Alliage à base d'A1 pour corps creux sous pression

Abstract

 L'invention concerne un alliage d'Al pour corps creux sous pression contenant du Zn, du Cu et du Mg comme éléments d'alliage principaux et destiné, en particulier, à la fabrication de bouteilles métalliques pour gaz sous pression.
La composition de cet alliage est la suivante (en poids %) :
6,25 ≦ Zn ≦ 8
1,2 ≦ Mg ≦ 2,2
1,7 ≦ Cu ≦ 2,8
0,15 ≦ Cr ≦ 0,28
Fe ≦ 0,20
Fe + Si ≦ 0,40
Mn ≦ 0,20
Zr ≦ 0,05
Ti ≦ 0,05
Autres chacun ≦ 0,05
Autres total ≦ 0,15
reste Al
Cet alliage, à l'état T73, remplit les exigences techniques très sévères de résistance et de ductilité, imposées pour ce genre d'application.

Description

[0001] L'invention se rapporte à un alliage d'Al pour corps creux sous pres­sion contenant du Zn, Cu, Mg comme éléments d'alliage principaux (série 7000 selon les désignations de l'Aluminium Association) et destiné, en particulier, à la fabrication des bouteilles métalliques pour gaz sous pression.

[0002] Jusqu'ici aucun des alliages d'Al connus, à haute résistance, n'a pu satisfaire de manière sure et reproductible les exigences techni­ques sévères correspondant à cette dernière application et qui sont les suivantes :
- Caractéristiques mécaniques : Rp 0,2 ≧ 370 MPa
(sens long) Rm ≧ 460 MPa
A % ≧ 12 %
- Tenue à la corrosion sous tension, sous 75 % de R0,2 garanti, soit 280 MPa, durée supérieure à 30 jours en immersion - émersion alternée 10 min/50 min dans une solution aqueuse à 3,5 % NaCl à tempéra­ture ambiante sur éprouvette en C dans les conditions de la norme ASTM G-38-73 (réapprouvée en 1984)
- Déchirure ductile du corps creux de forme cylindrique à la suite d'une épreuve d'éclatement hydraulique à l'eau ; la déchirure doit être :
- longitudinale dans sa plus grande partie (parallèle aux génératrices)
- ne pas être ramifiée
- ne pas s'étendre de plus de 90° de part et d'autre de la partie principale de la déchirure
- ne pas s'étendre dans une partie du corps dont l'épaisseur dépasse 1,5 fois l'épaisseur maximale mesurée au milieu du corps.

[0003] On a tenté de résoudre ce problème par utilisation d'un alliage type 7475 (selon la nomenclature de l'Aluminium Association) mais cet alliage s'est révélé non fiable lors d'essais industriels étendus (voir FR-­A-2 510 231), et ce, malgré son niveau de ténacité très élevée, sa bonne résistance mécanique et sa remarquable tenue à la corrosion sous tension à l'état T73.

[0004] Ce problème difficile est résolu selon l'invention par l'utilisation d'un alliage de composition suivante (en poids %) :
6,25 ≦ Zn ≦ 8,0
1,2 ≦ Mg ≦ 2,2
1,7 ≦ Cu ≦ 2,8
0,15 ≦ Cr ≦ 0,28
Fe ≦ 0,20
Fe + Si ≦ 0,40
Mn ≦ 0,20
Zr ≦ 0,05
Ti ≦ 0,05
Autres chacun ≦ 0,05
Autres total ≦ 0,15
reste Al

[0005] Les teneurs sont tenues, de préférence, dans le domaine suivant, individuellement ou en combinaison
Zn ≧ 6,75 Mg ≦ 1,95
Fe ≦ 0,12 Fe + Si ≦ 0,25 Mn ≦ 0,10

[0006] Les alliages selon l'invention sont coulables par les procédés classiques tel que la coulée semi-continue et les caractéristiques exigées sur les bouteilles sont respectées.

[0007] L'invention sera mieux comprise à l'aide des exemples suivants, illustrés par les fig. 1 et 2.

La fig. 1 représente le compromis limite élastique - ténacité (K₁_C sens travers court) d'alliages d'Al à haute résistance connus et résistant à la corrosion sous tension.

La fig. 2 représente les résultats des caractéristiques charge de rupture (Rm) - longueur de fissure lors des essais d'éclatement sur bouteilles pour divers alliages.

Exemple n^o 1 (hors l'invention - fig. 1)

[0008] Des alliages 7475 dont les compositions chimiques sont reportées au tableau I ont été élaborés et transformés en bouteilles de 6 li­tres suivant la gamme de fabrication rapportée ci-après :
Coulée de billettes ⌀ 164,5 mm en semi-continu
Sciage des lopins
Réchauffage des lopins
Filage inverse d'étuis
Etirages à chaud et à froid
Usinage du fond
Mise à longueur
Ogivage à chaud
Perçage du goulot et usinage
Décapage
Mise en solution
Trempe à l'eau froide
Revenu type T73

[0009] Les résultats d'essais de traction sens long (moyenne de 6 éprouvettes x 2 bouteilles), de corrosion sous tension (1 bouteille) et d'éclate­ment hydraulique (3 bouteilles) sont reportés au tableau II.

[0010] On peut constater le comportement instable de cet alliage en particu­lier en ce qui concerne l'aspect de la déchirure.
Cette composition ne convient donc pas à une production industrielle fiable, malgré son bon compromis ténacité - résistance mécanique.

Exemple 2

[0011] On a coulé en billettes, 7 alliages dont les compositions sont repor­tées au tableau III ; celles ci ont été transformées en bouteilles de 6 litres (hauteur totale : 565 mm ; ⌀ extérieur : 152 mm ; ⌀ inté­rieur : 127 mm) selon la gamme de fabrication analogue à celle de l'exemple 1, sauf en ce qui concerne le revenu. Deux des alliages (repérés 1 et 14)sont conformes à l'invention, les autres sont hors l'invention.
Trois revenus ont été pratiqués :
R₁ - 6 h 105° C + 5 h 30 177°C (surrevenu peu poussé)
R₂ - 6 h 105° C + 9 h 177 ° C (fortement surrevenu)
R₃ - 6 h 105° C + 24h 177° C (très fortement surrevenu, dans un cas)

[0012] Les résultats d'essais de caractéristiques mécaniques (sens long) et des essais d'éclatement sont reportés au tableau IV. On peut constater que seules les compositions selon l'invention permettent de satisfaire toutes les exigences techniques.

[0013] Les coulées repères 1 et 14 ont également une bonne tenue à la corrosion sous tension (non rupture en 30 jours dans les conditions indiquées).

[0014] Les longueurs moyennes des fissures développées sur les 3 bouteilles d'essais par cas sont reportées au tableau V.

[0015] La figure 2 fait apparaître que seuls les alliages selon l'invention permettent de respecter l'ensemble des critères imposés.

[0016] La zone I correspond à un comportement acceptable à l'éclatement avec des caractéristiques mécaniques suffisantes.
La zone II correspond à des caractéristiques mécaniques suffisantes mais à un mauvais comportement à l'éclatement.
La zone III correspond à des caractéristiques mécaniques insuffisantes et à un bon comportement à l'éclatement.
et la zone IV correspond à des caractéristiques mécaniques insuffisan­tes et à un mauvais comportement à l'éclatement.

Revendications

1. Alliage d'Al pour corps creux sous pression, coulable par coulée semi-continue, caractérisé en ce qu'il contient (en poids %) :
6,25 ≦ Zn ≦ 8,0
1,2 ≦ Mg ≦ 2,2
1,7 ≦ Cu ≦ 2,8
0,15 ≦ Cr ≦ 0,28
Fe ≦ 0,20
Si + Fe ≦ 0,40
Mn ≦ 0,20
Zr ≦ 0,05
Ti ≦ 0,05
Autres chacun ≦ 0,05
Autres total ≦ 0,15
reste Al

2. Alliage d'Al selon la revendication 1, caractérisé en ce que Mg ≦ 1,95

3. Alliage d'Al selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que
Zn ≧ 6,75

4. Alliage selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que
Fe ≦ 0,12 % et Fe + Si ≦ 0,25 %

5. Alliage selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que
Mn ≦ 0,10 %

Dessins