TOLE OU BANDE EN ALLIAGE AL-MG POUR LA FABRICATION DE PIECES PLIEES A FAIBLE RAYON DE PLIAGE

Description

Domaine de l'invention

[0001] L'invention concerne la fabrication de pièces pliées à faible rayon de pliage, et le plus souvent embouties, destinées notamment à la construction automobile, à partir de tôles ou bandes en alliage d'aluminium du type aluminium-magnésium, c'est-à-dire de la série 5000 selon la nomenclature de l'Aluminum Association.

Etat de la technique

[0002] Les alliages aluminium-magnésium à plus de 4% de magnésium sont largement utilisés en construction automobile pour des pièces autres que les peaux de carrosserie, par exemple des renforts ou des pièces de structure, éventuellement mises en forme par emboutissage ou pliage. Ils permettent une bonne résistance mécanique sans nécessiter, comme les alliages de peau de la série 6000, de traitement thermique de mise en solution et trempe. On peut citer, par exemple, les alliages 5019, 5182 et 5083, dont la composition (% en poids) enregistrée à l'Aluminum Association est indiquée au tableau 1 :

Tableau 1

Alliage	Si	Fe	Cu	Mn	Mg	Cr	Zn
5019	< 0,40	< 0,50	< 0,10	0,1-0,6	4,5-5,6	< 0,20	< 0,20
5182	< 0,20	< 0,35	< 0,15	0,2-0,5	4,0-5,0	< 0,10	< 0,25
5083	< 0,40	< 0,40	< 0,10	0,4-1,0	4,0-4,9	0,05-0,25	< 0,25

Problème posé

[0003] La fabrication de pièces embouties et pliées nécessite un matériau présentant une formabilité suffisante pour réaliser les parties embouties des pièces, et une aptitude au pliage d'autant meilleure qu'on souhaite obtenir des rayons de pliage très faibles, typiquement de l'ordre de l'épaisseur de la tôle. Cette aptitude doit être aussi bonne dans le sens du laminage que dans le sens perpendiculaire. La tôle ou la bande doit présenter une résistance mécanique aussi élevée que possible de manière à réduire au maximum l'épaisseur, et d'obtenir ainsi l'effet d'allégement optimal résultant de l'utilisation de l'aluminium par rapport à l'acier.
Par ailleurs, les pièces de véhicules automobiles sont soumises à un traitement thermique lors de la cuisson des peintures de la carrosserie, qui se fait à une température comprise entre 150 et 200°C pendant 15 à 30 mn. Il faut donc tenir compte de la perte éventuelle de résistance mécanique au cours de cette opération, et il est souhaitable que cette dégradation soit la plus faible possible. L'invention a pour but des tôles et bandes en alliage Al-Mg permettant de satisfaire ces exigences.

Objet de l'invention

[0004] L'invention a pour objet une tôle ou bande en alliage d'aluminium d'épaisseur comprise entre 1 et 5 mm, destinée à la fabrication de pièces embouties et pliées à faible rayon de pliage, de composition (% en poids) :

Si < 0,3 Fe : 0,2 - 0,4 Mn : 0,3 - 0,45 Mg : 4,5 - 5,5 Cr < 0,04 - 0,1 Cu < 0,1 Zn < 0,1 autres éléments < 0,05 chacun et < 0,15 au total, reste aluminium, et, pour cette composition particulière, R_0,2 sens T > 240 MPa, A₈₀ > 15% et R_m - R_0,2 > 90 MPa.

Elle a également pour objet un procédé de fabrication d'une telle tôle ou bande, comportant la coulée d'une plaque de la composition ci-dessus, son laminage à chaud jusqu'à une épaisseur e_c, le laminage à froid jusqu'à une épaisseur finale e_f comprise entre 70 et 40% de e_c, et un recuit de restauration à une température comprise entre 180 et 280°C sans écrouissage ultérieur.

Description des figures

[0005] La figure unique illustre les résultats de l'exemple 1 en limite d'élasticité R_0,2 et rayon de pliage.

Description de l'invention

[0006] L'invention repose sur la combinaison de la sélection étroite d'une composition d'alliage Al-Mg à plus de 4% de Mg, et d'une gamme de fabrication particulière pour obtenir un compromis de propriétés, notamment entre la limite d'élasticité, l'allongement et l'aptitude au pliage, particulièrement favorable à la réalisation de pièces embouties et pliées avec un faible rayon de pliage.

[0007] Les alliages selon l'invention sont des alliages à plus de 4,5% de Mg comme les alliages 5182, 5019 ou 5083 mentionnés plus haut.

[0008] Le magnésium contribue à la résistance mécanique et on peut en ajuster la teneur en fonction de la résistance mécanique désirée. Au-delà de 5,5% de Mg, l'alliage devient plus difficile à couler et à mettre en oeuvre.

[0009] Le contrôle de la teneur totale en manganèse et chrome est un point important pour obtenir l'ensemble des propriétés souhaitées. Une teneur inférieure à 0,3% améliore l'allongement, mais diminue la limite d'élasticité sans pour autant améliorer l'aptitude au pliage. Une teneur supérieure à 0,7% améliore la limite d'élasticité sans trop réduire l'allongement, mais, de manière surprenante, donne un mauvais rayon de pliage.

[0010] Le procédé de fabrication des bandes selon l'invention comporte la coulée d'une plaque de l'alliage considéré, son laminage à chaud pour obtenir une bande d'épaisseur e_c, puis son laminage à froid jusqu'à l'épaisseur finale e_f, comprise entre 1 et 5 mm. Pour obtenir les propriétés désirées, l'épaisseur finale e_f doit être comprise entre 40 et 70% de l'épaisseur de la bande laminée à chaud e_c. Si le taux de laminage à froid est insuffisant, on ne peut pas atteindre la limite d'élasticité souhaitée. S'il est trop important, le coefficient d'écrouissage n devient trop faible et la formabilité est insuffisante.

[0011] La bande laminée à froid subit ensuite un recuit de restauration à une température comprise entre 180 et 280°C. Le contrôle de cette température est important : une absence de restauration ou une température trop faible nuit à l'allongement. Inversement, une température de recuit supérieure à 280°C conduit à un état recristallisé, avec une résistance mécanique insuffisante.

[0012] Une caractéristique essentielle du procédé de fabrication des bandes et tôles selon l'invention est l'absence de réécrouissage après le recuit de restauration, soit par laminage à froid, soit par planage sous tension. Certes, un tel écrouissage augmenterait la limite d'élasticité, mais réduirait trop l'allongement et le coefficient d'écrouissage, ce qui serait défavorable à la formabilité et à l'aptitude au pliage. De plus, le gain en limite d'élasticité est perdu très rapidement lors du traitement de cuisson des peintures, alors que pour les produits restaurés et non réécrouis, la perte de résistance mécanique à la cuisson des peintures est plus réduite.

[0013] Un autre avantage de l'absence d'écrouissage, notamment par planage, après restauration est d'obtenir des tôles et bandes présentant une faible anisotropie, avec une différence entre les limites d'élasticité dans les sens L et T de moins de 15 MPa, et le plus souvent de moins de 10 MPa..

[0014] Pour éviter de ré-écrouir le métal après restauration, il est nécessaire de bien maîtriser la planéité de la bande lors du laminage à froid, et surtout lors du parachèvement, notamment lors du refendage de bandes relativement étroites d'épaisseur assez forte, où il faut éviter les déformations du type « lame de sabre ».

[0015] Les tôles et bandes selon l'invention sont particulièrement bien adaptées à la fabrication de pièces embouties et pliées à faible rayon de pliage, notamment pour l'industrie automobile. On obtient des rayons de pliage à 180° inférieurs à l'épaisseur de la tôle ou de la bande, voire inférieurs à 80% de cette épaisseur. Le coefficient d'écrouissage n est supérieur à 0,10, ce qui contribue à l'augmentation rapide de la résistance mécanique des pièces lors de leur mise en forme, et donc à l'utilisation d'épaisseurs plus faibles.

[0016] On peut mentionner à titre d'exemple d'utilisation les renforts d'ouvrants anti-intrusion qui comportent des parties embouties et pliées, et qui sont soumis au traitement de cuisson des peintures, notamment des couches de cataphorèse. Pour un traitement de 20 mn à 200°C, la perte de limite d'élasticité reste inférieure à 20 MPa. Une autre utilisation intéressante des tôles et bandes selon l'invention est la fabrication de crics, qui permettent un gain de poids important par rapport aux crics en acier.

Exemples

Exemple 1

[0017] On a coulé des plaques en 7 alliages différents A à G, les alliages A à E ayant une composition selon l'invention, et les alliages F et G une composition hors invention. Les compositions (% en poids) sont indiquées au tableau 1 :

Tableau 1

Alliage	Mg	Mn	Cu	Si	Fe
A	4,62	0,37	0,06	0,13	0,30
B	4,76	0,36	0,05	0,10	0,31
C	4,61	0,35	0,05	0,14	0,37
D	4,53	0,36	0,05	0,09	0,29
E	5,18	0,35	0,06	0,11	0,18
F	4,58	0,27	0,02	0,04	0,17
G	5,10	0,81	0,05	0,11	0,24

[0018] Les plaques ont été laminées à chaud pour obtenir des bandes d'épaisseur 5 mm, puis laminées à froid jusqu'à 3mm, soit 60% de l'épaisseur de la bande à chaud. Les bandes ont subi un recuit de restauration à 200°C. On a mesuré la limite d'élasticité R_0,2 sens L, l'allongement à la rupture A₈₀ selon la norme NF EN 10002-1 relative aux essais de traction sur matériaux métalliques, et le rayon de pliage à 180°. Les résultats sont indiqués au tableau 2 :

Tableau 2

Alliage	R0,2 (MPa)	A80 (%)	Rayon pliage (mm)
A	239	15,5	1,8
B	223	16,2	1,5
C	225	17,5	1,4
D	220	16,5	1,7
E	258	16,8	2,0
F	235	16,9	2,5
G	279	12,2	2,8

[0019] On constate que l'alliage à Mn élevé H a un allongement < 15% et un rayon de pliage limite assez élevé, supérieur à 80% de l'épaisseur. L'alliage F à bas Mn a aussi un rayon de pliage assez élevé. On a représenté à la figure 1 le compromis entre la limite d'élasticité R_0,2 et le rayon de pliage. On considère comme acceptable un rayon de 1,5 mm pour un R_0,2 de 200 MPa et de 2,5 mm pour un R_0,2 de 280 MPa. Les points correspondant aux 5 alliages selon l'invention sont à gauche de la droite, et montrent un bon compromis entre les deux propriétés. Les points correspondant aux alliages F et G sont à droite de la droite et ne présentent donc pas un compromis acceptable.

Exemple 2

[0020] On a effectué un traitement thermique de 20 mn respectivement à 170°C, 185°C et 200°C, simulant des traitements de cuisson des peintures d'un véhicule automobile, sur des échantillons de tôle de l'exemple 1 en alliage C et E, et sur un échantillon de l'alliage C ayant subi en plus un écrouissage par planage par traction. On a mesuré les caractéristiques mécaniques dans le sens long, à savoir la résistance à la rupture R_m, la limite d'élasticité R_0,2 et l'allongement A₈₀, avant et après traitement thermique. Les résultats sont indiqués aux tableaux 3 (pour l'alliage C restauré), 4 (pour E) et 5 (pour C écroui).

Tableau 3 (C non écroui)

Cuisson	Sans	20 mn 170°C	20 mn 185°C	20 mn 200°C
Rm (MPa)	325	316	314	313
R0,2(MPa)	225	212	210	208
A80(%)	17,5	16,6	18,5	19,0

Tableau 4 (E non écroui)

Cuisson	Sans	20 mn 170°C	20 mn 185°C	20 mn 200°C
Rm(MPa)	355	351	353	351
R0,2(MPa)	258	254	256	254
A80(%)	16,8	16,2	16,6	16,7

Tableau 5 (C écroui)

Cuisson	Sans	20 mn 170°C	20 mn 185°C	20 mn 200°C
Rm(MPa)	328	320	315	313
R0,2(MPa)	242	214	210	207
A80(%)	14,9	16,0	17,2	18,7

[0021] On constate que la chute de R_0,2 due au traitement thermique est beaucoup plus faible pour les échantillons non écrouis que pour l'échantillon écroui.

Exemple 3

[0022] Sur les échantillons C et E de l'exemple 1, on a mesuré les caractéristiques mécaniques Rm, R_0,2 et A₈₀ dans le sens long, à 45° et dans le sens travers. Les résultats sont indiqués au tableau 6 :

Tableau 6

	C long	C 45°	C travers	E long	E 45°	E travers
Rm(MPa)	324	325	324	357	347	352
R0,2 (MPa)	225	229	230	258	247	255
A80(%)	17,5	19,1	18,2	16,8	16,6	16,1

[0023] On constate que les caractéristiques mécaniques, notamment la limite d'élasticité, varient très peu en fonction du sens de la mesure.

Exemple 4

[0024] On a coulé des plaques en alliage de composition :

Si	Fe	Mn	Mg	Cu	Cr
0,12	0,18	0,33	4,57	0,04	0,06

[0025] On a fait varier l'épaisseur de sortie du laminage à chaud, l'épaisseur finale restant à 3 mm, de sorte qu'on a fait varier le rapport e_f/e_c entre 70% et 40%. On a également fait varier la température de recuit final entre 200 et 320°C. Aucun écrouissage postérieur au recuit final n'a été effectué. On a mesuré dans chacun des cas la résistance à la rupture Rm, la limite d'élasticité R_0,2, l'allongement A et le coefficient d'écrouissage n. Les résultats, correspondant à la moyenne de 5 mesures, sont indiqués au tableau 7 :

Tableau 7

ef/ec (%)		200°C	230°C	260°C	290°C	320°C
70	Rm(MPa)	305	304	296	289	266
	R0,2(MPa)	209	207	197	179	126
	A80(%)	16,4	17,8	18,7	21,4	25,5
	n	0,168	0,172	0,178	0,203	0,309
60	Rm (MPa)	317	313	307	285	267
	R0,2(MPa)	228	222	216	166	132
	A80 (%)	15,9	17,5	18,7	23,6	25,9
	n	0,155	0,157	0,165	0,242	0,312
50	Rm(MPa)	339	332	333	283	268
	R0,2(MPa)	261	253	244	161	138
	A80(%)	15,2	17,1	18,6	24,6	27,0
	n	0,135	0,141	0,155	0,262	0,307
40	Rm(MPa)	338	330	337	278	268
	R0,2(MPa)	260	251	248	156	142
	A80(%)	14,5	16,1	18,9	25,0	25,9
	n	0,133	0,137	0,156	0,274	0,304

[0026] On constate une chute importante de R_m et surtout de R_0,2 lorsque la température du recuit final passe de 260 à 290°C, ce qui correspond au passage à la température de recristallisation. Par ailleurs, à température de restauration donnée, on constate que, lorsque le rapport ef/ec diminue, c'est-à-dire lorsque le laminage à froid est plus important, R_0,2 augmente, mais l'allongement et le coefficient d'écrouissage n diminuent.

Revendications

1. Tôle ou bande en alliage d'aluminium d'épaisseur comprise entre 1 et 5 mm, destinée à la fabrication de pièces embouties et pliées à faible rayon de pliage, de composition (% en poids) : Si < 0,3 Fe : 0,2 - 0,4 Mn : 0,3 - 0,45 Cr : 0,04 - 0,1 Mg:4,5 - 5,5 Cu < 0,1 Zn < 0,1, autres éléments < 0,05 chacun et < 0,15 au total, reste aluminium, caractérisée en ce qu'elle présente, à l'état restauré, une limite d'élasticité R_0,2 sens T > 240 MPa, un allongement A₈₀ > 15% et une différence R_m - R_0,2 > 90 MPa.

2. Tôle ou bande selon la revendication 1, caractérisée en ce que son rayon de pliage à 180° est inférieur à son épaisseur.

3. Tôle ou bande selon la revendication 2, caractérisée en ce que son rayon de pliage est inférieur à 80% de son épaisseur.

4. Tôle ou bande selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la différence entre la limite d'élasticité sens L et sens T est inférieure à 15 MPa.

5. Tôle ou bande selon la revendication 4, caractérisée en ce que la différence entre la limite d'élasticité sens L et sens T est inférieure à 10 MPa.

6. Tôle ou bande selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la différence entre la limite d'élasticité avant et après un traitement de cuisson de peinture de 20 mn à 185°C est inférieure à 20 MPa.

7. Procédé de fabrication d'une tôle ou bande selon l'une des revendications 1 à 6, comportant la coulée d'une plaque, son laminage à chaud jusqu'à une épaisseur e_c, le laminage à froid jusqu'à une épaisseur finale e_f comprise entre 70 et 40% de e_c, et un recuit de restauration à une température comprise entre 180 et 280°C sans écrouissage ultérieur.

8. Utilisation de tôles ou bandes selon l'une des revendications 1 à 7 pour la fabrication de renforts d'ouvrant de véhicule automobile.

9. Utilisation de tôles ou bandes selon l'une des revendications 1 à 7 pour la fabrication de crics.

Claims

1. Aluminium alloy sheet or strip having a thickness of between 1 and 5 mm, intended for the production of stamped or bent parts having a small bend radius, with the composition (weight %): Si < 0.3, Fe: 0.2-0.4, Mn: 0.3-0.45, Cr: 0.04-0.1, Mg: 4.5-5.5, Cu < 0.1, Zn < 0.1, other elements < 0.05 each and < 0.15 in total, remainder aluminium, characterised in that it has, in its recovered temper, a yield strength R_0.2 in direction T> 240 MPa, an elongation A80> 15% and a difference R_m-R_0.2 > 90 MPa.

2. Sheet or strip according to claim 1, characterised in that its bend radius at 180° is less than its thickness.

3. Sheet or strip according to claim 2, characterised in that its bend radius is less than 80 % of its thickness.

4. Sheet or strip according to any one of claims 1 to 3, characterised in that the difference between the yield strength in direction L and direction T is less than 15 MPa.

5. Sheet or strip according to claim 4, characterised in that the difference between the yield strength in direction L and direction T is less than 10 MPa.

6. Sheet or strip according to one of claims 1 to 5, characterised in that the difference between the yield strength before and after a 20-mn paint baking treatment at 185 °C is less than 20 MPa.

7. Method for producing a sheet or strip according to one of claims 1 to 6, comprising the casting of a plate, the hot rolling thereof to a thickness e_c, the cold rolling thereof to a final thickness e_f between 70 and 40% of e_c, and a recovery annealing at a temperature between 180 and 280°C without subsequent strain hardening.

8. Use of sheets or strips according to one of claims 1 to 7 for the production of motor vehicle door leaf reinforcements.

9. Use of sheets or strips according to one of claims 1 to 7 for the production of jacks.

Ansprüche

1. Blech oder Band aus Aluminiumlegierung von 1 bis 5 mm Dicke zur Herstellung gezogener und mit kleinem Biegeradius gebogener Teile, mit der Zusammensetzung (Gew.-%): Si < 0,3 Fe: 0,2 - 0,4 Mn: 0,3 - 0,45 Cr: 0,04 - 0,1 Mg: 4,5 - 5,5 Cu < 0,1 Zn < 0,1, weitere Elemente jeweils < 0,05 und insgesamt < 0,15, Rest Aluminium, dadurch gekennzeichnet, dass es im teilentfestigten Zustand eine Dehngrenze R_0,2 in Querrichtung > 240 MPa, eine Dehnung A₈₀ > 15 % und eine Differenz R_m - R_0,2 > 90 MPa aufweist.

2. Blech oder Band nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sein Biegeradius bei 180° kleiner als seine Dicke ist.

3. Blech oder Band nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sein Biegeradius kleiner als 80 % seiner Dicke ist.

4. Blech oder Band nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz zwischen der Dehngrenze in Längsrichtung und in Querrichtung kleiner als 15 MPa ist.

5. Blech oder Band nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz zwischen der Dehngrenze in Längsrichtung und in Querrichtung kleiner als 10 MPa ist.

6. Blech oder Band nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz zwischen der Dehngrenze vor und nach einer 20-minütigen Lackeinbrennbehandlung bei 185°C kleiner als 20 MPa ist.

7. Verfahren zur Herstellung eines Bleches oder Bandes nach einem der Ansprüche 1 bis 6, umfassend das Gießen eines Walzbarrens, sein Warmwalzen auf eine Dicke e_c, das Kaltwalzen auf eine Enddicke zwischen 70 und 40 % von e_c und ein Erholungsglühen bei einer Temperatur von 180 bis 280°C ohne spätere Kaltumformung.

8. Verwendung von Blechen oder Bändern nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Herstellung von Verstärkungen für Kraftfahrzeugöffnungen.

9. Verwendung von Blechen oder Bändern nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Herstellung von Wagenhebern.

Dessins