Brevet FR2748035A1 — publié le 19971031

Alliage aluminium-silicium-magnésium pour carrosserie automobile Domaine technique de l'invention L'invention concerne le domaine des alliages d'aluminium du type AlSiMg, ou alliages de la série 6000 selon la classification de l aluminium Association. destinés notamment à la fabrication d'éléments de carrosserie automobile, pour lesquels le revenu final de l'alliage se fait au cours de l'opération de cuisson de la peinture. Etat de la technique Les tôles en alliages du type AlSiMg sont utilisées depuis de nombreuses années pour la fabrication d'éléments extérieurs de carrosserie automobile car ils présentent une bonne formabilité avant durcissement. une absence de lignes de Lüders à l'emboutissage et une résistance mécanique élevée après un traitement thermique comportant une mise en solution, une trempe, une maturation et un revenu de durcissement. Ce revenu de durcissement peut se faire avantageusement au cours de l'opération de cuisson de la peinture appliquée sur l'élément de carrosserie, ce qui permet d'économiser un traitement spécifique. C'est ce qu'on désigne habituellement par effet de durcissement à la cuisson, ou en anglais De nombreux alliages ont été développés pour cette application. Le brevet US 4082778 d'ALCOA décrit des alliages pour carrosserie automobile de composition (% en poids): Si: 0,4 - 1,2 Mg: 0.4 - 1,1 Cu: 0,1 - 0,6 Fe: 0,05 - 0,35 avec addition d'un ou plusieurs des éléments Mn, Cr ou Zr. Des alliages de ce type ont été enregistrés à l'Aluminum Association sous les désignations 6009 et 6010. Le revenu de durcissement de ces alliages est effectué de manière appropriée entre 190 et 205"C. Le brevet US 4589932, également d ALCOA, concerne un alliage, enregistré ultérieurement sous la désignation AA 6013, de composition: Si: 0,4- 1,2 Mg: 0,5 - 1,3 Cu: 0,6- 1,1 Mn: 0.1 - 1.0 et préconise un revenu de 2 à 15 h à une temperature supérieure à 182SC. Cet alliage présente une meilleure résistance mécanique et une meilleure résistance à l'indentation que le 6009 ou le 6010, ainsi qu'une réponse plus stable au durcissement. Le brevet US 4614552 d'ALCAN est relatifà l'alliage AA 6111 de composition: Si: 0,6 - 1,0 Mg: 0,62 - 0,82 Cu: 0,65 - 0.79 Mn: 0.1 - 0.5 Fe Cet alliage présente une résistance mécanique supérieure au 6009 et une formabilité supérieure au 6010, ainsi qu'une bonne réponse au durcissement par cuisson de la peinture, que le brevet préconise d'effectuer pendant environ I h entre 177 et 204su. La figure 2 du brevet compare, pour les alliages 6009, 6010 et 6111. les courbes de la limite d'élasticité en fonction de la température de durcissement à différents taux de déformation, et montre clairement qu'à I 500C, le durcissement n'a pas encore commencé dans aucun des cas représentés et qu'il ne commence à être significatif qu'au-delå de 180"C. Le brevet US 4840852 d'ALCOA concerne un alliage à plus forte teneur en cuisse, ce qui explique sa désignation AA 2008 dans la catégorie des alliages Al-Cu de la série 2000. n a pour cornposition: Si: 0,5 - 0,85 Mg: 0,25 - 0,55 Cu: 0,75 - 1,10 Fe: 0,05 - 0,4. La plage préférentielle pour le revenu est 177 - 218"C, et plus précisément, la plage 190 - 204"C. L'unique exemple indique un revenu à 204"C. La demande internationale WO 95/14113 de la demanderesse est relative à une gamme d'alliages de composition: Si: 0,5 - 1,3 Mg: 0,25 - 0,8 Cu Mn: 0,1 - 0,8 Fe Si et préconise un prérevenu entre la trempe et la maturation. Les exemples indiquent tous un revenu de 30 mn à 1800C. Problème posé fi existe depuis quelques années une tendance nette à la baisse de la température de cuisson des peintures dans l'industrie automobile, qui est passée de 180"C à environ 150"C. Cette baisse de température de cuisson a pour conséquence que le durcissement des alliages au cours de cette opération a tendance à s'amenuiser fortement. fi est donc devenu nécessaire, pour les panneaux extérieurs de carrosserie. de proposer des alliages qui soient suffisamment durs à des températures de cuisson faibles, tout en gardant une bonne formabilité après mise en solution, trempe et maturation à la température ambiante. Par ailleurs, les impératifs de cout et de facilité de fabrication imposent de choisir des alliages faciles à mettre en solution, de manière à éviter des phases grossières non dissoutes néfastes à la formabilité. Le but de la présente invention est de sélectionner. dans les alliages Al-Si-Mg-Cu. un domaine étroit de composition qui permette à la fois d'atteindre une résistance mécanique suffisante après une cuisson vers 150 - 155"C et de mettre l'alliage en solution de manière aisée. Objet de l'invention L'invention a pour objet un alliage d'aluminium apte à etre utilisé pour la fabrication de pièces extérieures de carrosserie automobile. de composition (% en poids): Si: 0,5 -0 8 Mg: 0,45 - 0,65 Cu: 0,55 - 0,75 Mn et/ou Cr: 0,1 - 0,3 avec: 1,6 De préférence, Mg est compris entre 0,50 et 0,60% et Cu entre 0,60 et 0,70%. Description de l'invention Le domaine de composition des alliages selon l'invention se situe, pour Si et Mg, à l'intérieur du domaine 6009/6010, mais avec une teneur en cuivre plus élevée. Par rapport au domaine du 6111, il est moins chargé en magnésium, alors qu'au contraire il l'est plus par rapport au 2008. Mais sa principale caractéristique est d'avoir, par rapport aux alliages de carrosserie récents à haute résistance et bonne formabilité, une quantité totale d'éléments d'addition, représentée par la somme Si + Mg + Cu, plus faible. Cette particularité permet de procéder à l'homogénéisation et à la mise en solution dans des conditions plus aisées. mais, dans le domaine de composition étroit de l'invention, cette réduction n'entraine pas, comme on aurait pu s'y attendre, une diminution de la résistance mécanique sur la pièce finie après une mise en solution courte et un revenu pratiqué lors d'une cuisson de peinture vers 150"C. L'alliage selon l'invention est coulé sous forme de plaques. homogénéisé entre 500 et 580"C, laminé à chaud jusqu'à une épaisseur comprise entre 10 et 3 mm, puis laminé à froid à l'épaisseur finale. généralement comprise pour les applications de carrossene automobile, entre 0,8 et 1.5 mm. Un recuit de I h à 10 h entre 300 et 500 C peut être appliqué à la bande après laminage à chaud ou au cours du laminage à froid. La mise en solution de la bande se fait entre 500 et 5603C pendant une durée comprise entre 20 s et 2 mn. Elle est surie d'une trempe et d'une maturation à la température ambiante d'une durée supérieure à une semaine. Les pièces de carrosserie, généralement mises en forme par emboutissage et recouvertes de peinture, sont soumises à une opération de cuisson de la peinture à une température inférieure à 170"C, se situant le plus souvent autour de 150"C. et le revenu provoqué par cette cuisson permet d'atteindre sur la pièce une limite élastique R0.2 > 170 MPa. Les compositions selon l'invention conduisent ainsi à une mise en solution complète. favorable à la formabilité de la tôle, dans une durée compatible avec les exigences industrielles de productivité. De manière inattendue, la résistance mécanique, après cette mise en solution courte et un revenu associé à une cuisson des peintures vers 150 à 155"C, est du meme ordre, et meme parfois meilleure, que celle d'alliages de l'art antérieur pourtant plus chargés en éléments d'addition. Exemple On a coulé des plaques en format 30 x 180 x 250 mm de 6 alliages dont la composition est indiquée au tableau 1 (en % en poids). Alliage Si Mu Cu Mn Cr A | 0,53 0,55 0,63 | 0,22 0,04 B 0,74 0,54 0,63 0,22 0,05 C 0,97 0,66 0,64 0,01 0,05 D 0,63 0.75 0,64 0,21 0,05 E 0,99 0,55 0,65 0,21 0,06 F 0,51 0,79 0.62 0,21 0,05 Les alliages A et B sont conformes à l'invention, la somme Si + Mg + Cu étant respectivement 1,71 et 1,91. L'alliage C. du tspe AA 6056. est plus chargé.axec Si 0.8. la somme Si - Mg - Cu = 2.27. et les teneurs en Mn et Cr en dessous de celles des alliages de l invention. L'alliage D est un AA 6111 classique avec Mg > 0,65 et Si - Mg - Cu = 2.02. L'alliage E a un Si > 0.8 et une somme Si - Mg + Cu = 2.19. L'alliage F. du type AA 6013. a une teneur en Mg > 0.65. Les plaques ont été homogénéisées pendant 24 h à une température de 555"C pour l'alliage C et 570"C pour les 5 autres. L'efficacité de cette homogénéisation peut être appréciée, de manière connue en soi, par une analyse enthalpique différentielle (AED) sur les plaques homogénéisées. En effet. si l'homogénéisation est bien faite. cette analyse conduit à des aires de pic (mesurées en J/g) faibles et à des températures de début de pic élevées. Les résultats obtenus ont été les suivants (tableau 2): Alliage Aire de pic (I/g) Température ("C) A -0015 580 B -0.088 568 C - 1,52 563 D 1,04 575 E - 0,075 563 F -0,33 580 On constate que les 2 alliages selon l'invention présentent une aire de pic plus faible que les 4 autres, ce qui indique que leur homogénéisation a été plus complète. Les plaques ont suivi ensuite un recuit de simulation du laminage à chaud par maintien de 9 h à 500"C et refroidissement à une vitesse de 25"C/h. On a procédé ensuite à un laminage à froid jusqu'à l'épaisseur de 1 mm, puis à une mise en solution en bain de sel, pour partie à 550"C, et pour partie à 525"C, pendant des durées respectives de 30, 60, 300 et 1800 s, et enfin à une trempe. Comme pour l'homogénéisation, on peut apprécier la qualité de la mise en solution par analyse enthalpique différentielle des échantillons mis en solution. Les résultats de cette analyse sont les suivants pour une mise en solution de 30 s à 550"C (tableau 3): Alliage Aire de pic (J g) j Température ( C) A 566 B - lil 572 C -4.52 565 D - 6.57 574 E - 1.47 566 F 5.28 578 On constate que les 2 alliages selon l invention ont une aire de pic inférieure aux 4 autres, ce qui montre une meilleure mise en solution. Les échantillons mis en solution ont subi ensuite une maturation à température ambiante pendant 3 semaines, une traction à 2% de déformation et un revenu en bain d'huile de 20 mn à 155"C. Les limites élastiques Ro. (en MPa) à l'état T4 obtenues pour les 4 alliages A, B, C et D en fonction de la température et de la durée de mise en solution, sont indiquées au tableau 4: Alliage Ternp. M.S. 30 s 60 s 300 s 1800 s A 525 C 122 131 120 123 A 550 C 129 127 123 129 B 525 C 147 151 149 152 B 550 C 154 160 157 151 C 525 C 151 153 168 173 C 550 C 145 153 173 185 D 525 C 133 132 147 162 D 550 C 126 118 134 154 On peut tirer de ces résultats les conclusions suivantes: pour les alliages A et B selon l'invention, I'augmentation de la durée de mise en solution ne conduit pas à une augmentation significative de la résistance mécanique. On atteint le maximum de limite élastique pour un traitement de 30 s à 525 C pour l'alliage A, et pour un traitement de 30 s à 550 C pour l'alliage B. Au contraire. la mise en solution n'est pas complète après 1800 s à 550 C pour les alliages C et D. Cette mise en solution incomplète est néfaste pour la formabilité. Par ailleurs, après une mise en solution courte (30 s). la limite élastique de l'alliage A est du meme ordre que celle de D. et celle de B est supérieure à celle de C et D, alors que les alliages A et B sont moins chargés en éléments d'addition que les alliages C et D (somme Si t Mg + Cu inférieure). Les limites d'élasticité obtenues après mise en solution de I mn à 550CC, trempe. déformation de 2% et cuisson de 20 mn à 155 C sont données au tableau 5: Alliage A r B C 5 D E F Ro.2 MPa 180 203 170 1 183 190 179 On constate que l'alliage A présente le même niveau de limite d'élasticité que les alliages C, D et F, alors qu'il est nettement moins chargé en éléments d'addition durcissants, et que, de manière surprenante, L'alliage B a une limite d'élasticité supérieure à celle des alliages C à F. REVENDICATIONS 1. Alliage d'aluminium destiné notamment à la fabrication de pièces extérieures de carrosserie automobile, de composition (ob en poids): Si: 0,5 - 0,8 Mg: 0.45 - 0,65 Cu: 0,55 - 0,75 Mn et/ou Cr: 0,1 - 0,3 avec: 1,6 2. Alliage d'aluminium selon la revendication 1, caractérisé en ce que Mg est compris entre 0,50 et 0.60 /o. 3. Alliage d'aluminium selon l'une des revendications I et 2, caractérisé en ce que Cu est compris entre 0,60 et 0.70 o. 4. Procédé de fabrication d'une pièce de carrosserie peinte en alliage selon l'une des revendications 1 à 3, comportant: - la coulée d'une plaque d'alliage de la composition indiquée, - I'homogénéisation de cette plaque à une température comprise entre 500 et 580"C, - le laminage à chaud de la plaque en une bande d'épaisseur comprise entre 10 mm et 3 mm, suivi d'un laminage à froid à une épaisseur comprise entre 0,8 et 1,5 mm, - la mise en solution de la bande laminée à une température comprise entre 500 et 560 C d'une durée comprise entre 20 s et 2 mn. suivie d'une trempe et d'une maturation de plus d'une semaine à la température ambiante, - la fabrication d'une pièce à partir de cette bande et son revetement par une peinture liquide, - la cuisson de cette peinture à une température comprise entre 150 et 1700C. 5. Procédé selon la revendication 4 dans lequel, après le laminage à chaud ou au cours du laminage à froid, on soumet la bande à un recuit de 1 h à 10 h entre 300 et 5000C.