METHOD FOR THE EXTRUSION CHARACTERISTICS OF ALUMINIUM ALLOYS OF THE AL-MG-SI-TYPE

Abstract: 1. A method of producing an Al-Mg-Si alloy containing at least the following minor elements : Cu, Fe and Mn, which is highly deformable in the hot and in the cold conditions, without having recourse to gaseous-process refining, characterised by melting a charge containing at least Al, Mg, Si and the following elements (in percent by weight) : 0.1 =< Cu =< 0.3 0.3 =< Fe =< 0.7 0.05 =< Mn and by incorporating in the bath an amount of boron ranging from 20 to 150 ppm (by weight) over and above the amount of boron present if required for refining the grain.

Description: METHODE POUR AMELIORER LA FORMABILITE DES ALLIAGES DU TYPE, ALUMINIUM-MAGNESIUM-SILICIUM ET NOUVEAUX ALLIAGES DU TYPE ALUMINIUM-MAGNESIUM-SILICIUM Cette invention concerne les méthodes d'amélioration de la formabilité, et particulierement de-la filabilité et de I'emboutissabillté des alliages du type Al-Mg-Si Elle concerne en outre de nouveaux alliages Al-Mg-Si formables, contenant des teneurs plus élevées en éléments qui ont été considérés jusqu'ici comme des impuretés, tels que le fer, et à un degré moindre, le cuivre et le manganese. Les méthodes et alliages de cette invention mettent en jeu l'utilisation du bore. Des changements récents. dans les conditions économiques de l'usage de l'énergie ont rendu beaucoup plus souhaitable le recyclage des déchets en aluminium, car la production d'aluminium a- partir de déchets consomme beaucoup moins: d'énergie que la production à partir du minerai brut. En dépit de l'attrait économique du recyclage des déchets, les essais cl'utilisation de proportions importantes de déchets dans. la production des alliages de filage du type Al-Mg-Si, ont été gênés par une chute significative, et inacceptable, de la filabilite de tels alliages, lorsque le niveau des impuretés. (y compris le fer, lecuivre et le manganèse) augmente. Comme il est forcé que les déchets contiennent plus d'impuretés que le métal vierge, une maniere classique d'éviter le manque de filabilité a été d'utiliser-une proportion plus faible de déchets dans la coulée pour faire des billettes de' fi- lage, et une proportion plus élevée de métal vierge, en allant même jusqu'à l'élimination totale des déchets Cette solution classique empêche la mise en oeuvre des avantages économiques et d'économie d'énergie des déchets Une autre solution conventionnelle est de restreindre les déchets utilisés pour la coulée à ceux ayant essentiellement la.meme composition que l'alliage à obtenir dans la billette. Cette solution conventionnelle est moins que satisfaisante, car elle limite le choix des déchets, impose le tri des déchets, et ne prévient pas toujours les difficultés de filage. Les problèmes de formabilité ne concernent sas uniquement les alliages composés partiellement ou entierement à partir de déchets. Par exempIe, deux alliages de filage courants sont les types 6060 et 6063 (Aluminium Association, Inc Washington D.C.), dans lesquels les teneurs limites en fer sont respectivement 0,30% et 0,35%, et les limites en cuivre et en manganèse sont chacune 0,10% dans les deux cas. L'expérience a montré cependant que la teneur en fer optimale est tenue en-dessous de 0,25%, c'est-à-dire environ 1/5 à 1/4 en-dessous des limites autorisées dans les spécifications, si des difficultés de filage doivent être évitées. La présence d'une limitation d'impureté informelle telle que celle-ci a des inconvénients et est coûteu se, à la fois pour les approvisionnements et pour les travaux de transformation. Dans le formage par filage, la nature des problèmes quton peut -rattacher au niveau d'impuretés concerne l'état de surface, ou la nécessite de réduire la vitesse & extrusion pour sauvegarder l'état- de surface Les détériorations de l'état-de surface semblent résulter de l'accumulation de métal ou d'oxyde métallique sur les surfaces de travail de la filière, accumulation qui ralentit le filage et rend la surface: du profile rugueuse Dans les opérations d'emboutissage et d1étirage, telles quelles sont mises en jeu dans la fabrication des boites,. un problème de formabilité- souvent rencontré est la déchirure. Le bore a été utilisé. dans les alliages d'aluminium dans le passe. Le brevet US 1.916.087 de Titus, divulgue des alliages à teneur en bore allant de 0,05 à 2,0%, c'est-à-dire 500 à 20 000 ppm, beaucoup plus qu'il n'est employé dans-la présente invention, comme il sera mis en évidence dans la discussion qui suit. Le but qu'avait Titus- en employant le bore était d'augmenter la dureté, la conductivité et la résistance à la corrosion. Les brevets américains de Bonsack 1.920.963 et 1.921.998 enseignent un procédé non coûteux et simple ou méthode pour traiter l'aluminium et les alliages d'aluminium pour y introduire du bore. L'objectif d'un tel traitement était d'affiner le grain, avec une procédure jusqu a présent complique, difficile et coûteuse. Le grain fin résultant de la méthode de traitement de Bonsack ou de toute autre méthode entralne des propriétés améliorées pour la coulée le forgeage, le laminage, l'étirage, le filage, le soudage etc... En outre, un grain fin entraîne des proprietes physiques et mécaniques améliorées et réduit l'intolérance aux impuretés. La présente invention, comme il sera dégagé dans la discussion qui suit, enseigne des alliages incorporant et nécessitant dubore à des concentrations supérieures à celles nécessaires pour l'affinage du grain, indépendamment des méthodes ou procédés utilisés pour introduire le bore dans la coulée. Bonsack est préoccupé de la composition de l'alliage seulement, en ce qu'elle se rapporte aux eléments alcalins et alcalino-terreux nécessaires pour l'accélération effective des réactions de sontraitement. La présente invention ne met pas en jeu les éléments de la composition pour ce but. Le brevet US 3.676.111 de Weiser enseigne l'utilisation du bore en association avec le titane comme affineur de grain. Il peut être noté que l'utilisation du bore pour l'affinage du grain implique la plupart du temps son utilisation en association avec le titane. Le brevet US 3.198.625 de Stroup apprend l'utilisation du bore pour former des précipités d'aluminium contenant du bore pour L'extraction des impuretés des nuances extrêmement pures d'aluminium. A l'autre extrêmite du spectre, le brevet US 3.262.762 de Bechtold enseigne l'utilisation de quantités importantes de bore en association avec l'aluminium pour former des pièces frittées à haute température. Selon l'invention, on a trouvé des méthodes pour atténuer les diffi cultés de formage des alliages d'aluminium du type Al-Mg-Si grâce à l'addition de bore au bain de coulée. Dans le cas des alliages de filage des types 6060 et 6063 ou de types voisins, le métal fondu est coulé en une billette pour filage. Dans le cas d'une ébauche pour boîtes, tels qu'avec l'alliage type 3004, le métal fondu est coulé en un plateau qui est laminé en bande, et la bande est soumise aux opérations d'emboutissage et d'étirage pour l'obtention de boîtes. Un autre aspect de l'invention concerne la production d'alliages de filage du type Al-Mg-Si à partir de déchets par l'incorporation de bore. Les déchets peuvent constituer une partie (de préférence plus de 20 %)- ou même la totalité de la charge de fonderie. Différents ts- pes de déchets peuvent être mélangés pour réaliser la composition de l'alliage qui doit être produit Par exemple, des déchets de tôles d'aluminium anciennes et neuves peuvent être utilisés pour fabriquer des alliages de filage contenant du bore qui ressemblent aux types 6060 et 6063 par la composition et la filabilité, mais qui ont des teneurs plus élevées en impuretés (fer, cuivre, manganèse) que celles pouvant être tolérées dans ces types d'alliages. De façon similaire, un aspect additionnel de l'invention concerne le formage d'alliages ébauches de boîtes produits à partir de déchets de métaux neufs ou de mélanges, par utilisation de bore pour produire des alliages avec des propriétés d'emboutissage et d'étirage améliorées. Les teneurs en impuretés peuvent atteindre les- valeurs suivantes (X en poids) : 0,05 S Mn S-0,3 ; 0,1 dCu 4 0,3 ; 0,3 4 Fe # 0,7. En accord avec l'aspect "alliage de filage" de Il invention, une nou velle famille < i' alliages est obtenue, chaque alliage ressemble à un alliage classique Al-Mg-Si par sa composition et par ses performances, mais avec des limites relevées pour les impuretés connues comme gênant les performances, particulièrement le fer, et à un degré moindre le cuivre et le manganèse. Les alliages de filage ainsi fournis comprennent des versions améliorées par le bore des types 6060, 6061, 6063, 6351 et similaires. Selon les aspects "méthode" et "alliage" de l'invention, le bore est ajoute à l'aluminium en quantités allant de 20 à 150 parties par million (ppm) en plus des quantités de bore utilisées pour le contrôle du grain selon la pratique. habituelle (en général en association avec le titane). En effet, les alliages riches en impuretés, en particuLier le fer, et dans une moindre mesure en Cu et en Mn, ne se filent pas bien, même s ils ont reçu une addition de B + Ti pour l'affinage du grain selon l'art antérieur. Ce n'est que lorsque la teneur en B est supérieure à celle requise pour l'affinage du grain, dans les alliages avec des niveaux d'impuretés élevés, que les résultats conformes à la présente invention sont obtenus. De préférence, la teneur en bore, ainsi définie est comprise entre 20 et 80 ppm, et éventuellement entre 30 et 50 ppm. Au-dessonsde 20 ppm de bore, on observe pratiquement aucune amélioration de la filabilité ou de la qualité de surface ; au-delà de 150 ppm, aucune amélioration complémentaire de la filabilité ou de l'état de surface n'est obser vée, et les risques d'un accroissement prohibitif de l'usure- des fi lières ou autressoutillages augmentent ; de plus, la surface des produits devient difficile à polim et la possibilité d'apparition de défauts lors de l'anodisation est accrue. Le mécanisme par lequel l'addition de bore selon l'invention produit ses effets favorables n'est pas entièrement élucidé et la demanderesse ne désire pas être liée par une quelconque théorie ou mécanisme particulier à ce sujet.- Mais il apparaît que les réactions de précipitation d'impuretés exposées dans l'art antérieur, en particulier dansles brevets américains US 3.198.625 et US 3.676.111 ne sont pas impli quées. On pense qu'en l'absence de bore > les oxydes- ou autres composés des éléments d'alliage ou impuretés, ou un revêtement d'AL ou d'alumine elle-meme, se forme à la surface des filières ou autres outillages. Un tel revetement, lorsqu'il apparaît, retarde le filage, provoque des collages à chaud, rend la surface du produit rugueuse. et peut provoquer des déchirures. On pense de plus que l'addition de bore selon l'invention, sous quelque forme qu'il soit dans l'alliage, peut-etre sous forme d'un composé dur type borure, nettoie la filière ou maintient la surface des outillages propre. Exemple 1 Un procédé selon la présente invention comprend 1) l'élaboration d'un alliage à partir d'une charge contenant des déchets d'alliages à base d'Al, de manière à obtenir l'analyse sui vante (en poids) Si = 0,3 - 0,70 % Ma < 0,3 % Mg = 0,3 - 0,75 % Fe = 0,25- 0,70 % Cu # 0,3 z B = 20 à 150 ppm en plus de celui présent, s'il y a lieu, dans le but d'affinage du grain Cr# 0,10% Nz# 0,10% Ti# 0,05% Autres chacun # 0,05 % Autres total # 0,15 % Reste aluminium 2) la coulée de l'alliage sous forme d'une billette. 3) l'homogénéisation de ladite billette à une température supérieure à 565 C pendant une durée supérieure à 4 h. 4) le refroidissement de ladite billette, jusqu'à une température in férieure à 250 C à une vitesse de refroidissement moyenne supérieu re à 100 C/h, au-dessus de 250 C. La charge initiale contient, de préférence, plus de 20% de déchets autres que les A-GS (6060- ou 6063). Dans ces conditions, les billettes peuvent être filées dans les conditions habituelles, et les produits obtenus présentent un bel état de .surfaceS tout en conservant les caractéristiques mécaniques habituel les. Le bore est de préférence- introduit dans le bain fondu avant le dégazage, sous forme d'alliage- mère aluminium-bore. La quantité de déchets ineorporables à la charge peut aller jusqu'à 100 %. Exemple 2: On a élabore avec 1002 de chutes, les coulées de compositionssuivan- tes (en poids) (voir page suivante) TABLEAU I EMI7.1 <tb> Allia- <SEP> Si <SEP> Fe <SEP> Cu <SEP> Mn <SEP> Mg <SEP> Ti <SEP> B <tb> ge <SEP> % <SEP> % <SEP> % <SEP> % <SEP> % <SEP> % <SEP> ppm <tb> A <SEP> 0.49 <SEP> 0.33 <SEP> 0.10 <SEP> 0.11 <SEP> 0.45 <SEP> 0.009 <SEP> 22 <tb> B <SEP> 0.49 <SEP> 0.33 <SEP> 0.10 <SEP> 0.11 <SEP> 0.45 <SEP> 0.009 <SEP> 55 <tb> C <SEP> 0.48 <SEP> 0.30 <SEP> 0.21 <SEP> 0.21 <SEP> 0.47 <SEP> 0.006 <SEP> 23 <tb> D <SEP> 0.46 <SEP> 0.28 <SEP> 0.20 <SEP> 0.21 <SEP> 0.47 <SEP> 0.017 <SEP> <tb> E <SEP> 0.42 <SEP> 0.44 <SEP> 0.20 <SEP> 0.20 <SEP> 0.40 <SEP> 0.011 <SEP> 40 <tb> F <SEP> 0.41 <SEP> 0.45 <SEP> 0.10 <SEP> 0.30 <SEP> 0.40 <SEP> 0.012 <SEP> 40 <tb> 6063 <SEP> 0.45 <SEP> 0.18 <SEP> < 0.01 <SEP> < 0.68 <SEP> 0.68 <SEP> 0.015 <SEP> <tb> 6060 <SEP> 0.42 <SEP> 0.19 <SEP> 0.03 <SEP> 0.01 <SEP> 0.55 <SEP> 0.011 <SEP> Les alliages A, B, C, E, F, sont conformes à l'invention ; les alliages 6063 et 6060 sont des alliages de comparaison élaborés avec 100% de chutes de la même nuance. L'alliage D a été élaboré comme les alliages A, B, C, E, F, mais l'addition de bore y a été omise. Ces alliages ont été coulée sous forme de billettes 95 mm, homogénésées à 580 C pendant 8h et. filées à chaud. sous forme de profilés tubulaires à ailettes, avec un rapport de corroyage de 90, dans deux conditions différentes a) conditions sévères : température (510 C) et vitesse de filage (V = 120 m/mn) élevées, b) conditions normales : température (480 C) et vitesse de filage (V = 50 m/mn) habituelles. L'aspect des profilés est donné dans le tableau II TABLEAU II EMI7.2 <tb> Alliage <SEP> V <SEP> = <SEP> 120 <SEP> m/mn <SEP> V <SEP> = <SEP> 50 <SEP> m/mn <tb> <SEP> A <SEP> bon <SEP> très <SEP> bon <tb> <SEP> B <SEP> bon <SEP> - <SEP> - <SEP> bon. <tb> <SEP> C <SEP> bon <SEP> bon <tb> <SEP> D <SEP> très <SEP> mauvais <SEP> mauvais <tb> <SEP> (déchirures) <tb> <SEP> E <SEP> bon <SEP> bon <tb> <SEP> F <SEP> bon <SEP> bon <tb> <SEP> 6063 <SEP> très <SEP> mauvais <SEP> acceptable <tb> <SEP> (déchirures) <tb> <SEP> 6060 <SEP> -bon <SEP> très <SEP> bon <tb> On peut noter le très mauvais comportement de l'alliage D sans bore. Les caractéristiques de traction après revenu 8 h à 175 C sont données dans le tableau III. TABLEAU III EMI8.1 <tb> <SEP> ALLiage <SEP> R <SEP> 0,2 <SEP> (MPa) <SEP> Rm <SEP> (MPa) <tb> <SEP> A <SEP> 223 <SEP> 259 <SEP> 15 <tb> <SEP> B <SEP> 223 <SEP> 259 <SEP> 15 <tb> <SEP> C <SEP> C <SEP> 222 <SEP> 258 <SEP> 15 <tb> <SEP> E <SEP> 181 <SEP> 221 <SEP> 15 <tb> F <SEP> F <SEP> 176 <SEP> 194 <SEP> 15 <tb> <SEP> 6063 <SEP> 195 <SEP> 253 <SEP> 18 <tb> <SEP> 6060 <SEP> 181 <SEP> 239 <SEP> 17 <tb> Exemple 3 L'alliage 3004 selon l'Aluminium Association est un alliage utilisable pour la fabrication de boîtes pour boissons. Son analyse est la suivante (en poids) Si 4 0 > 30 T Fe # 0,70 % Cu # 0,25 % Mn # 1,0 à 1,5 % Mg # 0,8 à 1,3 Z Zn # 0,25 % Autres chacun < 0,05 Z Autres total # 0,15 % Reste : aluminium Dans. chacune de deux coulées de 40 tonnes d'alliage, type 3004, on a introduits du bore, l'addition étant faite sous forme de 100 kg d'alliage-mère ayant une composition Al = 96, B = 4 ; les introductions ont été faites durant le transfert du métal entre le four de fusion et le four de maintien. Les coulées ont été transformées en tôles suivant la pratique habituelle, l'épaisseur finale étant de 0,42 mm à l'état H19. Le métal a été ensuite transformé en corps de boîtes de boissons sur des presses d'emboutissage-étirage à. grande vitesse. En 24 heures de production, il y a eu 19 casses, c'est-à-dire les cas où le métal se déchire au cours de l'emboutissage ou de l'étirage. Ceci représente une réduction de 30% du nombre de casses rencontrées en moyenne sur cet ensemble de presses, quand on y travaille du 3004 standard sans addition de bore. De plus, pratiquement aucun polissage des outils n' a été nécessaire en l'absence de depôts sur les outillages des presses. D'après ce qui précède, on peut constater que la présente invention fournit une méthode pour améliorer la productivité en atténuant les facteurs-qui font obstacle à la formabilité des alliages sous forme de tôles Én résume, on peut voir d'après la description précédente que l'invention atteint ses objectifs d'amélioration des caractéristique de filabilite et de formabilite des alliages type Al-Mg-SiS et l'amé- lioration de tels alliages- de maniere simple et efficace, et permet aux producteurs d'utiliser une forte proportion de chutes de basse qualité pour la production d'alliages de haute qualité, avec en conséquence, des économies d'énergie et une meilleure productivité.

Claims: REVENDICATIONS 1. Méthode pour obtenir un alliage type Al-Mg-Si hautement formable à chaud ou à froid, caractérisé en ce que l'on fond une charge contenant au moins l'un des éléments suivants, dans les limites ci-après (: en poids) 0,1 # Cu 4 0,3 0,3 # Fa 4 0,7 0,05# Mn et que l'on incorpore au bain une quantité de bore allant de 20 à 150 ppm (en poids), en plus et au-delà de la quantité de bore présente, s'il y a lieu, pour l'affinage du grain. 2. Méthode selon la revendication 1, caractérisée en ce que la quantité de bore incorporée est comprise entre 20 et 80 ppm. 3. Méthode selon les revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que la quantité de bore incorporée est comprise entre 30 et 50 ppm. 4. Méthode selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la charge contient plus de 20% de chutes d'alliages autres que celui à élaborer. 5. Méthode selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le bore est introduit juste avant dégazage et coulée. 6. Méthode selon l'une des revendications- 1 à 5, caractérisé en ce que le bore est introduit sous forme d'un alliage-mère. 7; Méthode selon l'une des revendications I à 6, caractérisé en ce que l'alliage est du type 6060 ou 6061 ou 6063 ou 6351, (selon la nomenclature de l'Aluminium Association). 8. Méthode selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que L'alliage est du type 3004 (selon la nomenclature de l'Aluminium Association).

Inventors: ECKERT, THEODORE, JR., MARCHIVE, DANIEL
Applicants: CEGEDUR SOCIETE DE TRANSFORMATION DE L'ALUMINIUM PECHINEY
Application year: 1982
Main classification: C22C1
IPC codes: C22C1, C22C21, C22F1