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(11) | EP 0 020 282 A1 |
| (12) | DEMANDE DE BREVET EUROPEEN |
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| (54) | Procédé de fabrication de corps creux en alliage d'aluminium et produits ainsi obtenus |
| (57) L'invention est reactive à un procédé d'obtention de pros creux en alhage daluminium
presentant une grande resatacce à éclatment et aux produits ainsi obtenus I ailiage contrent en poids 7.6 à 85% Zn. 1 à 2% Cu 21 a 3.5% Mg 0.07 a 0.1% Cr 0.15 a 0.25% Mn. 0.08 a 0,14% Zu moms de 0.2% Fe de 0,15% Si. de 0.10% Ti. et eventurilement moins de 00.013 V li presente une charge de rupture (sens long) et une resistance à reclatement (sens travers) supérieures ou ega- les a 660 MPa Sa structure est caractérisée par labsence de gros composes intermetailiques (≥ 35 um) après un test de soli- dihcation specifique peut être utilise dans toutes les applications de Spcu- ate comportant une enceinte sous press on boutelles de gaz comprimes etc ) |
[0001] Cette invention se rapporte à un procédé de fabrication de corps creux en alliage d'aluminium et aux produits ainsi obtenus, qui possèdent une grande ductilité (dans le sens long) et une grande ténacité (dans le sens travers) lorsqu'ils sont traités à des niveaux de résistance supérieurs à 660 MPa.
[0002] On sait que les alliages A-Z8GU (ou 7049 A) selon la norme AFNOR 50-411, dont l'analyse est reportée au tableau 1, sont particulièrement utilisés dans la fabrication de corps creux sous pression, en raison des hautes caractéristiques mécaniques qu'ils acquièrent à l'état trempe-revenu (état T6).
[0003] Or, ces alliages ne sont pas toujours fiables en ce sens que des ruptures ou éclatements prématurés sont parfois observés lors des épreuves hydrauliques de contrôle de tels corps creux soumis à une pression interne.
[0004] Le but de cette invention est donc de résoudre ce problème par un choix convenable couvrant partiellement le domaine de l'alliage 7049 A, qui permet d'obtenir, selon le procédé, des produits présentant des caractéristiques de ductilité et de ténacité élevées, et, par conséquent, une grande sécurité d'emploi.
[0005] Ce but est atteint de façon surprenante :
1°) Essentiellement en diminuant les teneurs des éléments Cr, Mn et Zr, qui sont connus
pour être des inhibiteurs de recristallisation dans les alliages d'Al (voir ALTENPOHL,
"Un regard à l'intérieur de l'aluminium", éd. française, 1976, p. 148).
Or, en vue d'obtenir les très hautes caractéristiques mécaniques recherchées, l'alliage
est, en effet, utilisé à l'état non recristallisé avec effet de presse, même après
les traitements de mise en solution, trempe et revenu.
2°) En augmentant au-delà des limites habituelles les teneurs en éléments principaux tels que Zn, Cu, Mg.
3°) En limitant à des niveaux bas ou très bas les teneurs des éléments mineurs (Fe, Si, Ti) ou même des impuretés telles que le V.
[0007] Dans une composition préférentielle, la teneur en V est limitée à une teneur inférieure à 0,01 %.
[0008] Dans le procédé, les produits sont transformés de la façon suivante : - homogénéisation entre 460 et 490° C des billettes coulées, déformation à chaud entre 320 et 420° C, y compris éventuellement le rétreint d'une ( ou des deux) extrémité(s) dans le cas de fabrication de corps creux, mise en solution entre 460 et 480° C et revenu adapté pour obtenir une charge de rupture (sens long) et une contrainte limite d'éclatement (sens travers) supérieures ou égales à 660 MPa.
[0009] Dans ces conditions et, pour une charge de rupture égale à 660 MPa, l'allongement dans le sens long est supérieur à 9 cet allongement est mesuré sur une longueur de base lo = 5,65 √S, S étant la section de l'éprouvette. La déformation à chaud est réalisée, de préférence, par filage inverse ; des conditions d'homogénéisation, de mise en solution et de revenu peuvent être différentes de celles indiquées ci-dessus sans sortir du domaine de l'invention.
[0010] La contrainte d'éclatement (RE) lors de l'épreuve hydraulique est donnée par la formule classique:
dans laquelle
e : est l'épaisseur minimum du tube ou du corps creux (supposé sensiblement cylindrique circulaire).
D : est le diamètre moyen du cylindre , soit
p : est la pression d'éclatement
[0011] Il a été constaté que les éléments Cr, Mn, Zr ortun effet synergétique imprévisible, c'est-à-dire que leur action globale sur les caractéristiques mécaniques est très largement supérieure à la somme des actions inviduelles de chacun d'eux. Cet effet est nettement mis en évidence dans les exemples donnés ci-après. Il n'était donc pas du tout évident de choisir cette combinaison particulière de teneurs en ces éléments pour obtenir les propriétés recherchées.
[0012] Les alliages suivant l'invention répondent au test de contrôle suivant :
- 200 g d'alliage environ sont refondus à 735° C ± 5° C dans un creuset de graphite poteyé d'alumine
- on soumet ensuite l'ensemble à un refroidissement lent en four, à raison de 0,5 à 1° C/min. suivi d'un palier de 2 h à une température supérieure à 2 à 4°C à celle du début de solidification de l'alliage (liquidus), puis on sort le creuset à l'air pour assurer une solidification rapide.
- l'examen en micrographie optique au grossissement x 100 à 500 d'un échantillon poli prélevé dans la moitié inférieure du lingotin ainsi obtenu, ne révèle aucun amas de constituants intermétalliques primaires ou de particules intermétalliques individuelles massives, non dendritiques, de forme générale polygonale, de longueur supérieure à 35 ym dans leur plus grande dimension.
[0013] Les particules sont considérées comme faisant partie d'un amas lorsque la distance interparticulaire est inférieure ou égale à la plus grande dimension de la particule considérée. Dans ce cas, la longueur prise en compte est la longueur cumulée des dimensions maximales de chaque particule de l'amas.
EXEMPLE 1
[0015] Les alliages repérés 1 à 12 dont les compositions (% en poids) sont reportées au tableau II ont été coulés en semi-continu verticalement, en billettes 0 185 mm, qui ont été homogénéisées 24 h à 450° C. Ces billettes ont été usinées à 0 170 mm et forées d'un trou central 0 70 mm pour filage inverse de tubes 0 82 x 67,5 mm à une température de 365° C.
[0016] Les tubes ont été ensuite traités de la façon suivante :
- mise en solution à 460° C pendant 45 minutes
- trempe à l'eau froide (10-15°C)
- revenu à 125° C pendant 20 h
Les tubes ainsi obtenus ont été soumis à des essais de traction suivant une direction parallèle aux génératrices du tube et à des essais d'éclatement sous pression hydraulique (déchirure longitudinale).
[0017] On a relevé la charge de rupture (Rm), la limité élastique (R 0,2), l'allongement (A %) et la contrainte d'éclatement (RE).
[0019] Les effets individuels des additions de 0,07 % Cr (rep. A), de 0,08 % Zr (rep. B) et de 0,15 % Mn (rep. C) sont reportés au tableau IV. On constate que la somme des effets individuels (lignes A + B + C) est largement inférieure à celle des additions conjointes (ligne D suivant l'invention) de l'ensemble de ces éléments sur.les caractéristiques de traction et de façon particulièrement spectaculaire sur la limite élastique et les allongements. Elle reste cependant sans effet notable sur la résistance à l'éclatement.
[0021] Par ailleurs, on constate bien que les caractéristiques visées ne sont pas atteintes pour les alliages 1 à 8 dont la composition est hors du domaine de l'invention alors que les alliages 9 à 12, selon l'invention, les atteignent.
EXEMPLE 2
[0022] Trois coulées en semi-continu d'alliage 7049 A, sortant des limites de composition de la présente invention, ont été effectuées.Les analyses obtenues sont reportées au tableau V.
[0023] Celles-ci ont été transformées en tubes dans les conditions de l'exemple 1 par filage inverse, et ceux-ci ont été rétreints et traités à l'état T6 par mise en solution à 465° ± 5° C, 45 mn, trempe eau et revenu 125° C, 20 h. Les contraintes de rupture sous épreuve hydraulique, calculées comme indiqué ci-dessus, sont également données au tableau V. On peut constater qu'elles sont nettement inférieures à la valeur limite visée (660 MPa).
[0024] Sur du métal conforme à l'invention (Rep. 12, tableau II) et non conforme à l'invention (Rep. E, tableau V), nous avons procédé au test de solidification suivant :
- prélèvement de 200 g de métal dans les billettes coulées en série continue,
- fusion du prélèvement à 735° C t 5° C,
- refroidissement à 632° C à raison de 0,5 à 1°C/minute,
- maintien 2 h à 632° C (début de solidification de l'alliage à 628° C),
- sortie du four et refroidissement rapide.
[0025] Sur l'alliage conforme à l'invention, la structure micrographique du lingot dans son 1/3 inférieur est représentée par la figure 1 au grossissement 200. On n'observe aucun composé de taille supérieure à 35 microns dans sa plus grande dimension. De plus, tous les composés hors solution sont observés dans les espaces interdendritiques. Une bonne partie d'entre eux est d'ailleurs résolue par traitements thermiques ultérieurs.
[0026] Au contraire, dans le cas de l'alliage sortant du domaine de l'invention ; (Cr 0,22 %, Mn 0,27 %, Zr 0,13 %), il est possible d' observer des composés intermétalliques primaire de forme polyédrique, de dimension supérieure à 100 microns et groupés en colonies (figure 2). Ces cristaux ne peuvent être confondus avec ceux de la figure 1, ni par leur dimension, ni par leur situation, ni enfin par leur évolution en cours de transformation. Ils ne subissent, en effet, aucune modification par l'effet des traitements thermiques. Ils se fragmentent et s'alignent, en restant contigus, dans la direction principale de la déformation, avec toutes les conséquences qu'implique cette configuration sur la fragilité du produit.
- on élabore un alliage contenant (% en poids) :
- on coule et on transforme à chaud l'alliage homogénéisé sous forme de tube, de préférence par filage inverse, et on rétreint à chaud une (ou les deux) extremité(s)
- on le traite thermiquement par mise en solution, trempe et revenu (état T6)