CH615950A5 - Process for spinning a metal alloy and section obtained by this process - Google Patents

Description

L'invention a pour objet un procédé de filage d'un alliage métalique, notamment d'alliages d'aluminium à durcissement structural. L'invention a également pour objet le profilé obtenu par ce procédé.

Le brevet suisse no. 602 928 décrit un procédé de filage d'un alliage métallique, notamment d'alliages d'aluminium à durcissement structural, selon lequel on soumet l'alliage, avant de le filer, à un traitement thermique préliminaire consistant à porter l'alliage à une température intermédiaire entre le solidus et le liquidus d'équilibre, de façon à amener à l'état liquide une proportion pondérale d'alliage inférieure à 40%, et à maintenir l'alliage à cette température, pendant une durée telle que la phase dendritique solide ait au moins commencé à évoluer vers une forme globulaire (cette durée étant, par exemple, comprise entre 5 et 60 minutes).

Ce procédé présente, par rapport aux procédés de filage antérieurs, l'avantage de permettre d'obtenir une diminution de la pression de filage, qui permet d'augmenter la productivité des presses à filer existantes, et une amélioration des limites élastiques et des allongements pour les états brut de filage et revenu 8 heures à 175° C.

L'invention a pour but de permettre d'obtenir, dans le cas -d'alliages d'aluminium à durcissement structural, en plus des avantages du procédé décrit dans le brevet suisse précité, une augmentation des caractéristiques mécaniques des profilés résultant du filage.

A cet effet, le procédé selon l'invention présente les caractéristiques spécifisées dans la revendication 1.

De préférence, la proportion pondérale de l'alliage que l'on amène à l'état liquide, au cours du traitement thermique effec-5 tué avant le filage, est inférieure à 35 %.

Ainsi, ce procédé consiste en une combinaison du traitement thermique préliminaire, décrit dans le brevet suisse no 602 928, avec une trempe sur presse des produits filés, suivie d'un revenu ou d'une maturation.

I0 La trempe sur presse qui consiste à refroidir énergiquement les profilés à la sortie de la presse soit par de l'air puisé, soit par une aspersion d'eau, de mélanges air-eau, de brouillard, n'est pas classiquement pratiquée sur des alliages durs à durcissement structural, car elle est, le plus souvent, inopérante. En effet, i5 s'agissant d'alliages à durcissement structural, la trempe sur presse, pour apporter une amélioration des caractéristiques, doit maintenir en solution solide le maximum d'éléments susceptibles de précipiter au revenue. Or, les conditions de filage classique, à une température de 420° C par exemple, ne remet-2o tent pas suffisamment d'éléments en solution pour que la trempe sur presse produise une amélioration notable. Aussi, le praticien du filage des alliages durs tels que le 2024 (A-U4SG), le 7075 (A—Z5GU) sait très bien qu'il est inutile de faire une - trempe de ces alliages à la sortie de la presse et qu'il faut, pour 25 obtenir les caractéristiques maximales, faire une mise en solution des profilés, puis une trempe à l'eau suivie d'un revenue ou d'une maturation.

En outre, le traitement thermique préliminaire décrit dans le brevet suisse no. 602 928 a un autre résultat qui est la diminu-3o tion de la vitesse critique de trempe de l'alliage et rend ainsi efficaces des trempes relativement douces à l'air puisé, par exemple. Ces moyens de trempe plus doux présentent un autre avantage non négligeable qui est l'absence de déformation des profilés.

35 II faut observer qu'il ne serait nullement suffisant de faire ce simple réchauffage à 572° C par exemple, dans le cas de l'A-U4SG pour atteindre, par trempe sur presse suivi d'un revenu un résultat analogue.

On obtiendrait dans ce cas, un profilé sans aucune cohésion, 40 caractéristique d'un métal brûlé. Il est indispensable d'appliquer l'enseignement du brevet suisse no. 602 928: maintien pour donner au produit sa structure globulaire particulière et utilisation d'une filière refroidie.

Selon un mode particulier de mise en oeuvre du procédé, on 45 adapte la composition de l'alliage traité de telle façon que la phase solide globulaire, obtenue au cours du traitement à une température intermédiaire entre le solidus et le liquidus d'équilibre, a la même teneur moyenne en éléments durcissants qu'un alliage de référence, traité thermiquement par mise en solution, 50 trempe et revenu ou maturation, dont la composition est telle que les caractéristiques mécaniques de profilés en cet alliage de référence soient comparables à celles que l'on désire conférer aux profilés en alliage traité.

Ce mode de mise en oevre du procédé constitue un perfec-55 tionnement qui résulte d'une étude poussée des mécanismes métallurgiques intervenant pendant le traitement objet de l'invention. Il faut, pour décrire ces mécanismes, se reporter à la figure unique du dessin annexé qui représente, pour des raisons de simplification, un diagramme binaire, le même raisonnement 60 étant applicable à des alliages plus complexes.

Seule, la partie aluminium est représentée. On suppose que le composé intermétallique provoquant le durcissement structural forme avec l'aluminium un eutectique E. Soit un alliage de composition A que l'on chauffe progressivement à partir de 65 l'état solide. A la température Tj du point S', il commence à fondre. Si, conformément au procédé décrit dans le brevet suisse no. 602 928, on porte alors l'alliage à la température T>Tt et qu'on l'y maintient, l'alliage évolue au cours du temps vers une

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situation telle que la phase liquide atteigne la composition homogène L et la phase solide (les globules) la composition homogène S. L'examen du diagramme montre que la composition de la phase solide globulaire est moins chargée en éléments d'addition que la composition moyenne de l'alliage.

On a découvert que, si l'on augmente la teneur de l'alliage en élément durcissant en lui donnant la composition correspondant au point A', de façon à ce que la phase solide globulaire s'approche de la composition S'de l'alliage A, que l'on pratique ensuite le traitement de maintien à T, supérieure au solidus de l'alliage A' et que, finalement, l'on trempe sur presse, on obtient, par simple revenu ou maturation, des caractéristiques voisines, voire supérieures, à celles de l'alliage A, filé de façon classique, puis traité suivant le traitement complet classique de mise en solution trempe et revenu ou maturation. Naturellement, la composition A', c'est-à-dire la position précise de M' sur la droite horizontale de température Tb est définie par le taux de phase liquide que l'on souhaite et qui dépend, par exemple, de la puissance de la presse et du rapport de filage.

Le rapport pondéral phase liquide est égal, en effet, à M'S' phase solide M'L'

On a donc remplacé le traitement classique sur les profilés comportant:

a) une mise en solution à température relativement élevée (495° C par exemple)

=. b) une trempe de ces profilés,

c) un revenu ou maturation par un traitement beaucoup plus simple:

a) une trempe des profilés à la sortie de la presse facile à mettre en oeuvre,

b) un revenu ou maturation tout en obtenant le même niveau de caractéristiques, et sans avoir les inconvénients du premier traitement.

Ces inconvénients sont de deux ordres:

a) fours de mise en solution encombrants puisqu'il s'agit de profilés longs b) déformation importante à la trempe, nécessitant un dressage ultérieure des profilés. La trempe sur presse, au contraire, pouvant selon l'invention être plus douce, n'entraîne pas de déformation des profilés.

Il faut observer, dans ce cas, que le seule combinaison d'une teneur en élément durcissant accrue et d'une trempe sur presse ne donnerait nullement le même résultat puisque la trempe à l'eau est inopérante, comme il a été dit plus haut, sur les alliages non traités par le procédés décrit dans le brevet suisse no. 602 928.

Bien entendue, comme cela a été indiqué dans ledit brevet, il n'est pas obligatoire de procéder au filage immédiatement après le maintien à la température comprise entre le solidus et le liquidus d'équilibre. On peut très bien laisser refroidir la billette 5 après ce traitement à une température inférieure au solidus voire à la température ambiante. Il suffit alors, avant le filage, d'un simple réchauffage à une température intermédiaire entre le solidus et le liquidus d'équilibre et non d'un maintien prolongé à cette température, pour amener à l'état liquide la m proportion pondérale d'alliage spécifiée plus haut, c'est-à-dire inférieure à 40% et, de préférence, inférieure à 35%. La température à laquelle on amène l'alliage, au cours de ce réchauffage, est donc choisie de façon que la propörtion pondérale de l'alliage qui est amenée à l'état liquide soit inférieure à i5 40% et, de préférence, inférieure à 35%.

Les exemples qui suivent ont pour but de faire mieux comprendre l'invention:

Exemple I

2o Une billette d'A-U4SG de 100 mm de diamètre, de composition identique à celle de l'alliage de l'exemple I du brevet suisse no. 602 928, c'est-à-dire:

= 0,42%

= 0,91%

= 4,24%

= 0,82%

= 0,51%

= aluminium

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a été portée à 605° C et maintenue pendant 15 mn à cette température.

A l'équilibre, la teneur en phase liquide à cette température est de 13 % environ.

35 Un lopin de cette billette a été introduit dans le conteneur préchauffé à 420-450° C d'une presse à filer de 800 T et filé immédiatement sous forme d'un profilé à section rectangulaire de 40 mm X 3 mm. Le refroidissement par eau de la filière était ajusté de façon que le profilé sorte à une température de 450° C 40 environ. Dès sa sortie de la presse, le profilé était trempé à l'air froid, à l'aide d'une batterie de ventilateurs dirigeant leur flux vers le profilé. Les caractéristiques mécaniques ont ensuite été mesurées sur des échantillons bruts de filage, ou revenus 8 h à 175° C, ou homogénéisés 2 h à 505° C, trempés à l'eau et 45 revenus 8 h à 175° C (état T6).

Le tableau ci-dessous indique les résultats obtenus en comparaison avec la billette non trempée à l'air, mais ayant subi le traitement thermique décrit dans le brevet suisse no. 602 928.

-Fe

25—Si

-Cu -Mn -Mg -le reste

Etat Billette non trempée Billette trempée

LE (hbar)

R(hbar)

A%

LE(hbar)

R(hbar)

A%

Brut de filage

24,8

34,9

23,5

21,6

38,7

24,8

Revenue 8 h à

33,3

37,7

12,9

37

42,8

12,4

175°

2 h à 505°

43,0

47,6

14,4

44,7

49,4

11,6

Trempe à l'eau 8 h à 175°

Etat T6

R = charge de rupture (en hbar)

LE = limite élastique (en hbar)

A - allongement à la rupture (en %)

On notera l'amélioration notable des caractéristiques sur la billette trempée après un simple revenu à 175° C.

Exemple II

; A partir de la composition moyenne d'un alliage, l'A-U4G, dont les teneurs moyennes en cuivre et en magnésium sont respectivement de 4,25 % et de 0,65 %, on a déterminé la composition moyenne que devrait avoir un alliage qui, porté à

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une température telle qu'il contienne environ 3 % de phase liquide, aurait une composition moyenne de la phase solide égale à celle de l'A—U4G: 4,25 % de cuivre et 0,65% de magnésium.

Pour faire cette détermination, on peut utiliser les diagrammes d'équilibre, mais les diagrammes ternaires étant moins bien connus que les binaires, il convient de compléter les informations fournies par ces diagrammes, par des expériences de fusion partielle à teneurs échelonnées et d'analyse de la phase solide à la microsonde.

On a trouvé qu'un alliage, à teneur en cuivre = 5,10% et en Mg = 0,80%, aurait à 555° C, 3% environ de phase liquide, la phase solide ayant la composition approximative de l'alliage a-U4G normal.

Une billette de diamètre 100 mm, de teneur visée correspondante, a été coulée, contenant, par ailleurs, les éléments d'addition secondaires de l'alliage.

La composition finale obtenue a été :

-Fe =0,42 %

-Si =0,38 %

-Cu =5,20 %

-Mg =0,90 %

-Mn =0,60 %

-Ti = 0,025%

-Zr =0,14 %

On note que les teneurs obtenues ont été légèrement supérieures aux teneurs visées.

Cette billette a été, ensuite, tronçonnée en quatre lopins de 300 mm de long, qui ont subi chacun un traitement différent, s Le lopin no. 1 a été, sous forme de cornière de 25 mm X 25 mm X 3 mm, filé normalement à 420°C, donc selon l'art antérieure. Le profilé a été refroidi à l'air calme à la sortie de la presse, avec traitement de maturation consécutif.

Le lopin no. 2 a été filé, après avoir subi le traitement m thermique décrit dans le brevet suisse no. 602 928, à une température de 555° C, après avoir été maintenu 30 minutes à cette température. Le profilé a été refroidi à l'air calme à la sortie de la presse et a subi une maturation.

Le lopin no. 3 a été traité, selon la présente invention c'est-i5 à-dire qu'il a été maintenu 30 minutes à 555° C, puis filé à cette température. Le profilé obtenu a été trempé à l'air puisé avec une vitesse de trempe de l'ordre de 600° C à 800° C/minute, et a subi, enfin une maturation de 16 jours.

Le lopin no. 4 a été traité et filé dans les mêmes conditions 2D que le no. 3, à l'exception de la trempe qui a été faite aux jets d'eau, suivie également d'une maturation de 16 jours. Les caractéristiques mécaniques ont ensuite été mesurées sur les profilés obtenus. Ces caractéristiques figurent dans le tableau suivant, de même que les caractéristiques moyennes relevées sur 25 des profilés d'A-U4G de composition normale ayant subi le traitement habituel de mise en solution - trempe - maturation.

N° du lopin

Conditions de filage

Température Vitesse du lopin m/mn en° C

Traitement de trempe sur presse

Température Vitesse à la sortie de trempe en°C °/mn

Traitement thermique après trempe

Caractéristique mécaniques

LE R A kg/mm2 kg/mm2 %

Moyenne

A-U4G

normal

420° 554°

557°

560° 420°

4,5 4

4,5 4,5

450°

Air calme Air calme

Trempe a air puise 440° 600 à

800° /mn de 440 à 240° C

Trempe a l'eau

Air calme

Maturation 16 jours Maturation 16 jours

Maturation 16 jours

Maturation 16 jours

Mise en solution + trempe à l'eau maturation

28,6 26,1

30,8 32

39,9 40,5

43,7 43

11,6 24,4

31,9 45,8 18,2

25,7 18

L'examen de ce tableau démontre clairement l'intérêt de la 55 sinon meilleures, que celles que l'on obtient sur un A-U4G de combinaison : modification de la composition - traitement de composition normale, filé normalement puis mis en solution réchauffage au-dessus du solidus - trempe sur presse (à l'air ou trempé et mûri. On économise donc le traitement de mise en à l'eau) ; elle permet d'obtenir des caractéristiques aussi bonnes, solution.

1 feuille dessins

Claims (6)

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1. Procédé de filage d'un alliage métallique, notamment d'alliages d'aluminium à durcissement structural, caractérisé par le fait que, avant d'effectuer le filage, on soumet l'alliage à un traitement thermique consistant à amener cet alliage à une température intermédiaire entre le solidus et le liquidus d'équilibre, de façon à amener à l'état liquide ine proportion pondérale dudit alliage inférieure à 40%, et à le maintenir à ladite température pendant une durée telle que la phase dendritique solide ait au moins commencé à évoluer vers une forme globulaire, par le fait que l'on introduit l'alliage, sous forme de billette, dans une presse à filer, par le fait que l'on file cette billette sous forme de profilé, et par le fait que l'on trempe le profilé à la sortie de la filière et qu'on le durcit par traitement de revenu ou de maturation.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la proportion pondérale de l'alliage que l'on amène à l'état liquide est inférieure à 35 %.

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REVENDICATIONS

3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, après avoir soumis l'alliage, sous forme d'une billette, audit traitement thermique, on laisse refroidir la billette à une température inférieure au solidus d'équilibre et en ce que, immédiatement avant d'effectuer le filage, on rechauffe la billette à une température intermédiaire entre le solidus et le liquidus d'équilibre, de façon à amener à l'état liquide une proportion pondérale d'alliage inférieure à 40%.

4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite température à laquelle on réchauffe la billette, après son refroidissement à température inférieure au solidus d'équilibre et immédiatement avant son filage, est choisie de façon que la proportion pondérale d'alliage qui est amenée à l'état liquide soit inférieure à 35 %.

5. Profilé obtenu par le procédé selon la revendication 1.

6. Application du procédé selon la revendication 1 au filage d'un alliage d'aluminium dont la composition est choisie de façon que la phase solide globulaire obtenue au cours du traitement à une température intermédiaire entre solidus et liquidus a la même teneur moyenne en éléments durcissants qu'un alliage d'aluminium de référence du type A-U4G.