Brevet FR2351182A1 — publié le 19771209

La présente invention est reiative à des alliages d'aluminium ayant d'excellentes propriétés de résistance mécanique et de façonnage, et concerne plus particulièrement les alliages d'aluminium présentant d'excellentes propriétés de résistance, d'allongement ou de ductilité et, en particulier, de bonnes propriétés de façonnage a la presse, et qui sont adaptés pour la fabrication de carrosseries de véhicules auto- mobiles. On utilise traditionnellement de @ l'ind-strie, deux catégories d'alliages d'aluminium pour la fabrication des carrosseries d'automobiles, la promière comprenant les alliages ne pouvant pas être traités a chaud. tels qe les alliage 5182, X5085, etc..., l'autre englbbant les alliages pouvant être traités à chaud comme les alliages AU2G, 2036, etc...Ces alliages d'aluminium sont généraiement comparables, en ce qui concerne leurs propriétés mécaniques, aux tôles d'acier laminées à froid qui sont largement utilisées pour la fabrication des carrosseries d'automobiles, mais elles présentent des propriétés très inférieures à ces dernières en ce qui concerne leur aptitude au façonnage a la presse. !frsi que ela ressort du Tableau I ci-après, ces alliages d'aluminium sont pratiquement comparables aux tôles d'acier laminées à froid, en ce qui concerne leur résistance mécanique, mais, par contre, il @'en est pas de même de leurs propriétés d'allongement ou de leur duct@lité, de sorte qu'ils sont pratiquement acceptables pour la fabrication des carrosseries si l'on se place du point de vue de la résistance ; toutefois, leurs propriétés inférieures de façcnnage a la presse, comparativement aux tôles d'acier laminées a froid, rendent l'utilisation de ces alliages peu satisfaisante comme matières premières pour la réalisation de pièces façonnées a la presse pour les carrosseries d'automobiles. Un facteur important et même décisif pour l'aptitude au façonnage a la presse des métaux est la ductilité ; en effet, un matériau ayant une ductilité élevée convient généralement au façonnage a la presse. Or, même l'alliage X5085 qui est considéré comme étant le meilleur des alliages utilisés pour la fabrication des carrosseries d'automobiles en ce qui concerne la ductilité et qui a des propriétés de façonnage a la presse relativement bonnes, se révèle néanmoins peu satisfaisant en ce qui concerne les résultats et est inférieur aux tôles d'acier laminées à froid du point de nue de la ductilité et, de ce fait, de sos aptitude au façonnage à la presse.De plus, l'alliage X5085 n'est pas sans poser certains problèmes pratiques d'utilisation du fait de ses médiocres propriétés de à I la limite élastique a été déterminée se lon la norme japonaise JIS, c'est-à-dire I qu'elle correspond à la résistance à un point correspondant à une contrainte résiduelle permanente de 0,2 %. *2 résistance a la traction ou charge de rupture. :itiofl 5 en poids) Propz tds Ho ~ Ir ét- - z i b!,2 *,) i r bit-lf te- résistance A17-,nge t g astique a R11-3ga ttg/Ss 2 ) traction ≈ -- -- (Kg/i-i2 r;; ç t t 5 S - 4 t - t 35 ste 14 28 25 t b5 E T*t ,0,4 ~ ~ 28 ~ 31 a 8 j 2 1" 4 a 0 ! 4- ~ 16 28 24 4M,45 |Ot45 2fi n 20 34 24 s te 5 Ga t > } 4 lte ~.e - 28 ou 36 ou 5 fx | plus plus Ainsi, dans les conditions actuelles du développement, @s alliages d'aluminium destinés à la fabrication des carrosse @es pour @@@icules automobiles, le grand besoin d'alliages ayant @e grande résistance à la traction, par exemple, supérieure à :o kg/mm et un grande ductilité, par exemple supérieure à 30%, en même temps qu'une exceilente aptitude au façonnage se fait sentir de façon croissante. Dans les alliages appelés à être façonnés à la presse, par exemple pour la fabrication de carrosseries, il est souhaitable que le grain soit le plus fin possible. De plus, il convient que le matériau utilisé pour la fabrication de ces carrosseries soit suffisamment solide et rigide avant et apres avoir subi le traitement de cuisson au four de la peinture sur la surface peinte. La présente invention à en conséquence pour but de pourvoir à un alliage d'aluminium amélioré ayant à la fois une excel lente résistance mécanique et une excellente aptitude au façonnage à la presse et convenant à la fabrication de carrosseries pour automobiles, et de pourvoir à un alliage d'aluminium à grain fin et suffisamment résistant et rigide pour supporter pleinement le cycle de cuisson au-four ae la peinture dont il est revêtu. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la deseripticr qui va suivre. D'une manière générale, la présente invention a pour objet des alliages d'aluminium caractérsés en ce qu'ils contiennent du magnésium, du zinc et du cuivre. De façon plus précise, la présente invention a pour objet des alliages d'aluminium contenant de 3,5 à 5,5% environ de magnésium, de 0,5 à 2,0% environ de zinc et de 0,3 a 1,2% environ de cuivre, le reste étant essentiellement constitué par de l'aluminium et par les impuretés iné- vitables, les pourcentages susdits s'entendant en poids. Une caractéristique importante de la présente invention réside dans la mise en évidence des gammes critiques de propor- tions des composants d'alliage spécifiés ci-dessus, qui améliorent considérablement les propriétés de ces alliages au point de les rendre utilisables pour des applications telles que la fabrication de carrosseries de véhicules, qui exigent à la fois la ré sistance mécanique, la ductilité et l'aptitude au façonnage. Préalablement à la description détaillée de divers modes de réalisation préférés, la Demanderesse se propose d'expliquer brièvement ci-après, les effets des trois composants essentiels des alliages conformes 9 la présente invention, et les raisons qui ont conduit à l'établissement des gammes de proportions spécifiées plus haut, qui ont été vérifiées expérimentalement (les pourcentages utilisés pour spécifier la composition des alliages de l'invention s'entendent tous en poids). Le magnésium (Mg) est un élément qui augmente la résistance des alliages, mais sa proportion doit être comprise entre 3,5 et 5,5%. Quand la teneur est inférieure à 3,5%, l'effet d'augmentation de la résistance et l'aptitude au façonnage sont toutes deux réduites ; quand la proportion dépasse 5,5 %, les propriétés de travail a chaud sont réduites. Le zinc (Zn) confère aux alliages des propriétés de vieillissement et permet d'améliorer leur résistance par vieillissement naturel ou à la température ambiante après le traite- ment d'affinage, mais sa teneur doit être comprise entre 0,5 et 2,0 %. Quand la teneur est inférieure à 0,5 %, l'effet d'augmentation de la résistance est insuffisant ; quand elle dépasse 2,0 %, la ductilité diminue, cette diminution s'accompagnant d' une diminution de l'aptitude au façonnage, indépendamment de 1' augmentation remarquable de la résistance. Le cuivre (Cu) confère aux alliages, tout comme le Zn, des propriétés naturelles de vieillissement, et, ainsi, rend ceux-ci plus résistants, mais sa proportion doit être comprise entre 0,3 et 1,2 %. lorsque la teneur est inférieure à 0,3 %, l'effet daaugmentation de la résistance est insuffisant ; lorsqu'elle dépasse 1,2 %, l'aptitude au façonnage de ces alliages diminue contre toute attente, malgré une augmentation remarquable de la résistance. En outre, le titane (Ti) et le bore (B) sont également aptes, tot comme dans les alliages ordinaires a base dgaluminium. a affiner la structure de l'alliage moulé, en améliorant ainsi la qualité, à condition que la teneur en Ti soit inférieure à 0,2 % et que la teneur en B soit inférieure à 0,01 %. Les alliages d'aluminium conformes à la présente invention présenteront la qualité optimale, si on leur fait subir un traitement comprenant les étapes ci-après. I1 est à noter que ces étapes sont des facteurs très importants pour obtenir des alliages de bonne qualité, conjointement avec les proportions spécifiées des composants. a) pour homogéneiser la structure du lingot, on procède à un ré chauffage en une ou plusieurs étapes pendant 2 à 48 heures, à une température comprise entre 400 et 5000C. b) on fait suivre le réchauffage ci-dessus d'un processus de la minage à chaud à une température comprise entre 350 et 5000C. c) après le processus de laminage à chaud, tout en le soumettant à un recuit si c'est nécessaire, on procède à un laminage à froid du lingot jusqu'à une épaisseur prédéterminée. d) le revenu final peut avantageusement être effectué selon le procéde de revenu bien connu T4 qui assure un degré élevé de ductilité ou de bonne aptitude au façonnage. e) en ce qui concerne les conditions du traitement de revenu T4, en plus du processus normal de trempe à l'eau après un traite ment d'affinage à 4600C pendant une heure, on peut également mettre en oeuvre un processus de chauffage rapide dans un four de réchauffage rapide en continu (par exemple à 4800C pendant 25 secondes) suivi d'un refroidissement à l'air. pour obtenir les bons résultats recherchés. Outre les dispositions qui précèdent, l'invention comprend encore d'autres dispositions, qui ressortiront de la description qui va suivre. L'invention sera mieux comprise à l'aide du complément de description qui va suivre, qui se réfère à des exemples de mise en oeuvre du procédé objet de la présente invention. I1 doit être bien entendu @@@efois, sue ces exemples de mise en oeuvre, sont donnés uniquement à titre d'illustration de l'objet de l'invention, dont ils ne constituent en aucune manière une limitation. EXEMPLE t Comme le montre le Tableau II ci-après, des toles d'1 mm d'épaisseur en alliages ayant diverses compositions conformes à la présente invention et qui @nt été so@mises au traitement T4 (par traitement thermique d'affinage à 460 C suivi d'une trempe à l'eau), présen@ent tous de me@lleures propriétés mécaniques que les alliages @@@@ques du @@@leaux l@ En bref, les alliages conformes à la présonte invention ont une ductilité élevée jointe à une grande résistance, notamment. une résistance à la traction supérieure @@@ kg/mm, et un allongement supérieur à 30 %. TABLEAU II \ &num; PrDpridtés mdcaniques \ Con isiticn ({ en poÈ Propriéts mbcaniclus V is I im: 4o3 TtR XS; tSg j sistafloe 8 dsIsto i I ique in la traction I a txnceig (a) )11 - 4,a L ~CII~ r-1- --- 14,0 31,4 31 É t"; i 14,2 31,8 31 .'- 1 ~~~~~~~~~ { i " ^ fi i t4 6 32,6 31 5 t f b t j g , J t ! [ X | tl.-------I -------- 31 i ' a 1 33,5 31 t ~~ ~ ~~~ . , t~ ~~~ 5 J ^t . tSwhi 32w8 31 -yl----- ' 15,6 i i l s 32,8 31 * 16.o 33,1 t 4 w~ ~ . t *? ~ 17,1 34,3 32 w 17,1 34,3 e t ~5 1 j2,7 1 32 | S 4 1 g li5 I 143 320 31 t 14,3 32,0 t w F ,,~ 1410 31,5 30 i i 2 14w0 31t5 30 tA~ w , , t t 1,5 0,4 - 15,0 31t0 31 & o,6 " 15,6 32,3 32 g 1 016 15.8 2,9 32 i Q ~ , 8w w 1,0 r, 17t0 34,3 31 - n 1o,4 2su0 ~ EXEMPLE 2 Les résultats d'une comparaison des propriétés de façonnage à la presse, effectivement testées sur des pièces de véhicules, telles que le hayon représenté à la figure la et l'aérateur représenté à la figure 1b, entre les alliages d'aluminium traditionnels et un exemple des alliages conformes à la présente invention (sous la forme d'une plaque d'1 mm d'épaisseur, soumise à un traitement de revenu selon le procédé T4, c'est-à-dire soumise à un traitement d'affinage A 460 C Suivi d'une trempe à l'eau) sont indiqués dans le Tableau III ci-après TABLEAU III Aptitude au fai;;onnage alliages Revenu - - - Hayon extérier Aeraeur X2 Eayon extérieur Aérateur *2 I c I Mg 4,7 % u r,5 Zn 1,5 % T4 pas de fissure ! pas de fissure 4 > Cu 0,8 % tnrnco (6 m r' r' E v! +1 Al Reste H R ç s c:: fissure tw 143 t u m 5182 O petites fissures fissure W V X - | X5085 O fissure pas de ç AU2G T4 " | petites fissures c > m 0 2036 T4 r' r' VIIU u rlcrm c > Hr'r' oe I l *1, *2 sont représentés aux figures la et lb respectivement. EXEMPLE 3 Comme on le voit dans le Tableau IV, les mêmes alliages conformes à l'invention que dans le Tableau III (soumis à un traitement d'affinage pendants heure à 46CtCj donnent de meilleurs résultats que les alliages traditionnels dans des essais de mandrinage hydraulique. Aussi bien dans des essais de mandrinage circulaire qu'elliptique, les alliages conformes à l'invention, se comportent mieux que les alliages classiques, ce qui prouve qu'ils présentent une aptitude au façonnage à la presse supérieu re à celle des premiers. TABLEAU IV Hauteur de bombe- Hauteur de bombement ment Revenu ment produite par produite par mandrin mandrinage Revenu mandrinage à l'ai- nage elliptique à de d'un mandrin de l'aide d'un mandrin igloo mm de diamètre dont le petit axe est de 40 mm et dont le grand axe est de 100 mm o fl a Mg 4,7 % 6 1 Mg 4,7 % OrdC c: o a > Reste 4, Al Reste H s AL o A Lw X 5182 O 29,2 11,9 x5085 4-1 XS085 O 28,7 13,8 . 4, a > 4, AU2G T4 27,8 12,5 2036 a z 2035 T4 27,8 12,6 wu 13 H 'a > O m 8 EXEMPLE 4 Les alliages conformes à l'invention présentent de bonnes propriétés mécaniques, meme lorsqu'on procède à un refroidissement à l'air apres un chauffage rapide de courte durée, sans se limiter au processus normal qui requiert une trempe à l'eau apres 16 traitement d'affinage pendant 1 heure à 460 C.Un exemple est représenté dans le Tableau V dans lequel des alliages ayant différentes compositions (sous la forme d'une plaque d'1 mm d'épaisseur chauffée rapidement à 480 C pendant 25 secondes) présentent des résistances à la traction (en kg/mm2) et des allongements (en %) supérieurs à 30. TABLEAU V aomposftion flr en pofds) ProprfBtés caniques aOmposition (* en poid8) i Ginit Blas- Msistsace à Allorgt-ent Kg Zn Cu Al tique fkg/nm2: la traction (kgXmm ) (96) (kslmm2) I 4,7 1,5 i0,8 Raste- ] f,O 3205 315 " 113 148 f -230 2 1 1 1 4 Tt 5,2 1,0 - 14,6 32 3 ai P ~ . ~ ~ fi 4,4 Z 14,0 31 1 9 ç 4,7 1,5 ,6 " t , 1210 I ç f2,. . ~~ . 'r n - s f 1 X, . , EXEMPLE 5 Avec des lingots en alliages avant la composition 'rdi- quée dans le Tableau VI ci-après, on a procédé, après un traitement d'homogénéisation à 460 C pendant 16 heures, à un laminage à chaud à une température comprise entre 440 et 480 C jusqu'à ce qu'on obtienne une épaisseur de 5 mm, suivi d'un laminage à froid jusqu'= une épaisseur de 3 mm, puis d'un traitement de recuit intermédiaire à 400 C pendant 2 heures, suivi d'un second laminage à froid jusqu'à une épaisseur de 1 mm. Ensuite, les plaques laminées à froid de 1 mm d'épaisseur ont été soumises à un traitement d'affinage à 460 C pendant une heure, suivi d'une trempe à l'eau. Finalement, on a obtenu des plaques ayant subi le traitement de revenu T4 après un vieillissement naturel de 30 jours, les propriétés des plaques ainsi traitées étant indiquées dans le Tableau VII ci-après. REmarque 1 : le cycle de cuisson de la peinture au four a été effectué à 1750C pendant une heure et suivi d'un refroidissement à l'air (la cuisson au four s'effectue habituellement à environ 175 C) Remarque 2 l'essai de mandrinage circulaire s'effectue avec un mandrin de 100 mm de diamètre. L'essai de mandrinage elliptique s effectue avec un mandrin dont le petit axe a 40 mm et le grand axe OC mm. EXEMPLE 6 Certains échantillons représentatifs pris parmi les alliages du Tableau VI, ont été soumis à un laminage à froid pour produire des plaques d'1 mm d'épaisseur, par le même procédé qu'à l'@remple 5 ci-dessus. On a ensuite soumis ces plaques laminées à froic à un traitement d'affinage à 480 C pendant une corrte per@ode de 25 secondes, suivi d'un refroidissement à l' a@@ or a obtenu des plaques ayant subi un traitement de revenu T4 après @0 jours de vieillissement naturel ; les propriétés de ces plaques sont indiquées dans le Tableau VIII. TABLEAU VI Compositions (% en poids) Mg Zn Cu Mn Cr Zr V Ti Fe Si Al A 4,7 1,3 0,8 - - - - 0,03 0,12 0,08 Reste B " 1,5 0,6 - - - - 0,04 0,15 " " C 4,2 " 0,4 - - - - 0,06 0,11 0,07 " TABLEAU II Propriétés mécaniques Propriété mécaniques des plaques soumises à des plaques soumises à Dimension Hauteur de bombement Rapport Indice un traitement de revenu un traitement de reve- des grains, (Hydraulique) d'étirage d'Erich T4 (1 mm d'épaisseur) nu T4 après un cycle diamètre limite sen de cuisson de la pein- circulaire elliptique ture au four (1 mm d'épaisseur) #0,2 #B # #0,2 #B # 10- kg/mm kg/mm % kg/mm kg/mm % mm mm mm mm A 15,1 33,0 32 15,5 33,4 29 48 31,0 15,0 2,17 9,7 B 15,8 32,3 " 16,6 33,0 30 48 31,2 14,9 " " C 14,6 31,8 31 14,1 31,0 " 45 30,8 14,7 2,16 9,6 TABLEAU VIII Propriétés mécaniques Propriétés mécaniques des plaques soumises à des plaques soumises à Dimension Hauteur de bombement Rapport Indice un traitement de revenu un traitement de reve- des grains, (hydraulique) d'étirage d'Erich T4 (1 mm d'épaisseur) nu T4 après un cycle diamètre limite sen de cuisson de la pein- circulaire elliptique ture au four (1 mm d'épaisseur) #0,2 #B # #0,2 #B # 10- kg/mm kg/mm # kg/mm kg/mm % mm mm mm mm A 14,8 32,0 32 15,3 32,6 29 35 31,0 15,0 2,17 9,7 B 15,3 " " 15,7 32,7 30 38 31,2 14,9 " " C 14,4 31,3 31 14,0 30,8 29 36 30,8 14,7 2,16 9,6 Il résulte de la description qui précède, que quels que soient les modes de réalisation et d'application adoptés, l'on obtient des alliages d'aluminium qui présentent par rapport aux alliages d'aluminium visant au même but antérieurement connus, des avantages importants dont certains ont été mentionnés dans ce qui précède et dont d'autres avantages ressortiront de l'utilisation desdits alliages d'aluminium. Ainsi que cela ressort de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes de reajisation et d'application qui viennent d'être décrits de façon plus explicite ; elle en embrasse au contraire toutes les variantes qui peuvent venir à l'esprit du technicien en À matière, sans s'écarter du cadre, ni de la portée, de la présente invention. REVENDICATIONS 1. Alliage d'aluminium, caractérisé en ce qu'il comprend essentiellement de 3,5 à 5,5 % environ de magnésium, de 0,5 à 2,0 % environ de zinc et de 0,3 à 1,2 % environ de cuivre, le reste étant assentiellement constitué par de l'aluminium et par les imporetés inévitables, tous ces pourcentages s'entendant en poids. 2. titre de produit industriel nouveau, une feuille d'aluminium réalisée en un alliage d'aluminium selon la Revendication 1 caractérisés en ce que l'alliage est soumis à un processus de réàcha@@@age sn un seule étape ou en plusieurs étapes à une température comprise entre 400 et 500 C pendant 2 à 48 heures et à un @aitement de revenu T4 afin de lui conférer une structure à grain @in. 3. Feuille d'aluminium réalisée en un alliage d'aluminium selon la Revendication 1, caractérisée en ce qu'elle résiste à @n @n cycle C cuisson de la peinture au four appliqué à la surface de la feu