Brevet FR3044327A1 — publié le 20170602

TOLE MINCE A HAUTE RIGIDITE POUR CARROSSERIE AUTOMOBILE Domaine de l'invention L'invention concerne le domaine des tôles en alliage d'aluminium destinées à la fabrication par emboutissage de pièces de doublure, de structure ou de renfort de la caisse en blanc des véhicules automobiles. Etat de la technique Les alliages d'aluminium sont utilisés de manière croissante dans la construction des véhicules automobiles car leur utilisation permet de réduire le poids des véhicules et ainsi diminuer la consommation de carburant et les rejets de gaz à effets de serre. Les tôles en alliage d'aluminium sont utilisées notamment pour la fabrication de nombreuses pièces de la « caisse en blanc » parmi lesquelles on distingue : les pièces de peau de carrosserie (ou panneaux extérieurs de carrosserie) comme les ailes avant, le toit ou pavillon, les peaux de capot, de coffre ou de porte ; les pièces de doublure comme par exemple les doublures de porte, d'aile, de hayon ou de capot ; et enfin les pièces de structure, comme par exemple les longerons, les tabliers, les planchers de charges et les pieds avant, milieu et arrière. Si de nombreuses pièces de peau sont déjà réalisées en tôles d'alliages d'aluminium, la transposition de l'acier à l'aluminium pour des pièces de renfort notamment de type doublure ou de structure, présentant des caractéristiques plus élevées, s'avère plus délicate du fait dans un premier temps de la moins bonne formabilité des alliages d'aluminium par rapport aux aciers et du fait dans un deuxième temps des caractéristiques mécaniques en générales moins élevées que celles des aciers utilisés pour ce type de pièces. En effet, pour des applications de type renfort ou structure, un ensemble de propriétés, parfois antagonistes est requis telles que : 3044327 2 - une formabilité élevée à l'état de livraison, état T4, en particulier pour les opérations d'emboutissage, - une limite d'élasticité contrôlée à l'état de livraison de la tôle pour maîtriser le retour élastique lors de la mise en forme, 5 - une résistance mécanique élevée après revenu et/ou après cataphorèse et cuisson des peintures pour obtenir une bonne résistance mécanique en service tout en minimisant le poids de la pièce, - une bonne capacité à l'absorption d'énergie en cas de choc pour application à des pièces de structure de caisse, 10 - un bon comportement dans les divers procédés d'assemblage utilisés en carrosserie automobile tels que le soudage par points, le soudage laser, le collage, le clinchage ou le rivetage, - une bonne résistance à la corrosion, notamment la corrosion intergranulaire, la corrosion sous contrainte et la corrosion filiforme de la pièce finie, 15 - une compatibilité avec les exigences du recyclage des déchets de fabrication ou des véhicules recyclés, - un coût acceptable pour une production en grande série. Une propriété importante a cependant été souvent négligée, il s'agit de la rigidité de 20 l'alliage qui est liée à son module d'élasticité. Ainsi, un matériau dont le module d'élasticité (parfois aussi appelé module d'Young) est très élevé est dit rigide. Ainsi quand le matériau est rigide il peut être possible pour certaines pièces pour lesquelles il s'agit d'un facteur limitant de diminuer l'épaisseur de la pièce par rapport aux pièces actuellement utilisées et ainsi d'obtenir un gain de poids. On rencontre essentiellement 25 des pièces de ce type pour des pièces de renfort ou de structure. La demande de brevet WO 95/34691 concerne une tôle en alliage d'aluminium destinée à la construction mécanique, aéronautique ou spatiale caractérisée par la composition (% en poids) Si 6.5 - 11%, Mg 0,5 - 1,0 %, Cu REVENDICATIONS1. Utilisation d'une tôle mince en alliage de la série 4X)0( ayant une teneur en silicium d'au moins 10 % en poids dont le module d'élasticité est au moins 77 GPa pour réaliser une pièce de renfort ou de structure de carrosserie automobile. 2. Utilisation selon la revendication 1 dans laquelle ladite tôle mince est une tôle mince en alliage d'aluminium de composition, en % en poids, : Si : 10 - 14, Mg : 0,05 - 0,8, Cu : 0 - 0,2, Fe : 0 - 0,5, Mn : 0 - 0,5, optionnellement au moins un élément choisi parmi Na, Ca, Sr, Ba, Yt et Li, la quantité dudit élément s'il est choisi étant de 0,01 - 0,05 pour Na, Ca, Sr, Ba Yt et 0,1 - 0,3 pour Li, Sb : 0 - 0,05 Cr : 0 - 0,5 Ti : 0 - 0,2 autres éléments 3. Utilisation selon la revendication 1 ou la revendication 2 caractérisée en ce que Si : 11 - 13 % en poids. 4. Utilisation selon une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisée en ce que Cu : 0,03 - 0,15 % en poids. 5. Utilisation selon une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisée en ce que Fe : 0,1 - 0,3 % en poids. 3044327 15 6. Utilisation selon une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisée en ce que Mn : 0,05 - 0,2 % en poids. 7. Utilisation selon une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisée en 5 ce que Mn : 8. Utilisation selon une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisée en ce que Sr : 0,01 - 0,05 % en poids. 10 9. Utilisation selon une quelconque des revendications 1 à 8 caractérisée en ce que Cr : 0, 1 - 0,3 % en poids et/ou Ti 0,01 - 0,15 % en poids. 10. Utilisation selon une quelconque des revendications 1 à 9 caractérisée en ce que ladite tôle a un module d'élasticité mesuré selon la norme ASTM 15 1876 d'au moins 77 GPa et de préférence d'au moins 79 GPa et au moins une parmi les caractéristiques suivantes, et de préférence l'ensemble des caractéristiques suivantes : une limite d'élasticité comprise entre 130 et 200 MPa et de préférence 20 entre 140 et 190 MPa, un allongement à rupture A% d'au moins 15% et de préférence d'au moins 18%, Un allongement à striction Ag% d'au moins 13% et de préférence d'au moins 15 %. 25 11. Utilisation selon une quelconque des revendications 2 à 10 dans laquelle ladite tôle mince est obtenue par un procédé de fabrication comportant les étapes successives suivantes : 30 - la coulée typiquement semi-continue verticale d'une plaque de composition selon une quelconque des revendications 2 à 9 et optionnellement le scalpage, - optionnellement l'homogénéisation, - le réchauffage à une température comprise entre 400 et 560°C 3044327 16 - le laminage à chaud de la plaque en une bande d'épaisseur comprise entre 2 et 12 mm, - optionnellement le laminage à froid jusqu'à l'épaisseur finale, - optionnellement la mise en solution de la tôle entre 500 et 560°C pendant 5 1 s à 5 min, suivi du refroidissement jusqu'à une température inférieure à 200 °C, - optionnellement un traitement thermique à une température comprise entre 40 et 150 °C pendant une durée de 1 à 15 heures, - le vieillissement à température ambiante d'au moins 3 jours, 10 puis mise en forme typiquement par emboutissage, pliage et/ou roulage puis subit un traitement thermique de revenu, ce traitement thermique pouvant être réalisé simultanément à la cuisson des peintures. 12. Utilisation selon la revendication 11 dans laquelle ladite pièce de renfort 15 ou de structure de carrosserie automobile a en service une limite d'élasticité d'au moins 220 MPa, de préférence d'au moins 250 MPa et un allongement à rupture d'au moins 6% et de préférence d'au moins 10 %. 20