Brevet FR2538002A2 — publié le 19840622

FR 2538002 A2 19840622 FR 8221494 A 19821216 MILIEU DE TRTPE AQUEUX POUR ALLIAGES LEGES A BASE D'ALLNINIUM La présente invention concerne un milieu de trempe aqueux pour les alliages légers à base d'aluminium. Dans la demande de brevet principal, on a décrit et revendiqué un nou- veau milieu de trempe aqueux, à base de polymère organique hydrosoluble, pour traitement thermique de métaux et alliages ferreux, et, en parti- culier, pour aciers au carbone et aciers alliés, permettant de raccour- cir la durée de la phase de caléfaction, d'augmenter la vitesse de refroidissement pendant la phase de caléfaction, de la diminuer progres- sivement pendant la phase d'ébullition nucléée, la vitesse maximale se situant au début de cette phase, et d'éviter la précipitation du poly- mere organique sur les pièces trempées, caractérisé en ce qu'il comporte de 0,1 à 30 % en poids d'éther de polyoxyalkylène glycol, de masse molé- culaire comprise entre 4000 et 30000, et, de préférence, compris entre 10000 et 12000 ou entre 20000 et 25000 et de 0,5 à 15 % en poids d'un additif anticorrosif choisi parmi les sels d'acide oxo de 7 à 13 atomes de carbone d'une alkanolamine et les cinnamates dyalkanolamines, le reste étant de l'eau. Cependant, il est connu que la trempe des alliages à base d'aluminium est un phénonmène différent de la trempe des aciers, les phénomènes structuraux étant d'une autre nature. Lorsqu'on trempe à l'eau des alliages à base d'aluminium, on cherche à obtenir le meilleur compromis possible d'une part entre les caractéris- tiques mécaniques de traction et la stabilité dimensionnelle à la trempe des produits minces ou matrices de précision avec, comme critère essen- tiel, l'isothermie des surfaces et la reproductibilité des refroidisse- ments et d'autre part entre les caractéristiques mécaniques de traction et les contraintes résiduelles de trempe des produits épais avec, comme critère essentiel, l'obtention de vitesses de refroidissement accélé- rées et reproductibles permettant de tremper rapidement les alliages dans le domaine critique de trempe ( 400-250 C) sans adoucir exagéré- ment la peau du métal, notamment à haute température entre 500 et 400 G C. La demanderesse a constaté que, de façon inattendue, le milieu aqueux revendiqué pour la trempe des aciers, dans la demande de brevet princi- pal, s'appliquait également à la trempe des alliages à base d'aluminium et permettait d'obtenir les meilleurs compromis possibles entre les caractéristiques mécaniques et la stabilité dimensionnelle. L'objet de l'invei tion est donc l'application, aux alliages à base d'a- luminiun, du milieu de trempe aqueux objet de la demande de brevet principal. Les exemples qui suivent illustrent la mise en oeuvre de l'invention: Le milieu de trempe est obtenu par mise en solution dans l'eau d'JLEDMSXR EC 31/45000 de la Société des Produits Chimiques Ugine Kuhlmann, et addition d'I P 9 de la même Société, et dont la nature et les caractéristiques ont été indiquées ci-dessus. On a procéd a des essais comparatifs en utilisant comme milieu de trem- pe de référence: l'eau à 20 et 60 C Les milieux de trempe, selon l'invention, sont une solution aqueuse d'EMKARMX à 15 % en poids addi- tionné de 4 % en volume d I o P 9 (référencée en abrégé 15/4) et une so- lution aqueuse d' EKAMX à 12 % en poids, additionnée de 5 % d'I P 9 (référencée, en abrégé 12/5). On a procédé à la trempe des échantillons à partir de 500 C On a cons- taté que: 1 / la longueur du régime de caléfaction et sa stabilité à haute tempé- rature ( 500-480 C) sont augmentés 2 / la vitesse de refroidissement dans le domaine critique de trempe ( 400-250 C) est sensiblement augmentée 3 / de façon générale, la reproductibilité de la trempe est assurée, ce qui est loin d'être le cas dans l'eau froide ou chaude. On obtient des refroidissements accélérés entre 500 et 250 C pour les compositions optimales suivantes: % EMKAROX FC 31 + 4 % I P 9 (en poids) 12 % E 5 IMROX FC 31 + 5 % I P 9 (en poids) % EMKAROX FC 31 + 6 % I P 9 (en poids) Ces solutions donnent des vitesses de refroidissement équivalentes ou légèrement supérieures ( 4 MKARX pératures ( 500-400 C) à celles que l'on obtient dans l'eau à 60 Q C non agitée, ainsi qu'une transition entre caléfaction et ébullition nucléée moins brutale que dans l'eau à 60 C, ce qui est favorable à la stabilité dimensionnelle des produits trempés. Les vitesses de refroidissement dans le domaine critique de trempe ( 400250 C) étant inférieures de 30 % à 50 % (sous la surface) à celles que l'on obtient dans l'eau à 60 C non agitée, on appliquera préféren- tiellement ces solutions à la trempe de produits relativement peu épais en alliages d'aluminium à hautes caractéristiques ( 7075) ou de produits plus épais en alliages à vitesse critique de trempe plus faible ( 6061, 7020, 7010 ou analogues). On a rassemblé dans les tableaux suivants les résultats d'essais de trempe d'alliages à base d'aluminium, qui montrenÉ l'intérêt des solu- tions aqueuses concentrées d'DIKAROX + I P 9: Conditions d'essai Conditions optimales: solution aqueuse de 5 à 20 % en poids d'EMKAROX FC 3 i/45000 + 2 à 10 % d'I P 9 À Conditions préférentielles testées: 15 % d'EMKAROX + 4 % d'I P 9 (référencé 15/4) et 12 % d'EMKAROX + 5 % d'I P 9 (référencé 12/5). EXEMPLE N 1 L'essai visant à évaluer la déformation due à la trempe, a porté sur un tube en AU 4 G ( 2017), L = 230 ram, O = 60 ram, e = 2,5 ramm, fendu selon une génératrice, avec 25 rnm entre les lèvres. Le tube a subi un traitement classique de mise en solution solide de mn à 485 C. On a traité des lots de 4 tubes, qui ont été trempés par immersion ver- ticale dans un bac de 100 litres sans agitation On a ensuite mesuré le resserrement (-) ou l'écartement (+) des lèvres en 5 points espacés de mm et pris la moyenne des 5 mesures sur chacun des 4 tubes. On a effectué des essais de comparaison par trempe à l'air, à l'eau à C, à l'eau à 600 C et dans de i'HMKAROX à 10 % sans aucune addition. F M 4 PLE NO 2 On a ensuite mesuré 1 influence de la trempe sur les caractéristiques mécaniques et la déformation de tôles en 7075 (AZ 8 GU) de 400 x 400 x 8 mm, trer ées par immersion verticale rapide en bac de 200 Litres Les t 8 les avaient préalablement subi un traitement classique de mise en so- lution solide de 4 heures à 480 C. On a procédé à des essais comparatifs dans Les résultats sont les suivants: l'eau à 20 C et à 600 C. Conclusion Les solutions de trempé à base d'HOKEAROX et d'I P 9 sont particulière- ment intéressantes pour les produits minces en alliages à hautes carac- téristiques présentant de hauts risques de déformation (matriçage de précision, produits filés, pièces moulées de formes compliquées). Vitesse de Déformation des tubes en mn Fefroid en ' Moyenne treupee C/seconde 1 2 3 4 Air 1,1 + 0,14 + 0,08 + 0,10 + 0,06 + 0,0095 0,02/0,18 Eau 200 600 + 0,58 + 0,50 + 0,30 + 0,61 + 0,50 0,22/0,92 Eau 600 200 + 0, 26 + 0,05 0,03 + 0,08 + 0,11 -0,09/+ 0,30 H 4 KROJX 10% 190 + 0,33 + 0,12 + 0,15 + 0,14 + 0,19 0,08/0,37 /4 80 + 0,05 + 0,06 + 0,07 + 0,06 + 0,06 0/0,10 12/5 100 + 0,10 + 0,07 + 0,08 + 0,09 + 0,0085 0/0,14 Litite Charge de Déformation en Vitesse de Fluide de Allongement Fludede élastique rupture Al e flèche, tuile, refroidi en e Rp O,2,hb mhb A % en mm en mm C/seconde Eau 20 C 498 568 11,6 1,5 1,5 200 Eau 60 C 488 559 12,5 5 7 60-100 /4 458 543 13 O O 25 12/5 469 551 14,2 O O 30 Elles permettent de supprimer les déformations de trempe, tout en main- cenant des caractéristiques mécaniques élevées, ce qui rend ces solutions d'EE entre caractéristiques mécaniques et déformations ou contraintes rési- duelles de trempe. De plus, contrairement à la trempe à l'eau chaude ( 40 C ou plus), la trempe dans des solutions dl E Mg-AROX + Io P 9 donne des résultats repro- ductibles, ce qui améliore la fiabilité des fabrications et permet ainsi d'éviter les contraintes et les-coûts de chauffage des bacs d'eau. REN 3,EDICATIONS 1 / Application, à la trempe des alliages à base d'aluminium, du milieu de trerpe aqueux à base de polymère organique hydrosolubleg objet de la revendication 1 de la demande de brevet principal, ce milieu étant constitué de 0,1 à 30 % en poids d'éther de polyoxyalkyllne glycol, de masse moléculaire comprise entre 4000 et 30000, et, de préférence, com-n prise entre 10000 et 12000 ou entre 20000 et 25000, et de 0,5 à 15 % en poids d'un additif anticorrosif choisi parmi les sels d'acide o o de 7 à 13 aromes de carbone d'une alkanolamine et les cinnamates d'alkano- lamines, le reste étant de l'eau, avec une composition préférentielle de 5 à 20 % en poids dudit éther de polyoxyalkylène glycol, et de 2 à % en poids d'additif. 2 / Application, à la trempe des alliages à base d'aluminium, du milieu de trekope selon revendication 1, caractérisé en ce que le milieu de trempe comporte de 12 à 15 % en poids d'EMK@AROX FC 31/45000 et de 4 à % d'I P 9 e.