Brevet FR2642436A1 — publié le 19900803

ALLIAGE D'AL CONTENANT ESSENTIELL DU Si, DU Mg ET DU Cu POUR EMBOUTISSAGE L'invention concerne un alliage d'Al contenant essentiellement du Si, du Mg et du Cu destiné à la fabrication de tues ou bandes emboutis- sables, en particulier des tôles utilisées en carrosserie automobile. Dans le brevet français FR-2 -601 040 est divulguée une composition d'alliages d'Al chaudronnable et soudable, utilisable à l'état traité (trempé/revenu) après mise en forme entre l'état trempé et l'état revenu. Cependant pour certaines applications telles que celle indiquée ci-dessus, les caractéristiques de résistance de cet alliage à l'état trempé-mûri restent insuffisantes (R 0,2 - 100 MPa, Rm x 200 MPa, RO,2 étant la limite élastique à 0,2% de déformation résiduelle et Rm la charge de rupture). Il a été trouvé que l'augmentation modérée de la teneur en Cu permet de façon surprenante d'améliorer les caractéristiques de résistance, sans perte sur les caractéristiques de ductilité. L'alliage répondant au problème posé ci-dessus à la composition pondé- rales suivante: Les teneurs en Si et Mg sont comprises dans un polygone dont les sommets sont: A Si = 0,9% Mg = 0,1% B Si = 0,9% Mg = 0,45% C Si = 1% Mg = 0,5% D Si = 1,15% Mg = 0,5% E Si = 1,35% Mg = 0,1% la teneur en Cu étant comprise entre 0,5 et 0,8 la teneur en Mn inférieure ou égale à 0,3% la teneur en Fe inférieure ou égale à 0,35% les teneurs en-Cr et Zr inférieures à 0,2% chacune autres éléments chacun * 2 Pour les valeurs minimales en éléments principaux les caractéristiques mécaniques minimales indiquées ci-dessus ne sont pas atteintes. Pour Si supérieur à la limite DE, les risques de précipitation de Si élémenta se submicroscopique existent si la mise en solution est conduite à une température trop basse. Pour Mg supérieur à la ligr.e BC (soit Si/Mg > 2,6) des précipitations grossières de Mg2Si sont possibles lors de la solidification et nuisent de ce fait aux propriétés de ductilité et d'aptitude à l'emboutissage. Pour Cu > G,8%, le gain de résistance en caractéristiques mécaniques devient r.égligeable; de plus la résistance à la corrosion et l'emboutis- sabilité diminuent. Il est possible d'ajouter à la composition des éléments anti-recristal- lisar.ts tels que le Mn, le Cr et-ou le Zr cependant en quantité limitée. La teneur en Mn est limitée supérieurement car cet élément présente en quantité plus élevée les inconvénients suivants: Il donne naissance à ia solidification des composés intermétalliques à base de Fe, Mn, Si qui rédulser.nt la capacité de déformation de l'allia- ge et peuvent initier des déconésions et ruptures, lors des opérations de mise en forme; Il augmente la vitesse critique de trempe et limite donc les possibi- lités de traitements thermiques pour les produits épais; Il confère à l'alliage un comportement à la corrosion assez médiocre; I1 n'est pas adapté aux homogénéisations de courte durée, telles que celles généralement obtenues dans des fours à passage. Le Cr et le Zr ont des effets similaires à ceux du Mn, et sont donc aussi limités supérieurement. Une composition préférentielle de l'alliage selon l'invention est la suivante: rectangle de sommets dans le plan Si-Mg: A' Si = 1,0% Mg = 0, 25% C Si = 1% Mg = 0,5% D Si = 115% Mg = 0,5% E' Si = 1,15% Mg = 0,25% avec G,5 La gamme de fabrication utilisée comporte généralement les opérations suivantes: la coulée continue ou semi-continue d'ébauches, une homogénéisation éventuelle, une transformation à chaud, une transformation à froid éventuelle, une mise en solution et un revenu. Cependant, pour obtenir de bonnes propriétés de l'alliage, ces opérations doivent être conduites dans des. conditions assez étroites. Ainsi, pour limiter le temps de mise en solution ultérieure, il est préférable de bien homogénéiser l'alliage en évitant de le brûler par fusion des phases eutectiques. Une homogénéisation à haute tempéra- ture entre 520 C et 560QC avec un temps de maintien de 6 à 24 h est souhaitable. L'homogénéisation est, de préférence précédée d'une montée lente en temperature. Dans le cas des tôles et bandes, les recristallisations à chaud grossiè- res (taille de grain supérieure à 80 pm) sont la source de lignes de déformations- macrcscopiques, visibles après emboutissage, donc rédhibitoires pour cette application. De ce fait, la température de fin de transformation à chaud, pour éviter ces recristallisations, doit être impérativement entre 2700 et 320 C. Après transformation à froid éventuelle l'alliage est mis en solution complète. Celle-ci a lieu dans le domaine de température compris entre 520 et 5600C, et de préférence entre 530 et 550 C en visant la tempéra- ture de 550 C. En l'absence volontaire d'éléments inhibiteurs de recristallisation (Mn, Cr, Zr 10OC/sec) et la mise en solution de préférence exécutée soit dans un four à passage, soit dans un four de traitement tôle à tôle. Le temps de traitement varie de quelques secondes à quelques minutes, sans pouvoir dépasser une heure. Les tôles et bandes ainsi obtenues présentent une bonne isotropie et une grosseur de grain moyenne ne dépassant pas en général 60 Him. La trempe doit être rapide et dépend de l'épaisseur du produit. Pour les tôles et bandes, elle est généralement effectuée à l'air calme ou pulsé. Après les opérations de mise en forme à froid telles que emboutissage, pliage, cintrage etc...et/ou d'assemblage telle que le soudage par points, les pièces subissent un revenu de durcissement, dans les condi- tions habituelles; le durcissement est da à la précipitation de la phase Mg2Si et de phases complexes AlCuMgSi. Le revenu est typiquement effectué entre 8 et 12 h vers 165 C. Il est a remarquer que dans certains cas, la cuisson de revêtements de surface tels que des vernis ou peintures, bien que plus courte, et généralement à plus haute température, réalise ipso facto ce traite- ment. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la figure i donnant le domaine de composition des alliages dans le plan Mg-Si et est illustrée par l'exemple suivant: - on a coulé er. semi-continu une plaque llOGx3G00x2850 mm3 de la composi- tion pondérale suivante: Si 1,05% Mg 0,4% Cu 0,7% Mn 0,25% + Fe 0,24% Ti 0,035% Reste Al Cette plaque a été homogénéisée à 530 C-8h et immédiatement laminée à chaud; jusqu'à 4 mm d'épaisseur,la température finale du laminage était de 3001C; la bande ainsi obtenue a été relaminée à froid jusqu'à 1,2 mm d'épaisseur, puis mise en solution en four à passage à 550 C (de l'ordre de 1 min à température) à la vitesse de 20 m/min et trempée au brouillard (air+eau). Les résultats obtenus sur t8le de 1,2 mm d'épçisseur aux états T4 et'T6, dans le sens travers long, sont les suivants: Etat R 0,2 {MPa) Rm (MPa) A (%) T4 (1 mois) 155 295 28 T6 (180 C;1,5 h) 255 345 15 A titre de comparaison, un alliage de composition pondérale suivante: S-i: 1%; Mg: G, 4%; Cu: 0,15%; Mn: 0,1%;.reste A1 et impuretés habituelles ayant suivi la même gamme de transformation et de traitement thermique que ci-dessus, présente à l'état T4 les caractéristiques suivantes: R 0,2 (MPa) Rm (MPa) A (%) l10 205 26,5 REVENDICATIONS 1. Alliage d'aluminium pour la fabrication de tôles emboutissables caractérise en ce que sa composition est la suivante (en poids %): les teneurs en Mg et Si sont comprises dans un polygone ABCDE dont les coordonrnées sont les suivantes: Si Mg A C0,9 0,1 B 0,9 0,45 C i,0 0,5 D 1,15 0,5 E 1,35 5,1 le cuivre est compris entre 0,5 et 0,8% les éléments Cr et Zr inférieurs à G,2% chacun le Mn A. 1,0 C,25 C 1,0 0,5 D 1,15 0,5 E' 1,15 0,25 Mn 3. Alliage suivant l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que la grosseur de grain moyenne est inférieure à 80 um et de préférence inférieure à 60 Pm. 4. Procédé d'obtention des produits selon l'une des revendications 1 à 3, comprenant la coulée continue ou semi-continue d'ébauches, une homogénéisation éventuelle, une transformation à chaud, une transformation à froid éventuelle, une mise en solution, une trempe, une mise en forme par emboutissage, pliage, cintrage, etc..; et enfin un revenu caractérisé en ce que la transformation à chaud finale a lieu entre 270 et 320 C. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'homogénéisa- tion ou la mise en solution complète sont conduites entre 520 et 560 C. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'homogénéisa- tion ou la mise en solution ont lieu entre 530 et 550 C. 7. Procédé selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que la mise en solution est précédée d'une montée en température à une vitesse supérieure à 10 C/sec.