Brevet FR2552111A1 — publié le 19850322

La présente invention concerne un alliage d'aluminium ayant non seulement une résistance électrique élevée mais aussi se prêtant bien au formage, par exemple à la presse, par pliage, par rapport aux alliages d'aluminium disponibles jusqu'à présent. On a utilisé jusqu'à présent des alliages d'aluminium comme bons conducteurs étant donné leur faible résistance électrique par rapport à celle du fer et des alliages du fer. Cependant, au cours des dernières années, on a utilisé de façon très importante des alliages d'aluminium dans d'autres applications. Dans le cas de l'utilisation dans un champ magnétique intense, il faut que les alliages d'aluminium possèdent une résistance électrique accrue. L'utilisation des alliages d'aluminium dans ces conditions provoque la création d'un courant induit correspondant à la variation du champ magnétique et les alliages d'aluminium sont affectés par la force extérieure due à l'action du champ magnétique et du champ électrique. Comme la force externe est proportionnelle à la densité du courant induit, la densité de courant doit etre réduite au minimum. Pour cette raison, l'augmentation de la résistance électrique est devenue très importante. Les alliages d'aluminium utiles classiques Al-Mg ont une résistance spécifique inférieure à 6,4 pQ.cm (SCAI supérieur à 27 %). Des études antérieures ont montré qu'une addition de lithium était très efficace pour l'augmentation de la résistance électrique. Cependant, l'addition du lithium en grande quantité provoque une réduction de la ductilité et en conséquence réduit l'allongement à moins de 10 %. On recherche donc la mise au point d'alliages d'aluminium de résistance électrique élevée, ayant d'excellentes propriété de ductilité et se pretant bien au formage. L'invention concerne des alliages perfectionnés ayant à la fois une résistance électrique élevée et de bonnes propriétés de formage et en particulier des alliages d'aluminium ayant d'excellentes propriétés de formage et qui conviennent très bien comme matériaux de construction dans des structures placées sous l'action d'un champ magnétique élevé. Plus précisément, les alliages d'aluminium selon l'invention, ayant une résistance électrique élevée et d'excellentes propriétés de formage, comprend essentiellement, en pourcentagespondéraux (1) Mg : 1,0 à 8,0 %, de préférence 2,0 à 7,0 %, Li : 0,05 à mDins de 1,0 %, au moins un élément choisi dans le groupe qui comprend, en pourcentages pondéraux Ti : de 0,05 à 0,20 %, Cr : de 0,05 à 0,40 %, Zr : de 0,05 à 0,30 %, V : de 0,05 à 0,35 %, W : de 0,05 à 0,30 %, Mn : de 0,05 à 2,0 %, et le reste étant formé d'aluminium et des impu retés inévitables, ou (2) Mg : 1,0 à 8,0 %, de préférence 2,0 à 7,0 %, Li : 0,05 à moins de 1,0 %, Bi : 0,05 à 0,50 %, et au moins un élément choisi dans le groupe qui comprend, en pourcentages pondéraux Ti : de 0,05 à 0,20 %, Cr : de 0,05 à 0,40 %, Zr : de 0,05 à 0,30 %, V : de 0,05 à 0,35 %, W : de 0,05 à 0,30 %, et Mn : de 0,05 à 2,0 %, le reste étant l'aluminium et des impuretés inévitables. Des alliages d'aluminium selon l'invention rendent possible l'augmentation de la résistance électrique à des valeurs bien supérieures à la résistance spécifique de 6,4 UQ.cm présentée par les alliages d'aluminium utilisés jusqu'à présent, grâce à la composition précédente. Comme indiqué rapidement dans les paragraphes précédents, l'invention concerne les alliages d'aluminium ayant une résistance électrique élevée et d'excellentes propriétés de formage, contenant essentiellement, en pourcentages pondéraux (1) Mg : 1,0 à 8,0 %, de préférence 2,0 à 7,0 %, Li : 0,05 à moins de 1,0 %, au moins un élément choisi dans le groupe qui comprend, en pourcentages pondéraux : Ti : de 0,05 à 0,20 %, Cr : de 0,05 à 0,40 %, Zr : de 0,05 à 0,30 %, V : de 0,05 à 0,35 %, W : de 0,05 à 0,30 %, Mn : de 0,05 à 2,0 %, le reste étant formé d'aluminium et d'impuretés inévitables, ou (2) Mg : 1,0 à 8,0 %, de préférence 2,0 à 7,0 %, Li : 0,05 à moins de 1,0 %, Bi : 0,05 à 0,50 %, et au moins un élément choisi dans le groupe comprenant, en pourcentages pondéraux : Ti : de 0,05 à 0,20 %, Cr : de 0,05 à 0,40 %, Zr : de 0,05 à 0,30 % V : de 0,05 à 0,35 %, W : de 0,05 à 0,30 %, Mn : de 0,05 à 2,0 %, le reste étant formé d'aluminium et d'impuretés inévitables. Dans l'alliage d'aluminium selon l'invention, Mg est un ingrédient indispensable afin que les alliages de type Al-Li aient la résistance mécanique nécessaire et, à cet effet, Mg doit être ajouté en quantité comprise entre 1,0 et 8,0 % en poids et de préférence entre 2,0 et 7,0 % en poids. L'addition de plus 8,0 % en poids provoque l'apparition de fissures pendant la préparation d'un lingot ou pendant l'opération de laminage et introduit des difficultés lors de la préparation des alliages considérés. Le lithium est un élément essentiel pour l'augmentation de la résistance électrique. Lorsque le lithium est ajouté en quantité supérieure ou égale à 1,0 % en poids, l'allongement tombe à moins de 10 % si bien que les propriétés de formage diminuent considérablement et deviennent inférieures aux valeurs acceptables, bien qu'une addition excessive de lithium accroisse la résistance mécanique. Au contraire, Li, en quantité inférieure à 1,0 % en poids, donne un allongement qui n'est pas inférieur à 10 % et en particulier, lorsque l'alliage est soumis à un traitement de revenu, on peut obtenir facilement un allongement important d'environ 20 %. Grâce au bon allongement, le formage par pliage et à la presse peut etre réalisé de manière satisfaisante. Cependant, l'addition de lithium en quantité inférieure à 0,05 % ne permet pas l'obtention d'une résistance électrique dont la valeur est supérieure à celle des alliages disponibles jusqu'à présent. Ti, Cr, Zr, V et W ont pour rôle d'accroitre la résistance électrique et ils ont en outre des effets sur l'affinage de la dimension des grains et sur l'augmentation de la résistance mécanique. Lorsque ces éléments sont ajoutés en quantité dépassant les limites supérieures indiquées précédemment, les éléments forment des composés intermétalliques avec Al et provoquent une cristallisation des composés intermétalliques résultants pendant la solidificatiQn. Comme les composés intermétalliques ont une influence nuisible sur la ténacité et l'allongement, l'addition en excès de ces éléments au-delà des limites supérieures indiquées doit être évitée. Ces cinq éléments donnent satisfaction soit seuls soit en combinaison d'au moins deux. En outre, Mn est efficace dans l'augmentation de la résistance électrique, dans l'affinage de la dimension des grains et dans l'augmentation de la résistance mécanique, de même que Ti, Cr, Zr, V et W. Comme une addition dépassant 2,0 % a un effet nuisible sur la ténacité, la limite supérieure de 2,0 % doit être respectée pour Mn. En outre, si l'on considère plus précisément la radioactivité résiduelle, par exemple dans le cas des matériaux utilisés dans des réacteurs de fusion nucléaire, Mn peut avoir un effet nuisible. Par exemple, lorsque Mn est présent dans les alliages d'aluminium en quantité de 1 %, la radioactivité résiduelle après décharge D-T diminue à 10 1 mrem/h seulement après un an et, même après cinq ans suivant une décharge D-T, la radioactivité résiduelle est réduite au dixième. Ainsi, dans le cas des applications précédentes, l'addition Mn doit être évitée. Bi est ajouté afin qu'il empêche la formation de fissures dans un lingot, ces fissures pouvant se présenter lorsque la teneur en Mg dépasse 6,5 %. Les alliages d'aluminium selon l'invention, réalisés avec la composition indiquée précédemment, ont une résistance électrique de valeur élevée qui n'est pas inférieure à 6,4 pQ.cm (SCAI inférieur à 27 %), une résistance accrue de ass qui n'est pas inférieure à 15.107 Pa et en outre une résistance à la traction qui n'est pas inférieure à 20.107 Pa, avec un allongement accru qui n'est pas inférieur à 10 % et en outre qui n'est pas inférieur à 20 %. La combinaison avantageuse de ces propriétés rend utiles les alliages selon l'invention dans les applications telles que les matériaux de construction des véhicules à rnoteur linéaire utilisés dans un champ magnétique intense, dans les réacteurs de fusion nucléaire et autres. En parti- culier, parmi les alliages d'aluminium selon l'invention,- ceux qui sont dépourvus de Mn sont préférables comme matériaux de construction de réacteurs de fusion nucléaire puisque ces alliages dépourvus de Mn réduisent efficacement les radioactivités résiduelles tout en présentant la résistance électrique accrue. On considère maintenant quelques exemples donnés à titre purement illustratif qui permettent une meilleure compréhension de l'invention et en indiquent les avantages. EXEMPLE On dissout des alliages d'aluminium du type Al-Mg-Li, ayant les diverses compositions indiquées dans le tableau I qui suit, à l'aide d'un four à haute fréquence, en atmosphère d'argon gazeux, et on les coule sous forme de lingots ayant 30 mm d'épaisseur et une section de 175 x 175 mm, afin qu'ils puissent être laminés. Ensuite, on homogénéise les lingots résultants à une température comprise entre 450 et 5000C dans un four dont l'atmosphère est réglée, puis on leur fait subir un laminage à chaud jusqu'à une épaisseur de 4 mm à une température de 350 à 450 OC, avant laminage à froid jusqu'à une épaisseur de 2 mm. La feuille ainsi laminée à froid est alors soumise à un traitement de ramollissement à une température de 300 à 4000C afin qu'elle forme des éprouvettes.Les éprouvettes ainsi obtenues, avec diverses compositions d'alliages, sont examinées au point de vue des propriétés de résistance électrique (résistance spécifique) et de résistance à la traction, et le tableau II donne le résultat des essais. La résistance électrique est mesurée par le procédé de formation de courants de Foucauld, selon la norme ASTM-B-342. Les valeurs mesurées sont données en SCAI et en outre, à titre de référence, elles sont transformées en pX.cm. Par exemple, une valeur de 27 % SCAI équivaut à une résistance de 6,4 MQ.cm. Lorsque Mg qui est un élément d'alliage est présent dans les alliages en quantité dépassant la limite supérieure indiquée précédemment, des fissures apparaissent pendant l'opération de laminage à chaud et l'éprouvette précitée ne peut pas etre obtenue. En outre, comme Ti, Mn, Cr, Zr, V et W, en quantité dépassant les plages respectives spécifiées précédemment, provoquent la cristallation d'une phase secondaire dispersée, sous forme de cristaux géants de type Al-Ti, Al-Mn, Al-Cr, Al-Zr, Al-V et Al-W, les alliages contenant de telles quantités en excès de ces éléments ne sont pas préparés. L'essai de travail de flexion est réalisé par examen de la limite du rayon de flexion, c'est-à-dire par examen de la flexion que peuvent subir les éprouvettes exprimée en nombre d'épaisseurs de la -feuille obtenue. En outre, l'évaluation de la radioactivité résiduelle est effectuée par mesure du niveau de radioactivité de chaque éprouvette après un moins suivant une réaction D-T. Dans le tableau II, le cercle indique un niveau (10 2 mrem/h) qui est presque inoffensif pour un être humain, les triangles indiquent un niveau (10-1 -10-2 mrem/m) nécessitant certaines précautions, et la croix indique un niveau supérieur ( > 10 1 mrem/h) pour lequel il est presque impossible qu'un être humain s'approche. TABLEAU I n d'alliage Composition d'alliage (% en poids) Mg Li Mn Ti Cr Zr V Bi W Al 1 4,6 0,6 0,30 0,006 0,10 0,12 0,10 - - reste 2 4,5 0,5 - 0,06 0,10 0,11 0,10 - - " 3 4,7 0,8 - 0,06 0,11 0,11 - 0,10 - " 4 4,7 0,6 - 0,06 0,11 0,12 - - - " 5 4,6 0,6 0,32 0,07 0,10 0,12 - - - " 6 4,6 0,6 0,32 0,06 - 0,15 - - - " 7 4,8 0,8 0,31 0,07 0,16 - - - - " 8 4,8 0,8 0,30 - 0,15 - - - - " 9 4,7 0,6 - - 0,14 0,12 - - - " 10 4,6 0,8 0,31 - - - - - - " 11 4,6 0,5 - - 0,20 - - - - " 12 4,6 0,6 - - - -0,18 - - - " 13 3,1 0,8 - 0,06 0,10 0,12 - - - " 14 2,1 0,5 1,1 0,05 0,11 0,12 - - - " 15 5,3 0,6 - 0,05 0,12 0,11 - - - " 16 6,5 0,8 - 0,05 0,10 0,11 - 0,10 - " 17 4,8 0,8 - 0,05 0,10 0,12 - - 0,10 " 18 5,1 0,8 - 0,05 0,10 0,11 - - - " 19 8,5 0,6 - 0,05 0,10 0,12 - 0,15 - " 20 5,8 0,04 - 0,05 0,10 0,12 - - - " 21 4,7 1,4 - 0,06 0,11 0,15 - - - " 22 4,7 - - 0,06 0,10 0,15 - - - " TABLEAU II n d'alliage Apparition Résistance électrique Résistance Allongement Limite du Radicactivite de fissures à la trac- de courbure résiduelle au laminage SCAI (%) # cm tion, 107 Pa % t@épaisseur de feuille 1 néant 21,6 7,98 34,6 21 1,2t # 2 " 22,5 7,66 33,4 22 1,2t O 3 " 23,8 7,24 32,5 25 1,1t O 4 " 22,4 7,70 33,1 22 1,2t O 5 " 21,5 8,02 34,5 21 1,2t # 6 " 21,8 7,91 34,1 22 1,2t # 7 " 21,7 7,94 34,2 21 1,2t # 8 " 21,8 7,91 34,0 21 1,2t # 9 " 21,8 7,91 33,2 22 1,2t O 10 " 22,0 7,84 34,0 21 1,2t # 11 " 22,1 7,80 33,0 24 1,1t O 12 " 22,1 7,80 33,1 24 1,1t O 13 " 23,0 7,50 23,7 30 1,0t O 14 " 25,2 6,84 21,5 32 1,0t X 15 " 21,3 8,09 34,4 21 1,2t O 16 " 20,9 8,25 39,6 20 1,2t O 17 " 21,9 7,90 33,4 21 1,2t O 18 néant 21,8 7,91 33,5 21 1,2t O 19 formation à chaud - - - - - 20 néant 28,0 6,14 30,5 26 1,0t O 21 " 18,0 9,58 37,8 14 2,5t O 22 " 30,2 5,71 27,7 28 1,0t O Comme indiqué précédemment, les alliages selon l'invention ont non seulement une résistance électrique accrue mais aussi d'excellentes propriétés de formage. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux alliages qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Alliage d'aluminium ayant une résistance électrique élevée et d'excellentes propriétés de formage, caractérisé en ce qu'il contient essentiellement, en pourcentages pondéraux Mg : de 1,0 à 8,0 % Li : de 0,05 à moins de .1,0 %, au moins un élément choisi dans le groupe comprenant, en pourcentages pondéraux Ti : de 0,05 à 0,20 %, Cr : de 0,05 à 0,40 %, Zr : de 0,05 à 0,30 %, V : de 0,05 à 0,35 %, W : de 0,05 à 0,30 %, Mn : de 0,05 à 2,0 %, et le reste étant formé d'aluminium et d'impuretés inévi tables. 2. Alliage d'aluminium selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il contient 2,0 à 7,0 % en poids de Mg. 3. Alliage d'aluminium ayant une résistance électrique élevée et d'excellentes propriétés de formage, ledit alliage étant caractérisé en ce qu'il contient essentiellement, en poucentages pondéraux : Mg : de 1,0 à 8,0 %, Li : de 0,05 à moins de 1,0 %, Bi : de 0,05 à 0,50 , au moins un élément choisi dans le groupe comprenant, en pourcentages pondéraux Ti : de 0,05 à 0,20 %, Cr : de 0,05 à 0,40 %, Zr : de 0,05 à 0,30 %, V : de 0,05 à 0,35 %, W : de 0,05 à 0,30 %, Mn : de 0,05 à 2,0 %, et le reste étant formé d'aluminium et d'impuretés inévi tables. 4. Alliage d'aluminium selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il contient 2,0 à 7,0 % en poids de Mg.