Brevet FR2941879A1 — publié le 20100813

PROCEDE DE FABRICATION D'UNE TÔLE PREFORMEE A PARTIR D'UN ALLIAGE D'ALUMINIUM BRUT DE LAMINAGE, NON TREMPANT La présente invention concerne un procédé de fabrication d'une tôle préformée à partir d'un alliage d'aluminium non trempant. On sait fabriquer des composants d'automobile soumis à de fortes contraintes en tôles d'aluminium, des alliages trempant étant à l'origine mis en oeuvre. La voie de production usuelle est ici le préformage de la tôle d'aluminium de moindre résistance avec un vieillissement consécutif pour l'obtention d'une résistance accrue. Dans les alliages d'aluminium où aucune augmentation de dureté ne peut être obtenue par un traitement thermique (vieillissement à froid ou à chaud), on peut atteindre une hausse de la résistance seulement par la déformation. Pour pouvoir élaborer des formes à géométrie complexe à partir des tôles de ces alliages, celles-ci sont en règle générale transformées à l'état ramolli, tout comme les alliages trempant. Cela veut dire que ces alliages d'aluminium non trempant subissent par exemple au préalable un recuit d'adoucissement. Cela représente l'inconvénient que les pièces moulées sous pression, qui sont fabriquées par déformation de ces tôles d'aluminium non trempant ayant subi un recuit d'adoucissement, ne connaissent une nette augmentation de la résistance que dans des zones à fort degré de déformation, ce qui a pour conséquence que le potentiel de construction légère pouvant être obtenu avec des pièces moulées en alliages d'aluminium non trempant, avantageuses sur le plan économique, est relativement faible. C'est aussi la raison pour laquelle les alliages d'aluminium non trempant sont utilisés principalement dans le domaine du châssis comme composants à parois épaisses. Les alliages d'aluminium non trempant se caractérisent la plupart du temps par une très bonne résistance à la corrosion. De plus, ils sont souvent utilisés dans les composants ne subissant pas de fortes sollicitations sans que l'accent soit mis sur l'aspect particulier de la légèreté de la construction. Pour satifaire les exigences actuelles et futures en matière d'optimisation du poids des véhicules, il faut essayer d'alléger tous les composants. Cela concerne aussi les composants constitués d'alliages d'aluminium non trempant. Ces alliages d'aluminium sont disponibles sous la forme de tôles de résistance élevée et ultra- élevée, qui sont fabriquées par laminage à froid ou par laminage à froid avec recuit d'adoucissement partiel ciblé. A partir de ces produits semi-finis vendus dans le commerce, on ne pouvait jusqu'à présent cependant pas fabriquer de composants complexes, bien que cela eût été intéressant sur le plan économique du fait de la possible réduction de poids et de l'économie en matériau. L'invention a donc pour but de permettre la fabrication de composants de structure complexe, présentant une résistance élevée, par une technique de déformation de tôles constituées d'alliages d'aluminium bruts de laminage, non trempant. Ce but est atteint par un procédé comprenant les étapes suivantes : (a) la mise à disposition d'une tôle constituée d'un alliage d'aluminium non trempant qui se trouve, d'après la norme européenne EN515 :1993, à l'état de matériau H12, H14, H16, H18, H19, H22, H24, H26, H28, H32, H34, H36 ou H38 et qui comprend comme composant d'alliage, en plus de l'aluminium, au moins du magnésium et le cas échéant du manganèse ; b) le chauffage au moins local de la tôle à une température située entre 200°C et 350°C pendant une durée allant de 1 à 60 secondes ; c) l'insertion de la tôle chauffée dans un outil de déformation à froid d'une presse de formage et la déformation de la tôle en tôle préformée. Il est essentiel pour l'invention que la plage de températures à laquelle la tôle doit être chauffée soit inférieure à 300°C, notamment inférieure à 250°C, puisque, avec les méthodes usuelles de chauffage à des températures situées aux alentours de 300°C, une grande partie de la résistance est déjà perdue après le chauffage dans le four. Il a été cependant constaté qu'aussi bien la recristallisation que la récupération de la structure cristalline dépendent d'un seuil température-temps. Donc, il est prévu de chauffer à une vitesse extrêmement rapide une tôle d'aluminium brute de laminage, non trempant, qui se trouve d'après la norme européenne EN515 :1993, à l'état de matériau H12, H14, H16, H18, H19, H22, H24, H26, H28, H32, H34, H36 ou H38 et qui comprend comme composant d'alliage, en plus de l'aluminium, au moins du magnésium et le cas échéant du manganèse, et de la déformer dans un outil de déformation à froid suffisamment rapidement pour qu'une grande partie de la résistance soit conservée dans la totalité du composant. A cet effet, la tôle doit être chauffée au moins localement à une température située entre 200°C et 250°C, de préférence entre 200 °C et 240°C, sur une durée allant de 1 à 60 secondes. Cette durée de chauffage est de préférence plus courte et est notamment comprise entre 1 et 10 secondes. La norme européenne EN515 précise la désignation des états de base des produits semi-finis en aluminium doivent être caractérisés. La majuscule H signifie écroui à froid. Cette désignation s'applique aux produits qui sont soumis à une déformation à froid ou une combinaison d'une déformation à froid et d'un recuit de récupération ou d'une stabilisation pour garantir les propriétés mécaniques fixées après le recuit d'adoucissement (ou après la déformation à chaud). La lettre H est suivie de deux chiffres, le premier pour caractériser le type de traitement thermique et le deuxième pour caractériser le degré d'écrouissage à froid. Par écrouissage à froid, on entend la déformation plastique d'un métal à une température et à une vitesse, qui conduisent à un écrouissage à froid. L'écrouissage à froid est la modification de la structure métallique par déformation à froid, qui donne une résistance et une dureté supérieures, la formabilité diminuant de façon concomitante. H1x désigne des produits seulement écrouis à froid, qui sont écrouis à froid pour obtenir la résistance désirée sans traitement thermique supplémentaire. H2x signifie écroui à froid et ayant subi un recuit d'adoucissement partiel. Cela s'applique aux produits qui sont écrouis à froid au-delà de la résistance finale souhaitée et puis ensuite adoucis jusqu'à la résistance désirée par recuit d'adoucissement partiel. H3x signifie écroui à froid et stabilisé et s'applique aux produits écrouis à froid dont les propriétés mécaniques sont stabilisées par un traitement thermique à basse température ou par un chauffage opéré pendant l'usinage. La stabilisation améliore en général l'aptitude à la déformation. Cette désignation ne s'applique qu'aux alliages qui s'adoucissent sans stabilisation par stockage à température ambiante. Le deuxième chiffre suivant le H indique le degré final d'écrouissage à froid qui est caractérisé par les valeurs minimales de la résistance à la traction. Le chiffre 8 est affecté aux états les plus durs qui sont usuellement fabriqués. Le chiffre 9 indique des états dont la résistance à la traction minimale se situe vers 10 MPa ou plus, au- delà des états H8x. Les chiffres 2, 4 et 6 désignent des états intermédiaires. Par conséquent, H12 veut dire écroui à froid - dureté 1/4, H14 écroui à froid û dureté 1/2, H16 écroui à froid û dureté 3/4, et H18 écroui à froid û dureté 4/4 (totalement dur). Par conséquent, les états H22/24/26/28 désignent des matériaux écrouis à froid et ayant subi un recuit d'adoucissement partiel et les états H32/34/36/38 des matériaux écrouis à froid et stabilisés. Globalement, il faut donc utiliser des tôles qui sont brutes de laminage et ont donc subi un écrouissage à froid par laminage. L'avantage de l'invention réside dans le fait qu'une pièce relativement complexe peut être fabriquée à partir d'un alliage d'aluminium brut de laminage, non trempant, qui présente une haute résistance dans son ensemble ou uniquement certaines zones. La caractéristique particulière est que les zones partielles de résistance élevée ne dépendent pas de la déformation et des degrés de déformation introduits. Il en résulte une autre voie de fabrication différente de celle utilisant les alliages trempant qui impliquent des coûts de production élevés à cause d'un traitement thermique qui peut durer jusqu'à 24 heures. Une tôle préformée ouverte au sens de la présente invention est une pièce fabriquée, par la technique de la presse, à partir d'une plaque de tôle, c'est-à-dire à partir d'un état de départ sensiblement plat. Le matériau de départ a été écroui à froid par laminage jusqu'à une valeur cible déterminée. Une tôle préformée ouverte en vertu de la présente invention ne désigne pas les profilés creux. Dans le cadre de la présente invention, la tôle d'aluminium brute de laminage, non trempant, doit être de préférence entièrement chauffée et déformée. Il est cependant également concevable de réaliser une déformation à chaud partielle en chauffant par exemple la tôle par zones à des températures différentes avant la déformation. Il est aussi concevable que la durée du chauffage de la tôle soit différente selon les zones, que ce soit pour atteindre des températures cibles différentes ou bien pour influencer les propriétés de déformation locale de la tôle et donc les résistances cibles grâce à la durée de chauffage. La tôle peut être de préférence chauffée par des moyens résistifs, conductifs ou capacitifs. Avec le procédé selon l'invention, il est également possible de créer des pièces qui ne présentent une haute résistance que dans certaines zones déterminées, les pièces pouvant posséder de manière ciblée, dans d'autres zones, une résistance plus faible, tout en ayant des valeurs d'allongement en même temps améliorées. Le but est de créer une pièce généralement améliorée par rapport à une pièce complètement dure, qui possède en particulier des propriétés plus avantageuses sur le plan du comportement à la déformation en cas d'accident, que ce soit sur le plan de l'absorption de l'énergie ou sur le plan de l'économie de poids. Dans le cadre de la présente invention, il est aussi possible de poursuivre le chauffage plus ou moins fort ou long par zones de la tôle au cours de l'opération de déformation. Pour cela, l'outil de déformation peut présenter une cavité de moule avec au moins une zone qui est chauffée. A la place ou en plus des zones chauffées dans l'outil, des zones refroidies peuvent aussi être prévues. Du fait des zones chauffées dans l'outil de déformation, on a la possibilité de maintenir l'outil à haute température pendant une durée supplémentaire, en chauffant d'abord plus longtemps une zone bien déterminée. En cas de déformation en plusieurs étapes, on peut aussi prévoir des cavités de moule qui sont partiellement chauffées dans d'autres étages de l'outil. De la même manière, dans une étape du procédé suivant la déformation, la poursuite du chauffage est possible au moyen d'un four ayant une action partielle ou d'un inducteur. Il est toutefois recommandé de pratiquer un chauffage plus long ou à une température plus élevée avant la déformation et non à la suite de la déformation. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour autant sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'une tôle préformée ouverte à partir d'un alliage d'aluminium brut de laminage, non trempant, comprenant les étapes suivantes : a) la mise à disposition d'une tôle constituée d'un alliage d'aluminium non trempant qui se trouve, d'après la norme européenne EN515 :1993, à l'état de matériau H12, H14, H16, H18, H19, H22, H24, H26, H28, H32, H34, H36 ou H38 et qui comprend, comme composant d'alliage, en plus de l'aluminium, au moins du magnésium et le cas échéant du manganèse ; b) le chauffage au moins local de la tôle à une température située entre 200°C et 350°C pendant une durée allant de 1 à 60 secondes ; c) l'insertion de la tôle chauffée dans un outil de déformation à froid d'une presse de formage et la déformation de la tôle en tôle préformée. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tôle est chauffée sur une durée allant de 1 à 10 secondes à des températures situées entre 200°C et 240°C. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la tôle est chauffée avant la déformation par zones à des températures différentes. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la durée du chauffage de la tôle est différente selon les zones. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la tôle 20 est chauffée par un moyen résistif, conductif ou capacitif. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'outil de déformation présente une cavité de moule avec au moins une zone qui est chauffée.