[0001] L'invention est relative à un procédé permettant d'augmenter la température de recristallisation
de l'aluminium et de ses alliages et de minimiser la taille des grains.
[0002] Il est connu que lors des transformations dimensionnelles d'un métal à l'état solide
telles que le laminage par exemple, il se produit un phénomène dit d'écrouissage,
c'est-à-dire que la structure cristalline du métal se modifie : il apparaît des défauts,
des dislocations et des cellules d'écrouissage.
[0003] Si ce métal est recuit, il évolue vers un état d'équilibre plus stable qui est fonction
de la température et de la durée du recuit.
[0004] Ainsi, dans un premier stade dit de restauration, une restructuration du métal se
produit tendant à organiser les défauts linéaires en paroi polygonisée. Puis, dans
un stade dit de recristallisation primaire, des grains presque parfaits apparaissent
en certaines régions et se développent jusqu'à arriver au contact les uns des autres.
Enfin, le nombre de grains diminue pour aboutir à la structure recristallisée la plus
stable qui correspond à une surface minimale de joints de grains.
[0005] Il est également connu que l'ajout de certains éléments aux alliages lors de leur
élaboration ou même la présence de certaines impuretés peuvent avoir un effet ralentisseur
sur cette évolution, c'est-à-dire que la température à laquelle débute la recristallisation
primaire est alors plus élevée et qu'à une température donnée la taille des grains
formés est plus petite. C'est ainsi, par exemple, que de nombreux auteurs ont signalé
l'effet ralentisseur du zirconium pour des concentrations de l'ordre de 2000 ppm,
lorsqu'il est précipité finement dans les sousjoints au moment du recuit.
[0006] Il en est de même pour le fer mais, à des concentrations moins grandes et de l'ordre
de quelques centaines de ppm.
[0007] La demanderesse a trouvé que cet effet ralentissuer pouvait également être obtenu
par ajout d'uranium mais, en mettant en oeuvre des quantités de cet élément beaucoup
plus petites que le zirconium et le fer puisque cet effet apparaît pour des concentrations
aussi petites que 5 ppm. D'où le procédé, objet de l'invention, permettant d'augmenter
la température de recristallisation de l'aluminium et de ses alliages et de minimiser
la taille des grains et caractérisé en ce que l'on ajoute dans le bain fondu entre
5 et 1000 ppm d'uranium au moment de son élaboration.
[0008] L'effet ralentisseur s'accroît à mesure que la concentration en uranium augmente
mais, atteint un maximum aux environs de 200 ppm.
[0009] L'existence d'une limitation de l'efficacité de l'effet retardateur pour les fortes
concentrations en uranium semble due au fait que seul l'uranium qui se trouve en solution
solide avant le recuit a une action.
[0010] Ceci est confirmé par des expériences qui ont montré que pour obtenir un effet similaire,
il fallait moins d'uranium lorsque le métal est soumis après coulée à une opération
d'homogénéisation à température élevée au lieu d'un simple réchauffage à température
plus basse. Pratiquement, l'optimum de concentration se situe vers 50 ppm dans le
premier cas et vers 150 ppm dans le second cas.
[0011] La demanderesse a constaté également que dans le cas d'un simple réchauffage, on
obtenait un effet similaire en diminuant d'autant plus la quantité d'uranium que le
métal contenait de fer.
[0012] On a donc un effet combiné de ces deux éléments qui permet suivant la pureté en fer
plus ou moins grande du métal mis en oeuvre de compléter l'effet de cet élément par
une quantité réduite d'uranium.
[0013] A cet effet retardateur de l'uranium s'ajoute également l'autre effet qui est, dans
le cas où on dépasse néanmoins la température de recristallisation d'obtenir une minimisation
de la taille des grains.
[0014] L'invention peut être illustrée à l'aide des figures 1 à 21 qui représentent des
photos de structures granulaires de plusieurs alliages d'aluminium ayant été dopés
avec différentes quantités d'uranium et soumis à des conditions particulières de recuit.
[0015] En l'occurrence, il s'agit de 3 alliages d'aluminium du type 1085 suivant les normes
de l'Aluminium Association ayant la composition suivante:
[0016] A partir de chacun d'eux, on a élaboré une série de 7 lingotins référencés de 1 à
7 pour l'alliage A, de 8 à 14 pour l'alliage B et de 14 à 21 pour l'alliage C et tels
que dans chaque série les teneurs en uranium soit respectivement 0,20, 50, 100, 200,
500 et 1000 ppm. Ces lingotins ont ensuite subi les transformations suivantes :
- les lingotins 1 à 7 ont été homogénéisés pendant 60 heures à 620° C, puis trempés
à l'eau, laminés à froid jusqu'à l'épaisseur de 0,45 mm et la tôle obtenue a été recuite
pendant 1 heur à 350° C.
- les lingotins 8 à 21 ont été réchauffés à 465° C et maintenus à cette température
pendant 5 heures, puis refroidis naturellement, laminés à froid jusqu'à l'épaisseur
de 0,45 mm et la tôle obtenue a été recuite pendant 30 minutes à 310° C.
[0017] Les structures granulaires observées sur les tôles recuites obtenues à partir des
21 lingotins sont représentées sur les figures 1 à 21, correspondant aux références
de lingotins.
[0018] Elles permettent de montrer que l'on obtient les résultats de cristallisation suivants
:
De ce tableau, on déduit que :
- l'effet de l'uranium sur la vitesse de recristallisation est très sensible à partir
de 50 ppm,
- l'effet est très important dans le cas de l'homogénéisation. Lorsque le métal est
seulement réchauffé, il faut plus d'uranium pour obtenir un effet similaire,
- dans le cas du métal réchauffé, l'effet de l'uranium est d'autant plus prononcé que
la teneur en fer du métal est élevée (comparaison teneur ref. C < teneur réf. B),
- l'effet de l'uranium ne s'accroît plus au-delà de 200 ppm.
[0019] En conséquence, l'ajout d'uranium a des teneurs comprises entre 50 et 200 ppm a un
effet ralentisseur dans un alliage du type 1085 et augmente donc la température de
recristallisation. L'optimum de concentration dépend de la gamme de transformation
du métal:
- 50 ppm environ si le métal est homogénéisé
- 150 ppm environ s'il est réchauffé.
[0020] De plus, dès 200 ppm, l'uranium diminue fortement le grossissement du grain notamment
dans le cas d'alliages homogénéisés à haute température.
[0021] Cette invention est appliquée notamment à l'obtention de tôles à base d'aluminium
destinées à être soumises à un chauffage à température relativement élevée, comme,
par exemple, celui qui accompagne les opérations d'émaillage ou de brasage, et ce,
sans que ce traitement puisse altérer les propriétés mécaniques desdites tôles.
1. Procédé permettant d'augmenter la température de recristallisation et de minimiser
la taille des grains de l'aluminium et de ses alliages lorsqu'ils sont élaborés par
coulée suivie d'un réchauffage ou d'une homogénéisation, caractérisé en ce que l'on
ajoute dans le bain fondu entre 5 et 1000 ppm d'uranium au moment de leur élaboration.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on ajoute entre 50 et 150
ppm d'uranium.
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'on ajoute une quantité d'uranium
voisine de 50 ppm dans le cas où le métal subit une opération d'homogénéisation après
coulée au lieu d'un réchauffage.
4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lorsque le métal subit une
opération de réchauffage après coulée, on ajoute une quantité d'uranium d'autant plus
petite que la teneur en fer du métal est grande.
1. A method of raising the recrystallisation temperature and of minimising the grain
size of aluminium and its alloys when they are processed by casting followed by reheating
or homogenisation, characterised in that at the time when they are processed between
5 and 1000 ppm of uranium are added to the molten bath.
2. A method according to claim 1, characterised in that between 50 and 150 ppm of uranium
are added.
3. A method according to claim 2, characterised in that there is added quantity of uranium
close to 50 ppm in cases where the metal undergoes an homogenisation operation following
casting instead of reheating.
4. A method according to claim 1, characterised in that when the metal undergoes a reheating
operation after casting, the greater the iron content of the metal, the smaller is
the quantity of uranium which is added.
1. Verfahren, das die Erhöhung der Rekristallisationstemperatur und die Minimierung der
Korngröße des Aluminiums und seiner Legierungen, wenn sie durch Guß, gefolgt von einer
Wiedererhitzung oder einer Homogenisierung, bearbeitet werden erlaubt,
dadurch gekennzeichnet, daß
5 bis 1000 ppm Uran im Augenblick ihrer Bearbeitung im Schmelzbad zugefügt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß 50 bis 150 ppm Uran zugefügt
werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Menge Uran in der Nähe
von 50 ppm in dem Fall, in dem das Metall eine Homogenisierungsoperation nach dem
Guß anstelle einer Wiedererwärmung erfährt, zugefügt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn das Metall eine Wiedererwärmungsoperation
nach Guß erfährt, eine umso kleinere Menge Uran zugefügt wird, als der Gehalt an Eisen
des Metalls groß ist.