PROCESS FOR MANUFACTURING FOILS CONSISTING OF HYPOEUTECTIC ALUMINIUM-IRON ALLOYS

Abstract: 1. A process for the production of sheets of hypoeutectic aluminium-iron alloy by the addition of a fining agent to the metal bath, semicontinuous casting in an ingot mould or continuous casting between cylinders, cold rolling and annealing at from 380 degrees C to 430 degrees C, characterised in that the fining agent is added in an amount such that it generates a cast structure wherein the grains are of a maximum size of less than 100 mu m and the spacing between dendrite arms is from 8 to 30 mu m, and that the rolling operation is performed using a thickness reduction ratio of from 98 to 99.8% so as to develop a final semirecrystallised structure after annealing.

Description: PROBE DE FABRICATION DE FEUILLES EN ALLIAGES D'ALUMINIUM-FER HYPOEUTECTIQUES La présente invention concerne un procédé de fabrication de feuilles en alliagesd'aluminium-fer hypoeutectiques, destineos plus particulièrement à la réalisation de plats légers, tuyaux flexibles, bouchons et a toutes les applications exigeant de ladite feuille des caractéristiques mécaniques qui favorisent l'emboutissage, le pliage et la rigi dicté. On entend ici par alliages aluminium-fer hypoeutectiques, ceux qui contiennent moins de 1,7 % de fer. De tels alliages sont connus notamment par le brevet français FR n 1 438 096 qui protège un produit convenant à la production de feuilles métalliques d'épaisseur inférieure à 76 Um, caractérisé en ce qu'il contient de 0,6 à 1,2 % de fer, le reste étant de l'aluminium. Une telle feuille est obtenue par coulée semi-continue classique suivie d'un laminage à froid et présente des caractéristiques mécaniques intéressantes, à savoir une résistance de rupture à la traction de l'ordre de 80 MPa et un allongement de 7 t. Un autre brevet français, le n 2 291 285, revendique également un procédé de fabrication de feuilles d'alliages contenant entre 1,1 et 2,5 t de fer. Ce procédé recourt à l'utilisation de couveuses à cylindres du type HUNSZ3R, au laminage et à un recuit final. Cependant, son enseignement est plutôt axé sur des compositions voisines de 1,7 µ. de fer, c'est-à-dire eutectiques, lesquelles conduisent à des phases solides homogènes, constituées de fines particules d'intermé- talliques dispersées dans tout le matériau. La demanderesse a orienté ses recherches vers des alliages de compo- sition assez éloignée de l'eutectique et contenant au maximum 1,3 t de fer. L'homme de l'art sait que, dans ces conditions, la solidification débute par l'apparition de cristaux d'aluminiun dits prinaires en forme de dentrites et s'achève par un dépôt d'eutectique composé dtintermétalliques d'AlnFe qui sépare les grains les uns des autres. Ceci conduit à une structure hétérogène tout a fait différente de la structure homogène obtenue dans le cas d'une composition eutectique. Dans le domaine de ces alliages d'aluminium-fer hypoeutectique,- le brevet français, n -1.438 096,montre au moyen de courbes, les variations des caractéristiques mécaniques, telles que la résistance de rupture à la traction et l'allongement, en fonction du taux de réduction d'épaisseur que subit le métal au cours du laminage. Ce taux, encore appelé taux d'écrouissage, correspondant à la fornule: dans laquelle E représente ltépaisseur avant iai;i.igê et -e, 'l'épaisseur finale. On constate sur ces courbes que l'M11Fe hypoeutectique a une caracte-ristique d'allongement nettement meilleure que celle des alliages classiques1100 et 5005. Cette propriété fait que, comme l'enseigne le brevet : "l'alliage s'adapte mieux aux opérations de fabrication de feuilles minces et rend le produit obtenu supérieur en vue d1applica- tions à l'emballage, pour lesquelles une meilleure résistance mécanique serait inefficace si elle s'accompagnait d'une perte appréciable d'allongement". C'est, en effet, principalement la recherche d'un compromis optimum entre ces deux caractéristiques qui guide l'homme de l'art dans la fabrication de feuilles destinées à l'emballage et c'est dans cette optique que la demanderesse a cherché et trouvé un moyen permettant d'améliorer ledit compromis, et de conférer ainsi au produit obtenu des qualités favorisant I'emboutissage, le pliage et la rigidité. Ce moyen consiste en un procédé visant à développer dans la feuille métallique une structure finale dite "semi recristallisée". On sait, en effet, que, lors du laminage à froid notamment, le métal durcit ou mieux- s'écrouit, c'est-à-dire qu'il perd progressivement toute capacité d'allongement plastique tout en acquérant une résistance plus grande. On peut alors le chauffer à une température voisine de 400 C et procéder ainsi à un recuit dit de recristallisation, opération au cours de laquelle les caractéristiques mécaniques se modifient considérablement et s'orientent vers une diminution de la charge de rupture et une augnentation de l'allongement. Certes, on améliore ainsi notablement l'allongement, mais le plus souvent, la résistance est devenue insuffisante. C'est pourquoi, la demanderesse a pensé qu'en cherchant à liniter cette recristallisation, il était possible de réaliser une structure inter médiaire, laquelle développerait simultanément les avantages de la bonne résistance de l'état écroui et de l'allongement convenable de l'état recristallisé concrétisant ainsi l'obtention du compromis recherché. Pour y parvenir, elle a mis au point un procédé dans lequel on traite le bain métallique par un affinant, on coule en semicontinu dans une lingotière ou en continu entre cylindres, on lamine à froid et on recuit entre 3800C et 4500C, ce procédé étant caractérisé en ce que l'affinant est ajouté en quantité telle qu'il génère une structure de coulée dans laquelle les grains ont une dimension maxinum inférieure à 100 um et l'espacement entre bras de dendrite est compris entre 8 et 30 um et en ce que le laminage s'effectue suivant un taux de réduction d'épaisseur compris entre 98 et 99,8 t. Ainsi, le procédé selon l'invention consiste à mettre en oeuvre les étapes classiques en métallurgie, d'affinage de l'alliage à l'état liquide, de coulée, de 12minage, de recuit final. On peut noter, cependant, que le procédé s'applique de façon indifférente à un produit coulé en semi-continu au moyen de lingotières ou de couleuses à cylindres de type 3C, à condition que les paramètres d'affinage et d'écrouissage soient adaptés au type de coulée de manière à conduire à la même structure finale. Le procédé est d'abord caractérisé par l'ajout d'un affinant en quan- tité telle qu'elle génère une structure de coulée dans laquelle les grains ont une dimension maximum inférieure à 100 um. De manière classique on obtient à la coulée des grains de dimensions voisines de 200 um. }his, l'expérience a montré qu'avec une telle grosseur, l'alliage a un comportement trop hétérogène au cours du laminage et qu'il se crée des bandes de cisaillement favorables au développement d'une recristallisation totale, ce qui va à l'encontre de l'obtention d'une structure semi-recristallisée. Cependant, la recherche d'une taille de grains trop petite n'est pas non plus intéressante car elle conduit à une repartition trop uniforme et régulière de 1 'eutectique et aboutit à un produit ne recfls- tallisant pas. C'est pourquoi, on affine de manière à avoir des grains de dimensions comprises entre 10 et 50 um. Cet affinage peut être obtenu au moyen de tout agent généralenent utilisé dans la métallurgie de 11 aluminium et, notainnient, les produits à base de bore et de' titane comme, par exemple, l'AT5B. Dans le mene but d'éviter cette homogénéité de structure, il est évident, pour l'homme de l'art, d'utiliser des compositions d'alliage s'éloignant le plus possible de la zone eutectique, mais en gardant néanmoins suffisairtment de fer pour bénéficier des propriétés particulières de cet élément et, notamment, de son action comme agent de blocage de la recristallisation. Ainsi, une teneur comprise entre 1, et 1,3 % de fer est préférée. Toujours avec le même souci de recherche de structure hétérogène, on évite de couler l'alliage dans une machine à cylindres du type HUNTER car la vitesse de solidification est trop grande et conduit à des dendrites trop fines inférieures à 5 um. Par contre, la machine 3C statère particulièrement intéressante dans le procédé de l'invention car elle donne lieu à la formation de dendrites encore suffisamment grosses pour qu'on puisse distinguer nettement sur la structure les zones avec et sans eutectique. Le procédé est également caractérisé en ce que le laminage à froid, appliqué directement sur la structure de coulée, s'effectue suivant un taux de réduction d'épaisseur compris entre 9S et 99,8 t. On entend,évidemment,par laminage à froid, un laminage effectué à une temperature inférieure à la température de recristallisation. Ce choix résulte du fait que, lorsque ce taux est trop faible, de l'ordre de 96 % par exemple, l'écrouissage est insuffisant et, par suite, le métal recristallisera facilement et complétement au cours du recuit. Au contraire, si ltécrouissage est trop élevé, des branches de dendrites sont devenues tellement fines que la recristallisation ne peut pas se produire et la structure n'évolue que par restauration. Entre ces deux taux d'écrouissages, un nombre limité de régions peuvent recristalliser et former des grains recristallisés isolés dans une matière restaurée et ces grains ne peuvent pas se développer et envahir toute la structure en raison de la présence des particules eutectiques. Ces taux ont été choisis de manière à former par la suite une structure semi-recristallisée dans laquelle le volume recristallisé représente entre 10 et 30 t du volume total, répartition la plus compatible avec le but recherché. Enfin, le procédé comporte également un recuit entre 380 et 4300C après laminage à une vitesse remontée en température et d'une durée telle qu'on développe la structure semi-recristallisée souhaitée et qui est alors composée de grains recristallisés de diamètre inférieur à 30 um et compris généralement entre 5 et 15 pn, isolés dans une matrice restaurée avec des sous grains de 1 à 2 ym. La structure semi-recristallisée ainsi obtenue semble dûe essentiellement à une dispersion dans la distribution des distances entre les particules intermétalliques permettant à la fois la recristallisation lorsque cette distance est grande et le blocage de la recristallisation lorsque cette distance est faible. Le faible volume occupé par les grains recristallisés semble essentiel car il apporte à l'alliage une amélioration de ductilité notable alors que la structure des sous grains permet de conserver encore une limite élastique élevée. Cette combinaison confère à la feuille d'alliage un compromis avantageux entre ses caractéristiques, particulièrement favorable à des opérations ultérieures de transformation telles que l'emboutissage par exemple. L'imrention concerne également la feuille d'alliage obtenue par le procédé ayant une épaisseur comprise entre 50 et 250 Fùn, une composition telle que Fe : ,1 - 1,3 t Si < 0,7 % Mn < 0,1 % Ti < 0,1 t Cu < 0,2 2 % caractérisée par une structure dans laquelle 10 à 30 % du volume est à l'état recristallisé sous forme de grains supérieurs à 5 um et inférieurs à 30 um, et le reste est à l'état restauré de manière à obtenir un compromis avantageux entre la charge de rupture à la traction et l'allongement, et se situant pour la première caractéristique mécanique entre 120 et 140 MPa, et pour la deuxième, au-dessus de 17 t. L'invention peut être illustrée au moyen des exemples suivants qui donnent les résultats de caractéristiques mécaniques obtenues avec des feuilles de 100 m d'épaisseur, élaborées suivant le procédé revendiqué. ELE5PLE 1 Un alliage de composition Fe : 1,3 % - Si : 0,3 % - Cu : 0,1 % n 0,015 % Ti : 0,03 %, a été affiné au moyen d'un alliage-mère d'AT5B à raison de 3 kg par tonne d'alliage, puis coulé en continu au moyen d'une lingotière sans fond sous forme d'une plaque dont la section a pour dimensions 38 x 7 cn avec une vitesse de 8 cm/minute. La structure du produit coulé était composée de grains d'aluminium primaire ayant une dinension maximum inférieure à 150 m séparés les uns des autres par des zones eutectiques d'AlnFe. La plaque a été laminée à froid suivant un taux de réduction d'épaisseur de 99,8 % de manière à donner une feuille de 100 um d'épaisseur qui a été recuite à 4200C pendant 30 heures. La structure finale de cette feuille présentait 30 % de son volume à ltétat recristallisé et ses caractéristiques mécaniques étaient les suivantes Charge de rupture .......... 120 MPa Allongement ................ 20 % compromis de valeurs particulièrement favorable à l'élaboration de plats obtenus par emboutissage. EX9-PLE 2 Un alliage de composition Fe : 1,15 % - Si : 0,3 t - Ti : 0,03 t - Cu : n,oo2 % Mn : 0,020 , a été affiné au moyen d'un alliage-mère d'AT5B à raison de 2 kg par tonne d'alliage, puis coulé en continu au moyen d'une machine à cylindres refroidis du type 3C sous forme d'une tôle d'épaisseur 0,8 cm avec une vitesse de 100 cm/minute. La structure du produit coulé comportait des grains d'aluminium primaire de dimensions comprises entre 30 et 80 wn séparés les uns des autres par des zones eutectiques d'AlnFe. La tôle a été laminée à froid suivant un taux de réduction d'épaisseur de 99 t de manière à former une feuille d'épaisseur 80 wn qui a été recuite à 400 C pendant 30 heures. La tôle présentait une structure finale recristallisée à 20 % et ses caractéristiques mécaniques étaient les suivantes Charge de rupture ......... 10 ?a Allongement ............... 23 t caractéristiques qui ont permis d'utiliser cette feuille à la confection de plats emboutis, avec un taux de rebut -pratiquement nul. La présente invention trouve son application-dans l'industrie de l'aluminium chaque fois que l'on veut obtenir des feuilles d'épaisseur comprise entre 50 et 150 m présentant un couple de valeurs optimum en ce qui concerne la charge de rupture à la traction et d'allongement.

Claims: REVENDICATIONS 1 / - Procédé de fabrication de feuilles en alliages d'aluni. nium-fer hypoeutectiques par ajout d'un affinant au bain métallique, coulée en seni-continu dans une lingotière ou en continu entre cylindres, laminage a froid et recuit entre 3800C et 4300C, caractérisé en ce que l'affinant est ajouté en quantité telle qu'il génère une structure de coulee dans laquelle les grains ont une dimension maximum inférieure à 100 m et l'esnacement entre bras de dendrite est compris entre 8 et 30 m et en ce o,ue le laminage s'effectue suivant un taux de réduction d'épaisseur compris entre 98 et 99,8 %, de manière à dé velopper après recuit une structure finale semi-recristallisée. 2 / - Feuille en alliage d'aluminium-fer hypoeutectique obtenue sui vant le procédé de la revendication 1 ayant une épaisseur comprise entre 50 et 250 un, une composition telle que Fe : 1,1 - 1,3 t - Si < 0,7 % - 1a < 0,1 t - Ti < 0,1 % Cu < 0,2 % caractérisée par une structure dans laquelle 10 à 30 % du volume est à l'état cristallisé sous forme de grains supérieurs à 5 wm et infe- rieurs à 30 Ra et le reste est à l'état restauré de manière à obtenir un compromis optimum entre la charge de rupture à la traction et l'allongement, se situant pour la première caractéristique entre 120 et 140 MPa et, pour la deuxième au-dessus de 17 %.

Inventors: BOUTIN, FRANCOIS-REGIS, DERMARKAR, SALIM, VERNIER, JACQUES, Boutin, François-Régis
Applicants: CEGEDUR SOCIETE DE TRANSFORMATION DE L'ALUMINIUM PECHINEY
Application year: 1982
Main classification: C22C21
IPC codes: C22F1