Brevet FR2313748A1 — publié le 19761231

La présente invention, due aux travaux de Monsieur Claude DRAPIER concerne des conducteurs électriques en alliage aluminium-magnésium-silicium, à caractéristiques mécaniques améliorées, et leur procédé d'obtention. I1 est connu d'utiliser des alliages Al-Mg-Si corme conducteurs électriques pour toutes les applications où l'aluminium non allié possede des caractéristiques mécaniques insuffisantes, par exemple pour les lignes aériennes de transport d'énergie. Ces alliages, désignés par l'appellation A-GS selon la norme française AFNOR NF A02 001, ou 6201 selon la nomenclature de 1'US Aluminium Association, ou encore '1Almélec" (marque déposée), ont une composition chimique qui peut se situer entre les limites extrêmes suivantes Mg : 0,4 - 0,9 Z Si : 0,4 - 0,9 % Fe : Les caractéristiques mécaniques et électriques a l'état T8 (apres mise en solution solide, trempe, écrouissage, et revenu) sont R : 33 - 35 hb LE o o2: 24 - 28 hb A 200 > 4 Z P 20 3,25 - 3,28 #.cm (c = 52,5 - 53 Z IACS) que l'on peut comparer a celle de l'aluminium non allié, de qualité dite A5/L (impuretés totales R : 10 - 12 hb A 200 > 5 Z P 20 : 2,74 ssQ.cm (c = 63 Z IACS) Pour de nombreuses applications, et -en particulier, la où l'on cherche a remplacer les conducteurs en cuivre par des conducteurs en aluminium sans augmentation sensible de l'encombrement (installations domestiques, fils de bobinage, câbles souples, rubans, méplats et bandes minces), on souhaiterait disposer de conducteurs ayant des caractéristiques mécaniques et électriques intermédiaires entre celles de 1'A-GS et de I'aluminium non allié définies ci-dessus. Il serait également souhaitable que les traitements thermiques indispensables pour obtenir le niveau de caractéristique prévu, présentant un certain "confort", ce terme signifiant, pour lthomme de métier, que les températures et durées des traitements thermiques et/ou thermomécaniques peuvent varier quelque peu autour beys valeurs de consigne sans que les caractéristiques finales sen trouvent sensiblement affectées. La demanderesse a découvert qutil était possible d'obtenir a partir d'alliages en aluminium-magnésiumrsilicium ayant une teneur en Mg de 0,40 a 0,90 Z, une teneur en Si de 0,40 a 0,80 Z, une teneur en Fe inférieure a 0,35 %, des conducteurs électriques possédant une charge de rupture au moins égale a 20 hb, un allongement a la rupture au moins égal a 5 %, une résistivité inférieure a 3 WQ.em (conductivité au moins égale a 57,5 % IACS), et une résistance a au moins 10 pliages alternés sur un rayon de 5 mm (essai effectué sur un fil 2 de 1,78 mm de diametre, soit sensiblement 2,5 mm de section), par une succes- sion de traitements thermomécaniques effectués sur une ébauche. Lesdites ébauches peuvent être obtenues par différents procédés connus et, en particulier - par filage a chaud de billettes - par coulée PROPERZI, suivie, ou non, d'un laminage du type PROPERZI; - par laminage a chaud de plateaux ou de billettes. Le filage a chaud de billettes permet par exemple d'obtenir en continu du fil machine de 9,5 mn de diametre. La coulée continue dans la jante d'une rous, par exemple du type PRO PERZI, permet d'obtenir une ébauche de section tzrapézoïdale de 2200 mm environ de section (valeur assez courante pour ce procédé) qui peut être directement laminse a chaud soit dans un laminoir classique a cylindres, soit dans un laminoir à galets du type PROPERZI, jusqu'à la dimension désirée. Les traitements thermomécaniques des ébauches ainsi obtenues comportent les phases suivantes - mise en solution solide - trempe à l'eau, symbolisée dans ce qui suit par T - revenu, symbolisé dans ce qui va suivre par R1, ayant pour but de précipiter la plus grande partie du composé intermétallique Mg2Si sous forme de particules de taille convenable. En outre, ce traitement améliore la tréfilabilité - écrouissage, par tréfilage ou laminage, symbolisé, dans ce qui suit, par E - revenu final d'adoucissement, symbolisé, dans ce qui sult, par R2. La mise en solution solide des ébauches, qui est effectuée à une t pérature comprise entre 500 et 600 C a pour but de faire passer la totalité de Mg et de Si en solution solide. Cette mise en solution ssseffectue dans des conditions qui dépendent du mode d'obtention de l'ébauche.Les divers cas suivants peuvent être envisagés : ou de filage - lorsque la température de l'ébauche en sortie de laminage est au moins égale à 5000C, il suffit de procéder à un refroidissement rapide, selon toutes techniques connues, à une vitesse qui permet de maintenir en solution solide la majeure partie de Mg et de Si - lorsque la température de l'ébauche est telle que la précipitation de Mg2Si a commencé, il est nécessaire de procéder alune remise en solution, soit en réchauffant l'ébauche en continu à la sortie du laminoir, soit par une opération distincte, continue ou discontinue, effectuée à partir de bobines ;; - le revenu R1 qui fait suite à la trempe a pour but de précipiter Mg2Si sous forme de dispersoide, c'est-à-dire d'une dispersion très fine dans la matrice d'aluminium, la dimension moyenne des globules de Mg2Si ne dépassant pas 250 Angstroms, comme le montrent les examens micrographiques. Ce résultat est obtenu par réchauffage à une température de 200 à 250 C, pendant une durée de 2 à 8 heures. On peut également opérer en continu. Il est particulièrement avantageux que le revenu R1 fasse immédiatement suite à la trempe de façon à éviter les effets défavorables d'une maturation spontanée sur la forme, les dimensions, et la répartition des précipités de Ng28i. - la phase d'écrouissage E, qui amène l'ébauche à sa forme et à ses dimensions définitives (tréfilage, lorsqu'il s'agit d'un fil, laminage s'il s'agit d'un ruban ou d'une bande mince) s'effectue à une température qui ne doit pas dépasser 260OC de façon à conserver un niveau d'écrouissage suffisant et à éviter un adoucissement prématuré. - le revenu final d'adoucissement R2 pratiqué sur le produit final permet d'obtenir le niveau de caractéristiques définitif. I1 est généialement pratiqué à une température de 240 à 2800C pendant une durée de 1 à 4 heures. I1 peut, également, être pratiqué en continu. Les exemples qui suivent permettront de préciser et de mieux comprendre la mise en oeuvre de l'invention. EXEMPLE I Du fil machine de 12 mm de diamètre obtent par coulée continu et la minage "PROPERzI", de composition Mg : 0,66 Z Si : 0,53 Z Fe : 0,25 X (base aluminium, avec les impuretés habituelles de l'aluminium pour applications électriques), a été mis en solution solide par maintien de 30 ni à 5750C, puis trempé à l'eau. On a imnédiatement procédé au revenu R1 pendant 2 heures à 2300C, puis on a tréfilé sur machine monopasse jusqu a 2 iin, avec les diamètres successifs suivants : 12 - 10,40 - 9,3 - 8,3 - 7,4 - 6,6 - 5,9 - 5,38 - 4,8 - 4,3 - 3,85 3,45 - 3,10 - 2,78 - 2,48 - 2,22 et 2 mm, avec une vitesse de sortie de 30 mètres par minutes. Les filières avaient un angle de travail de 180 et étaient lubrifiées au savon de façon habituelle. Le fil a subi ensuite un revenu R2 de 2 heures à 2500C qui lui a conféré les caractéristiques suivantes - R : 23,5 hb -A200 : 7 % -#20 : 2,90 (c = 58,4 % IACS) nombre de pliages alternés sur rayon de 5 mm, avant rupture = 16 EXEMPLE 2 Du fil machine de 12 mm a été transformé selon le même processus que celui décrit dans l'exemple 1, mais le revenu R2 a été effectué, sur 3 bobines de fil tréfilé, d des températures respectives de 240, 250 et 2600C, pendant 2 heures.On a obtenu les caractéristiques suivantes TEMPERATURE A # 20 DE R2 R hb 200% # cm 240 C 24,4 6 2,96 250 C 23,5 7 2,95 (exemple 1) 260 C 22 7 2,94 EXEMPLE 3 Du fil machine de 12 mm a été transformé selon le même processus que celui de l'exemple 1, mais le revenue R1 a été effectué à 1800C, donc une ten@ pérature inférieure a celle qu'exige la mise en oeuvre de l'invention, qui doit être comprise entre 200 et 2500C. La tréfilabilité, qui peut-être caractérisée par te nombre de casses observées au cours du tréfilage d'une provision donnée est nettement plus mauvaise lorsque - R1 est effectué a 1809C et non entre 200 et 2500C selon l'invention. Le revenu final h a été pratiqué sur 3 bobines de fil tréfilé au diametre de 2 me, aux températures respectives de 220, 230 et 240 C, ppendant une durée de 2 heures. On a obtenu les résultats suivants : Pour R1 = 180 C A # Température de R2 R hb 200% # cm 2 h à 240 C 23,3 3,5 2,93 2 h Á 250 C 20,5 4 2,92 2 h à 260 C 18,0 4 2,92 En comparez En comparant ces résultats avec ceux de l'exemple 2, on constate que lorsque R1 est pratiqué une température insuffisante, les caractéristiques finales deviennent tres sensibles à la variation de température de R2. Le "confort" de traitement, défini précédemment, devient alors insuffisant, et le niveau de caractéristiques est, en outre, diminué. EXEMPLE 4 Un fil machine, de diametre 9,5 mm et de composition - Mg : 0,63 % - Si : 0,55 % - Fe : 0,27 Z (et autres impuretés habituelles de l'aluminium pour applications électriques) a été obtenu par filage 9 4800C dune billette écroûtée de 220 mm de diamètre, sur une machine avec préchambre et à deux écoulements. Le fil est sorti de la filière à une température légèrement supérieure a 5000C du fait de l'échauffement dynamique dû à la déformation, ce qui a permis de le tremper en continu sans réchauffage préalable. On a procédé immédiatement au revenu R1, à 2400C, pendant 4 heures. Puis, on a tréfilé sur machine multipasse jusqu a un diamètre de 1,78 mm et procédé à un revenu R2 de 6 heures à 2400C. On a obtenu les caractéristiques suivantes - R : 22 hb - A 200 : 6 Z - P 20 : 2,95 nombre de pliages alternés sur un rayon de 5 mm, avant rupture : 15. REVENDICATIONS 1) Conducteurs électriques en alliage aluminium-magnésium-silicium, comportant - de 0,40 a 0,90 % de Mg - de 0,40 à 0,80 Z de Si - de 0,15 à 0,35 Z de Fe et les impuretés habituelles de l'aluminium pour applications électriques, sous forme de fils nus ou isolés, de méplats, de rubans et bandes minces, nus ou isolés, caractérisés par l'association des caractéristiques suivantes - une charge de rupture au moins égale a 20 hb, - un allongement å la rupture sur 200 nia au moins égal à 5 %, une resistivité inférieure à 3 ssQ.cm à 200C, - une résistance, avant rupture, à au moins 10 pliages alternés, pour un fil de 2 mn de diamètre et un rayon de pliage de 5 mm. 2) Procédé d'obtention de conducteurs électriques selon revendication l. à partir d'une ébauche obtenue, nottament, par filage à chaud d'une billete, par coulee continue du type PROPERZI ou par laminage à chaud de plateaux, ladite ebauche entant préalablement trempe à partir d'un état dans lequel la majeure partie du silicium et du magnésium était en solution solide, caractérisé par les stades successifs suivants - traitement thermique de revenu R1 a une température da 200 à 2500C, pendant une durée comprise entre 2 et 8 heures - déformation E, jusqutå la dimension finale, à une température ne dépassant pas 2600C - traitement thermique final d'adoucissement R2 å une température cup- prise entre 240 et 2800C, pendant une durée comprise entre 1 et r heures. 3) Procédé d'obtention de conducteurs électriques selon revendication 2, caractérisé en ce que le revenu R1 fait immédiatement suite à la trempe de l'ébauche de façon à empêcher l'évolution de la maturation spontanée. 4) Procédé d'obtention de conducteurs électriques, selon revendication 2, caractérisé en ce que le traitement thermique R1 est effectué en continu. 5) Procédé d'obtention de conducteurs électriques, selon revendication 2,caractérisé en ce que le traitement thermique R2 est effectué en continu.