Brevet FR2526047A1 — publié le 19831104

-1- PIDCEDE DE FABRICATION DE PRODUITS EN ALLIAGE D'AL NIUM APTES A L'E'IRAGE La présente invention est relative à un procédé de fabrication de produits en alliage d'aluminium aptes à l'étirage et qui s'applique plus particulièrement aux bandes obtenues par coulée entre cylindres. Il est connu de fabriquer en continu des bandes en aluminium ou en a 11 iage d'aluminium, en introduisant ce métal à l'état fondu entre les deux cylindres tournants et refroidis d'une machine de coulée, de manière à provoquer la solidification du liquide sous forme d'une bande de largeur pouvant atteindre 2 mètres environ et d'épaisseur comprise entre 5 et 10 mn Une telle technique a été décrite dans le brevet français 1 198 006 Cette bande est généralement soumise à un traitement thermique d'homogénéisation pour modifier ses caractéris- tiques mécaniques, puis amenée à une épaisseur voisine de 300 pm par laminage à froid ou à chaud, en plusieurs passes qui peuvent être sé- parées par des opérations de recuit intermédiaire Cette feuille s'avère particulièrement intéressante pour la réalisation,par embou- tissage profond et étirage, de bottes destinées notamment au condi- tionne=ent des boissons Pour cela, on découpe des disques circulai- res dans la feuille et les soumet à l'action combinée d'un poinçon et d'une matrice, qui provoque par emboutissage la formation d'un go- det dont les parois enveloppent le piston Ce godet subit ensuite une transformation dimensionnelle dans une opération dite d'étirage au cours de laquelle ses parois sont amincies. Cette mise en forme nécessite l'application d'efforts importants à la surface du métal et il en résulte assez souvent l'apparition d'un phénciène dit de "galling", c'est-à-dire de grippage entre le maté- riau embouti et l'outillage Ce galling se traduit pour les alliages d'aluninium par un encrassement des outils, conduisant progressive ment a l'apparition de rayures qui peuvent, dans certains cas, dimi- nuer la résistance mécanique des boites, même parfois provoquer la rupture lors de l'opération d'étirage et, en tout cas, nuire à leur qualité esthétique. -2- On a aussi constaté vue la naroi d'une boite nouvait présenter des ir- régularités quant à la coloration ou à la brillance de sa surface. De nombreuses études ont été faites nour éviter ces défauts de surfa- ce et conférer aux boites un asnect satisfaisant à l'utilisateur. C'est ainsi, rr exer Dle, cu'on a examiné de plus prés, d'une part, le matériel utilisé et, plus préciséent, l'influence de la nature des matériaux avec lesquels était confectionné l'outillage, de la force du poinçon et de la matrice, de leurs dimensions et tolérances admissibles, de la vitesse d'emboutissage, des conditions de lubrifi- cation, d'autre part, le mxtal traité et, en particulier, sa cocvosi- tion, sa structure, ses caractéristicues mrcanicues et son état de surface. C'est à la suite de ces études qu'ont été faites des inventions ayant donné lieu à la délivrance de brevets et qui ont chacune pronosé une solution pour résoudre ce Problème d'aspect de surface. On connaît notarment dans le domaine des feuilles d'alumtiniu résul- tant de la coulée entre cyvlindres et destinées à la fabrication de boites, les brevets suivants: l'USP 3 930 895 qui relate les problèmes de calling, lorsqu'on ret en oeuvre un alliage du type 3004 suivant la norme de l'American Alu- mniun Association, c'est-à-dire avant pour cromposition Si 0,3 %, Fe 0,5 %, Cu 0,25 %, fin 1 à 1,5 %, ? 1 g 0,8 à 1,3 %, Zn 0,25 %, solde A 1 Ce brevet attribue les difficultés rencontrées au fait oue la coulée continue entre cylindres conduit à la formation de particules d'Al-Mn de dimensions inférieures à 2 pu, cui sont trop petites pour avoir un effet de nettovae sur l'outillaoe et contribue donc à son encrassement, et il cite le fait cue, lorscu'on traite un tel alliace obtenu Dar coulée classique, ces Pnarticules ont une dirension de 15 à 20 im et il n'v a pas alors encrassement Voulant néanmoins profi- ter des avantages de la coulée continue entre cylindres, notamment en ce qui concerne l'uniformité de la microstructure, l'inventeur prrco- nise, pour augmenter la taille de ces particules, de modifier la com- position de l'alliage 3004 en faisant casser la teneur en manganèse dans une fourchette camrise entre 2 et 3 % Ainsi dans ce brevet, -3- le phénomène du galling est-il lié à la microstructure du métal erbouti. i'USP 4 111 721 constate aussi ce phérnomène de galling sur des feuilles de 3004 et de 3003 et admet écalerent au'il faut accroître la dimension des particules d'Al-M et d'Al-Mn-Fe pour le supprimer. Toutefois pour y parvenir, il intervient non pas au niveau de la comosition mais enseigne un traitement thermique effectué de préfé- rence à une température de 620 C, pendant un intervalle de temns ccmpris entre 16 et 24 heures, traiterent qui peut être effectué soit sur la bande brute de coulée, soit sur la bande avant déjà subi une première série de passes de laminage. Si de tels procédés ont conduit à une réduction du phénomène de gal- ling, ils n'ont pas arporté la disparition complète du phénomène et des irrégularités quant à la coloration et à la brillance de la sur- face des boites. Apres maints essais, la demanderesse est arrivée à la conclusion que ces défauts étaient en relation avec l'état de surface de la bande brute de coulée En effet, avant procédé à un nettoyage mécanique de cette bande, elle a constaté oue toutes les irrégularités de colora- tion et de brillance qui se manifestaient couranmment avaient disparu. Malheureusement, le phénomène du galling s'était corrélativement amrplifié de sorte que, si la boite n'offrait certes plus de différen- ces de coloration ou de brillance, par contre, sa cualité esthéticaue était maintenant perturbée par la présence de ravures. Cherchant à approfondir le nécanisre de ce processus, elle a ccaris finalement que le phénromène de galling était ainsi lié à l'état de surface de la bande et qu'il était nécessaire d'avoir un dépôt sur l'aluminium pour éviter l'encrassement de l'outillage d'emboutissace, c'est-à-dire qcu'en sormme, il fallait reconstituer une partie de la couche de produit oui avait été enlevée lors du nettoyage récaniaue mais, en guidant sa formation, de façon à éviter les irréoularités de coloration et de brillance Aprs de nouveaux essais, elle a cons- taté cue cette couche rogwait être fornée en soumettant la bande à -4- des conditions de milieu et de tarérature bien précises. C'est ainsi qu'elle a trouvé cue la bande brute de coulée devait être chauffée dans l'air à une temrérature comprise entre 520 et 550 C pendant quelcques heures pour trouver des prcoriétés anti-gal- ling. Ainsi, sans recourir soit à des traitements thermicues de loncue du- rée à tem-'rature élevée, soit à esi alliages chargés en manganèse, la demanderesse est-elle Darçenue à résoudre les problères de callincy et d'irrégularité de coloration et de brillance en opérant a partir d'un 3004 classique et dans les conditions habituelles de traitement thermioue. L'invention consiste donc en un precédé de fabrication de feuilles en alliage d'aluminium aptes à l'étirage, dans lequel l'alliaae est coulé entre cylindres de façon à former une bande qui sttraitée ther- miquement, laminée jusqu'à une épaisseur voisine de 300 im au cours d'une série de passes pouvant être séparées par des opérations de re- cuit, de ranière à ccnduire à une feuille dans laqcuelle on découpe des disques qui sont souris à un emboutissage et à un étirage, carac- térisé en ce que la surface de la bande est nettoyée rmcaniaument puis modifiée par chauffage dans l'air. Ainsi, les oyens nouveaux ris en oeuvre co Mprennent d'abord un net- toyage mrécanique de la bande et, de préférence, en continu Il peut être réalisé au royen de tout dispositif connu permettant d'éliminer essentiellement les particules dérosées à la surface de la bande et la couche d'oxyde épaisse forne à la coulée, tout en limitant au mi- ninum l'épaisseur de rétal enlevé Ce nettoyage peut être réalisé au défilé, de préférence par brossace au noven d'une brosse à poils mé- ta Iiques ou composites(par exenple nylon plus carbure de tun-stène) anirée d'un mouvement de rotation Le brossage peut être fait dans la direction de défilement de la bande, au royen d'une brosse cylin- driaue fixe, dont la longueur est un peu plus grande cue la largeur de la bande et dont l'axe est ueroendiculaire à cette direction. fais, on peut aussi utiliser une brosse cylindrique de faible lon- -5- gueur avec un axe parallèle à la direction de défilement de la bande, soumise à un mouverent alternatif transversal de translation, de sorte qu'elle nettoie régulièrerent toute la largeur de la bande avec un certain recouvrement à chaque aller et retour Les vitesses de rotation des brosses sont ajustées de facon à meitre à nu la surface de l'alurmniun Un tel brossage peut étre effectué directerent à la sortie de la machine de coulée, car la tennérature du métal est déjà suffisamment basse (T brossage sans collage du métal sur les poils de la brosse. A la place du brossage, on peut aussi utiliser un jet de gaz sous pression émis par une source mobile, pour nettoyer la surface. Le nettoyage peut être effectué aussi sur la bande avant déja subi une passe de laminage alors aue son épaisseur est voisine de 2,7 im. Le nettoyage peut être réalisé sur une seule ou sur les deux faces suivant la destination du produit Dans le cas des produits pour bo Itage, seul le nettoyage de la face qui formera l'extérieur de la boite est nécessaire. Apres ce traitement, on reforme à la surface de la bande une couche "anti galling" par un traitement thermique à haute temrérature dans l'air Cette opération est effectuée en chauffant la bobine formée par la bande nettoyée et enroulée à la sortie de la machine de cou- lée, à l'air, a une température comprise entre 520 et 550 C pendant 4 à 8 heures Une hande,chauffée à une température inférieure ou rendant une durée plus courte, est tout aussi sensible au galling-. lors de l'étirage qu'une bande brute de nettoyage Par contre, si le chauffage est effectué à une ternérature su/érieure à 560 C, les résultats sont excellents du point de vue qalling, mais il se forme alors sur la bande une couche brune oui se traduit,au niveau des produits emboutis et étirés, par des irrégularités de surface tel qu'un aspect plus ou Foins brillant et plus ou moins brunâtre, dont l'effet inesthétiaue entraîne la rise au rebut de la boîte ainsi obtenue. -6- La modification de la surface de la bande par traitement thermique peut égalerment être réalisée en continu au défilé, à la sortie de la machine de coulée après brossage Dans ces conditions, la durée de chauffage étant nécessairement courte et de l'ordre de 1 à 10 minutes, à moins d'avoir des fours à passage très longs, la température de traitement doit être plus élevée et ca Fnrise entre 600 et 620 C pour réaliser une modiification convenable de la surface Ce traitement est réalisé, de préférence, dans un four électrique, mais on peut éga- lement utiliser un four à flamme ou un four à atmosphère contrôlée. Le traitement est cptimisé en fonction du type de four, de son at- rosphkre plus ou moins humide et de la composition de l'alliage traité, notamment en ce qui concerne sa teneur en magnésium et en manganèse. L'expérience montre en effet que, plus la teneur en magnésium est élevée, plus le temps de traitement peut être court et réalisé à basse température. Ce procédé ne s'applique donc pas uniquement à l'alliage 3004 et l'on a vérifié et confirmé les résultats de cette invention avec des al- liages plus riches que ce dernier en magnésium, qui contenaient, par exemple, 0,8 % Mn et 2 % Mg, ou moins riches en magnésium, par exemple, avec une teneur en Eh de 1,5 % et en Mg de 0,5 %. Evidemment, ce traitement en atmosphère oxydante peut, pour certains alliages, contribuer à l'effet d'homogénéisation recherché pour amé- liorer les caractéristiques mécaniques. La bande recouverte du deépôt provoqué par le chauffage est alors soumise aux opérations de laminace pour l'amener à l'état de feuilles d'épaisseur voisine de 300 im. Ces passes de laminage peuvent être accompagnées d'opérations de re- cuit intermédiaire et/ou final sans apporter de perturbations sensi- bles à l'état du déeôt. -7- On dispose alors de feuilles présentant une très bonne aptitude à l'étirage se traduisant par des qualités esthétiques remarquables. VENDICATIONS 1 Procédé de fabrication de feuilles en alliage d'aluminium antes à l'étirage, dans lecuel l'alliage est coulé entre cylindres de fa- çon à former une bande ui est À traitée the rnmi ent, la- minée jusqu'à une épaisseur voisine de 30) pm au cours d'une série de passes pouvant être séparées par des opérations de recuit, de ma- nière à conduire à une feuille dans laquelle on découpe des disques qui sont soumis à un emboutissage profond et à un étirage, caractéri- sé en ce que la surface de la bande est nettoyée mécaniqcmient nuis modifiéepar chauffage dans l'air. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce aue le net- toyage mrécanique est réalisé au toven de brosses à roils rétallinues ou composites. 3 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce cue le chauffage dans l'air s'effectue sur la bande enroulée, en discxntinu, à une température cu ?rise entre 520 et 550 C pendant 4 à 8 heures. 4 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce ue le chauffage dans l'air s'effectue, en continu, à une tenperature cc Onm- prise entre 600 et 6200 C rendant 1 à 10 minutes.