Brevet FR2004635A1 — publié le 19691128

i 2004635 î*i présente invention aonoeme xm. conducteur éleatriçpt F2P~ fectioxmé , et plus particulièrement ua nouvel sillage d'alusîiaiuia caractérisé par une résistance Eiécanique élevée et une conduetivité électrique remarquablement vée » 5 une cGnductivité électrique élevée et Me graads résistance à la traction sont deuz: conditions essentielles pour les conducteurs électriques» car la eonductivité électrique est une earae~ téristique fondamentale dsun conducteur en aluminium et une gran-' de résistance à la traction est nécessaire pour réduire le aoete® 10 de poteacx ou de silènes d8uîîe ligne &e tr^sport de soursat électrique dans le cas des lignes aériennesD En ce que concerne les conducteurs en aluainlua, la conduc-tivité électrique augmente avec la pureté de- lsalliage, amis il en résulte une dinoinution de la résistance à la traction. I»!alu« 15 m-tni-.im d'une grande pureté a taae eoaduetîvité éXeeèr-Icme mi peu supérieure à (tèjé ds la ccasductivité du ®uivre=î^pe raeuit d© la spécification internationale, tandis qu© la spécification industrielle pour la conductivité miniaale de l^alutaîniuia de qualité électrique EC suivant la norme 1SM 230 est de 610 de la conduc-20 tivité du cuivre-type recuit* Cependant, en raison de la faible résistance à la traction de icalnartniua de grande pureté et de l'altniniuja de la qualité EG, il est uéeessaire, par .exemple, d'utiliser des torons de fils d'alusialua de qualité ES H-19(H-19 désignant lfétat écroui dur suivant la norae citée) avec une âme 25 en acier de grande résistance mécanique, ou bien dsincorporer des éléiaents d'alliage dans l'aluminium pour obtenir la résistance mécanique nécessaire, mais avec une perte correspondante de la conductivité électrique. Des alliages pour conducteurs électriques à base d'aluminium 30 contenant; différents éléiaents d8alliage -sont bien connus, par exemple l'alliage d'aluminium 6201 (suivant les normes USAS) qui contient 0,50 à 0,9$ de silicium, 0,6 à û# §fi de magnésium, un maximum de 0- 5# de bore, un ïaaxiiama de 0,50> de fer, de 0,10$ de cuivre, de 0^,03# de manganèse^, de 0,03# de cbroaie et de 0,10$ de 35 zinc comme impuretés, d:autres impuretés ne dépassant pas chacune 0,03# et formant au total moins de 0,1Û&, le reste étant de l'aluminium, et l'alliage 5005 (suivant les mêmes normes), contenant 0,50 à 1,1# de magnésium et un maximum de 0,40# de silicium, de 0,7# de fer, de 0,20# de manganèse, de 0,20# de cuivre, de 0,10# Bad original 69 08314 2 2004635 de. chrome et- de 0,25$ de zinc cornas impuretés et •:l8gs,tztess 2jepas?e-fcés chacune ne dépassant pas 0,05$ et formant su total moins de Q$15?>» le reste étant de l'aluminium. Ces alliages sont en général caractérisés par des résistan-5 ces mécaniques élevées* mais les conductivitês électriques sont considérablement plus faibles que celles de 1'aluminium de grande pureté ou de l'aluminium de qualité 1G. Par exemple, la résistance à la traction de l'alliage d'aluminium 6201 est êe 1?occire de 32,5 kg/jam2 à l'état écroui dur T-81 suivant la norme IFSâS H-35A 10 (1967} qui concerne le traitement de l'alliage» mais sa conductivité électrique est seulement d'environ 53 à 55# de celle du «uivre-type recuit. L'augmentation de la résistance â la traction est ainsi obtenue avec une diminution de la ocoâ&ativl-ïrê électrique. 15 II est par suite hautement désirable d'obtenir une conduc tivité électrique élevée plus favorable, comparable" à celle de l'aluminium pur commercial, avec en même temps une résistance mécanique aussi élevée que possible dans un alliage à base ^aluminium. Les traitements industriels îsabituels cies alliages à base 20 d'aluminium utilisés comme conducteurs électriques» par exemple sous la forme de fils conducteurs ne permettent pas d'obtenir une telle combinaison de caractéristiques et par suite, il est hautement désirable de disposer d'un procédé permettant de l'obtenir. 25 La présente invention a pour objet d'obtenir un «illiage d'aluminium d'une grande résistance mécanique avec line conductivité électrique supérieure par un procédé permettant d'atteindre ce but d'une façon simple et relativement peu coûteuse. L'invention a aussi pour objet les alliages à base d'alu-30 minium obtenus par le procédé. D'une façon générale» la présente invention peut être utilisée pour une classe étendue d'alliages à base d'aluminium dans lesquels : A. les constituants d'alliage restent principalement en solution 35 solide quand l'alliage est refroidi Jusqu'à la température ambiante après la soûlée» ou dont les constituants d*alliage peuvent passer en solution du fait d'un traitement thermique et être maintenus en solution à la température ambiante par un refroidissement rapide; BAD ORIGINAL 69 08314 2004635 B. la solubilité en solution solide à l'équilibre des additifs d'alliage est relativement faible à la température ambiante, avec line augmentation de la solubilité avec l'augmentation de la température; 5 C. les quantités d'additifs d'alliage sont au-dessus des limites de solubilité à la température ambiante. D'une façon générale, le procédé selon la présente invention consiste principalement : A. à former un alliage à base d'aluminium contenant de l'alumi-10 nium et au moins un additif d'alliage pratiquement en solution en quantité comprise entre 0,1 et 1,5# en poids, le total de ces additifs ne dépassant pas 3,0# en poids et l'additif d'alliage étant soluble en quantité supérieure à 0,25# dans l'aluminium, l'alliage étant tel qu'il ne se produise pas de trans-15 formation eutectique au dessous de 204°C. B. à déformer à froid l'alliage avec une réduction d'au moins 15# C. à chauffer cet alliage à une température comprise entre 204°C et 400°C pendant au moins 20 minutes; D. à refroidir l'alliage; 20 E. et à réduire l'alliage à la dimension voulue à une température comprise entre la température ambiante et moins de 260°C. Si désiré, un traitement thermique de stabilisation peut être effectué à une température comprise entre 93 °C ou 204°C après l'étape (E). 25 Les additifs d'alliage les plus courants utilisés selon l'in vention, sont le cuivre, le magnésium, le silicium, le cadnium, l'antimoine, le bismuth, l'étain, le zirconium, le tantale, le ticane et/ou le chrome, bien que d'autres éléments puissent aussi être utilisés. 30 Les additifs d'alliage ont normalement un diamètre atomique ne dépassant pas 15# du diamètre atomique de l'aluminium et une limite de solubilité dans l'aluminium inférieure à 0,5# en poids à 204°C, bien que- ce ne soit pas le cas pour certains éléments tels que le magnésium et le silicium. Plus particulièrement, le 35 silicium ne satisfait pas à la limite de 15# du diamètre atomique et le magnésien ne satisfait pas à la limite de solubilité de 0,5# en poids a 204°C. Cependant, quand le magnésium et le silicium sont en combinaison dans l'aluminium sous la forme de sili-ciure la limi" de solubilité est inférieure à 0^,5# en poids à 204°C. BAD ORIGINAL 69 08314 4 2004635 Il est essentiel que l'alliage contienne les additifs d'alliage sensiblement en solution avant l'opération de déformation à froid (B) et l'opération de traitement thermique (C). Le maintien des constituants d'alliage en solution peut être obtenu par 5 refroidissement rapide direct de la billette après la coulée, ou bien les constituants d'alliage peuvent être redissous par une opération d'homogénéisation consécutive suivie d'un refroidissement rapide pour maintenir une quantité maximale en solution. Si désiré, la billette peut être refroidie lentement après 10 la coulée, être déformée jusqu'à une épaisseur, intermédiaire et être soumise ensuite à un traitement de mise en solution, c'est-à-dire être chauffée à une température à laquelle les constituants d'alliage précipités pendant le refroidissement lent après la coulée sont redissous dans la matrice d'alliage, l'alliage ainsi 15 traité étant ensuite refroidi rapidement pour maintenir en solution une quantité maximale. L'alliage peut ensuite être à nouveau déformé avec réduction d'au moins 15# d'après l'étape (B), être chauffé à nouveau à une température comprise entre 204°C et 400°C suivant l'étape (C) et être ensuite traité d'après les étapes 20 (D) et (E). Un refroidissement normal à l'air de la masse coulée, de la billette ou du produit obtenu après déformation, peut être suffisamment rapide pour maintenir substantiellement les constituants d'alliage en solution, suivant la section transversale du produit 25 refroidi. Une vitesse de refroidissement d'au moins 28°C à 42°C à l'heure est nécessaire. L'expression "déformation à froid" concerne normalement une déformation à la température ambiante, mais cependant, elle peut aussi être effectuée à une température plus élevée du moment 30 qu'elle reste inférieure à la température de recristallisation de l'alliage particulier travaillé. Cependant, la déformation à des températures supérieures à la température ambiante nécessite un taux de réduction plus important pour assurer la déformation interne nécessaire. 35 Le but de la déformation à froid de l'étape (B) et du chauf fage consécutif de l'étape (C) est de provoquer la précipitation de ceux des constituants d'alliage dépassant leur limite de solubilité dans l'alliage à la température ambiante et qui sont sensiblement en solution dans la matrice de l'alliage. La déformation 69 08314 5 2004635 à froid de l'alliage produit une structure d?alliage instable contenant des constituants d'alliage en solution solide. Le chauffage consécutif de la structure déformée à me température intermédiaire de l'étape (C) permet la nucléatîon dans l'alliage 5 sursaturé instable et la précipitation pour approcher de l'équilibre pour l'augmentation de la conductivité électrique. Le taux initial de déformation à froid influe sur la température et la durée nécessaires du traitement thermique intermédiaire de l'étape (C) pour n'importe quel alliage particulier, et 10 il détermine aussi les valeurs résultantes de conductivité électrique et de résistance à la traction. Par exemple, un alliage sévèrement déformé à froid répond à une température plus basse, mais il nécessite un temps plus long à cette température pour le développement d'une conductivité électrique sensiblement égale à 15 celle d'un alliage ayant subi une déformation à froid plus faible mais cependant de façon correspondante un temps plus réduit à une température supérieure de traitement thermique. Après le traitement thermique da l'étape (C) et le refroidissement de l'étape (D), l'alliage est à nouveau déformé ou ré-20 duit d'après l'étape (E) à la dimension désirée à la température ambiante pour développer la résistance à la traction voulue parce que l'alliage est à ce moment essentiellement recuite Si désiré, la déformation de l'étape (E) peut avoir lieu à une température supérieure à la température ambiante, mais inférieure à 260°0, 25 c'est-à-dire modérément élevée,, à la fois pour développer "là résistance à la traction et pour provoquer une certaine précipitation supplémentaire des constituants d'alliage et par suite pour augmenter encore la conductivité électrique L'invention est illustrée plus particulièrement par les exemples suivants ? 35 Exemple 1 Une billette de 51 2 51 s 180 mm contenant en poids à l'analyse 0,4-9# de cuivrea 0,1 Y# de fer, et 0^06$ de silicium est coulée, traitée à chaud pour la solution à 640°C pendant 2 heures, bad original' 69 08314 6 2004635 et ensuite refroidie à l'eau. La conductivité de la billette traitée à chaud pour la solution après la coulée est de 57*5$ de la conductivité du cuivre-type recuit, mesurée sur- un appareil de mesure de la conductivité Magnatest FM-100. La billette traitée à 5 chaud pour la solution est ensuite traitée pour déterminer les s propriétés pouvant être atteintes par un traitement nomeal, c8est-à-dire que la billette est laminée à froid pour obtenir une barre à étirer d'un diamètre de 9,5 mm, le seul chauffage étant celui résultant normalement du travail à froid. La barre est ensuite à 10 nouveau étirée à un diamètre de fil de 3,7 ami.» soit avec uïie réduction totale de 99*6% à partir de la billette. La conductivité du fil après cette réduction de 56,7$ de celle du cuivre-type recuit, (mesurée avec un pont de Kelvin) et une résistance à la rupture de 33 kg/mm . 15 Exemple 2 - Uné billette de 51 x 51 x 180 mm, contenant en poids à l'analyse 0,48$ de cuivre, 0,15$ de fer et 0,06$ de silicium est coulée, traitée à chaud pour la solution à 640cG pendant 2 heures et ensuite refroidie à l'eau. La conductivité de la billette tr-al-20 tée à chaud pour la solution après la coulée est de 57*5$ de la conductivité du cuivre-type recuit, cette conductivité étant mesurée sur un appareil de mesure de la conductivité Bagaatest BM-1Q0. La billette traitée à chaud pour la solution est ensuite traitée conformément à l'invention de la façon suivante. La Mllette est 25 d1abord laminée à froid avec réduction de 77$ en quatre passes pour obtenir une barre hexagonale d'une section correspondant à celle d'une barre ronde d'un diamètre de 27,5 mm. Le travail à froid réduit la conductivité à 55*7$ de célle du cuivre-type recuit. La barre travaillée à froid est ensuite traitée thennique-30 ment à 272°C pendant 25 heures, puis refroidis à l8esu0 Ce traîte-tement augmente la coiiductivité à 59*4$ de celle du cuivre-type recuit. Après le refroidissement l'alliage est lamine à froid pour obtenir une barre à étirer d'un diamètre de 9.«5 mm, le seul chauffage étant celui résultant normalement du travail à froid, après 35 quoi la barre est étirée pour obtenir ton fil d'un diamètre de 3,7mm pour les essais. La conductivité du fil obtenu est de 59,96$ de celle du cuivre-type recuit (mesurée avec un pont de Kelvin) et sa résistance o à la rupture est de 25,4 kg/mm . BAD ORIGINAL 69 08314 7 2004635 Une partie du fil est aussi étirée jusqu'à un diamètre de 1,52 mm. Cette valeur montre que pour une réduction à froid de 99,6# c'est-à-dire la réduction d'une pièce coulée d'un diamètre de 52,5mm à un fil d'un diamètre de 3,7mm, la conductivité du fil 5 est de 59,5# de celle du cuivre-type recuit et sa résistance à la rupture est de 33 kg/mm . Exemple 3 Une billette de 51 x 51 x 180 mm, contenant en poids à l'analyse 0,40# de magnésium, 0,10# de silicium et 0,18# de fer est 10 coulée, traitée à chaud pour la solution à 640°C pendant 2 heures et ensuite refroidie à l'eau. La conductivité de la billette traitée à chaud pour la solution après la coulée est de 56,1# de celle du cuivre-type recuit, mesurée avec l'appareil de mesure Magnatest FM-100. La billette traitée à chaud pour la solution est ensuite 15 traitée pour déterminer les caractéristiques pouvant être obtenues par un traitement normal, c'est-à-dire par laminage à froid pour obtenir une barre à étirer d'un diamètre de 9,5 mm et ensuite par étirage pour obtenir un fil d'ion diamètre de 3,7 mm. La conductivité de ce fil est seulement de 55,97# de celle du cuivre-type re-20 cuit (mesurée avec un pont de Kelvin) et la résistance à la rup-ture est de 29,8 kg/mm . Exemple 4 Une partie de la barre à étirer de 9,5mm de l'exemple 3 est étirée pour obtenir une barre d'un diamètre de 8,25mm (réduction 25 de 97,9# à partir de la pièce coulée). La conductivité de cette barré de 8,25 mm est de 56,4# de celle du cuivre-type recuit (mesurée avec ùn pont de Kelvin). Cette barre est ensuite traitée de façon supplémentaire selon la présente invention de la façon suivante. La barre est d'abord soumise à un traitement thermique à 30 une température intermédiaire de 343 °C pendant 100 minutes, après qioi, elle est refroidie à l'eau. Ce traitement élève la conductivité à 60,12# de la conductivité du cuivre-type recuit. La barre est ensuite étirée pour obtenir des fils fins diamètres (entre 3,7 et 1,6 mm). L'extrapolation des résultats des essais indique que 35 pour une réduction de 99,6#, l'alliage doit avoir une conductivité de 58,7# de celle du cuivre-type recuit et une résistance à la rupture de 32kg/mm . Bien entendu, la description et les exemples qui précèdent ne sont pas limitatifs et l'invention peut être mise en oeuvre suivant d'autres variantes sans que l'on sorte de son cadre. 69 08314 8 2004635 REVENDICATIONS 1 - Un procédé pour former un alliage à base d'aluminium de grande résistance à la traction et d'une conductivité électrique élevée, caractérisé par la préparation d'un alliage à base d'alu- 5 minium contenant de l'aluminium et au moins un additif d'alliage pratiquement en solution et en quantité comprise entre 0,1 et 1,5# en poids, le total des additifs ne dépassant pas 3,0# en poids et l'additif ou les additifs étant solubles en quantité supérieure à 0,25# en poids dans 1'aluminium et l'alliage à base d'aluminium 10 ne subissant pas de transformation eutectique en dessous de 204°C, par la déformation de cet alliage avec réduction d'au moins 15#' par chauffage de l'alliage à une température comprise entre 204°C et 400°C pendant au moins 20 minutes, par le refroidissement de' l'alliàge et par déformation de l'alliage refroidi à une tempéra-15 ture comprise entre la température ambiante et moins de 260°C, 2 - Le procédé selon la revendication 1 caractérisé"en ce qu'après le refroidissement l'alliage est réchauffé à une température supérieure à la température ambiante et Inférieure à 260°C pour la déformation finale. 20 3 - Le procédé selon la revendication 1 caractérisé eir ce que le diamètre atomique de chaque élément d'alliage ne dépasse pas 15# du diamètre atomique de l'aluminium. 4 - Le procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'alliage à base d'aluminium contient de 1'aluminium, du ma- 25 gnésium et du silicium. 5 - Le procédé selon la revendication 3 caractérisé en ce que la solubilité à l'équilibre de chaque additif d'alliage est inférieure à 0,5# en poids à 204°C. 6 - Le procédé selon la rèvendicatL on 5 caractérisé en ce 30 que l'alliage à base d'aluminium contient de l'aluminium et du cuivre. 7 - Le procédé selon la revendication 1 caractérisé par la stabilisation thermique de l'alliage à une température comprise entre 93°C ou 204°C après la déformation finale. 35 8 -'Le procédé selon l'une des revendications 1 à 7 carac térisé en ce que la déformation finale de l'alliage est effectuée pour obtenir un fil. 9 - Un alliage à base d'aluminium de grande résistance à la traction et d'une conductivité électrique élevée produit par le 69 08314 9 2004635 procédé selon la revendication 1a caractérisé en ee qufiil contient de l'aluminium et au moins an additif d'alliage en quantité comprise entre 0,1 et 1,5# en poids, le total des additifs ne dépassant pas 3,0# en poids. 5 10 - Un alliage à base d5 aluminium selon la revendication 9 caractérisé en ce qu'il est produit par le procédé selon la revendication 4. 11 - Un alliage à base d2 alumnrus selon la revendication 9 caractérisé en ce qu'il est produit par le procédé selon, la reven- 10 dicatloa 5. 12 - Un alliage à base d'aluminium selon la revend!cation 9 caractérisé en ce qu'il est produit par le procédé selon la revendication 6. 13 - Un alliage à base d aluminium selon la revendication 9 15 caractérisé en ce qusil est produit par le procédé selon la reven- dation 7» 14 - tm fil conducteur électrique caractérisé en ee qu'il est produit par le procédé selon la revendication 8. bad ofuginal