Brevet FR2601967A1 — publié le 19880129

ALLIAE A BASE D'AL POUR CORPS CREUX SOUS PRESSION L'invention se rapporte à un alliage d'Al pour corps creux sous pression contenant du Zn, Cu, Mg comme éléments d'alliage principaux (série 7000 selon les désignations de l'Aluminium Association) et destiné, en particulierà la fabrication des bouteilles métalliques pour gaz sous pression. Jusqu'ici aucun des alliages d'Al connus, à haute résistance, n'a pu satisfaire de manière sure et reproductible les exigences techniques sévères correspondant à cette dernière application et qui sont 10 les suivantes: - Caractéristiques mécaniques: Rp 0,2 > 370 MPa (sens long) Rm > 460 MPa A % >, 12 % - Tenue à la corrosion sous tension, sous 75 % de R0,2 garanti, 15 soit 280 MPa, durée supérieure à 30 jours en immersion - émersion alternée 10 min/50 min dans une solution aqueuse à 3,5 % NaCl à température ambiante sur éprouvette en C dans les conditions de la norme ASTM G-38-73 (réapprouvée en 1984) - Déchirure ductile du corps creux de forme cylindrique à la 20 suite d'une épreuve d'éclatement hydraulique à l'eau; la déchirure doit être: - longitudinale dans sa plus grande partie (parallèle aux génératrices) - ne pas être ramifiée - ne pas s'étendre de plus de 90 de part et d'autre de la partie principale de la déchirure ne pas s'étendre dans une partie du corps dont l'épaisseur dépasse 1,5 fois l'épaisseur maximale mesurée au milieu du corps. On a tenté de résoudre ce problème par utilisation d'un alliage type 7475 (selon la nomenclature de l'Aluminium Association) mais Cet alliage s'est révélé non fiàble lors d'essais industriels étendus (voir FRA-2 510 231), et ce, malgré son niveau de ténacité très élevée, sa bonne résistance mécanique et sa remarquable tenue à la corrosion 35 sous tension à l'état T73. 2 6 b 1 9 6 7 Ce problème difficile est résolu selon l'invention par l'utilisation d'un alliage de composition suivante (en poids %): 6,25 4 Zn 8,0 Mn.0,20 1,2 4 Mg4 2,2 Zr 0,05 1,7 . 6,75 Mg sur les bouteilles sont respectées. L'invention sera mieux comprise à l'aide des exemples suivants, 20 illustrés par les fig. 1 et 2. La fig. 1 représente le compromis limite élastique - ténacité (KlC sens travers court) d'alliages d'Al à haute résistance connus et résistant à la corrosion sous tension. La fig. 2 représente les résultats des caractéristiques charge de 25 rupture (Rm) - longueur de fissure lors des essais d'éclatement sur bouteilles pour divers alliages. Exemple n 1 (hors l'invention - fig. 1) Des alliages 7475 dont les compositions chimiques sont reportées 30 au tableau I ont été élaborés et transformés en bouteilles de 6 iitres suivant la gamme de fabrication rapportée ci-après: Coulée de billettes 0 164,5 mm en semi-continu Sciage des lopins Réchauffage des lopins - Filage inverse d'étuis Etirages à chaud et à froid Usinage du fond Mise à longueur Ogivage à chaud Perçage du goulot et usinage Décapage Mise en solution Trempe à l'eau froide Revenu type T73 Les résultats d'essais de traction sens long (moyenne de 6 éprouvettes 15 x 2 bouteilles), de corrosion sous tension (1 bouteille) et d'éclatement hydraulique (3 bouteilles) sont reportés au tableau fI. On peut constater le comportement instable de cet alliage en particulier en ce qui concerne l'aspect de la déchirure. Cette composition ne convient donc pas à une production industrielle fiable, malgré son bon compromis ténacité - résistance mécanique. Exemple 2 On a coulé en billettes, 7 alliages dont les compositions sont repor25 tées au tableau III; celles ci ont été transformées en bouteilles de 6 litres (hauteur totale: 565 mm; 0 extérieur: 152 mm; 0 intérieur: 127 mm) selon la gamme de fabrication analogue à celle de l'exemple 1, sauf en ce qui concerne le revenu. Deux des alliages (repérés 1 et 14)sont conformes à l'invention, les autres sont hors 30 l'invention. Trois revenus ont été pratiqués: R1 - 6 h 105 C + 5 h 30 177 C (surrevenu peu poussé) R2 - 6 h 105 C + 9 h 177 C (fortement surrevenu) R3 - 6 h 105 C + 24h 177 C (très fortement surrevenu, dans un cas) Les résultats d'essais de caractéristiques mécaniques (sens long) et des essais d'éclatement sont reportés au tableau IV. On peut constater que seules les compositions selon l'invention permettent de satisfaire toutes les exigences techniques. Les coulées repères 1 et 14 ont également une bonne tenue à la corrosion sous tension (non rupture en 30 jours dans les conditions indiquées). Les longueurs moyennes des fissures développées sur les 3 bouteilles d'essais par cas sont reportées au tableau V. La figure 2 fait apparaître que seuls les alliages selon l'invention permettent de respecter l'ensemble des critères imposés. 15 La zone I correspond à un comportement acceptable à l'éclatement avec des caractéristiques mécaniques suffisantes. La zone II correspond à des caractéristiques mécaniques suffisantes mais à un mauvais comportement à l'éclatement. La zone III correspond à des caractéristiques mécaniques insuffisantes et à un bon comportement à l'éclatement. et la zone IV correspond à des caractéristiques mécaniques insuffisantes et à-un mauvais comportement à l'éclatement. Tableau I composition du 7475 (% en poids) Fe Si Cu Mg Zn Cr Remarques A: 0,10: 0,06: 1,45: 2,20: 5,60: 0,20:) B: 0,11 0,06 1,43 2,16 5,40 0,22 2,16: z: répétitions C: 0,11: 0,05: 1,44: 2,20: 5,40: 0,21:) D:) D 0,10 0,06 1,44 2,20 5,56 0,20) E: 0,05: 0,03: 1,32: 2,36: 5,70: 0,21:base plus pure) Tableau II Résultats d'essais du 7475 T73 Repère Ro,2 Rm: A%: Aspect pression CST*) :::: Eclatement: d'éclatement: 280 MPa) ::::: (p):) bon 8pa * *::)87 A: 392: 462: 14,1: bon: 86:NR à 30j) ::: : bon: 87:) :::: mauvais: 87,2:) B: 386: 460: 14,3: mauvais: 87,2:NR à 30j) :::: mauvais: 86:) :* *:: :mauvais: 87,6:) C:395 : 464: 15,0: bon: 88:NR à 30j) :: : : mauvais: 88) :::: bon: 88:) D: 396: 464: 14,1: mauvais: 88:NR à 30j) :: : : bon: 88:) ::: : bon: 89,2:) E:411: 480: 15,2: bon: 90:NR à 30j) : s:: mauvais: 89:) :::::: ) tension * CST = corrosion sous NR non rupture 260 1 9 6 7 Tableau III - Compositions: chimiques (Z en poids) Repère : :) *Cu:Mg Zn Fe Si Cr Ti ::::: ::) T 1 (a): 1,70: 1,75; 7,00; 0,04: 0,04: 0,20: ::: :: ) * (a) selon l'invention (b) hors l'invention Tableau IV CARACTERISATION DES BOUTEILLES s t) Repères 6h 1050 + 5h30 177 :6h 105 + 9h 177 :6h 105 + 24h 177 )::) Rm: RO,2 s A%:E*: Rz: RO,2: A% sE: Rm: R0,2:A%:E*) (MPa):(MPa):: : (MPa): (NPa)::*: (MPa): (MPa):: ) :: :::: ::: :: ) la) 504 i 466:14,8: -: 460 395:16,7:B: s -::) 14(a) 530 3480:14,3 B 479 403 '15,4:::) : 80::::: ::: :: ) t:: :::: : - : : : :) 2(b) 458: 415:15,6: B: 420 353:16,0:B: -:: ) : 601- -:3,) 3(b) 538 500 13,6 N 508 458 14,5 Ms 9(b) 581: 544:13,6: 532:478:4,7:: : -) (b) 442 406 15,5 B 411 342 16,1B -) :,:: : _:: :::: : ) 11(b) 570: 525:13,5: M: 525: 462:14,7:M: 462: 400: 15{*) :: :: ::: :: ) * Eclatements (3 bouteilles): B Bon; mauvais. dans ce cas: deux bonnes déchirures et une mauvaise a) selon l'invention b) hors l'invention Tableau V Longueurs moyennes de fissures (en mm) :: :) Coulées Revenu R1: Revenu R2: Revenu R3) repère) : reee:: :) ::':: ) Selon 1 470: 400 -) l'invention::: ) - 14 510: 421: -) : 2: 418 335 -) ::: :" ) ::::) : 3 1330 876: -) Hors l'invention : ':) > 1500 778- ::::') ) : 390: 342: -) ::: 562 ) : 11 ' 1182 À 667 ' 562' -.) I) REVENDICATIONS 1. Alliage d'Al pour corps creux sous pression, coulable par coulée semicontinue, caractérisé en ce qu'il contient (en poids Z): 6,25 Zn 8,0 Mn 0, 20 1,2 M g 2,2 Zr Mg 3. Alliage d'Al selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que Zn > 6,75 4. Alliage selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que Fe 5. Alliage selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que Mn.