TITRE : TOLE MINCE EN ALLIAGE D'ALUMINIUM A GRANDE DUCTILITE

DOMAINE TECHNIQUE L'invention concerne le domaine des tôles minces en alliage d'aluminium à grande ductilité, notamment pour réaliser des pièces décoratives telles que par exemple des pièces intérieures de véhicules automobiles.

L'invention concerne plus particulièrement des tôles en alliage d'aluminium de la série AA5xxx dont la composition et le procédé de transformation sont particulièrement adaptés à ce type d'application et présentant une excellente ductilité.

ART ANTERIEUR

Les alliages d'aluminium sont couramment utilisés dans la fabrication de pièces décoratives notamment pour l'industrie automobile mais aussi dans les industries de l'électroménager ou des appareillages médicaux, en concurrence avec le bois, l'acier et les matières plastiques.

Dans le cas de l'industrie automobile, on réalise notamment des éléments intérieurs de finition par exemple pour la console centrale, tels que le tableau de bord, l'habillage du boîtier de vitesses, les poignées de porte, les baguettes décoratives intérieures, les ceintures de caisse et des éléments extérieurs de finition tels que notamment les entourages de vitres, les baguettes latérales de caisse ou portières, les baguettes enjoliveurs de hayon, les enjoliveurs de calandre et les joncs de pare-choc. Ces produits peuvent subir un traitement de surface tel que notamment une anodisation, un vernissage et/ou un laquage. Les produits laminés en alliage d'aluminium AA5005 avec différents états de traitement thermique sont largement utilisées dans les conducteurs, les ustensiles de cuisine, les tableaux de bord, les décorations architecturales, les matériaux de construction, les matériaux intérieurs et extérieurs des véhicules, etc.

La demande de brevet internationale W02014203077 a pour objet un procédé de fabrication d'une bague extérieure de moulage d'un véhicule automobile, notamment telle qu'un châssis de fenêtre ou une moulure de carrosserie, en alliage d'aluminium, par mise en forme et polissage d'une feuille ou bande réalisée par coulée verticale continue d'un tôle d'alliage de haute pureté de la série AA5xxx, homogénéisation-réchauffage de la tôle, laminage à chaud, refroidissement, laminage à froid avec recuit intermédiaire dans un four à passage continu, ou maintien entre la température de solvus et la température de combustion de l'alliage typiquement pendant B s à 5 min., trempe à l'air ou à l'eau, et éventuellement recuit à une température de 100 ° C à 200 ° C. Cette demande concerne également une bague de moulage d'un véhicule automobile fabriquée selon un tel procédé.

Le brevet US4715901 décrit des alliages d'aluminium de type 1XXX et 5XXX comprenant 0,01 à 0,08% de chrome ou de manganèse, de préférence les deux.

Le brevet US3793089 décrit un alliage comprenant de 0,05-0,20% de silicium, 0,15-0,40% de fer, 0,15-0,30% de cuivre, 0,10-0,30% de manganèse, 0, 6-1,0% de magnésium, 0,04- 0,12% de chrome et le reste d'aluminium. Le produit, lorsqu'il est anodisé en couleur intégrale, forme un revêtement anodique ayant une couleur allant de l'or au noir dans une plage d'épaisseur commercialement acceptable.

La demande de brevet CN107805746A décrit un produit laminé en alliage d'aluminium 5005H34, de composition en pourcentage massique : Si inférieur ou égal à 0,2%, Fe inférieur ou égal à 0,55%, Cu inférieur ou égal à 0,15%, Mn inférieur ou égal à 0,2%, Mg 0,75 à 1,0%, Cr inférieur ou égal à 0,1%, Zn inférieur ou égal à 0,2% e Ti, 0,01 à 0,05%.

La demande de brevet CN109266924A décrit un substrat en aluminium pour un panneau anodisé de rideau en aluminium. Les composants chimiques du substrat en aluminium comprennent, en poids, 0,10-0,20% de Si, 0,16-0,30% de Fe, 0,65-0,10% de Cu, 0,7-1, 3% de Mg, 0,01-0,02% de Ti et le reste de Al et impuretés.

La demande de brevet CN109825746 A décrit un matériau de base en aluminium de haute qualité pour certaines parois, ayant une rugosité de surface Ra 0,3-0, 5 [mu] m, Ra 0,3- 0,5 [mu] m, Rz 1,4-2, 4 [mu] m, a stable après avoir été soumis à une oxydation anodique.

La demande de brevet EP2862952 décrit une plaque d'alliage d'aluminium comprenant des éléments péritectiques et du Mg.

Le brevet US3164494 décrit un alliage d'aluminium adapté au brillantage chimique et électrolytique, composé essentiellement de magnésium jusqu'à environ 1,20 %, de cuivre, 0,01 à 0,08 %, de manganèse à 0,03 % max., de fer à 0,01 à 0,12 % et de silicium à 0,01- 08 % ; en pourcentage en poids, le reste en aluminium. L'alliage 5005 est également utilisé dans le domaine des produits plaqués, ce qui n'est pas l'objet de la présente invention. La demande de brevet EP2924136 porte sur un produit architectural de façade, avec une couche centrale en alliage d'aluminium à base AIMg, en particulier la série AA5xxx, et avec au moins une couche de revêtement plaquée sur un côté de la couche centrale contenant 0,03 à 0,06% en poids de silicium (Si), 0,15 à 0,20% en poids de fer (Fe), 008 à 0,12% en poids de cuivre (Cu), 0,08 à 0,12% en poids de manganèse (Mn), 0,85 à 0,95% en poids de magnésium (Mg) et le reste d'aluminium ainsi que les impuretés inévitables dues à la production. De même la demande internationale WO2010144997A1 décrit un produit architectural en aluminium dans lequel une couche plaquée est appliquée sur au moins un côté d'une couche centrale, de préférence, la couche centrale étant en un alliage choisi parmi les alliages de la série AA5XXX avec une teneur en magnésium supérieure à 3% en poids, et la couche plaquée (ou chaque couche plaquée) étant en un alliage choisi parmi les alliages AA5005, AA5205, AA5052, AA5252 et AA5005A. Les alliages 5457, 5557 et 5657 sont connus pour des applications nécessitant un aspect brillant par exemple de ASM Handbook, Volume 2B, Properties and Sélection of Aluminum Alloys, © 2019

Pour réaliser des pièces de plus en plus complexes, il est nécessaire que l'aptitude à la mise en forme des produits soit élevée et notamment leur ductilité. D'autres contraintes viennent cependant s'ajouter à cet objectif : il est important que le produit soit facilement recyclable pour être durable et par ailleurs les propriétés décoratives et de résistance mécanique doivent être au moins aussi bonnes que pour les produits antérieurs. L'aluminium recyclé est en effet faiblement émetteur de gaz à effet de serre en comparaison de l'aluminium obtenu par électrolyse. Pour améliorer l'empreinte carbone des produits en aluminium il est particulièrement utile de limiter l'utilisation de l'aluminium obtenu par électrolyse et de maximiser l'utilisation d'aluminium recyclé.

Le problème que cherche à résoudre la présente invention est ainsi de réaliser des tôles en alliage d'aluminium 5XXX ayant une ductilité améliorée tout en étant recyclables et en ayant des propriétés de qualités de surface et de résistance mécanique suffisantes. EXPOSE DE L'INVENTION

Un premier objet de l'invention est une tôle mince en alliage d'aluminium de composition, en % en poids,

Mg : 0,65 - 0,85, Fe : 0,10- 0,20,

Si : 0,05 - 0,09,

Mn : < 0,03,

Cu : < 0,05,

Cr : < 0,02, Zn : < 0,10,

Ti : < 0,03, autres éléments ou impuretés < 0,05 chacun et < 0,15 total, reste aluminium, dont la microstructure est essentiellement recristallisée.

Un second objet de l'invention est un procédé de fabrication d'une tôle mince selon l'invention dans lequel, successivement,

(a) on coule sous forme de plaque de laminage un alliage d'aluminium de composition, en % en poids,

Mg : 0,65 - 0,85,

Fe : 0,10- 0,20, Si : 0,05 - 0,09,

Mn : < 0,03,

Cu: < 0,05,

Cr : < 0,02,

Zn : < 0,10, Ti : < 0,03, autres éléments ou impuretés < 0,05 chacun et < 0,15 total, reste aluminium

(b) on scalpe la plaque ainsi obtenue,

(c) on réchauffe la plaque ainsi scalpée de préférence à une température entre 480 °C et 500 "C, (d) on lamine à chaud la plaque ainsi réchauffée pour obtenir une tôle ayant une épaisseur comprise entre 3 et 10 mm (e) on refroidit la tôle ainsi obtenue (f) on lamine à froid la tôle ainsi refroidie obtenir une tôle mince d'épaisseur finale

(g) optionnellement on dégraisse et/ou on décape et/ou on brillante la tôle mince ainsi obtenue,

(f) on recuit la tôle mince à une température de 330 °C à 420 °C.

Un autre objet de l'invention est l'utilisation d'une tôle mince selon l'invention pour réaliser une pièce de forme complexe mise en forme dans les trois dimensions de l'espace notamment par emboutissage. FIGURES

[Fig. 1] La Figure 1 représente l'allongement Asoen fonction de la résistance à rupture R _m .

DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION

Sauf mention contraire, toutes les indications concernant la composition chimique des alliages sont exprimées comme un pourcentage en poids basé sur le poids total de l'alliage. L'expression 1,4 Cu signifie que la teneur en cuivre exprimée en % en poids est multipliée par 1,4. La désignation des alliages se fait en conformité avec les règlements de The Aluminium Association, connus de l'homme du métier.

Les caractéristiques mécaniques statiques en traction, en d'autres termes la résistance à la rupture Rm, la limite d'élasticité conventionnelle à 0,2% d'allongement Rpo _, 2, et l'allongement à la rupture A%, sont déterminés par un essai de traction selon la norme NF EN ISO 6892-1. L'allongement (A%) à la rupture a été mesuré à l'aide d'un extensomètre de base 50 mm et est noté A50.

Sauf mention contraire, les définitions de la norme EN 12258 (2012) s'appliquent. Une tôle mince est un produit laminé de section transversale rectangulaire dont l'épaisseur uniforme est comprise entre 0,20 mm et 6 mm. Dans le cadre de l'invention, une tôle mince n'est pas une tôle plaquée.

La demanderesse a constaté que de manière surprenante il est possible de d'obtenir des tôles minces en alliage d'aluminium 5XXX ayant une aptitude à la mise en forme améliorée tout en étant recyclables et en ayant des propriétés de qualités de surface et de résistance mécanique suffisantes, grâce à une sélection étroite de la composition et un procédé de fabrication adapté. Les tôles minces selon l'invention ont pour composition, en % en poids, Mg : 0,65 - 0,85, Fe : 0,10 - 0,20, Si : 0,05 - 0,09, Mn : < 0,03, Cu : < 0,05, Cr : < 0,02, Zn : < 0,10, Ti : < 0,03, autres éléments ou impuretés < 0,05 chacun et < 0,15 total, reste aluminium.

Il est généralement admis que diminuer la teneur en fer de ce type de produit permet d'améliorer leur ductilité ce qui permet notamment d'améliorer leurs propriétés d'aptitude à la mise en forme. Ainsi dans des alliages tels que les alliages AA5395, AA5405 ou encore AA5605 la teneur maximale en fer est respectivement de 0,08, 0,04 ou même 0,008 % en poids. De même dans les alliages AA5457, AA5557 et AA5657 la teneur maximale en fer est respectivement de 0,10, 0,12 et 0,10 % en poids. Cependant les présents inventeurs n'ont pas souhaité recourir à une solution de ce type car la recyclabilité des alliages en aurait été amoindrie. Ainsi le fer est l'une des impuretés les plus fréquentes dans les chutes et déchets en alliage d'aluminium et l'augmentation de la teneur en fer d'un produit limite les possibilités de recyclage. La teneur minimale en fer est dès lors de 0,10 % en poids et de préférence de 0,12 % en poids ou même 0,14 % en poids. La teneur maximale en fer permettant d'atteindre les propriétés mécaniques souhaitées est de 0,20 % en poids et de préférence 0,18 % en poids. De même et dans une moindre mesure la teneur minimale en silicium de 0,05 % en poids et de préférence de 0,06 % en poids permet de ne pas limiter les possibilités de recyclage. Les présents inventeurs ont constaté que, de manière surprenante, il est possible d'améliorer l'aptitude à la mise en forme des produits ayant une teneur en fer d'au moins 0,10 en poids et une teneur en silicium d'au moins 0,05 % en poids en sélectionnant la composition des éléments Si, Cr, Mn et Ti. De préférence le rapport Fe/Si est au moins égal à 1,9, de préférence au moins égal à 1,95, de manière préférée au moins égal à 2,0 et préférentiellement au moins égal à 2,2. Les présents inventeurs pensent que le rapport Fe/Si influence notamment la taille des phases intermétalliques formées lors de la coulée, un rapport élevé permettant d'obtenir des phases intermétalliques plus fines et plus favorables à la mise en forme. Ainsi la teneur maximale en silicium des produits selon l'invention est de 0,09 % en poids et de préférence de 0,08 % en poids, la teneur maximale en chrome est de 0,02 % en poids et de préférence de 0,01 % en poids, la teneur maximale en manganèse est de 0,03 % en poids et de préférence de 0,02 % en poids et la teneur maximale en titane est de 0,03 % en poids et de préférence de 0,02 % en poids. Dans un mode de réalisation avantageux la somme des teneurs Cr + Mn + Ti est au plus de 0,06 % en poids et de préférence au plus de 0,04 % en poids. Dans un autre mode de réalisation avantageux la somme des teneurs Fe + Si + Mn est au moins de 0,22% en poids ou même d'au moins 0,24 % en poids. Dans encore un autre mode de réalisation avantageux la somme des teneurs Fe + Si est au moins de 0,20% en poids, de préférence au moins 0,21 % en poids ou même d'au moins 0,23 % en poids. Les présents inventeurs pensent que les propriétés avantageuses obtenues pourraient notamment être liées à la faible fraction volumique de composés intermétalliques contenant du fer se formant avec la composition selon l'invention.

La teneur en Mg des produits selon l'invention est de 0,65 % en poids à 0,85 % en poids ce qui permet notamment d'obtenir des caractéristiques mécaniques suffisantes, telles que la résistance à rupture R _m tout en évitant les défauts de surface tels que les défauts connus sous le nom de bande de Lüders ou instabilités de Portevin-Le Chatelier. Avantageusement la teneur en Mg des produits selon l'invention est au moins de 0,69% en poids. Avantageusement la teneur en Mg des produits selon l'invention est au plus de 0,83 % en poids. Dans un mode de réalisation de l'invention dans lequel la ductilité est favorisée, la teneur en Mg des produits selon l'invention est de 0,65 % en poids à 0,78 % en poids et de préférence de 0,68 % en poids à 0,75 % en poids. Dans un mode de réalisation de l'invention dans lequel la résistance mécanique est favorisée, la teneur en Mg des produits selon l'invention est de 0,72 % en poids à 0,82 % en poids et de préférence de 0,76 % en poids à 0,83 % en poids.

La teneur en Cu des produits selon l'invention doit également être contrôlée pour obtenir les propriétés mécaniques souhaitées et également pour ne pas obtenir un aspect de surface indésirable après mise en forme et traitement de surface. Ainsi la teneur maximale en Cu est de 0,05 % en poids et de préférence 0,03 % en poids. Lorsque la teneur en Cu est supérieure à 0,05 % en poids un aspect jaunâtre risque d'être obtenu sur les pièces finies, mises en forme et prêtes à l'emploi, ce qui nuit à l'aspect décoratif.

Les autres éléments ou impuretés ont une teneur inférieure à 0,05 % en poids chacun et inférieure à 0,15 % en poids au total. De préférence ils ont une teneur inférieure à 0,03 % en poids chacun et < 0,10 % en poids au total. Il s'agit d'éléments présents dans le métal d'électrolyse ou de recyclage utilisé pour préparer l'alliage et n'étant pas ajoutés individuellement de façon volontaire. Les produits selon l'invention ont une microstructure essentiellement recristallisée. Par essentiellement recristallisée il est entendu que plus de 85%, préférentiellement plus de 90 % et plus préférentiellement plus de 95 % de la microstructure est recristallisée.

La structure essentiellement recristallisée est obtenue par la combinaison de la composition, notamment le contrôle des teneurs en Mn, Cr et Ti, et du procédé de fabrication.

Le procédé de fabrication des produits selon l'invention comprend la coulée d'un alliage de composition selon l'invention sous forme de plaque de laminage, le réchauffage de la plaque, le laminage à chaud, le laminage à froid et le recuit. Après la coulée d'un alliage de composition selon l'invention sous la forme de plaque de laminage, celle-ci est scalpée puis réchauffée, de préférence à une température comprise entre 480 °C et 500 °C. La plaque est alors laminée à chaud pour obtenir une tôle ayant une épaisseur comprise entre B et 10 mm, refroidie puis laminée à froid jusqu'à l'épaisseur finale de la tôle mince. La tôle mince ainsi obtenue peut ensuite optionnellement être dégraissée et/ou décapée et/ou brillantée puis elle est recuite, typiquement dans un four batch, à une température de 330 à 420°C et préférentiellement de 350 à 400 °C. La température de recuit selon l'invention permet notamment d'obtenir la microstructure recristallisée selon l'invention, tout en atteignant une homogénéité satisfaisante dans la bobine et en évitant l'oxydation et la perte de brillance. Le brillantage peut être effectué notamment par laminage avec des cylindres de faible rugosité et/ou par tout autre procédé de traitement de surface approprié tel que les procédés chimiques ou électrochimiques.

De manière préférée, la tôle mince selon l'invention a une épaisseur comprise entre 0,35 et 1,5 mm et de manière plus préférée entre 0,4 et 1 mm. Les propriétés mécaniques des tôles selon l'invention sont avantageuses.

Les tôles minces selon l'invention présentent avantageusement dans la direction travers- long TL une résistance à rupture Rm d'au moins 100 MPa et de préférence d'au moins 110 MPa et un allongement A50 d'au moins 28% et de préférence d'au moins 30 %. Les tôles minces selon l'invention présentent dans la direction travers-long TL une limite d'élasticité R po, 2 d'au moins 45 MPa et de préférence d'au moins 50 MPa et un allongement A50 d'au moins 28% et de préférence d'au moins 30 %. Les tôles minces selon l'invention sont notamment utilisées pour réaliser des pièces de forme complexe mises en forme dans les trois dimensions de l'espace notamment par emboutissage. Les tôles minces selon l'invention sont aptes à subir tout traitement de surface décoratif avant ou après leur mise en forme tel que notamment l'anodisation, le vernissage ou le laquage.

Les tôles minces selon l'invention ainsi mises en forme sont avantageusement utilisées comme pièce décorative intérieure ou extérieure d'un véhicule automobile ou d'un appareil électroménager ou d'un appareillage médical. De façon préférée, les tôles minces selon l'invention sont utilisées pour réaliser des pièces décoratives de véhicule automobile telles que des éléments intérieurs de finition choisis parmi la console centrale, telle que le tableau de bord, l'habillage du boîtier de vitesses, les poignées de porte, les baguettes décoratives intérieures, les ceintures de caisse et/ou des éléments extérieurs de finition choisis parmi les entourages de vitres, les baguettes latérales de caisse ou portières, les baguettes enjoliveurs de hayon, les enjoliveurs de calandre et les joncs de pare-choc.

EXEMPLE

Dans cet exemple, on a coulé des plaques de laminage d'épaisseur 428 mm, en alliage d'aluminium dont la composition en % en poids est donnée dans le Tableau 1. Les alliages B et C ont une composition selon l'invention.

Tableau 1] Les plaques ont été scalpées, réchauffées à une température d'environ 490 °C puis laminées à chaud jusqu'à une épaisseur de 6,5 mm puis laminées à froid jusqu'à une épaisseur de 0,76 mm. Les tôles minces ainsi obtenues ont été recuites à 380 °C. La microstructure des tôles minces après le recuit était entièrement recristallisée. Les propriétés mécaniques ont été déterminées dans la direction LT. Les propriétés mécaniques et l'aspect de surface après mise en forme et traitement de surface des produits obtenus sont présentés dans le Tableau 2.

Tableau 2]

La Figure 1 représente l'allongement Asoen fonction de la résistance à rupture R _m . Les tôles minces B et C selon l'invention présentent un compromis de propriétés particulièrement avantageux.