Brevet FR2292048A1 — publié le 19760618

La présente invention concerne un alliage d'aluminium du type durcissant par vieillissessnt et qui est utilisable à une grande échelle sous forme de feuilles pour former des boites,des calottes, des persiennes,des caisses d'autobus, des caisses de véhicules de tourisme, etc. L'alliageselon l'invention peut être laminé à chaud et/ou à froid en feuilles en partant d'un lingot qui a été normalisé, ladite feuille d'alliage possédant des propriétés améliorées par rapport à une feuille usuelle d'un alliage du type qui durcit au travail, dans le domaine des propriétés de fa façonnage et de celui de la résistance mécanique après une cuisson à haute température pour faire durcir la couche de peinture.La naturede l'alliage selon l'invention, surtout quand il a été laminé en une feuille, ainsi que sa légèreté sont les deux facteurs présentant de l'intérêt pour la fabrication de tôles usinables qu'on revêt ultérieurement d'une couche de peinture devant être durcie à une température assez élevée, une tôle de ce type étant couramment utilisée pour fabriquer des caisses de véhicules,des matériels roulants, divers récipients, etc. Les alliages d'aluminium, notamment en forme de tôles,sont d'un intérêt évident surtout en raison de leur légèreté, de leur résistance mécanique adéquate, de leur bonne résistance à la cor rosionet dela facDitéde leur façonnage. On applique de plus en plus souvent le procédé d'enduction à la peinture de divers types de feuilles d'alliages en aluminium pour remplacer le procédé d'anoditation qui améliore la résistance à la corrosion. Par exemple, des boites, des calottes et des persiennes en feuilles d'alliages d' aluminium reçoivent avantageusement une couche de peinture qu'on cuit ou fait durcir à une température élevée.Cependant, plus récemment, ce mode d'application a été étendu aux produits qui exigent une forte résistance mécanique, comme par exemple les tôles de la caisse d'un véhicule ou certains éléments structuraux d'autobus, de matériels roulants ou de véhicules de tourisme. Jusqu'à présent, quand on voulait façonner des feuilles en alliages d'aluminium par emboutissage en profondeur, cintrage ou formage a' la pres- se, on choisissait les alliages Al-Mn-Mgou Al-Mgdu type durcissant au travail,par exemple les alliages AA-3004, AA-5052 ouAA5082 Ces feuilles d'alliage sont cependant susceptibles de porter des marques de contraintes d'extension sur les surfaces usinées ou fa çonnées.D'autre part, les alliages Al-Cu-Mg,par exemple les alliages AU2G ou X2036, qui ont été élaborés pour la fabrication des tôles de caisses de véhicules, n'est pas recommandé étant donné que sa résistance risque d'être affectée fâcheusement par la cuisson des surfaces revêtues.Quand il en est ainsi, on recommande par conséquent les alliages Al-Cu, Al-Mg-Si ou Al-Zn-Mg dutype durcissant par vieillissement, comme par exemple les alliages AA-2017, AA-6061, AA-6151 ou AA-7075, étant donnéqueleur résistance ne risque pas d'être affectée fâcheusement par la température élevée de la cuisson,alors que les inconvénients du type précédemment mentionné sont normalement inévitables au cours d'une telle cuisson, ces inconvénients étant en particulier :: (1) l'alliage du type durcissant par vieillissement exige un appareillage de traitement thermique, par exemple un bain de sel, ce qui rend beaucoup plus difficile la manutention du feuilard en rouleau (2) la résistance a la corrosion des alliages Al-CuetAl-Zn-Mg- Cu du type durcissant par vieillissement est moins bonne que celle des alliages du type durcissant par vieillissement en général; (3) l'alliage Al-Mg-Si présente des propriétés médiocres de résistance mécanique et de gauchissement (4) la résistance mécanique de l'alliage Al-Zn-Mg qui bénéficie également d'une assez bonne résistance à la corrosion, est comparable à celle des alliages déjà utilisés, par exemple les alliages AA-3004, AA-5082 ou AA-5083. En conséquence, les principaux buts de l'invention sont: - de réaliser un alliage d'aluminium amélioré du type durcissant par vieillissement et ne présentant pas les inconvénients précités; - de réaliser un alliage tel qu'on puisse le laminer en une feuille ne portant aucune marque de contrainte par extension et possédant des propriétés d'isotropie - de réaliserunefeuilleenalliage d'aluminium traitée thermiquement qui puisse être manipulée sous forme de bobine de feuillard, possédant d'excellentes propriétés de façonnage, surtout par emboutissage profond ; et - de réaliser des produits à base d'alliage d'aluminium, possédant une résistance mécanique suffisante en vue de leur utilisation dans la formation des couches externes ou des éléments structuraux de véhicules et de divers autres produits après cuisson ou durcissement à des températures élevées des surfaces revêtues. On a effectué des recherches et des essais physiques, avec succès, pour réaliser les objectifs indiqués et on a ainsi démontré qu'un alliage d'aluminium du type durcissant par vieillissement possède d'excellentes propriétés lors d'un emboutissage en profondeur, sans laisser de marques de contraintes par extension et aussi d'excellentes propriétés de résistance mécanique, surtout de résistance à état ramolli après avoir subi un chauffage rapide dans un four continu suivi d'un procédé de durcissement par vieillissement artificiel. Dans le tableau I ci-après, on indique les intervalles de pourcentages pondérés des divers constituants qu'on peut incorporer dans un alliage selon l'invention. TABLEAU I - Intervalles de composants Composants % en poids Magnésium 0,4 - 1,0 indispensables Silicium 0,3 - 0,8 Vanadium - 0,01 - 0,16 Manganèse 0,05 - 0,5 un ou plusieurs de Chrome 0,02 - 0,2 ces éléments selon Zirconium 0,02 - 0,2 les besoins Titane 0,02 - 0,2 On va maintenant expliquer les effets des divers composants de ces alliages et les raisons des intervalles particuliers indiqués dans le tableau I. Dans la suite du présent mémoire, toutes les parties et tous les pourcentages sont en poids. Le cuivre est un élément de renforcement qui améliore les propriétés de formage par emboutissage en profondeur mais cet effet de renforceaent est réduit lorsque sa teneur est inférieure à 1,20 X et la résistance à la corrosion risque de baisser si le cuivre représente plus de 1,9 %. Le magnésium a un effet de renforcement sur l'alliage tout conne le silicium mais, comme les résultats des essais l'ont démontré, cet effet diminue lorsque la proportion du magné sium est inférieure à 0,4 % et on risque un effet défavorable sur les caractéristiques de formage et les propriétés de durcissement par vieillissement, ainsi qu'une apparition deg fissures par corrosion à la suite des contraintes dans le cas d'une incorporation de plus de 1,0 X. Le silicium exerce sur l'alliage les mêmes effets que le magnésium si sa teneur s'écarte de l'intervalle indiqué dans le tableau. Le vanadium sert à améliorer la résistance à l'état de ramollissement et à atomiser (minimiser) les particules cristallines ; quand sa teneur est inférieure à 0,01 X, ces effets sont plus faibles et lorsqu'on dépasse 0,16 %, des composés importants de vanadium peuvent se former à l'intérieur du lingot abais sant ainsi les caractéristiques de formage. Le manganèse, le chrome, le zirconium et le titane ont sur l'alliage les mêmes effets que le vanadium lorsque leurs concentrations respectives s'écartent des intervalles indiqués dans le tableau I. En général, des boites, des calottes, et d'autres-produits sont avantageusement revêtus aussitôt après forage et sont chauffés à 200-2600C pour faire durcir la couche de peinture. Ces éléments ont pour but d'empêcher une réduction de la résistance mécanique à l'état de ramollissement qui peut se produire lors d'un chauffage à une telle température. Des exemples représentatifs d'alliages dans lesquels les divers composants sont présens selon des proportions conformes aux normes pré vues par l'invention sont donnés dans le tibleau II ci-après TABLEAU II - Compositions d'alliages à base d'aluminium selon l'invention (% en poids) Désignation de l'alliage Cu Mg Si V Nn Cr Zr Ti A 1,8 1,0 0,5 0,05 - - - - B 1,7 0,8 0,6 - - 0,15 - C 1,8 0,5 0,5 - - - - 0,02 D 1,6 0,8 0,5 - 0,25 - - E 1,4 0,5 O,C - - 0,1 0,03 Le tableau III ci-dessous présente plusieurs propriétés physiques et mécahniques des alliages énumérés dans le tableau II, en les comparant à celles des alliages classiques. On effectue les essais avec des feuilles d'alliage de 0,8 mm d'épaisseur et on obtient des données concernant. des facteurs tels que les mar- ques de contraintes par extension, la résistance à la traction, l'allongement a la traction (ductilité), la valeur Erichsen (pro piété de gauchissement) et la limite élastique après le processus de chauffage (120 minutes à 180 C), ce qui équivaut à un procédé de durcissement d'une peinture. TABLEAU III -Propriétés physiques des alliages Alliages Propriétés Résist. Limite Allon- Valeur Limite du Marques de Limite élastique et tract. élast. gement Erichsen taux d'é- contrainte après cuisson conditions kg/mm kg/mm % mm tirage (LTE) par ext. (kg/mm) A-T4 31,5 17,5 24 8,6 2,15 non 22,5 B-T4 32,0 18,5 26 9,0 2,15 non 23,0 C-T4 30,5 17,5 28 9,5 2,15 non 22,0 D-T4 32,0 18,5 27 9,3 2,15 non 23,0 E-T4 31,0 17,0 27 9,3 2,15 non 22,5 A5052-0 20,0 9,5 24 9,0 2,12 oui 9,5 A5082-0 26,0 11,5 26 9,5 2,14 oui 11,5 A6061-T4 24,5 14,5 23 8,5 2,13 non 22,5 A6151-T4 28,0 16,5 22 8,2 2,13 non 25,5 AU2G-T4 28,0 16,0 26 9,0 2,13 non 13,0 X2036-T4 30,5 18,5 24 8,8 2,11 non 17,0 Les désignations des alliages selon l'invention sont celles indiquées dans le tableau II Comme on peut le voir dans ce tableau III, tous les alliages selon l'invention possèdent d'excellentes propriétés d'eibou- tissage profond sans laisser de marques de contrainte par extensions et aussi une excellente résistance, surtout une résistance à l'état de ramollissement après chauffage dans un four rapide continu qu'on fait suivre d'un durcissement par vieillissement artificiel. On remarquera que les alliages selon l'invention possèdent une résistance très améliorée après cuisson par rapport à tous les alliages usuels en général. On va maintenant présenter, à titrenonlimitatif, plusieurs modes de réalisation de l'invention ainsi que certains résultats d'essais. (1) On traite un lingot en alliage d'aluminium ayant 340 mm d'épaisseur et contenant 0,8 % de magnésium, 0,2 % de silicium, 1,8% de cuivre et 0,03 96 de vanadium, par chauffage à 500 C pendant 12 heures en vue d'une homogénéisation. On débute ensuite le laminage à chaud à 480 C, qu'onfaitsuivre d'un refroidissement (refroidissement forcé par aspersion d'eau ou par jets d'air après et/ou pendant le laminage à chaud) pour obtenir finalement une feuille laminée ayant 3 mm d'épaisseur à une température de 2400C. On soumet cette feuille à un laminage à froidpourl'ame- ner à une épaisseur de 1 mm, puis on rechauffe à une température d'environ 5500C pendant 20 secondes dans un four continu à chauffa- ge rapide (traitement en solution).Après le processus de chauffage, on refroidit la feuile à l'air et on la soumet à un traitement de revenu à 1750C pendant 6 heures (procédé de précipitation,état T6), puis on refroidit à 1' air et enfin on procède à un écrouissage de 50% environ. On effectue un revenu de l'ouvrage à 175 C pendant 3 heures (état T8) ,qu'on fait suivre d'une cuisson et d'un séchage à 200 C pendant 10 minutes. On détermine la résistance à la traction et la limitedutaux d'étirage (LTE) en obtenant les résultats suivants: Résistance à la LTE Taux de gauchissement traction DIE (Earing Ratio) T6 35 kg/mm 2,15 néant T8 40 kg/mm2 2 ,20 2 X On ne constate aucune marque de contrainte par extension à la surface. (2) On traite thermiquement pour homogénéisation à 4800C pendant 24 heures un lingot en alliage d'aluminium ayant 340 mm d'épaisseur et contenant 1,0 % de magnésium, 0,5 X de silicium, 1,8 % de cuivre et 0,12 % de vanadium. On débute ensuite le laminage à chaud à 480 C qu'on fait suivre d'un refroidissement pour obtenir finalement une feuille laminée ayant 3 mm d'épaisseur à une température de 250 C. On effectue un laminage à froid de la feuille jusqu'à une épaisseur de 1mm et on procède comme décrit dans le mode de réalisation (1), les résultats des essais étant les suivants Résistance à la Taux de traction LTE gauchissement T6 40 kg/m2 2,15 néant T8 45 kg/mm 2,20 3 % On ne constate aucune marque de contrainte par extension à la surface. (3). On traite thermiquement pour homogénéisation à 5000C pendant 8 heures un lingot en alliage d'aluminium ayant 340 mn d'épaisseur et contenant 0,7 X de magnésium, 0,5 % de silicium, 1,7 X de cuivre et 0,02 % de titane. On débute le laminage à chaud à 480 C, puis on refroidit pour obtenir finalement une feuille laminée ayant 3 mm d'épaisseur à une température de 240 C On lamine la feuille à froid jusqu'à une épaisseur de 0,8 mm, puis on rèchauffe à environ 560-C pendant 20 secondes dans un four à chauffage rapide continu, opération qu'on fait suivre d'un refroidissement à l'air (état T4).On comprime dans des conditions satisfaisantes les tôles (état T4) pour obtenir des articles tels que des capots d'automobiles, des dessus de camions ou des portières de véhicules sans laisser aucune marque de contrainte par extension. On effectue des essais avec les feuilles à l'état T4 de la meme façon que précédemment en utilisant la feuille façon -née corme décrit ci-dessus et aussi la feuille ayant subi ulté rieurement une cuisson à 1800C pendant 90 minutes pour faire ressortir les propriétés de résistance à la traction et les propriétés d'emboutissage profond ces valeurs étant comparables à celles d'un acier doux. Résistance à la Limite Taux de traction élast. LTE gauchissement Feuille Tr 30 kg/mm 17 kg/mm 2,15 néant travaillée Feuille T4 travaillée, 35 kg/mm 22 kg/mm peinte et durcie (4). On chauffe pour homogénéisation à 500-C pendant 8 heures un lingot en alliage d'aluminium ayant 340 mm d'épaisseur et contenant 0,5 % de magnésium, 0,6 % de silicium, 1,4 % de cuivre, 0,1 % de chrome et 0,03 % de zirconium. On commence ensuite le laminage à chaud à 480"C, puis on refroidit pour obtenir une feuille finale ayant 2 mm d'épaisseur à une température de 250C. On effectue un laminage à froid jusqu'à une épaisseur de 0,24 mm et on procède comme dans le paragraphe.(3) pour obtenir des feuilles à l'état T4.Avec ces feuilles on forme efficacement des articles simples, à savoir des boites, des calottes, etc., par un façonnage complexe comprenant un emboutissage en profondeur, un étirage et un traitement giratoire, de même qu'on peut obtenir une persienne par cintrage. On effectue des essais avec la feuille T4 ayant subi le travail indiqué ci-dessus ainsi qu' avec une telle feuille qui a été soumise en outre à une cuisson à 2000C pendant 10 minutes pour faire ressortir ces propriétés de résistance à la traction et d'emboutissage en profondeur. Résistance à la Limite Taux de traction élast. LTE gauchissement Feuille T4 31 kg/mm2 17 kg/mm2 2,15 néant Feuille T4, peinte 2 2 et durcie 36 kg/mm 23 kg/mm Feuille T4, écrouie à 50 %, peinte et 2 durcie 43 kg/mm2 41 kg/mm Cose il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation, ayant été plus spécialement envisagés; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Alliage d'aluminium du type durcissant par vieillissement, caractérisé en ce qu'il comprend essentiellement, en poids, 1,2 à 1,9 X de cuivre, 0,4 à 1,0 % de magnésium et 0,3 à 0,8 % de silicium, avec addition facultative dans les proportions indiquées d'au moins l'un des éléments suivants : jusqu'à 0,16 % de vanadium, jusqu'à 0,5 % de manganèse, jusqu'à 0,2 % de chrome, jusqu'à 0,2 X de zirconium et jusqu'à 0,2 X de titane, le complément étant constitué par l'aluminium et les impuretés inévitables. 2. Feuille en alliage d'aluminium, fabriquée en un alliage tel que défini dans la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle subit un traitement thermique en solution sur le mode continu à une température de la matière de plus de 4500C pendant plus de 10 secondes, de sorte qu'après ce traitement thermique ladite feuille peut être manutentionnée sous forme d'un rouleau de feuillard. 3. Feuille selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'elle possède une résistance mécanique améliorée même après un traitement de cuisson de la peinture qui recouvre ladite feuille à une température de 150 à 2500C.