Brevet FR3134119A1 — publié le 20231006

L’invention est une tôle en alliage d’aluminium de composition Si : 1,25% – 1,55%, Fe : Figure d'abrégé : Fig. 9 Tôle en alliage 6xxx de recyclage et procédé de fabrication Domaine de l’invention L’invention concerne le domaine des tôles en alliage d’aluminium destinées à la fabrication par emboutissage de pièces de carrosserie de la caisse en blanc des véhicules automobiles. Etat de la technique Les alliages d’aluminium sont utilisés de manière croissante dans la construction automobile pour réduire le poids des véhicules et ainsi diminuer la consommation de carburant et les rejets de gaz à effet de serre. Il est également nécessaire de réduire les rejets de gaz à effets de serre durant la production des dits alliages. Cette réduction peut être obtenue par le recyclage des chutes et des déchets en alliage d’aluminium, ce qui permet de diminuer voire d’éviter l’utilisation d’aluminium primaire produit par électrolyse et /ou l’ajout d’éléments d’additions. Les meilleures usines d’électrolyse, qui utilisent l’hydro électricité, ont une empreinte Carbone de 4 tonnes de CO 2 équivalent (CO 2 eq) par tonne de plaque de fonderie compte tenu de l’utilisation d’anode en Carbone. L’empreinte Carbone typique pour une tonne de plaque de fonderie d’aluminium d’électrolyse produite en Europe est de 7 tonnes de CO 2 eq. L’empreinte Carbone d’une tonne de plaque de fonderie obtenue avec uniquement des chutes et des déchets est de 0,5 t de CO 2 eq par plaque de fonderie. L'émission en CO 2 équivalent est la quantité émise de dioxyde de carbone (CO 2 ) qui provoquerait le même forçage radiatif intégré, pour un horizon temporel de 100 ans, qu’une quantité émise d’un seul ou de plusieurs gaz à effet de serre (GES). L’émission en équivalent CO 2 est obtenue en multipliant l’émission d’un GES par son potentiel de réchauffement global (PRG) pour l’horizon temporel de 100 ans. Dans le cas d’un mélange de GES, l’émission en équivalent CO2 est obtenue en additionnant les émissions en équivalent CO2 de chacun des gaz. Lorsqu’une plaque est élaborée en utilisant en partie des alliages par recyclage, le C0 2 équivalent de cette plaque est évalué par interpolation linéaire entre une plaque d’électrolyse précitée (0% de recyclage) et une plaque obtenue avec uniquement des chutes et des déchets (100% de recyclage). Le recyclage ou taux de recyclage est le rapport entre le poids des chutes et des déchets en alliage d’aluminium utilisés pour élaborer la plaque avec le poids de la plaque, le reste de l’alliage étant de l’aluminium primaire et/ou des éléments d’addition. Le recyclage facile consiste à recycler en boucle fermée, c’est-à-dire que les chutes et des déchets en alliage d’aluminium sont recyclées pour obtenir le même alliage pour lequel ils furent produits. Cependant, il existe des produits qui ne peuvent être recyclés ainsi. C’est le cas en particulier des tôles plaquées telles que définies par l’EN 12258-1 (2012) au §2.6.26 notamment lorsqu’elles comportent des alliages très différents. Les tôles plaquées pour réaliser des échangeurs de chaleur brasés sont dans ce cas car elles sont en général constituées d’une partie centrale en alliage de la série 3xxx parfois avec un peu de Cu et/ou de Mg, avec un ou plusieurs placages en alliage de la série 4xxx et/ou de la série 7xxx et/ou de la série 1xxx et/ou de la série 3xxx. Actuellement, ces tôles plaquées sont plutôt recyclées dans des pièces de moulage pour lesquelles les alliages de la série 4xxx sont usuellement utilisés. Or la bascule de la propulsion par moteur à explosion vers la propulsion électrique va déstabiliser cette filière de recyclage. Les tôles en alliage d’aluminium dans les véhicules, en particulier pour la carrosserie et les pièces de structure, sont dans l’art antérieur en alliage 5xxx et 6xxx qui ne sont pas adaptés pour un recyclage important des alliages de la série 4xxx compte tenu de leur composition. L’évolution des alliages du fait de la recherche et développement rend également difficile le recyclage des anciennes chutes, qui sont des chutes provenant de produits après leur utilisation selon l’EN 12258-1. C’est le cas des anciennes chutes provenant de la démolition de bâtiments de composition typique Si : 0,5%, Fe : 0,2%, Cu : 0,1%, Mn : 0,1%, Mg : 0,1%. La demande US20210108293 divulgue une tôle en alliage d'aluminium a une composition chimique contenant Si : 2,3-3,8 % en masse, Mn : 0,35-1,05 % en masse, Mg : 0,35-0,65 % en masse, Fe : 0,01-0,45 % en masse, et au moins un élément choisi dans le groupe constitué par Cu : 0,0010-1,0 % en masse, Cr : 0,0010-0,10 % en masse, Zn : 0,0010-0,50 % en masse, et Ti : 0,0050-0,20 % en masse. Le rapport entre la teneur en Si et la teneur en Mn est de 2,5 ou plus et de 9,0 ou moins. La tôle en alliage d'aluminium présente un allongement de 23 % ou plus et un exposant d'écrouissage de 0,28 ou plus à une déformation nominale de 3 %. Une telle tôle en alliage d'aluminium est bien adaptée aux applications de formage à la presse (emboutissage), telles que le formage de panneaux de carrosserie automobile. La demande WO2018/175876 divulgue des techniques de moulage de produits métalliques présentant une résistance et une formabilité élevées à partir de déchets métalliques recyclés, sans ajout d'une quantité substantielle ni même d'une quantité quelconque d'aluminium primaire. Des éléments d'alliage supplémentaires, tels que le magnésium, peuvent être ajoutés à des déchets métalliques, lesquels peuvent être coulés et traités pour produire une bobine métallique d'épaisseur finale souhaitée et ayant des propriétés métallurgiques et mécaniques souhaitables, telles qu'une résistance et une formabilité élevées. Des déchets de métal bon marché et recyclés peuvent ainsi être réemployés efficacement pour de nouvelles applications, dans l'automobile ou comme matière première de canettes de boisson. La demande JP2005298922 a pour problème à résoudre de fournir de manière peu coûteuse une tôle d'alliage d'aluminium à former, qui présente une aptitude au formage par pliage adéquate, une faible anisotropie de pliage et une aptitude supérieure au durcissement par cuisson après revêtement, qui présente un faible vieillissement à température ambiante et une résistance adéquate aux marques de lignage. Sa solution est une tôle d'alliage d'aluminium faite d'un alliage à base de Al-Mg-Si ou d'un alliage à base de Al-Mg-Si-Cu ; satisfaisant chaque condition de (C(sub 1/10)+C(sub 1/4))/2 > C(sub 1/2) et 30 dans une plage de 2 à 50, dans une région de 1/10 à 1/4 de profondeur dans le sens de l'épaisseur de la tôle; et a des taux d'évidement à 0 degré et 90 degrés de 5% ou plus. La méthode de fabrication comprend des conditions de coulée et de laminage à chaud strictement prescrites. Les conditions des structures métallographiques dans une plaque coulée et une tôle après avoir été laminée à chaud, qui sont des produits intermédiaires, sont prescrites. La demande WO2022/026825 divulgue de nouveaux alliages d'aluminium 6xxx. Dans une approche, un nouvel alliage d'aluminium 6xxx peut comprendre de 0,25 à 0,60 % en poids. % Fe, 0,8-1,2 poids. % Si, 0,35-1,1 en poids. % Mg, 0,05-0,8 poids. % Mn, jusqu'à 0,30 poids. % Cu, jusqu'à 0,35 poids. % Zn, jusqu'à 0,15 poids. % Ti, jusqu'à 0,15 % en poids. % chacun de Cr, Zr et V, le reste étant de l'aluminium, des éléments accessoires et des impuretés. Les nouveaux alliages d'aluminium 6xxx peuvent être fabriqués à partir d'alliages d'aluminium recyclés. Il existe donc un besoin pour recycler des chutes et déchets de tôles plaquées pour réaliser des tôles de carrosserie pour l’industrie automobile. Problème posé Le problème à résoudre est de développer une tôle en alliage de la série 6xxx qui vise un excellent compromis entre Le recyclage des chutes et des déchets, préférentiellement de tôles plaquées. Les tôles plaquées sont en général constitués d’alliages très différents, par exemple d’un alliage de la série 3xxx pour la partie centrale, de placage de la série 4xxx et/ou de la série 7xxx. La composition moyenne d’une tôle plaquée est difficile à recycler en une autre tôle car cela ne correspondant pas à un alliage connu. De plus l’activité de recyclage, en particulier lorsqu’il s’agit d’anciennes chutes provenant de produits après leur utilisation, est indissociable de phénomène de pollution qui découle du mélange avec d’autres matériaux, par exemple de l’acier, et qui peut dégrader les propriétés des matériaux obtenu après recyclage. La formabilité de la tôle qui est appréciée à l’état T4 après maturation, la maturation correspondant à la durée de transport et de stockage entre la trempe de la tôle et son emboutissage sous forme de pièce. La formabilité est caractérisée avec le test de LDH (limiting dome height) pour l’aptitude à la déformation et avec la limite d’élasticité pour l’effort à fournir pour obtenir ladite déformation. Les propriétés nécessaires à l’utilisation de la pièce sur un véhicule automobile qui sont appréciées sur la pièce finie, donc après emboutissage de la tôle, la peinture et la cuisson des peintures. La cuisson des peintures est également connue de l’homme du métier comme « bake hardening » car il permet en même temps le durcissement, par revenu, de la tôle emboutie pour obtenir les propriétés nécessaires à l’utilisation de la pièce sur un véhicule automobile. L’aptitude à l’utilisation sur un véhicule automobile est caractérisée ici par la limite d’élasticité de la tôle après une déformation de 2% et un traitement thermique de 170°C pendant 20 minutes, représentatif du traitement thermique de cuisson des peintures. Industriellement, la cuisson des peintures peut durer de 10 à 30 minutes à une température entre 170 et 195°C. La corrosion qui est appréciée sur la tôle après la maturation. La corrosion est appréciée par un test de corrosion filiforme de la tôle après un traitement thermique de 170°C pendant 20 minutes. Objet de l’invention Un objet de l’invention est une tôle en alliage d’aluminium de composition, en % en poids, : Si : environ 1,25% – environ 1,55%, Fe : Cu : Mn : environ 0,22% – environ 0-65%, Mg : environ 0,25% – environ 0,55%, Ti : Cr Cr + Mn +Fe : Zn autres éléments : chaque reste : Al. Un autre objet de l’invention est une méthode de fabrication d’une tôle laminée en alliage d’aluminium selon l’invention comprenant les étapes successives de : Elaboration d’un alliage, préférentiellement comprenant des chutes et des déchets, préférentiellement de tôles plaquées, Coulée de l’alliage en une plaque, préférentiellement par coulée verticale semi continue, Homogénéisation de la plaque à une température d’homogénéisation, préférentiellement comprise de 540°C à 580°C, préférentiellement supérieure à 550°C, Laminage à chaud de la plaque, Laminage à froid de la plaque laminée à chaud, Mise en solution puis trempe, Pré revenu à une température de pré revenu de 60 à 100°C pendant une durée de 2 à 16 heures, préférentiellement obtenue par bobinage puis refroidissement jusqu’à la température ambiante, Maturation de 72 heures à 6 mois. Description des figures : Cette figure montre le LDH en fonction de l’aptitude au recyclage. : Cette figure montre le LDH en fonction de la pollution de l’alliage en Fe, Mn et Cr. : Cette figure montre le compromis entre le LDH et la limite d’élasticité à l’état T4. : Cette figure montre le compromis entre le LDH et la limite d’élasticité après simulation de cuisson des peintures. : Cette figure montre la limite d’élasticité à l’état T4 en fonction de l’aptitude au recyclage pour les tôles selon l’invention. : Cette figure montre la limite d’élasticité après simulation de la cuisson des peintures en fonction de l’aptitude au recyclage pour les tôles selon l’invention. : Cette figure montre les résultats de corrosion filiforme en fonction de la teneur en Cu. : Cette figure montre décrit l’outil de mesure du LDH. : La tôle selon l’invention permet de recycler des tôles plaquées. : La photographie montre des exemples d'échantillons soumis à un cordage, de classe 1, 2 et 3 (1 moyen - 3 excellent). Description de l’invention Tous les alliages d'aluminium dont il est question ci-après sont désignés, sauf mention contraire, selon les règles et désignations définies par l’«Aluminum Association » dans les « Registration Record Series » qu'elle publie régulièrement. Sauf mention contraire, les compositions sont exprimées en % en poids. L’expression 1.4 Cu signifie que la teneur en cuivre exprimée en % en poids est de 1.4%. Les états métallurgiques dont il est question sont désignés selon la norme européenne EN-515. Les caractéristiques mécaniques statiques en traction, en d’autres termes la résistance à la rupture Rm, la limite d’élasticité conventionnelle à 0.2% d’allongement Rp0.2, l’allongement à striction Ag% et l’allongement à la rupture A%, sont déterminées par un essai de traction selon la norme NF EN ISO 6892-1, le prélèvement et le sens de l’essai étant définis par la norme EN 485-1. Le coefficient d’écrouissage n est évalué selon la norme EN ISO 10275. Le module d’élasticité est mesuré selon la norme ASTM 1876. Le coefficient d’anisotropie de Lankford est mesuré selon la norme EN ISO 10113. Les angles de pliage, appelés alpha norm, sont déterminés par essai de pliage 3-points selon la norme NF EN ISO 7438 et les procédures VDA 238-100 et VDA 239-200 version 2017. Sauf mention contraire, les définitions de la norme EN 12258 s’appliquent Le paramètre LDH est largement utilisé pour l’évaluation de l’aptitude à l’emboutissage des tôles. Il a fait l’objet de nombreuses publications, notamment celle de R. Thompson, «The LDH test to evaluate sheet metal formability - Final Report of the LDH Committee of the North American Deep Drawing Research Group», SAE conference, Detroit, 1993, SAE Paper n°930815. Il s’agit d’un essai d’emboutissage d’un flan bloqué en périphérie par un jonc. La pression serre-flan est ajustée pour éviter un glissement dans le jonc. Le flan, de dimensions 120 mm x 160 mm, est sollicité dans un mode proche de la déformation plane. Le poinçon utilisé est hémisphérique. La précise les dimensions des outils utilisés pour réaliser ce test. La lubrification entre le poinçon et la tôle est assurée par de la graisse graphitée. La vitesse de descente du poinçon est de 50 mm/min. La valeur dite LDH est la valeur du déplacement du poinçon à rupture, soit la profondeur limite de l’emboutissage. Elle correspond en fait à la moyenne de trois essais, donnant un intervalle de confiance à 95 % sur la mesure de 0.2 mm. La norme pour la mesure de la corrosion inter granulaire est l’ASTM- G110. La norme pour la corrosion filiforme est l’EN 3665. Le cordage est mesuré de la façon suivante. Une bande mesurant environ 270 mm (dans le sens transversal) par 50 mm (dans le sens du laminage) est découpée dans la tôle mince. Une prédéformation de traction de 15 %, perpendiculaire au sens du laminage, c.-à-d. dans le sens de la longueur de la bande, est ensuite appliquée. La bande est ensuite soumise à l'action d'un papier abrasif de type P800 afin de révéler le cordage. Ce dernier est alors évalué visuellement et traduit par classification sur une échelle de 1 (cordage important) à 3 (absence totale de cordage). Des exemples de cordage correspondant aux valeurs 1 à 3 sont illustrés sur la . La température ambiante est toute température compatible avec le travail des humains de 5 à 35°C. La température ambiante peut être une température de 5°C, 6°C, 7°C, 8°C, 9°C, 10°C, 11°C, 12°C, 13°C, 14°C, 15°C, 16°C, 17°C, 18°C, 19°C, 20°C, 21°C, 22°C, 23°C, 24°C, 25°C, 26°C, 27°C, 28°C, 29°C, 30°C, 31°C, 32°C, 33°C, 34°C, 35°C. Le terme "environ", lorsqu'il est utilisé en relation avec une variable numérique mesurable, se réfère à la valeur indiquée de la variable et à toutes les valeurs de la variable qui se trouvent dans les limites de l'erreur expérimentale de la valeur indiquée ou dans les limites de ±10 pour cent de la valeur indiquée, la valeur la plus élevée étant retenue. Tôle en alliage d’aluminium de composition, en % en poids : Si : environ 1,25% – environ 1,55%, Fe : Cu : Mn : environ 0,22% – environ 0,65%, Mg : environ 0,25% – environ 0,55%, Ti : Cr Cr + Mn +Fe : Zn autres éléments : chaque reste : Al. Tôle selon la revendication 1 caractérisée en ce que Cu Tôle selon la revendication 1 ou 2 caractérisée en ce que Mn >= environ 0,30%, préférentiellement environ 0,35%, préférentiellement environ 0,40%, et/ou Mn environ Tôle selon l’une des revendications 1 à 3 caractérisée en ce que Mg >= environ 0,30%, préférentiellement environ 0,35% et/ou Mg Tôle selon l’une des revendications 1 à 4 caractérisée en ce que Cr Tôle selon l’une des revendications 1 à 5 caractérisée en ce que Ti = environ 0,01%, Tôle selon l’une des revendications 1 à 6 caractérisée en ce que Zn Tôle selon l’une des revendications 1 à 7 caractérisée en ce que Si = environ 1,30% ; préférablement environ 1,35%, préférablement environ 1,40%. Tôle selon l’une des revendications 1 à 8 caractérisée en ce que la tôle a un LDH inférieure ou égale à 26.0mm et/ou supérieure ou égale à 24,0mm, préférentiellement supérieure ou égale à 24,5mm préférentiellement supérieure ou égale à 25,0mm, le LDH étant mesuré avec une tôle d’épaisseur de 1 mm à l’état T4. Tôle selon l’une des revendications 1 à 9 caractérisée en ce que la tôle a une limite d’élasticité Rp0,2 à l’état T4 minimum de 100 MPa, préférablement 110MPa, plus préférablement 115 MPa et/ou a une limite d’élasticité Rp0,2 à l’état T4 maximum de 150MPa, préférablement 145 MPa, plus préférablement 140 MPa Procédé de fabrication de la tôle selon les revendications 1 à 10 comprenant les étapes successives : Elaboration d’un alliage, préférentiellement comprenant des chutes et des déchets préférentiellement de tôles plaquées, Coulée de l’alliage en une plaque, préférentiellement par coulée verticale semi continue, Homogénéisation de la plaque à une température d’homogénéisation, préférentiellement comprise de 540°C à 580°C, préférentiellement supérieure à 550°C, Laminage à chaud de la plaque, Laminage à froid de la plaque laminée à chaud, Mise en solution puis trempe, Pré revenu à une température de pré revenu de 60 à 100°C pendant une durée de 2 à 16 heures, préférentiellement obtenue par bobinage puis refroidissement jusqu’à la température ambiante, Maturation de 72 heures à 6 mois.