Brevet FR2841567A1 — publié le 20040102

PRODUIT EN ALLIAGE AlMgSi LAMINE POUVANT ETRE TRAITE THERMIQUEMENT L'invention concerne un produit en alliage AlMgSi laminé, et plus particulièrement un produit en alliage AlMgSi laminé pouvant être traité thermiquement. On utilise de plus en plus des alliages AlMgSi pouvant être traités thermiquement sous la référence de l'Aluminium Association (Association pour l'Aluminium) (" AA ") série 6000 pour des pièces de carrosserie automobile o, à côté de la bonne aptitude au formage du produit laminé en aluminium, l'augmentation de la résistance mécanique après qu'il ait subi une opération de cuisson de peinture joue un rôle important. Les exigences imposées au produit laminé en aluminium utilisé pour les pièces de carrosserie automobile englobent une bonne aptitude au formage, une limite élastique apparente faible et stable à l'état T4 ou des modifications de celui-ci et une résistance mécanique élevée après cuisson de la peinture. Les alliages d'aluminium pouvant être traités thermiquement de référence AA6000 contiennent Si et Mg qui présentent une solubilité à l'état solide dans l'aluminium qui croît avec la température. De plus, ces éléments d'alliage peuvent former des précipités de renforcement. Lorsque l'on tire partie de cette propriété, ces alliages présentent des propriétés utiles de résistance mécanique et de ténacité dans les états T4 et T6. Comme cela est connu dans la technique, l'état T4 concerne un état traité thermiquement en solution et trempé, vieilli naturellement jusqu'à atteindre un niveau de propriétés pratiquement stable tandis qu'un état T6 désigne un état de plus grande résistance mécanique produit par un vieillissement artificiel. On décrit une tôle d'alliage d'aluminium AA6000 dans la demande internationale WO-95/31 580, présentant la compo- sition suivante: environ 0,8 à environ 1,5 % en poids de Si, environ 0,2 à environ 0,6 % en poids de Mg, environ 0,02 à environ 0,1 % en poids de Cu, environ 0,01 à environ 0,1 % en poids de Mn, 0,05 à environ 0,2 % en poids de Fe, le com5 plément étant essentiellement Al et des éléments et impuretés accidentelles. Pour satisfaire à l'exigence d'aptitude au formage, on a limité la teneur en Fe à un maximum de 0,2 % en poids. Cet alliage, présentant cette teneur limitée en Fe, est également connu dans la technique sous la réfé10 rence de l'Aluminium Association AA6022. L'inconvénient de cet alliage AA6022 est qu'il est relativement coteux et pose des problèmes de recyclage des déchets, à cause de l'exigence de faible teneur en Fe. L'invention a pour objet de fournir un produit en al15 liage AlMgSi laminé répondant extrêmement bien à la cuisson de la peinture. Si l'on donne un taux de résistance mécanique minimum voulu après la cuisson de la peinture, on satisfait plus facilement à l'exigence d'aptitude au formage même pour une teneur en Fe supérieure à 0,2 % en poids. Conformément à l'invention, on satisfait à cet objet en fournissant un produit en alliage AlMgSi laminé, contenant (en % en poids) 0,40 à 1,7 de Si, 0,60 à 0,9 de Mg, 0,1 à 0,3 de Cu, 0,20 à 0,4 de Fe, un ou plusieurs de Zr, Mn, Cr, et/ou Ti jusqu'à un total compris entre 0,02 et 0,4, au maximum 0,25 de Zn, les impuretés inévitables, représentant chacune au maximum 0,05, jusqu'à un total de 0,20, le complément étant Al. On a trouvé, conformément à l'invention, que des alliages d'aluminium à l'intérieur de cette fourchette de com35 positions répondent mieux à la cuisson de la peinture alors que le niveau de résistance mécanique à l'état naturellement vieilli se situe dans la fourchette voulue du point de vue de l'exigence d'aptitude au formage. On peut tolérer une légère diminution de l'aptitude à la mise en oeuvre de l'al5 liage qui peut être présente pour certaines réalisations à l'intérieur des fourchettes données ci-dessus., parce que, pour un niveau de résistance mécanique voulu donné dans l'état après cuisson de la peinture (T6), la meilleure réponse à la cuisson de la peinture permet d'utiliser un maté10 riau présentant une résistance mécanique inférieure (et en conséquence une aptitude au formage supérieure) à l'état T4. Si est présent en une quantité située dans la fourchette de 0,4 à 1,7 % en poids. L'aptitude au traitement thermique de cette tôle d'alliage est due, au moins en par15 tie, à la capacité de Si à passer de sa présence en solution solide à sa présence sous forme de précipités. Cela conduit à une importante différence de degré de résistance mécanique entre l'état naturellement vieilli tel qu'obtenu (c'est-àdire avant la cuisson de la peinture) et l'état artificiel20 lement vieilli à résistance mécanique élevée. Un certain excès de Si est recommandé pour obtenir une résistance mécanique supérieure et une bonne aptitude au formage. Dans cette mesure, il est préférable que Si soit présent en une quantité située dans la fourchette allant de 0,70 à 1,4 % en poids. Une quantité suffisante de Mg est nécessaire pour agir avec le Si pour former des précipités de Mg2Si. On pense qu'au moins 0,60 % en poids de Mg est nécessaire pour obtenir la réponse élevée à la cuisson de la peinture, quels que soient les détails des étapes de traitement thermique comme la hauteur de la température élevée du recuit de la solution solide. D'autre part, la quantité de Mg ne doit pas dépasser 0,9 % en poids, puisque des teneurs supérieures nuisent à l'aptitude à la mise en oeuvre de l'alliage. La teneur en Mg est de préférence limitée à 0,70 % en poids au plus, pour limiter l'importance du retour élastique après une opération de formage. Cu a également un effet positif sur la réponse à la cuisson de la peinture de l'alliage, aussi bien que sur la résistance mécanique de l'alliage. Pour cette raison, Cu doit être présent dans l'alliage en une quantité d'au moins 0,1 % en poids. Toutefois, Cu a un effet gênant sur la résistance à la corrosion filiforme, ce qui est particulièrement important pour l'utilisation de la tôle dans des pièces de carrosserie automobile. La quantité de Cu est donc limitée à 0,3 % en poids. On a trouvé que l'on obtient principalement l'équilibre voulu entre la résistance mécanique, la réponse à la cuisson de la peinture et la résistance à la corrosion, pour une quantité maximale de 0,25 % en poids de Cu, sinon un effet contraire sur la corrosion détruit l'équilibre. On recommande un minimum de 0,12 % en poids de Cu pour bénéficier de l'effet positif sur la réponse à la cuisson de la peinture. Pour une teneur en Cu supérieure à 0,15 % en poids, on bénéficie encore davantage de l'effet de Cu sur la réponse à la cuisson de la peinture. On pense que Mn contribue au réglage de la taille de grains, ce qui améliore l'aptitude au formage. Mn est un élément d'affinage des grains recommandé, mais son rôle d'affinage des grains peut être au moins en partie rempli par la présence ou la coprésence d'un ou plusieurs de Zr, Ti ou Cr. La quantité totale de Mn, Zr, Ti et Cr doit se situer entre 0,05 et 0,4 % en poids. Si la teneur combinée de ces éléments est inférieure à 0,05 % en poids, ils ne contribuent pas suffisamment à un affinage efficace des grains en conséquence de la formation d'une quantité trop peu importante de ce que l'on appelle des dispersodes. On obtient la combinaison optimale pour la contribution voulue à l'effet d'affinement des grains à la suite du traitement thermique de la solution solide et la diminution de l'aptitude au formage et/ou de l'allongement si la teneur en un ou plusieurs de ces éléments augmente dans cette fourchette. La quantité totale de ces éléments est de préférence inférieure à 0,2 % en poids. On pense que les éléments mentionnés présentent tous une efficacité grossièrement égale dans les alliages AlMgSi, parce que les dispersodes formés sont grossièrement du même ordre de taille. La teneur en Fe a une grande influence sur l'aptitude au formage du produit en aluminium. Pour une teneur en Fe élevée, supérieure à environ 0,4 % en poids, des composés intermétalliques relativement grands peuvent se former, ce qui réduit nettement l'aptitude au formage. D'autre part, lorsque Fe est présent en une quantité inférieure à environ 0,4 % en poids, il contribue avantageusement au réglage de la taille de grains dans le produit pendant le traitement thermique en solution total ou partiel. La limite inférieure pour la teneur en Fe doit être de 0,20 % en poids et, de manière recommandée, de 0,22 % en poids. En ce qui concerne la résistance envers la corrosion, on peut introduire Zn jusqu'à une quantité maximale de 0,25 % en poids. On met de préférence le produit en alliage AlMgSi laminé conforme à l'une quelconque des réalisations décrites ci-dessus sous la forme d'un élément de carrosserie automobile. Une fois mis sous la forme d'un élément de carrosserie automobile, ce produit en alliage AlMgSi est intéressant parce qu'il présente une meilleure réponse à la cuisson de la peinture lors de traitements de cuisson de la peinture ordinaires pour les automobiles. Dans un autre aspect de l'invention, on fournit un procédé de fabrication du produit en alliage laminé conforme à l'invention. Ce procédé comprend les étapes opératoires suivantes consistant à: - fournir un lingot ou une brame d'alliage d'aluminium présentant une composition appropriée conforme à l'invention, et de préférence par coulée semi-continue; faire subir un recuit d'homogénéisation au lingot ou à la brame, de préférence pendant au moins 3 heures à une température située dans la fourchette allant de 530 OC à 580 OC; - laminer à chaud le lingot ou la brame pour obtenir une tôle intermédiaire, présentant de préférence une épaisseur mesurée située dans la fourchette allant de 4 à 8 mm; - faire éventuellement subir un recuit intermédiaire à la tôle intermédiaire, de préférence pendant 0,5 à 5 heures à une température située dans la fourchette allant de 330 OC à 400 OC; et - laminer à froid la feuille intermédiaire jusqu'à ce qu'elle présente une épaisseur finale mesurée voulue, située de préférence dans la fourchette comprise entre 0,8 et 1,5 mm; - soumettre éventuellement la tôle intermédiaire à un traitement thermique en solution solide comprenant le maintien de la tôle intermédiaire à une température située dans la fourchette allant de 500 à 570 0C et la trempe rapide de la tôle soumettre éventuellement la tôle traitée thermiquement en solution solide à un cycle de prévieillissement. Dans un autre aspect de l'invention, on la met en application dans un élément de carrosserie automobile formé, fabriqué à partir du produit en alliage d'aluminium laminé conforme à l'invention ou à partir du produit laminé obtenu par le procédé conforme à l'invention. EXEMPLES On illustrera maintenant l'invention en faisant référence aux exemples suivants qui ne la limitent pas. On a coulé des lingots pour laminage présentant les compositions indiquées dans le Tableau 1. Tableau 1. Composition en % en poids, le complément étant de l'aluminium et des impuretés Alliage Si Mg Cu Mn Fe Alliage A Inv. 1,33 0,61 0,2 0,07 0,26 Alliage B Inv. 0,79 0,61 0,2 0,07 0,26 Alliage C Réf. 1,05 0,40 0,17 0,07 0,20 On a fait successivement subir à ces lingots un recuit d'homogénéisation en deux étapes à des températures différentes, un laminage à chaud, un recuit intermédiaire et un laminage à froid jusqu'à une épaisseur finale mesurée de 1 mm. On a ensuite soumis des échantillons des tôles obtenues à un traitement thermique en solution solide dans lequel on a maintenu les échantillons des alliages A et B à une température de 540 C pendant une durée de 10 secondes et on les a ensuite trempés et on a maintenu l'échantillon de l'alliage C à une température de 550 OC pendant une durée de 10 secondes et on l'a ensuite trempé. On a ensuite fait subir à tous les échantillons un cycle de prévieillissement. On a déterminé la limite d'élasticité (" Rp ") et la résistance à la rupture sous traction (" Rm ") avant et après le recuit de cuisson de la peinture de 20 minutes à 0C suivi d'un étirage à plat de 2 %. On présente les résultats dans le Tableau 2. On donne également la réponse à la cuisson de la peinture (" PBR "), définie comme l'augmentation de la limite d'élasticité. Tableau 2. Identification Traité en solution T62 (2 % + 185 'C/20 min) de l'alliage solide et vieilli naturellement Rp Rm Rp Rm PBR (MPa) (MPa) (MPa) (MPa) (MPa) Alliage A Inv. 110 238 243 311 133 Alliage B Inv. 113 242 244 311 131 Alliage C Réf. 112 241 231 300 119 D'après ces résultats, on peut voir que la limite d'élasticité (" Rp ") des alliages A et B à l'état traité en solution solide est grossièrement égale à celle de l'alliage de référence C. En supposant qu'une bonne aptitude au formage est liée à une faible limite d'élasticité, on s'attend à ce que l'aptitude au formage des alliages A et B soit com10 parable à celle de l'alliage C, même si les alliages A et B contiennent davantage de fer que l'alliage C. De plus, la PBR des alliages A et B est améliorée de plus de 10 MPa par rapport à celle de l'alliage de référence C, avec pour résultat une limite d'élasticité avantageuse15 ment supérieure à l'état après cuisson de la peinture. En outre, on a également déterminé la limite d'élasticité (" Rp ") et la résistance à la rupture sous traction (" Rm ") à la suite d'un recuit de cuisson de la peinture de minutes à 170 0C suivi d'un étirage à plat de 2 %. On présente les résultats dans le Tableau 3 dans lequel la PBR est également incluse. Tableau 3. Identification T62 (2 % + 170 'C/20 min) de l'alliage Rp Rm PBR (MPa) (MPa) (MPa) Alliage A Inv. 206 290 96 Alliage B Inv. 210 292 98 Alliage C Réf. 197 281 85 Si l'on compare à nouveau les alliages A et B par rapport à l'alliage de référence C, on observe également dans ce cas une amélioration de la réponse à la cuisson de la peinture de plus de 10 MPa. Les alliages A et B satisfont tous les deux à une valeur minimale voulue d'environ 200 MPa après une cuisson de la peinture à 170 OC pendant 20 minutes. D'après le Tableau 2, il est clair que la limite d'élasticité à l'état naturellement vieilli après un traitement thermique en solution solide est inférieure à 130 MPa et même inférieure à 120 MPa. REVENDICATIONS 1. Produit en alliage AlMgSi laminé, pouvant être traité thermiquement, contenant (en % en poids) 0,40 à 1,7 de Si, 0,60 à 0,9 de Mg, 0,1 à 0,3 de Cu, 0,20 à 0,4 de Fe, et un ou plusieurs de (Zr, Mn, Cr, et/ou Ti) jusqu'à un total compris entre 0,05 et 0,4, au maximum 0,25 de Zn, les impuretés inévitables, représentant chacune au maximum 0,05, jusqu'à un total de 0,20, le complément étant Al. 2. Produit en alliage AlMgSi laminé selon la revendication 1, dans lequel la limite inférieure pour Si est de 0,70 % en poids. 3. Produit en alliage AlMgSi laminé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la limite supérieure pour Si est de 1,4 % en poids. 4. Produit en alliage AlMgSi laminé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la quantité de Mg est située dans la fourchette allant de 0,60 à 0,70 % en poids. 5. Produit en alliage AlMgSi laminé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la limite supérieure pour Cu est de 0,25 % en poids. 6. Produit en alliage AlMgSi laminé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la limite inférieure pour Cu est de 0,12 % en poids. 7. Produit en alliage AlMgSi laminé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la limite inférieure pour Cu est de 0,15 % en poids. 8. Produit en alliage AlMgSi laminé selon l'une quel35 conque des revendications précédentes, dans lequel la limite inférieure pour Fe est de 0,22 % en poids. 9. Produit en alliage AlMgSi laminé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la quantité d'un ou plusieurs de (Zr, Mn, Cr, et/ou Ti) va jusqu'à un total compris entre 0,05 et 0,2% en poids. 10. Produit en alliage AlMgSi laminé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le produit laminé présente une épaisseur finale mesurée située dans la fourchette allant de 0,8 à 1,5 mm. 11. Procédé de fabrication d'un alliage d'aluminium laminé, pouvant être traité thermiquement, comprenant les étapes opératoires suivantes consistant à: - fournir un lingot ou une brame d'alliage d'aluminium présentant une composition appropriée selon l'une quel15 conque des revendications 1 à 9, - faire subir un recuit d'homogénéisation au lingot ou à la brame, de préférence pendant au moins 3 heures à une température située dans la fourchette allant de 530 OC à 580 OC, - laminer à chaud le lingot ou la brame pour obtenir une tôle intermédiaire, présentant de préférence une épaisseur mesurée située dans la fourchette allant de 4 à 8 mm, - faire éventuellement subir un recuit intermédiaire à la tôle intermédiaire, de préférence pendant 0,5 à 5 heures à une température située dans la fourchette allant de 330 OC à 400 OC, - laminer à froid la feuille intermédiaire jusqu'à ce qu'elle présente une épaisseur finale mesurée voulue, située de préférence dans la fourchette comprise entre 0,8 et 1,5 mm, et - soumettre éventuellement la tôle intermédiaire à un traitement thermique en solution solide comprenant le maintien de la tôle intermédiaire à une température si35 tuée dans la fourchette allant de 500 à 570 0C et la trempe rapide de la tôle; soumettre éventuellement la tôle traitée thermiquement en solution solide à un cycle de prévieillissement. 12. Produit en alliage AlMgSi laminé, pouvant être traité thermiquement, selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, ou obtenu par le procédé selon la revendication 11, le produit étant formé en un élément de carrosserie automobile.