WO1995014113A1 - Alliage de type aluminium-silicon-magnesium a ductilite et emboutissabilite ameliorees et procede d'obtention - Google Patents

Alliage de type aluminium-silicon-magnesium a ductilite et emboutissabilite ameliorees et procede d'obtention Download PDF

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  • the mechanical characteristics are too low; if Si> 1.3%, coarse primary compounds appear and impair formability.

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Abstract

L'invention concerne des alliages d'aluminium type Al-Si-Mg à ductilité et emboutissabilité améliorées, utilisés sous forme de tôles ou bandes, ainsi qu'un procédé d'obtention de ceux-ci. Les tôles ou bandes sont particulièrement destinées à l'emboutissage et en particulier à la carrosserie automobile. L'alliage revendiqué possède la composition chimique suivante (en poids %): de 0,1 à 0,8 Mn; de 0,25 à 0,8 Mg; de 0,5 à 1,3 Si; jusqu'à 0,9 Cu; jusqu'à 0,5 Fe; jusqu'à 0,5 (chacun) et 0,15 (au total) d'autres éléments; reste Al. Ces tôles et bandes sont obtenues par coulée, laminage à chaud dans des conditions de réchauffage et de laminage particulières, laminage à froid, mâturation, formage et cuisson des revêtements, un pré-revenu étant éventuellement pratiqué entre trempe et mâturation.

Description

ALLIAGE DE TYPE AI_UMIOTXIM-SILICC»^MAGNESIUM A DUCTILITE ET EMI_OOTISSABILITE AlV_EîLIOREES ET PROCEDE D' OBTENTION
L'invention concerne des alliages d'aluminium type Al-Si-Mg à ductilité et emboutissabilité améliorées, utilisés sous forme de tôles ou bandes, ainsi qu'un procédé d'obtention de ceux-ci. Les tôles ou bandes sont particulièrement destinées à 1 'emboutissage et en particulier à la carrosserie automobile.
Pour une,résistance mécanique donnée, la ductilité et 1 'emboutissabilité sont les caractéristiques essentielles des tôles ou bandes destinées à être mises en forme à froid, avant revêtements superficiels telles que la peinture et "cuisson" de ceux-ci.
Les alliages classiques utilisés dans ce domaine, tels que les alliages 6009, 6016, 6111, selon la désignation de l'Aluminium Association présentent encore des caractéristiques mécaniques d'utilisation et de formabilité insuffisantes.
L'alliage selon l'invention contient (en poids %) : de 0,1 à 0,8 Mn de 0,25 à 0,8 Mg de 0,5 à 1,3 Si jusqu'à 0,9 Cu jusqu'à 0,5 Fe jusqu'à 0,5 (chacun) et 0,15 (au total) d'autres éléments reste : Al .
Cependant une composition préférentielle est la suivante : de 0,15 à 0,65 Mn de 0,3 à 0,6 Mg de 0,7 à 1,2 Si de 0,1 à 0,5 Cu jusqu'à 0,4 Fe reste Al + impuretés inévitables. La composition préférée est la suivante : de 0,25 à 0,45 Mn de 0,3 à 0,5 Mg de 0,85 à 1,10 Si de 0,1 à 0,3 Cu jusqu'à 0,3 Fe reste: A1+ impuretés inévitables.
On sait que la présence de Mn est favorable à la résistance mécanique et à la déformabilité; cette action est sensible au-delà de 0,1%; cependant au-delà de 0,8% Mn, il y a formation de composés (Al,Mn,Fe) grossiers qui nuisent à la formabilité. La demanderesse a aussi trouvé que des teneurs élevées en Mn conduisent à une homogénéisation de la déformation microscopique, ce qui est favorable à une bonne répartition des déformations.
Pour des valeurs de Mg inférieures à 0,25%, la limite élastique après cuisson des revêtements est trop faible; pour les valeurs supérieures à
0,8%, la formabilité devient insuffisante et la maturation trop rapide.
Si la teneur en Si est inférieure à 0,5%, les caractéristiques mécaniques sont trop faibles; si Si > 1,3%, des composés primaires grossiers apparaissent et nuisent à la formabilité.
Si la teneur en Cu est supérieure à 0,9%, la tenue à la corrosion
(intercristalline) est insuffisante.
Si la teneur en Fe est supérieure à 0,5%, il en résulte une précipitation grossière néfaste à la formabilité. —
Le procédé de fabrication habituellement utilisé comporte les opérations suivantes :
- coulée d'un alliage de composition donnée sous forme de lingots ou de bandes
- homogénéisation éventuelle
- réchauffage et laminage à chaud
- laminage à froid
- mise en solution
- mi se en forme à froid à l ' état T4
- revêtement superfi ci el éventuel et sa "cui sson" , par exempl e une peinture (laquelle contribue au durcissement de l'alliage) -voir exemple US 4614552, US 4784921, US 4840852, WO 87/02712.
La demanderesse a trouvé que cette gamme pouvait être simplifiée et/ améliorée, d'une part en réduisant l'étape d'homogénéisation à réchauffage avant laminage à chaud, ou d'autre part, en introduisant u trempe rapide et une étape de pré-revenu après trempe et ava maturation.
Ainsi, le procédé selon l'invention, comportant les opérations de coulé réchauffage, laminage à chaud et éventuellement à froid, mise en soluti et trempe, maturation et éventuellement revêtement superficiel "cuisson" de celui-ci, est caractérisé en ce que la température réchauffage avant laminage à chaud et la température d'entrée au lamino à chaud est comprise entre 460 et 520°C.
Une montée en température à une vitesse comprise entre 10°C/h et 150°C et une température de maintien limitée entre 460°C et 520°C conduisent effet à un maximum de la densité volumique des précij stés, au Mn Al(Fe,Mn)Si leur taille maximale est inférieure à 0,2 »m et leur tail médiane est inférieure à 0,07 »m.
Après montée en température, la durée de maintien en température e comprise entre 30 min et 24 h. La température de fin de laminage à chaud est de préférence inférieure 400°C et même 350°C.
Les fins précipités au manganèse subsistent jusqu'au stade final, et demanderesse émet l'hypothèse que la présence de ceux-ci est à l'origi de l'amélioration des caractéristiques de mise en forme à froid.
La mise en solution est de préférence réalisée entre 520 et 570°C et particulier, entre 550 et 570°C, pendant 5 min à 1 h. La vitesse moyen de trempe est de préférence supérieure à 100°C/sec.
Pour les faibles durées de maintien, un four à passage peut être utilis Typiquement l'alliage mûrit à l'ambiante et atteint une dureté stationnaire en 15 jours environ, état dans lequel il est apte à subir des mises en forme.
Après formage et éventuellement un revêtement de surface, l'alliage peut subir un durcissement par revenu au cours du traitement de cuisson du revêtement (vers 180°C pendant 30 min). Il a cependant été remarqué que dans le cas d'un alliage homogénéisé de façon classique, la pratique d'un pré-revenu entre 70 et 150°C pendant 0,5 à 5 h après la trempe conduit à une augmentation notable du coefficient d'écrouissage n (après maturation) et à une augmentation significative des caractéristiques de résistance mécanique (après cuisson des revêtements). Le coefficient d'écrouissage est égal à n = d(Lnςr-)/d £. , <j— étant la contrainte de Von Misés et cl. la déformation équivalente de Von Misés pour des déformations en traction comprises entre 5 et 20% (C=Ln (l/lo)).
La figure 1 représente les évolutions du coefficient d'écrouissage n à l'état mûri en fonction de la limite élastique à l'état durci avec et sans pré-revenu, dans les conditions reportées à l'Exemple 2.
L'invention sera mieux comprise à l'aide des exemples suivants :
Exemple 1
Les alliages dont la composition est reportée au Tableau I ont été
2 élaborés en lingots, de 1,25x0,6 m de section, scalpés, réchauffés
(vitesse de montée : 46°C/h; température de maintien: 480°C) et laminés à chaud avec une température d'entrée de 480°C et une température de sortie de 310°C jusqu'à une épaisseur de 4mm, puis à froid jusqu'à une épaisseur de 1,2mm.
La mise en solution en four à passage a été effectuée dans les conditions données au Tableau II, refroidissement brouillard puis les tôles ont subi un vieillissement de 15 jours à la température ambiante avant essais.
Les caractéristiques mécaniques (sens long) et les déformations à rupture . f en expansion biaxiale obtenues sont reportés au Tableau III. Le test d'expansion biaxiale consiste à déformer une tôle 300x300x1,2 mm maintenue par un flan circulaire de diamètre 250 mm par une pression hydraulique. La déformation est mesurée au sommet du dôme formé. On peut constater que l'alliage suivant l'invention présente des caractéristiques de formabilité améliorées par rapport à celles des alliages obtenus selon l'art antérieur. On constate également un léger durcissement qui n'est pas spécifiquement recherché dans l'invention.
Les précipités au Mn ont une taille médiane à 0,06 nm avec une dimension maximale de 0,18 uni. *
TABLEAU I
Figure imgf000007_0001
TABLEAU II
Figure imgf000007_0002
TABLEAU I I I
Figure imgf000008_0001
* selon l 'invention.
Exemple 2
Un alliage de composition pondérale suivante (en %)
Si: 1,08 Fe: 0,10 Cu : 0,05 Mn: 0,38 Mg: 0,40 a été coulé en plateaux de 1,25 x 0,6 m , homogénéisé à 520°C pendant
33 h, laminé à chaud jusqu'à 4 mm d'épaisseur entre 494 et 304°C, laminé à froid jusqu'à 1,2 mm d'épaisseur, mis en solution dans un four à air avec une montée en 30 min à 560°C et maintien de 5 min à cette température et trempe à l'eau à 20°C
10 min après la trempe, des échantillons ont subi un pré-revenu de 2 h à
100°C, d'autres échantillons de comparaison n'étant pas traités.
Les essais de traction ont été effectués 14 jours après la trempe et certains échantillons ont été contrôlés après un revenu de 30 min à
180°C, simulant les conditions de cuisson des revêtements.
Les résultats obtenus sont reportés sur le Tableau IV ci-après et représentés graphiquement sur la figure 1.
On peut constater les effets bénéfiques du pré-revenu sur le coefficient n à l'état mûri (T4) et sur les caractéristiques mécaniques après cuisson des revêtements.
Figure imgf000009_0001
Exemple 3
Des produits ont été traités conformément à l'Exemple 2, sauf en ce qui concerne différentes vitesses de refroidissement lors de la trempe.
Les résultats obtenus sont reportés au Tableau V.
TABLEAU V
Figure imgf000010_0001
580 140 I 271 I 32,4 I 24,4 I 161
1
On constate que les vitesses de trempe élevées sont nettement favorables à l'obtention des caractéristiques mécaniques élevées à l'état durci, 0 avec une augmentation de l'allongement réparti à l'état T4.

Claims

REVENDICATIONS
1. Alliage d'aluminium pour bandes et tôles destinées à l'emboutissage caractérisé en ce qu'il contient en poids % : de 0,1 à 0,8 Mn de 0,25 à 0,8 Mg de 0,5 à 1,3 Si jusqu'à 0,9 Cu jusqu'à 0,5 Fe jusqu'à 0,5 (chacun) et 0,15 (au total) d'autres éléments reste Al .
2. Alliage selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il contient : de 0,15 à 0,65 Mn de 0,3 à 0,6 Mg de 0,7 à 1,2 Si de 0,1 à 0,5 Cu jusqu'à 0,4 Fe.
3. Alliage selon la revendication 2 caractérisé en ce qu'il contient : de 0,25 à 0,45 Mn de 0,3 à 0,5 Mg de 0,85 à 1,10 Si de 0,1 à 0,3 Cu jusqu'à 0,3 Fe.
4. Alliage suivant l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce qu'il contient des précipités au Mn, type Al (Mn, Fe) Si, dont la taille médiane est inférieure à 0,07 »m et la taille maximale inférieure à 0,20 »m.
5. Méthode d'obtention de tôles ou bandes en alliage d'Al suivant l'une des revendications 1 à 4, comportant un réchauffage et un laminage à chaud (et éventuellement à froid), une mise en solution et trempe et une maturation à la température ambiante caractérisée en ce que la température de réchauffage et de début de laminage à chaud est comprise entre 460 et 500°C.
6. Méthode selon la revendication 5 caractérisée en ce que la durée de maintien à température est comprise entre 30 min et 48 h.
7. Méthode selon l'une des revendications 5 ou 6 caractérisée en ce que la vitesse de montée en température est comprise entre 10°C/h et 150°C/h.
8. Méthode selon Tune des revendications 5 à 7 caractérisée en ce que la température de fin de laminage à chaud est inférieure à 400°C, et de préférence inférieure à 350°C.
9. Méthode selon Tune des revendications 5 à 8 caractérisée en ce que la mise en solution a lieu entre 520 et 570°C, pendant 5 min à 1 h.
10. éthode selon Tune des revendications 5 à 9 caractérisée en ce que la maturation à l'ambiante est au moins de 15 jours.
11. éthode d'obtention de tôles ou bandes en alliage d'Al suivant Tune des revendications 1 à 4 comportant au moins une homogénéisation ou un réchauffage des lingots, un laminage à chaud (et éventuellement à froid), une mise en solution et trempe, une maturation, une mise en forme et un traitement de cuisson des revêtements caractérisée en ce qu'un pré-revenu est pratiqué entre la trempe et la maturation.
12.Méthode selon la rev.ll caractérisée en ce que le pré-revenu est effectué dans un domaine de température allant de 70 à 150°C, pour une durée comprise entre 0,5 et 5 heures.
13.Méthode d'obtention d'une tôle ou bande d'alliage d'Al suivant Tune des revendications 11 ou 12 caractérisée en ce que la vitesse moyenne de refroidissement lors de la trempe est supérieure à 100°C/sec
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