 1,55%. Dans un mode de réalisation, la teneur en Si est au minimum d'environ 1,35%, et au maximum d'environ 1,40% ou au maximum d'environ 1,45% ou au maximum d'environ 1,50% ou au maximum d'environ 1,55%. Dans un mode de réalisation, la teneur en Si est au minimum d'environ 1,40%, et au maximum d'environ 1,45% ou au maximum d'environ 1,50% ou au maximum d'environ 1,55%. Dans un mode de réalisation, la teneur en Si est au minimum d'environ 1,45%, et au maximum d'environ 1,50% ou au maximum d'environ 1,55%. Dans un mode de réalisation, la teneur en Si est au minimum d'environ 1,50%, et au maximum d'environ 1,55%.
Fe : Le fer est généralement considéré comme une impureté indésirable. La présence de composés intermétalliques contenant du fer est en général associée à une diminution de la formabilité locale. La teneur maximum en Fe est d’environ 0,60%, préférentiellement d’environ 0,50%, plus préférentiellement d’environ 0,40%. La diminution de la teneur en Fe permet d’améliorer la formabilité mesurée avec le LDH. Cependant les alliages très purs en Fe sont couteux d’une part et d’autre part, les chutes et les déchets sont naturellement pollués par le Fe par des mélanges avec de l’acier. Préférablement, la teneur en Fe est donc au minimum d’environ 0,05%, préférablement environ 0,10%, plus préférablement environ 0,15%, plus préférablement environ 0,20%. La teneur en Fe doit être également contrôlée en combinaison avec le Mn et le Cr compte tenue de la teneur maximum en polluant Cr + Mn +Fe : <= environ 0,90% pour contrôler le LDH de la tôle selon l’invention.
Dans un mode de réalisation, la teneur en Fe est au minimum d'environ 0,25%, et au maximum d'environ 0,30% ou au maximum d'environ 0,35% ou au maximum d'environ 0,40% ou au maximum d'environ 0,45% ou au maximum d'environ 0,50% ou au maximum d'environ 0,55% ou au maximum d'environ 0,60%. Dans un mode de réalisation, la teneur en Fe est au minimum d'environ 0,30%, et au maximum d'environ 0,35% ou au maximum d'environ 0,40% ou au maximum d'environ 0,45% ou au maximum d'environ 0,50% ou au maximum d'environ 0,55% ou au maximum d'environ 0,60%. Dans un mode de réalisation, la teneur en Fe est au minimum d'environ 0,35%, et au maximum d'environ 0,40% ou au maximum d'environ 0,45% ou au maximum d'environ 0,50% ou au maximum d'environ 0,55% ou au maximum d'environ 0,60%. Dans un mode de réalisation, la teneur en Fe est au minimum d'environ 0,40%, et au maximum d'environ 0,45% ou au maximum d'environ 0,50% ou au maximum d'environ 0,55% ou au maximum d'environ 0,60%. Dans un mode de réalisation, la teneur en Fe est au minimum d'environ 0,45%, et au maximum d'environ 0,50% ou au maximum d'environ 0,55% ou au maximum d'environ 0,60%. Dans un mode de réalisation, la teneur en Fe est au minimum d'environ 0,50%, et au maximum d'environ 0,55% ou au maximum d'environ 0,60%. Dans un mode de réalisation, la teneur en Fe est au minimum d'environ 0,55%, et au maximum d'environ 0,60%.
Cu : Dans les alliages de la famille des AA6000, le cuivre est un élément participant à la précipitation durcissante, ce qui est favorable pour augmenter la limite d’élasticité à l’état T4 et après cuisson des peintures. Mais le Cu est connu pour dégrader la résistance à la corrosion. La teneur en Cu est au maximum d’environ 0,37%, préférablement environ 0,32%, préférablement environ 0,27%, plus préférablement 0,25% afin de garantir un niveau acceptable de corrosion filiforme. Augmenter la teneur maximum en Cu permet d’améliorer l’aptitude au recyclage des tôles plaquées qui contiennent du Cu, par exemple comme celui divulgué par la demande WO02/40729. Augmenter la teneur en Cu permet aussi d’améliorer la formabilité caractérisée par le test de LDH. Cet effet est avantageux car il permet d’augmenter la teneur en polluant, en particulier du Mn, car la teneur en Cu améliore le LDH, ce qui permet de compenser l’effet de dégradation du LDH qui résulte de ces polluants. Dans un mode de réalisation, la teneur en Cu est donc au minimum d’environ 0,20%. Dans un autre mode de réalisation, la teneur en Cu est au maximum valeur de 0,20% environ. Ce mode de réalisation est avantageux car il permet d’éviter d’ajouter du Cu, qui un métal plus couteux que l’aluminium, pour le recyclage des tôles plaquées ne contenant pas de Cu, comme par exemple les tôles plaquées dont la partie centrale est faite d’AA3003, alliage de référence bien connu de l’homme du métier des tôles plaquées.
Dans un mode de réalisation, la teneur en Cu est au minimum d'environ 0,05%, et au maximum d'environ 0,07% ou au maximum d'environ 0,12% ou au maximum d'environ 0,17% ou au maximum d'environ 0,22% ou au maximum d'environ 0,27% ou au maximum d'environ 0,32% ou au maximum d'environ 0,37%. Dans un mode de réalisation, la teneur en Cu est au minimum d'environ 0,07%, et au maximum d'environ 0,12% ou au maximum d'environ 0,17% ou au maximum d'environ 0,22% ou au maximum d'environ 0,27% ou au maximum d'environ 0,32% ou au maximum d'environ 0,37%. Dans un mode de réalisation, la teneur en Cu est au minimum d'environ 0,12%, et au maximum d'environ 0,17% ou au maximum d'environ 0,22% ou au maximum d'environ 0,27% ou au maximum d'environ 0,32% ou au maximum d'environ 0,37%. Dans un mode de réalisation, la teneur en Cu est au minimum d'environ 0,17%, et au maximum d'environ 0,22% ou au maximum d'environ 0,27% ou au maximum d'environ 0,32% ou au maximum d'environ 0,37%. Dans un mode de réalisation, la teneur en Cu est au minimum d'environ 0,22%, et au maximum d'environ 0,27% ou au maximum d'environ 0,32% ou au maximum d'environ 0,37%. Dans un mode de réalisation, la teneur en Cu est au minimum d'environ 0,27%, et au maximum d'environ 0,32% ou au maximum d'environ 0,37%. Dans un mode de réalisation, la teneur en Cu est au minimum d'environ 0,32%, et au maximum d'environ 0,37%.
Mn : Le manganèse a un effet similaire au fer par sa contribution aux précipités intermétalliques communs. La diminution de la teneur en Mn permet d’améliorer la formabilité mesurée avec le LDH. Augmenter la teneur maximum en Mn permet d’améliorer l’aptitude au recyclage des chutes et des déchets de tôles plaquées. En particulier, cela permet d’augmenter l’aptitude au recyclage des tôles plaquées qui contiennent un alliage avec du Mn comme l’AA3003 ou l’alliage divulgué par la demande WO02/40729. Un compromis est une teneur en Mn d’au minimum 0,22% et d’au maximum 0,65%, préférentiellement 0,60% environ, préférentiellement 0,55% et préférentiellement la teneur minimum en Mn est au minimum de 0,25% environ, préférentiellement 0,30% environ 0,35% environ, préférentiellement 0,40% environ, préférentiellement 0,44% environ. La teneur en Mn doit être également contrôlée en combinaison avec le Fe et le Cr compte tenue de la teneur maximum en polluant Cr + Mn +Fe : <= environ 0,90% pour contrôler le LDH de la tôle selon l’invention. Le Mn peut légèrement dégrader la limite d’élasticité à l’état T4, sans doute du fait, sans que cela lie les inventeurs, du fait de son effet polluant.
Dans un mode de réalisation, la teneur en Mn est au minimum d'environ 0,22%, et au maximum d'environ 0,25% ou au maximum d'environ 0,30% ou au maximum d'environ 0,35% ou au maximum d'environ 0,40% ou au maximum d'environ 0,45% ou au maximum d'environ 0,50% ou au maximum d'environ 0,55% ou au maximum d'environ 0,60% ou au maximum d'environ 0,65%. Dans un mode de réalisation, la teneur en Mn est au minimum d'environ 0,25%, et au maximum d'environ 0,30% ou au maximum d'environ 0,35% ou au maximum d'environ 0,40% ou au maximum d'environ 0,45% ou au maximum d'environ 0,50% ou au maximum d'environ 0,55% ou au maximum d'environ 0,60% ou au maximum d'environ 0,65%. Dans un mode de réalisation, la teneur en Mn est au minimum d'environ 0,30%, et au maximum d'environ 0,35% ou au maximum d'environ 0,40% ou au maximum d'environ 0,45% ou au maximum d'environ 0,50% ou au maximum d'environ 0,55% ou au maximum d'environ 0,60% ou au maximum d'environ 0,65%. Dans un mode de réalisation, la teneur en Mn est au minimum d'environ 0,35%, et au maximum d'environ 0,40% ou au maximum d'environ 0,45% ou au maximum d'environ 0,50% ou au maximum d'environ 0,55% ou au maximum d'environ 0,60% ou au maximum d'environ 0,65%. Dans un mode de réalisation, la teneur en Mn est au minimum d'environ 0,40%, et au maximum d'environ 0,45% ou au maximum d'environ 0,50% ou au maximum d'environ 0,55% ou au maximum d'environ 0,60% ou au maximum d'environ 0,65%. Dans un mode de réalisation, la teneur en Mn est au minimum d'environ 0,45%, et au maximum d'environ 0,50% ou au maximum d'environ 0,55% ou au maximum d'environ 0,60% ou au maximum d'environ 0,65%. Dans un mode de réalisation, la teneur en Mn est au minimum d'environ 0,50%, et au maximum d'environ 0,55% ou au maximum d'environ 0,60% ou au maximum d'environ 0,65%. Dans un mode de réalisation, la teneur en Mn est au minimum d'environ 0,55%, et au maximum d'environ 0,60% ou au maximum d'environ 0,65%. Dans un mode de réalisation, la teneur en Mn est au minimum d'environ 0,60%, et au maximum d'environ 0,65%.
Mg : Généralement, le niveau de caractéristiques mécaniques des alliages de la famille des AA6xxx augmente avec la teneur en magnésium combiné au silicium pour former les composés intermétalliques Mg2Si ou Mg5Si6, en particulier après recuit des peintures, ce qui est bénéfique pour diminuer l’épaisseur des tôles et alléger les véhicules. Le magnésium contribue à l’accroissement de la limite d’élasticité à l’état T4, ce qui augmente l’effort d’emboutissage, ainsi que de la limite d’élasticité après cuisson des peintures, ce qui permet d’alléger la pièce de carrosserie. En particulier, le Mg amplifie la réponse à la cuisson des peintures qui est la différence entre la limite d’élasticité après cuisson des peintures avec la limite d’élasticité à l’état T4. Le Mg est compris d’environ 0,25% à environ 0,55%. Dans un mode de réalisation, le Mg est au minimum environ 0,30%, préférablement 0,35% environ, et/ou au maximum environ 0,50% préférablement 0,45% environ. Limiter la teneur en Mg permet de de maintenir une la limite d’élasticité basse à l’état T4, ce qui est favorable à la formabilité en évitant des efforts d’emboutissage trop important. Dans un mode de réalisation, les Mg est au minimum environ 0,45%, préférablement environ 0,50%. Ajouter du Mg permet d’améliorer la réponse à la cuisson des peintures et d’obtenir une limite d’élasticité plus importante après cuisson des peintures. Augmenter la teneur en Mg permet d’améliorer l’aptitude au recyclage en particulier des tôles plaquées dont le placage contient du Mg, comme par exemple l’AA4004 ou dont la partie centrale contient du Mg comme par exemple certains alliages divulgués par le brevet FR2797454.
Dans un mode de réalisation, la teneur en Mg est au minimum d'environ 0,25%, et au maximum d'environ 0,30% ou au maximum d'environ 0,35% ou au maximum d'environ 0,40% ou au maximum d'environ 0,45% ou au maximum d'environ 0,50% ou au maximum d'environ 0,55%. Dans un mode de réalisation, la teneur en Mg est au minimum d'environ 0,30%, et au maximum d'environ 0,35% ou au maximum d'environ 0,40% ou au maximum d'environ 0,45% ou au maximum d'environ 0,50% ou au maximum d'environ 0,55%. Dans un mode de réalisation, la teneur en Mg est au minimum d'environ 0,35%, et au maximum d'environ 0,40% ou au maximum d'environ 0,45% ou au maximum d'environ 0,50% ou au maximum d'environ 0,55%. Dans un mode de réalisation, la teneur en Mg est au minimum d'environ 0,40%, et au maximum d'environ 0,45% ou au maximum d'environ 0,50% ou au maximum d'environ 0,55%. Dans un mode de réalisation, la teneur en Mg est au minimum d'environ 0,45%, et au maximum d'environ 0,50% ou au maximum d'environ 0,55%. Dans un mode de réalisation, la teneur en Mg est au minimum d'environ 0,50%, et au maximum d'environ 0,55%.
Cr : Il peut être ajouté pour affiner les grains et stabiliser la structure. La diminution de la teneur en Cr permet d’améliorer la formabilité mesurée avec le LDH de par son effet polluant. Une teneur élevée permet d’améliorer la capacité au recyclage de l’alliage selon l’invention. En effet, les chutes et les déchets peuvent être pollués par des mélange avec de l’acier avec du Cr. Le Cr est au maximum d’environ 0,30%. Un compromis entre la formabilité et l’aptitude au recyclage est Cr + M +Fe <= environ 0,90%. Dans un mode de réalisation pour améliorer la formabilité, le Cr est au maximum environ 0,20%, préférablement environ 0,15%, préférablement environ 0,10%, préférentiellement environ 0,05%. Dans un mode de réalisation, le Cr est une impureté.
Ti : Une teneur maximum d’environ 0,15%, préférentiellement 0,10% est requise pour éviter les conditions de formation des phases primaires lors de la coulée verticale, qui ont un effet néfaste sur l’ensemble des propriétés revendiquées. Cet élément peut favoriser un durcissement par solution solide conduisant au niveau de caractéristiques mécaniques requis et cet élément a de plus un effet favorable sur la ductilité en service et la résistance à la corrosion. Dans un mode de réalisation la teneur en Ti est au minimum de 0,01% environ,
Dans un mode de réalisation, la teneur en Ti est au maximum d'environ 0,05% ou au maximum d'environ 0,10% ou au maximum d'environ 0,15%. Dans un mode de réalisation, la teneur en Ti est au minimum d'environ 0,01%, et au maximum d'environ 0,05% ou au maximum d'environ 0,10% ou au maximum d'environ 0,15%.
Zn : La teneur est au maximum d’environ 0,15%. Le Zn étant un élément d’addition dans les alliages d’aluminium, il est intéressant d’en accepter dans un but de recyclage des chutes et déchets d’aluminium en particulier des véhicules hors d’usage. En effet, le Zn est utilisé dans certains alliages de placage de certaines tôles plaquées, en particulier l’AA7072 avec un placage de 10% de l’épaisseur. Un autre alliage de placage contenant du Zn est divulgué par la demande WO02/55256. Compte tenu de la teneur en Zn de l’AA7072 ou de l’alliage de la demande pré citée, cette teneur ne limite pas l’utilisation de telles tôles plaquées pour réaliser l’alliage selon l’invention. Cependant, le Zn est réputé pour créer une sensibilité à la corrosion. Limiter la teneur en Zn peut donc améliorer la tenue à la corrosion. Dans un mode de réalisation préféré, le Zn est au maximum d’environ 0,10%. Dans un mode de réalisation, le Zn est au maximum d’environ 0,05%. Dans un mode de réalisation, le Zn est une impureté.
Les autres éléments sont typiquement des impuretés dont la teneur est maintenue inférieure ou égale à 0.05 % préférentiellement strictement inférieur à 0,05%, l’ensemble étant inférieur à 0,15%, le reste est l’aluminium.
La teneur en pollution constituée de Fe, Mn et Cr doit être contrôlée. Le terme pollution est utilisé pour indiquer que ces éléments peuvent dans certains cas être présents dans l’alliage selon l’invention en raison du recyclage. Cependant sans qu’ils soient liés à une théorie les présents inventeurs constatent que l’effet de ces éléments n’est pas néfaste et pourrait avoir un effet favorable inattendu sur les propriétés obtenues dans les proportions revendiquées. Augmenter la teneur en pollution permet d’augmenter l’aptitude au recyclage. Diminuer la teneur en pollution permet d’augmenter le LDH. Préférentiellement, un compromis est une teneur en polluant est au minimum d’environ 0,64% à au maximum environ 0,90%. Dans un mode de réalisation, la teneur en polluants est d’environ Cu +0,41% à environ Cu + 0,59%, préférentiellement d’environ 0,45% + Cu à environ 0,55% + Cu. Ce mode de réalisation est avantageux car il permet de maintenir une valeur élevée de LDH. Dans un mode de réalisation plus préféré, la teneur en polluant est supérieure à environ 0,70%, ce qui permet de d’augmenter l’aptitude au recyclage pour des tôles plaquées contenant du Cuivre.
Dans un mode de réalisation, la tôle selon l’invention a un LDH inférieur ou égal à 26,0 mm. Limiter le LDH est un compromis qui permet d’améliorer l’aptitude au recyclage de la tôle selon l’invention. Limiter le LDH est un compromis qui permet d’augmenter la quantité de polluants dans la tôle selon l’invention. Limiter le LDH est un compromis qui permet d’augmenter la limite d’élasticité de la tôle selon l’invention tant à l’état T4 qu’après cuisson des peintures. Dans un mode de réalisation, la tôle selon l’invention a un LDH supérieur ou égal à 24,0 mm préférentiellement supérieur ou égal à 24,5 mm, plus préférentiellement supérieur ou égal à 25,0mm, plus préférentiellement supérieur ou égal à 25,5mm. Augmenter la valeur du LDH permet d’améliorer la formabilité à l’emboutissage.
Dans un mode de réalisation, la tôle selon l’invention à une limite d’élasticité Rp0,2 à l’état T4 minimum de 100 MPa, préférablement 110MPa, plus préférablement 115 MPa et/ou a une limite d’élasticité Rp0,2 à l’état T4 maximum de 150MPa, préférablement 145 MPa, plus préférablement 140 MPa. Une limite d’élasticité à l’état T4 trop basse va limiter la limite d’élasticité après cuisson des peintures. Une limite d’élasticité à l’état T4 trop forte augmente l’effort d’emboutissage. Limiter le maximum de la limite d’élasticité à l’état T4 est un compromis qui permet d’améliorer la formabilité mesurée avec le LDH. Dans un sous mode de réalisation, la limite d’élasticité Rp0,2 à l’état T4 est au maximum de 135 MPa. Ce sous mode de réalisation est un compromis qui permet d’augmenter l’aptitude au recyclage.
Dans un mode de réalisation, la tôle selon l’invention à une limite d’élasticité Rp0,2 après cuisson des peintures minimum de 200 MPa, préférablement 210MPa et/ou a une limite d’élasticité Rp0,2 après cuisson des peintures maximum de 250MPa, préférablement 240 MPa. Augmenter la limite d’élasticité après la cuisson des peintures est avantageux pour diminuer l’épaisseur des pièces. Dans un sous mode de réalisation, la limite d’élasticité après cuisson des peintures est au maximum de 220 MPa, préférablement 215 MPa. Ce sous mode de réalisation est un compromis qui permet d’augmenter l’aptitude au recyclage.
Dans un mode de réalisation préféré, la tôle selon l’invention a une excellente résistance à la corrosion filiforme inférieure à environ 0,25 cm en moyenne selon l’EN 3665 après peinture et cuisson des peintures. La peinture comporte toutes les opérations connues en soi de préparation de surface, de cataphorèse puis de mise en peinture. La cuisson des peintures, connue également sous le terme de bake hardening, peut être simulée par un traitement à 170°C pendant 20 minutes.
Le procédé de fabrication des tôles selon l’invention comporte la coulée d’une plaque préférentiellement par coulée semi continue verticale suivi de son homogénéisation.
La plaque est coulée avec un alliage selon la composition précédemment décrite. L’alliage est préférentiellement élaboré en partie avec des chutes et des déchets, préférablement de tôles plaquées. Ces chutes et ces déchets de tôles plaqués peuvent également être un produit fini à recycler (des anciennes chutes selon l’EN 12258-1) dont une pièce est faite avec une tôle plaquée. Ceci est avantageux car ces produits finis sont généralement aussi constitués avec des pièces d’alliages très différents, sans que tous les composants soient nécessairement plaqués, par exemple d’alliages de la série 3xxx avec des alliages contenant du Zn, par exemple de la série 7xxxx ou par exemple divulgué par la demande EP1446511. Les chutes et les déchets de tôles plaquées peuvent être utilisés pour l’élaboration de l’alliage soit directement soit indirectement. L’utilisation indirecte est avantageuse quand les chutes et les déchets de tôles plaquées sont revêtues de peintures ou de vernis, ou quand les chutes et les déchets de tôles plaquées sont équipés de pièces en plastique. Dans ces cas il est préférable de les refondre dans des unités spécialisés, connues de l’homme du métier du recyclage, où le revêtement ou les pièces en plastiques seront correctement traités, par exemple en filtrant les fumées. L’utilisation directe est avantageuse car elle est simple et économique à organiser car elle consiste à charger les chutes et les déchets directement dans les fours de fusion pour élaborer l’alliage.
L’aptitude au recyclage est évaluée de la façon suivante. D’abord il faut calculer, estimer ou mesurer la composition moyenne des chutes ou déchets, préférentiellement de tôles plaquées, pour chaque élément. Puis, on calcule pour chaque élément le rapport en pourcentage entre le maximum de l’alliage de la tôle selon l’invention avec la teneur de l’élément dans la composition moyenne de chutes et déchets de tôles plaquées. L’aptitude au recyclage est la valeur minimum entre tous ces rapports. Cette aptitude au recyclage est donc le maximum de chutes et déchets de tôles plaquées que l’on peut mettre dans l’alliage de la tôle selon l’invention, la composition de l’alliage de la tôle selon l’invention étant obtenue par l’ajout d’aluminium primaire et/ou d‘élément d’addition.
L’augmentation de l’aptitude au recyclage permet de diminuer la quantité de CO2équivalent émis pour couler la plaque. Préférentiellement, la plaque est élaborée avec au moins 10% de chutes et déchets, préférentiellement au moins 20%, préférentiellement au moins 30%, préférentiellement au moins 39%, préférentiellement au moins 46%, préférentiellement au moins 48%. Dans un mode de réalisation, une aptitude au recyclage au maximum de 45% est un compromis qui permet d’améliorer la limite d’élasticité à l’état T4 ou après cuisson des peintures.
Les dimensions préférentielles des plaques selon l’invention sont de 200mm à 600mm d’épaisseur, de 1000 à 3000 mm de largeur et de 2000 à 8000 mm de longueur.
La plaque est homogénéisée typiquement à une température d’homogénéisation au-delà de la température de solvus de l’alliage, tout en évitant une fusion locale ou la brûlure pendant une durée au minimum 2 heures, préférentiellement 3 heures, plus préférentiellement 4 heures et au maximum de 7 heures, préférentiellement 6 heures, plus préférentiellement 5 heures. La température d’homogénéisation est préférentiellement au maximum de 580°C, préférentiellement 570°C, plus préférentiellement 560°C, plus préférentiellement 555°C, et au minimum de 540°C, préférentiellement 550°C. Une température trop forte ou trop faible dégrade les propriétés mécaniques de la tôle.
La plaque est ensuite transférée au laminoir à chaud. Optionnellement, elle est directement transférée de l’homogénéisation au laminage à chaud, la température pouvant diminuer de 5 à 35°C naturellement pendant ce transfert. Optionnellement, la plaque est refroidie de la température d’homogénéisation jusqu’à la température de début de laminage à chaud par un refroidissement forcé. Ce refroidissement forcé est préférentiellement réalisé avec une vitesse de refroidissement directe d’au moins 150°C par heure. Avantageusement la vitesse de refroidissement directe est d’au maximum 500°C/h. Le refroidissement peut typiquement être effectué par une machine telle que celle décrite par la demande WO2016012691. Préférentiellement ce refroidissement est fait en deux étapes, l’une d’aspersion et l’autre d’uniformisation. Optionnellement, ce refroidissement peut être effectué en deux passages dans la machine telle que celle décrite par la demande WO2016012691.
La plaque homogénéisée est ensuite laminée à chaud typiquement jusqu’à une épaisseur de 4 à 8 mm. La température de début de laminage à chaud est typiquement de 520 à 550°C. Optionnellement, la température de laminage à chaud après le refroidissement pré cité, est de 390°C à 510°C ou 490°C ou 470°C ou 450°C ou 430°C ou 410°C. Optionnellement, la température de laminage à chaud après le refroidissement pré cité, est de 410°C à 510°C ou 490°C ou 470°C ou 450°C ou 430°C. Optionnellement, la température de laminage à chaud après le refroidissement pré cité, est de 430°C à 510°C ou 490°C ou 470°C ou 450°C. Optionnellement, la température de laminage à chaud après le refroidissement pré cité, est de 450°C à 510°C ou 490°C ou 470°C. Optionnellement, la température de laminage à chaud après le refroidissement pré cité, est de 470°C à 510°C ou 490°C. Optionnellement, la température de laminage à chaud après le refroidissement pré cité, est de 490°C à 510°C.
L’évolution de la température entre le début et la fin du laminage à chaud découle du refroidissement par l’échange thermique usuel de la plaque avec l’air à la température ambiante de l’usine, avec les équipements du laminoir à chaud tels que par exemple, non limitatif, les cylindres ou les rouleaux de convoyage ainsi qu’avec les fluides de lubrification ou de refroidissement usuels et du réchauffement liés à l’énergie de déformation. Préférentiellement, la température de fin de laminage à chaud est de 350°C à 450°C.
La plaque laminée à chaud est ensuite laminée à froid, typiquement en une tôle de 0,7 à 1,5mm. Un recuit intermédiaire peut aussi avoir lieu entre deux étapes de laminage à froid. Le recuit peut avoir lieu dans un four statique ou dans un four continu.
La tôle est ensuite mise en solution typiquement à une température de mise en solution au-delà de la température de solvus de l’alliage, tout en évitant une fusion locale ou la brûlure puis trempée, préférentiellement dans un four continu. Une mise en solution trop froide et/ou une mise en solution trop courte dégradent les propriétés mécaniques mécanique de la tôle par une mise en solution insuffisante. Une mise en solution trop chaude provoque des brulures dégradant les propriétés mécaniques. Une mise en solution trop longue dégrade la productivité. De préférence la mise en solution dure de 15 secondes à 300s. La température de mise en solution est préférentiellement au minimum de 530°C et au maximum de 570°C.
Ensuite la tôle est trempée typiquement à une vitesse de plus de 30°C/s et mieux d’au moins 100°C/s avec de l’eau ou avec de l’air ou avec une combinaison successive d’eau ou d’air. Préférentiellement la tôle est trempée jusqu’à une température de 60 à 100°C. Une vitesse de refroidissement insuffisante dégrade les propriétés mécaniques de la tôle car la mise en solution est alors incomplète.
La tôle est ensuite réchauffée pour réaliser un pré revenu à une température de pré revenu de 60°C à 100°C pendant une durée de 2 à 16 heures. Le réchauffage est utile lorsque la tôle subit entre la trempe et le pré revenu un traitement de surface dont la température est inférieure à du pré revenu. Préférentiellement le pré revenu est obtenu par bobinage puis refroidissement jusqu’à la température ambiante, préférentiellement pendant au moins 40 heures. Le pré revenu permet d’améliorer la réponse à la cuisson des peintures qui est la différence entre la limite d’élasticité à l’état T4 et la limite d’élasticité après la cuisson des peintures.
La tôle pré revenue est à l’état T4 et mature ensuite à la température ambiante entre 72 heures et 6 mois. Cette étape est une contrainte liée au stockage avant la mise en forme. La tôle selon l’invention peut être mise en forme malgré la maturation.
La tôle selon l’invention est avantageusement utilisée pour la réalisation de pièces de caisse automobile. Dans un mode de réalisation la tôle selon l’invention est une tôle pour doublure, comme par exemple des doublures de portes ou de capots. Pour les pièces automobiles, en particulier les doublures, les épaisseurs sont comprises de 0,7 à 1,5mm. Une épaisseur inférieure à 0,7mm est trop mince pour assurer la rigidité du composant qui contient la doublure. Une épaisseur supérieure à 1,5mm rend trop lourd le composant qui contient la doublure pour l’utilisateur et le véhicule. Les doublures n’étant pas des pièces visibles de l’extérieur du véhicule, les tôles pour doublures n’ont pas un état de surface à l’état de livraison et après peinture comparable à celui des pièces extérieures de la carrosserie du véhicule. Dans un mode de réalisation, le cordage de la tôle selon l’invention au mieux de 1.
Exemples
La divulgation est encore plus illustrée par les exemples suivants. Ces exemples ne sont destinés qu'à illustrer l'invention et non à la limiter.
Des plaques de différentes compositions ont été coulées selon les alliages du tableau 1. L’alliage A est un alliage typique de la demande US20210108293. L’alliage B est un alliage typique en production pour fournir des tôles de carrosseries en alliage AA6016. Les exemples selon l’invention sont identifiés E et les contre-exemple par CE dans le tableau 1.
Si Fe Cu Mn Mg Cr Ti Zn Fe + Mn + Cr
A CE 2,32 0,29 0,18 0,49 0,48 0,01 0,05 0,78
B CE 1,11 0,22 0,13 0,12 0,44 0,01 0,05 0,35
C CE 1,54 0,24 0,42 0,55 0,38 0,01 0,06 0,80
D CE 1,49 0,25 0,19 0,56 0,70 0,01 0,05 0,81
E CE 1,56 0,23 0,64 0,54 0,38 0,01 0,06 0,78
F CE 1,51 0,25 0,42 0,56 0,73 0,01 0,05 0,83
G CE 1,89 0,24 0,42 0,89 0,42 0,01 0,05 1,14
H CE 1,50 0,49 0,17 0,59 0,41 0,01 0,05 1,09
I CE 1,47 0,49 0,38 0,58 0,41 0,05 0,05 1,12
J CE 1,91 0,24 0,61 0,53 0,41 0,01 0,05 0,78
K E 1,28 0,23 0,25 0,52 0,35 0,001 0,01 <0,01 0,75
L E 1,47 0,23 0,24 0,52 0,34 0,001 0,01 <0,01 0,75
M E 1,48 0,24 0,20 0,44 0,36 0,001 0,01 <0,01 0,68
N E 1,27 0,24 0,20 0,44 0,45 0,001 0,01 <0,01 0,68
L’aptitude au recyclage a été évaluée avec une tôle plaquée tel que divulguée par la demande WO02/40729 en choisissant un placage sur chaque face de l’âme de 10%. Dans une perspective de recyclage d’un telle tôle, on calcule la composition moyenne de la tôle plaquée dans le tableau ci-dessous.
Si Fe Cu Mn Mg Cr Ti Zn
partie centrale 0,19 0,19 0,62 1,33 0,01 0,002 0,09 0,039
placage 7,21 0,25 0,08
composition moyenne 1,59 0,20 0,50 1,08 0,01 0,002 0,07 0,03
L’aptitude au recyclage des différents alliages A à N est évaluée en calculant la quantité maximum de la composition moyenne calculée au tableau 2 ci-dessous pour chaque élément. Une valeur supérieure à 100% signifie que la tôle plaquée ne fournit pas la quantité de l’élément considéré donc que rien ne limite l’introduction de la tôle plaquée pour réaliser l’alliage pour l’élément considéré. Une valeur inférieure à 100% implique que la tôle plaquée fournit trop de l’élément considéré et qu’il faut limiter l’introduction de la tôle plaquée pour réalise l’alliage. Il est donc nécessaire de ne prendre en compte que le minimum sur tous les éléments pour chaque alliage évalué pour définir son aptitude au recyclage. Pour le Cr et le Ti, le calcul de l’aptitude au recyclage n’est pas fait avec la teneur en Ti et en Cr des alliages testés mais avec la valeur de 0.05% qui correspond au maximum conventionnel de 0.05% des impuretés.
Si Fe Cu Mn Mg Cr Ti aptitude au recyclage
A >100% >100% 36% 45% >100% >100% 69% 36%
B 70% >100% 25% 11% >100% >100% 69% 11%
C 94% 100% 84% 51% >100% >100% 69% 51%
D 94% 100% 38% 52% >100% >100% 69% 38%
E >100% 100% >100% 50% >100% >100% 69% 50%
F 94% >100% 84% 52% >100% >100% 69% 52%
G >100% 100% 84% 82% >100% >100% 69% 69%
H 94% >100% 35% 54% >100% >100% 69% 35%
I >100% 100% >100% 49% >100% >100% 69% 49%
J 94% >100% 76% 54% >100% >100% 69% 54%
K 81% >100% 49% 48% >100% >100% 69% 48%
L 92% >100% 48% 48% >100% >100% 69% 48%
M 93% >100% 40% 41% >100% >100% 69% 40%
N 80% >100% 39% 41% >100% >100% 69% 39%
Ces plaques ont été homogénéisées à la température de 555°C pendant 4 heures, puis laminées à chaud à une épaisseur de 6mm avec une température de début de laminage à chaud de 550°C puis laminées à froid en tôles d’épaisseur de 1mm. Ces tôles ont été ensuite mises en solution à une température supérieure à 530°C pendant 15s puis trempées jusqu’à la température de 60°C. Les tôles ont ensuite été pré revenues à 80°C pendant 16 heures.
Les propriétés mécaniques ont été testées à l’état T4. Les résultats sont dans le tableau 4. La dernière colonne est la limite d’élasticité de ces échantillons après 7 jours de maturation après simulation de cuisson des peintures (Bake hardening ou BH) avec un traitement de thermique de 170°C pendant 20 minutes. Le sens TL est le sens travers au sens de laminage.
T4, sens TL, maturation de 7 jours BH, sens TL
Ref LDH (mm) Rp0,2 (MPa) Ag (%) A (%) Rp0,2 (MPa)
A CE 24,1 150 21,3 24,9 240
B CE 26,1 124 23,9 27,3 215
C CE 23,7 123 22,0 24,8 211
D CE 24,4 166 22,1 25,5 256
E CE 24,2 130 22,6 25,8 214
F CE 24,1 166 22,9 26,3 254
G CE 23,8 135 20,3 22,8 230
H CE 23,9 140 22,0 25,6 237
I CE 23,3 131 21,2 23,3 223
J CE 24,4 146 21,6 24,4 227
K E 25,6 119 22,8 25,9 211
L E 25,6 131 23,5 27,3 217
M E 25,9 136 23,9 27,8 218
N E 25,6 138 23,2 26,8 238
La montre que les tôles selon l’invention K, L, M, N sont un bon compromis entre la formabilité et l’aptitude au recyclage. En effet la tôle B est un peu meilleure en formabilité mais avec une aptitude au recyclage très basse. Les autres tôles peuvent avoir une meilleure aptitude au recyclage mais avec une formabilité sensiblement diminuée.
La montre que les tôles selon l’invention K, L, M, N sont un bon compromis entre la formabilité et le niveau de pollution en Fe, Cr et Mn. En effet la tôle B est un peu meilleure en formabilité mais avec une un alliage de haute pureté avec une teneuse basse en pollution. Les autres tôles contiennent une plus forte teneur en polluants Fe, Cr et Mn mais avec une formabilité sensiblement diminuée.
Les figures 3 et 4 montrent que les tôles selon le compromis entre LDH (formabilité) et Rp0,2 à l’état T4 (effort de mise en forme) et entre LDH et Rp0,2 après simulation de cuisson des peintures (BH ou bake hardening). Les tôles K, L, M et N présentent un meilleur compris que les autres tôles (sauf la tôle B mais la tôle B n’est pas selon l’invention du fait de de sa faible teneur en l’un des polluants qu’est le Mn). Les tôles K et L ont un niveau de formabilité similaire aux tôles M et N grâce à la teneur en Cu qui compense le niveau en pollution de Mn + Cr + Fe.
La montre deux compromis avantageux différents entre aptitude au recyclage et limite d’élasticité à l’état T4 et après cuisson des peintures. La tôle N présente de meilleures limites d’élasticité à l’état T4 et après cuisson des peintures et une aptitude au recyclage un peu plus faible. La tôle L présente une meilleure aptitude au recyclage et des limites d’élasticité à l’état T4 et après cuisson des peintures un peu plus faibles.
Les tôles K et L présentent une meilleure aptitude au recyclage grâce à une teneur plus élevée en Mn que les tôles M et N.
La tôle N permet d’obtenir la meilleure limite d’élasticité après cuisson des peintures par l’augmentation du Mg par rapport à la tôle M tout en maintenant une limite d’élasticité à l’état T4 comparable à la tôle M en diminuant la teneur en Si. La teneur en Mn inférieure à 0,50% permet de compenser l’effet de durcissement à l’état T4 pour maintenir le niveau de LDH.
Les tôles de A à J ont été soumises à un test de corrosion filiforme suivant la norme EN3665. A cet effet les échantillons ont subi les traitements de surface et de peinture connus de l’homme du métier. Les échantillons ont ensuite subi le traitement thermique de cuisson des peintures de 170°C pendant 20 minutes. Les échantillons ont été ensuite rayés dans le sens long de laminage (L) et le sens travers long, perpendiculaire au sens de laminage. (TL). Les résultats de l’essai de corrosion filiforme sont donnés dans le tableau ci-dessous.
Réf. Moyenne sens TL (cm) Max TL (cm) Moyenne sens L (cm) Max L (cm)
A 0,12 0,33 0,09 0,23
B 0,22 0,75 0,16 0,41
C 0,54 1,10 0,36 0,64
D 0,21 0,73 0,16 0,40
E 0,65 1,16 0,46 0,71
F 0,74 1,34 0,49 0,76
G 0,70 1,33 0,38 0,66
H 0,09 0,33 0,08 0,28
I 0,72 1,20 0,46 0,72
J 0,47 1,02 0,29 0,51
K 0,19 0,62 0,11 0,25
L 0,11 0,40 0,08 0,26
M 0,21 0,66 0,12 0,28
N 0,19 0,68 0,11 0,23
Seuls les échantillons A, B D, H, K, L M et N dont la teneur en cuivre est inférieure à 0.37% ont une tenue à la corrosion à la corrosion filiforme avec une longueur moyenne inférieure à 0,25cm.
Les tôles B, H, K, L M et N ont également été caractérisées après une maturation de 90 jours. Les tôles restent peu sensibles à la maturation.
T4, sens T, maturation de 90 jours BH, sens T
Rp0,2 (MPa) Rm (MPa) Ag (%) A (%) BH Rp0.2
B 142 269 23,3 28,5 210
H 152 296 21,4 26,5 231
K 131 271 22,0 26,0 209
L 140 281 22,9 27,5 209
M 144 284 22,8 27,3 213
N 150 289 22,5 27,0 228

Claims (11)

  1. Tôle en alliage d’aluminium de composition, en % en poids :
    Si : environ 1,25% – environ 1,55%,
    Fe : <= environ 0,60%,
    Cu : <= environ 0,37%,
    Mn : environ 0,22% – environ 0,65%,
    Mg : environ 0,25% – environ 0,55%,
    Ti : <= environ 0,15%,
    Cr <= environ 0,30%,
    Cr + Mn +Fe : <= environ 0,90%,
    Zn <= environ 0,15%,
    autres éléments : chaque < =0,05%, ensemble < = 0,15%,
    reste : Al.
  2. Tôle selon la revendication 1 caractérisée en ce que Cu <= environ 0,32%, préférablement environ 0,27%, plus préférablement 0,25%.
  3. Tôle selon la revendication 1 ou 2 caractérisée en ce que Mn >= environ 0,30%, préférentiellement environ 0,35%, préférentiellement environ 0,40%, et/ou Mn environ <= 0,60%, préférentiellement environ <= 0,55%.
  4. Tôle selon l’une des revendications 1 à 3 caractérisée en ce que Mg >= environ 0,30%, préférentiellement environ 0,35% et/ou Mg <= environ 0,50%, préférentiellement environ 0,45%.
  5. Tôle selon l’une des revendications 1 à 4 caractérisée en ce que Cr <= environ 0,15%, préférentiellement environ < 0,10%, préférentiellement <= environ 0,05%.
  6. Tôle selon l’une des revendications 1 à 5 caractérisée en ce que Ti <= environ 0,10%, préférentiellement Ti <= environ 0,05% ou Ti >= environ 0,01%,
  7. Tôle selon l’une des revendications 1 à 6 caractérisée en ce que Zn <= environ 0,10%, préférentiellement Zn <= environ 0,05%.
  8. Tôle selon l’une des revendications 1 à 7 caractérisée en ce que Si <= environ 1,50% et/ou >= environ 1,30% ; préférablement environ 1,35%, préférablement environ 1,40%.
  9. Tôle selon l’une des revendications 1 à 8 caractérisée en ce que la tôle a un LDH inférieure ou égale à 26.0mm et/ou supérieure ou égale à 24,0mm, préférentiellement supérieure ou égale à 24,5mm préférentiellement supérieure ou égale à 25,0mm, le LDH étant mesuré avec une tôle d’épaisseur de 1 mm à l’état T4.
  10. Tôle selon l’une des revendications 1 à 9 caractérisée en ce que la tôle a une limite d’élasticité Rp0,2 à l’état T4 minimum de 100 MPa, préférablement 110MPa, plus préférablement 115 MPa et/ou a une limite d’élasticité Rp0,2 à l’état T4 maximum de 150MPa, préférablement 145 MPa, plus préférablement 140 MPa
  11. Procédé de fabrication de la tôle selon les revendications 1 à 10 comprenant les étapes successives :
    1. Elaboration d’un alliage, préférentiellement comprenant des chutes et des déchets préférentiellement de tôles plaquées,
    2. Coulée de l’alliage en une plaque, préférentiellement par coulée verticale semi continue,
    3. Homogénéisation de la plaque à une température d’homogénéisation, préférentiellement comprise de 540°C à 580°C, préférentiellement supérieure à 550°C,
    4. Laminage à chaud de la plaque,
    5. Laminage à froid de la plaque laminée à chaud,
    6. Mise en solution puis trempe,
    7. Pré revenu à une température de pré revenu de 60 à 100°C pendant une durée de 2 à 16 heures, préférentiellement obtenue par bobinage puis refroidissement jusqu’à la température ambiante,
    8. Maturation de 72 heures à 6 mois.
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