Brevet FR2273077A1 — publié le 19751226

La présente invention a pour objet un procédé de fabrication de profilés cintrables résistant au choc, ainsi que les profilés obtenus par la mise en oeuvre de ce procédé. Ces profilés s'appliquent, plus particulièrement, à la réalisation de boucliers de sécurité résistant aux chocs, tels que: barrières et glissieres-de sécurité, garde-corps, renforts de portières et pare-chocs pour véhicules. L'industrie automobile, en saison avec la législation, s'oriente de plus en plus vers des types de véhicules répondant à des normes de sécurité visant à limiter les dégats matériels aux basses vitesses dans les chocs dits "de parking" et à sauvegarder la vie des passagers pour des vitesses plus élevées. Une série de mesures obligatoires aux U.S.A. impose en particulier, dans un premier stade,de munir les véhicules automobiles de dispositifs capables d'absorber sans dégats matériels apparents des chocs à 8 km/h contre un obstacle rigide, ou 16 km/h contre un obstacle élastique. En Europe des exigences plus ou moins similaires sont en cours d'élaboration et font d'ores et déjà l'objet de projets de normes. La protection de l'avant et de l'arrière d'un véhicule et, plus particulièrement, d'un véhicule automobile, est assurée essentiellement par des butoirs appelés pare-chocs, qui peuvent être dquipés de dispositifs d'amortissement pour supporter les chocs aux basses vitesses. Ces dispositifs d'amortissement peuvent être réalisés de différentes manières : cylindres oléo-pneumatiques, blocs élastiques en caoutchouc ou élastomère, mousse enveloppante de polyuréthane, etc...La partie heurtante du pare-chocs est constituée par un profil métallique dont ,le rible est de transmettre aux amortisseurs les efforts engendrés par le choc, dans le cas de petits chocs de parking", subis alors que la vitesse du ou des véhicules est inférieure à 1,5 km/h, la barre métallique peut jouer par elle-meme le rdle de protection en utilisant son potentiel interne de travail élastique, et cela même dans le cas où n'est interposé aucun dispositif amortisseur particulier sauf une mince bande de caoutchouc qui évite le poinçonnage au point d'impact. On réalise couramment un tel pare-chocs à partir d'une bande en acier, plane et d'épaisseur constante, dont les possibilités très gFandes de mise en forme et de cintrage ont pour contrepartie une limitation très stricte des performances aux chocs. Les organes de liaison au chassis du véhicule sont en général;soit rapportés par soudure, soit fixés par des moyens mécaniques. La présence de ces points de soudure ou celle de perçages abaisse localement les caractéristiques du pare-chocs. De plus, les points de soudure restent souvent apparents et nuisent à l'aspect décoratif donné à l'ensemble. L'obligation de mettre le pare-chocs en conformité avec les normes de sécurité rappelées ci-dessus oblige les constructeurs à utiliser des pièces de renforcement dont l'implantation est malaisée et grève le prix de revient.Enfin, le moindre choc marque superficiellement le pare-chocs en acier. Par contre un profil en alliage léger, obtenu par extrusion et cintré ensuite à la demande, permet de mieux répondre, gracie à la souplesse du procédé, d'une part aux exigences de conservation en tout point des caractéristiques mécaniques du métal, et d'autre part à la nécessité d'obtenir en un seul bloc des formes caissonnées ou non, dont l'épaisseur est variable pour une meilleure adaptation de la résistance du pare-chocs aux efforts dus à la collision. Un tel profil s'obtient aisément par filage, encore faut-il que l'alliage d'aluminiua utilisé, les conditions de filage et les traitements thermiques permettent d'obtenir un produit cintrable, présentant une résistance mécanique et, en particulier, une résistance au choc suffisantes. Les mines conditions s'appliquent aux autres boucliers de sécurité ci-dessus mentionnés, à savoir : barrières et glissires de sécurité pour routes, auto-routes, -ponts, garde-corps, renforts de portières pour véhicules. L'invention a pour objet un procédé-de fabrication de profilés cintrables résistant au choc, qui répond à ces conditions. Les profilés obtenus par la mise en oeuvre de ce procédé constituent un autre objet de l'invention. Dans le procéda selon l'invention, on file à chaud l'alliage 6005 A défini par la norme française A 50411 comme contenant en poids, outre l'altiminium de 0,6 à 0,09% de silicium, de 0,4 à 0,7 > de magnésium, jusqu'à 0,5% de manganèse, jusqu'à 0,35' de fer, usqu'à 0,30% de chrome, jusqu'à O,20% de cuivre, jusqu'à 0,2oe' de zinc, jusqu'à 0,10?! de titane. On assure la présence des éléments : fer, cuivre et chrome, tout en les maintenant dans les limites de 0,15 à 0,3C' pour le fer, de 0,05 à 0,20% pour le cuivre, de 0,05 à G,15% pour le chrome. On homogénéise d'abord le métal en le maintenant durant 4 à 12 heures entre 540 et 600 C, on le refroidit à une vitesse comprise entre 100 et 250C par heure , on le réchauffe ensuite à une température comprise entre 450 et 5400C,. puis on le file à chaud dans une presse à filer. On trempe le profilé obtenu à une vitesse supérieure à 1500C par minute, puis on opère un revenu de 4 à 12 h entre 150 et 2000C. Une mise en solution de l'alliage est opérée, à la température de réchauffage, soit au cours du réchauffage et du filage à chaud, soit après le filage. L'invention ainsi définie est expliquée à l'aide d'exemples particuliers. L'alliage choisi est celui que la norme française A 50411 décrit sous l'appellation 6005 A, dont la composition est rappelée ci-dessus. On conserve telles quelles les teneurs en silicium, magnésium, manganèse, zinc et titane, mais il est nécessaire d'assurer la présence des éléments : fer, cuivre et chrome, tout en les maintenant dans les limites suivantes, plus étroites que celles de la norme de 0,15 à 0,30 pour le fer, de 0,05 à 0120ex pour le cuivre, de 0,05 à 0,15% pour le chrome. Le filage du profilé s'opère comme suit On procède d'abord à un traitement d'homogénéisation du métal, consistant en un maintien à une température comprise entre 540 et 6000C durant 4 à 12 heures et, de préférence, entre 560 et 6000C durant 6 à 10 heures, suivi d'un refroidissement contrôlé à une vitesse comprise entre 50 et 3000C par heure et, de préférence, entre 100 et 2500C par heure. On réchauffe ensuite le métal à une température comprise entre 450 et 5400C et, de préférence, entre 480 et 5200C, puis on le file à chaud dans une presse à filer dont le conteneur est porté à une température inférieure de 50-à 1800C à la température de réchauffage. On réalise une mise en solution complète de l'alliage, soit au cours du réchauffage et du filage à chaud, soit par maintien dans un four du profilé filé, à une température égale à celle du réchauffage. On trempe enfin le profilé par un refroidissement très énergique à la sortie de la filière ou à la sortie du four de maintien, à une vitesse supérieure à 1500C par minute, puis on opère un traitement de revenu en portant le profilé à une température comprise entre 150 et 2000C durant 4 à 12 heures et,- de préfF- rence, entre 165 et 1850 C durant 6 à 10 heures. La vitesse de filage dépend du rapport de filage, c'està-dire du rapport de la section du profil à la section du conteneur de la presse. A titre d'exemple, pour un profil tubulaire de 1280 mm2 et un conteneur d'un diamètre égal à 325 mm, elle peut atteindre et même dépasser une valeur de 20 mètres par minute. On choisit une valeur plus faible si l'on désire obtenir une grande qualité de surface. Dans ces conditions on- obtient un profilé ayant-une résistance à la rupture supérieure à 27,5 hectobars, une limite élastique supérieure à 24,5 hectobars et des allongements supérieurs à 8%. Le rapport de la résistance à la rupture sur éprouvette entaillée à la résistance à la rupture sur éprouvette lissée est supérieur à 1. Les teneurs en fer et cuivre ont une influence sur la teinte obtenue par anodisation des profilés filés.Les fourchettes données pour ces deux éléments tiennent compte de la nécessité d'obtenir un aspect reproductible après oxydation anodique. La présence de cuivre permet d'améliorer les raracteris- tiques mécaniques du matériau. Toutefois, au-delà d'une certaine limite, la présence de ce métal provoque une sensibilisation de l'alliage à la corrosion. La fourchette indiquée pour cet élément permet un gain appréciable sur la résistance à la rupture sans nuire à la tenue à la corrosion sous tension ou sans tension de l'alliage. L'introduction de chrome accroit la ténacité de l'alliage. A titre d'exemple, pour un alliage d'aluminium contenant 0,80% de silicium, 0,50% de magnésium, 0,20S de fer et 0,10% de cuivre, l'énergie de propagation de la rupture dans un barreau fissuré par fatigue passe de 8 à 22 et à 71 Joules, lorsque la teneur en chrome passe de moins de 0,01 à o,10 et à 0,20%. Or on admet qu'un alliage est non fragile lorsque cette valeur dépasse 10 Joules. D'autre part, une teneur en chrome comprise dans la fourchette indiquée permet de limiter la vitesse critique de trempe à des valeurs suffisamment basses pour permettre la trempe à l'air soufflé sur presse, même à une vitesse de filage élevée. Cette vitesse critique de trempe, pour le même alliage que cidessus, passe de 60-100 à 150-200 et à 300-400OC par minute lorsque la teneur en chrome passe de moins de 0,01 à 0,10 et à 0,20%. L'intért du traitement d'homogénéisation est de permettre, d'une part l'uniformisation des teneurs en silicium et en magnésium, assurant ainsi une bonne homogénéité des caractéristiques des profilés, d'autre part la réduction des plans intermétalliques, ce qui facilite le filage. La fourchette temps-température indiquée permet l'optimisation de ces deux phénomènes. La vitesse de refroidissement après l'homogénéisation présente de 11 importance. Si elle dépasse 3500C par heure, elle provoque un effet de trempe entrainant un durcissement du métal par précipitation fine à la température ambiante de la phase Mg2 Si, d'où une augmentation de la pression de filage pouvant rendre cette opération impossible en cas de rapport de filage élevé. La fourchette indiquée permet de limiter la pression de filage à des valeurs compatibles avec des rapports de filage pouvant dépasser 100. L'opération de maintien entre 450 et 5400C qui précède, comprend et éventuellement suit le filage, doit s'opérer à une température suffisante pour que la mise en solution du magnésium et du silicium soit complète. Toutefois, une température trop élevée a une influence néfaste sur l'état de surface des profilés et limite la vitesse de filage. L'intervalle de température indiqué représente le meilleur compromis entre l'état de surface et les caractéristiques mécaniques. Une vitesse de trempe supérieure à 1500C par minute permet d'obtenir des caractéristiques mécaniques suffisantes. Un alliage d'aluminium contenant 0,80% de silicium, 0,50% de magnésium, 0,20% de fer, 0,10% de cuivre et0,08% de chrome est, après un revenu de 6 heures à 1850C, trempé à la vitesse de 800 par minute ; la limite élastique obtenue est de 19 hectobars, la charge de rupture de 23 hectobars, l'allongement à la rupture de 18%. Si la trempe est effectuée à raison de 1800 par minute, on obtient une limite élastique de 28 hectobars, une charge de rupture de 30 hectobars et un allongement à la rupture de 13%. En ce qui concerne le revenu final, les fourchettes sont choisies de façon à assurer à la fois un haut niveau de caractéristiques et une aptitude correcte à la déformation plastique, c'est-à-dire au cintrage. A titre d'exemple, en reprenant l'alliage précédent, un revenu de 12 heures à 1850C, après mise en solution au four et trempe à l'eau, donne une limite élastique de'31 hectobars et une charge de rupture de 33 hectobars, mais l'allongement à la rupture n'est que de 8% et l'aptitude au cintrage est faible. Avec un revenu de 6 heures à 1850C, toutes choses égales par ailleurs, on obtient une limite élastique de 28 hectobars et une charge de rupture de 31,5 hectobars, mais un allongement à la rupture de 15%, c'est-à-dire une bonne aptitude au cintrage. La combinaison de moyens décrite permet ainsi d'obtenir un profilé se prêtant à l'anodisation, cintrable, et sur lequel un choc déjà important ne laisse ni marque ni déformation superficielle. Dans un premier exemple on utilise un alliage contenant, outre l'aluminium 0,70?/ de silicium, 0,60?!-' de magnésium, 0,209 de fer, O,105 de cuivre, 0,0504 de chrome, et 0,05X d'impuretés diverses On procède à un traitement d'homogénéisation à 5500C durant 8 heures, on réchauffe l'alliage à 480 C, puis on le file à une vitesse de 6 mètres par minute pour un rapport de filage de 60. On trempe ensuite le profilé à la vitesse égale à 200 C par minute, puis on opère un revenu à 1550C durant 12 heures. On obtient une résistance à la rupture de 27,8 hectobars, une limite élastique égale à 24,6 hedobars et un allongement à la rupture de 16%. Dans un deuxième exemple, on utilise un alliage contenant, outre l'aluminium 0,80 S de silicium, 0,55% de magnésium, 0,20% de fer, 0,18% de cuivre, 0,10% de chrome et 0,05% d'impuretés diverses. On procède à un traitement d'homogénéisation de 6 heures à 600 C, on réchauffe à 5000C, on file à raison de 10 mètres à la minute pour un rapport de filage de 50 , on trempe enfin le profil obtenu à raison de 2500C par minute et l'on termine par un revenu à 185 C durant 6 heures. On obtient une résistance à-la rupture de 30,3 hectobars, une limite élastique de 27 hectobars et un allongement à la rupture de 12%. Dans un troisième exemple, on met en oeuvre un alliage contenant, outre l'aluminium 0,78% de silicium, 0,51 / de magnésium, 0,18 M, de fer, 0,16% de cuivre, 0,06% de chrome, 0,03% de manganèse. On procède au meme traitement qu'à l'occasion du deuxième exemple, à l'exception du revenu final, opéré à 1750C durant 8 heures. On obtient une résistance à la rupture de 34,7 hectobars, une limite élastique de 33 hectobars et un allongement à la rupture de 15,8%. Cet alliage est comparé à un acier ferritique inoxydable contenant 0,07 de carbone et 17% de chrome, dit F 17 (AFNOR Z8C 17), qui, à l'état recuit, présente une résistance à la rupture de 71,9 hectobars, une limite élastique de 55,c hectobars, et un allongement de 21,3%. On remarque que si, à section égale, l'acier est plus avantageux que l'alliage d'aluminium, ce dernier l'emporte largement à masse égale à cause de sa densité 2,7 fois plus faible. Afin de déterminer le comportement de ce troisième exemple d'alliage en traction à grande vitesse, on soumet des éprou vettesà des vitesses de sollicitations de 10 et 20 m/s. L'enregistrement de la force appliquée à l'éprouvette en fonction du temps montre que - la force croit d'abord très r pidement, puis passe par un maximum très pointu, dit "pic de contrainte", supérieur de 40 à à la limite élastique statique - elle décret ensuite très rapidement, passe par un minirnum, puis croit bien plus lentement jusqu'à la rupture, la charge de rupture dynamique étant légèrement supérieure à la charge de rupture statique et tendant à augmenter avec la vitesse de sollicitation. Les allongements à la rupture ne sont pas modifiés pour les faibles vitesses de sollicitation ; on note cependant une tendance à l'augmentation lorsque la vitesse de sollicitation devient plus importante. Cette amélioration des caractéristiques ne s'accompagne ni d'une fragilisation, ni d'une perte de ductilité. En effet, d'une part les allongements à la rupture ont tendance à augmenter, d'autre part le facteur de sensibilité à l'entaille, défini comme le rapport de la charge de rupture sur éprouvette entaillée à la charge de rupture sur éprouvette lisse, a également tendance à S t améliorer. La capacité d'absorption d'énergie s'effectue à l'aide d'un pendule de 760 grammes venant frapper, à une vitesse d'impact donnée, une plaque du matériau essayé. L'essai se caractérise par les expressions suivantes a) Un indice de dureté en kg/mm2, traduisant la résistance à la déformation du matériau, c' est-à-dire sa dureté dynamique ; cet indice passe de 82 pour une vitesse d'impact de 35 cm/s, à 86 pour 70 cm/s, 120 pour 140 cm/s et 140 pour 280 cm/s. On constate donc un renforcement du matériau lorsque la vitesse d'impact augmente. b) L'énergie absorbée par déformation plastique, exprimée en pourcentage de l'énergie cinétique incidente. Ce pourcentage passe de 60% à la vitesse d'impact de 35 cm/s, à 75X pour 70 cm/s, 83% pour 1AO m/s et 94% pour 280 m/s. L'acier F 17 donne, dans les mêmes conditions : 80, 87, 90 et 96% ; on voit qu'aux fortes vitesses d'impact l'absorption d'énergie de l'alliage d'aluminium devient équivalente à celle de l'acier. c) La décélérationen fonction du temps. Cette décélération présente, pour les alliages d'aluminium, un palier et une valeur de crête environ 2,5 fois plus faible que pour l'acier F 17. Les alliages d'aluminium présentent donc une remarquable capacité d'absorption d'énergie avec un rapport : énergie absorbée sur valeur de crotte de la décélération au cours du choc,très favorable. Le procédé décrit permet la fabrication de profilés cintrables plus particulièrement destinés à la constitution de boucliers de sécurité résistant aux chocs. A titre d'exemple, ces profilés s'appliquent à la réalisation de barrières et de glissières de sécurité, de garde-corps, de renforts de portières et pare-chocs pour véhicules ou engins de manutention. REVENDICATIONS Li- Un procédé pour la fabrication de profilés cintrables résistant au choc, par filage à chaud de l'alliage 6005 A défini par la norme française A 50411 comme contenant en pcids, outre l'aluminium : de 0,6 à O,0 de silicium, de 0,4 à 0,7% de magnésium, jusqu'à 0,5?' de manganèse, jusqu'à 0,35% de fer, jusqu'à 0,30% de chrome, jusqu'à 0,20% de cuivre, jusqu'à 0,20% de zinc et jusqu'à 0,10% de titane, procédé caractérisé en e que l'on assure la présence des élXments : fer, cuivre et chrome, tout en les maintenant dans les limites : de 0,15 à 0,3C0/ pour le fer, de 0,05 à 0,20% pour le cuivre, de O,C5 à 0,15- pour le chrome, que 1'on homogénéise d'abord le métal en le maintenant durant 4 à 12 heures entre 540 et 6000C, puis qu'or le refroidit à une vitesse comprise entre loo et 2500C par heure, qu'on le réchauffe ensuite à une température comprise entre 450 et 540 C, puis qu'or le file à chaud dans une Presse à filer, enfin que l'on trempe le profilé obtenu à une vitesse supérieure à 1500C par minute puis que l'on opère un revenu de 1 à 12 heures entre 150 et 2000C. 2)- Un procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on opère une mise en solution de l'alliage au cours du réchauf- fage et du filage à chaud, à La température de réchauffage. 3)- Un procédé selon la revendication l, caractérisé en ce que l'on opère une mise en solution du profilé filé à la sortie de la presse, à une température égale à la température de réchauffage. 4)- Un procédé selon la revendication l, caractérisé en ce que l'homogénéisation s'opère à une température comprise entre 560 et 6000C, durant 6 à 10 heures. 55- Un procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le refroidissement contrôlé après homogénéisation s'opère à une vitesse comprise entre 100 et 25O0C. 6)- Un procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le réchauffage avant filage s'opère à une température comprise entre 480 et 5200C. 7)- Un procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le revenu final s'opère entre 165 et 185 0C, durant 6 à 10 heures. 8)- Un profilé cintrable résistant au choc, caractérisé en ce qu'il est obtenu par la miSe en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 7.