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Tôle en alliage Al-Si-Mg pour peau de carrosserie automobile
Domaine de l'invention
L'invention concerne le domaine des tôles en alliage Al-Si-Mg, plus
particulièrement
en alliage de type 6016 selon la désignation de l'Aluminum Association,
destinées à
la fabrication par emboutissage de pièces de peau de carrosserie de voitures,
telles
1o que des ailes, des portes, des hayons, des capots ou des toits.
Etat de la technique
L' aluminium est utilisé de manière croissante dans la construction automobile
pour
réduire le poids des véhicules et ainsi réduire la consommation de carburant
et les
rejets de polluants et de gaz à effets de serre. Les tôles sont utilisées
notamment pour
la fabrication de pièces de peau de carrosserie, notamment les ouvrants. Ce
ïype
d'application requiert un ensemble de propriétés, parfois antagonistes telles
que
- une formabilité élevée pour les opérations d'emboutissage et de sertissage,
- une limite d'élasticité contrôlée à l'état de livraison de la tôle pour
maîtriser le
retour élastique,
- une résistance mécanique élevée après cuisson des peintures poux obtenir une
bonne résistance à l'indentation tout en minimisant le poids de la pièce,
- une bonne résistance à la corrosion, notamment la corrosion filiforme, de la
pièce
peinte,
- une bonne qualité de surface après mise en forme et peinture,
- un bon comportement dans les divers procédés d'assemblage utilisës en
carrosserie automobile tels que le soudage par points, le soudage laser, le
collage,
le clinchage ou le rivetage,
- une compatibilité avec les exigences du recyclage des déchets de fabrication
ou
des véhicules recyclës, ,
- un coût acceptable pour une production en grande série.
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Ces exigences ont conduit au choix des alliages Al-Mg-Si, c'est-à-dire les
alliages de
la série 6000. En Europe, les alliages 6016 et 6016A, à des épaisseurs de
l'ordre de 1
à 1,2 mm, sont les plus utilisés pour cette application, car ils conduisent à
un meilleur
compromis entre les diverses propriétés requises, en assurant notamment une
meilleure formabilité, en particulier pour le sertissage, et une meilleure
résistance à
la corrosion filiforme que les alliages à teneur en cuivre plus élevée tels
que le 6111
largement utilisé aux Etats-Unis. Des alliages de type 6016 sont décrits
notamment
dans les brevets FR 2360684 d'Alusuisse et EP 0259232 de la demanderesse,
tandis
que des alliages du type 6111 sont décrits au brevet US 4,614,552 d'Alcan
1 o International Ltd. On connaît également des alliages à basse teneur en fer
(< 0,2%)
tels que ceux décrits aux brevets US 5,525,169 et US 5,919,323 d'Alcoa, et un
alliage de ce type a été enregistré comme 6022 Les compositions (% en poids
des
éléments principaux) des alliages 6016, 6016A, 6022 et 6111 enregistrées à
l'Aluminum Association sont indiquées au tableau I
Tableau I
Alliage Si Fe Mg Cu Mn
6016 1,0 -1,5 < 0,5 0,25 - < 0,2 < 0,2
0,6
6016A 0,9 - < 0,5 0,2 - 0,6 < 0,25 < 0,2
I,5
6022 0,8 -1,5 0,05 - 0,45 - 0,01- 0,110,02 -
0,2 0,7 0,10
6I I I 0,5 -1,0 < 0,4 0,5 -1,0 0,5 - 0,9 < 0,4
Cependant, la résistance mécanique du 6016 après cuisson des peintures, et
donc la
résistance à l'indentation, reste nettement inférieure à celle du 6111, et ce
d'autant
plus que la température de cuisson tend à décroître, de sorte que le
durcissement au
revenu est moins efficace. Pour cette raison, les constructeurs automobiles
sont
demandeurs d'une résistance mécanique plus élevée après peinture.
Dans ce but, la demanderesse a développé de nouvelles variantes du 6016, en
particulier une variante « DR120 » conduisant à une limite d'élasticité à
l'état T4 de
l'ordre de 120 MPa. Ces développements ont fait l'objet de publications,
notamment
des articles de R. Shahani et al. « Optimised 6xxx aluminium alloy sheet for
autobody outer panels » Automotive Alloys 1999, Proceedings of the TMS Annuel
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Meeting Symposium, 2000, pp. 193-203, et de D. Daniel et al. « Development of
6xxx Alloy Aluminum Sheet fox Autobody Outer Panels : Bake Hardening,
Formability and Trimming Performance » IBEC'99 - International Body
Engineering Conference, Detroit, 1999, SAE Technical Paper N° 1999-
O1-3195.
De son côté, Alcan a proposë une nouvelle variante du 6111, dénommée 6111-T4P,
conduisant à une limite d'élasticité après cuisson de peinture améliorée
(typiquement
270 à 280 MPa) sans réduction de la formabilitë à l'état T4. Ce produit a été
décrit
notamment dans l'article de A.I~. Gupta et al. « The Properties and
Characteristics of
Two New Aluminum Automotive Closure Panel Materials », SAE Technical Paper
l0 960164, 1996. L'article mentionne également un nouvel alliage, dénommë
provisoirement 61XX-T4P, dont la composition n'est pas divulguée, conduisant,
par
rapport au 6111-T4 conventionnel, à une limite d'élasticité plus faible à
l'état T4 et
une réponse à la cuisson des peintures similaire.
Ces nouveaux développements incluent tous un traitement thermique optimisé de
type prérevenu, effectué après la trempe pour améliorer le durcissement à la
cuisson
des peintures. En effet, en l'absence d'un tel traitement, Ia cinétique de
durcissement
à la cuisson diminue avec le temps d'attente à température ambiante entre la
trempe
et la cuisson, et une attente de plusieurs semaines est pratiquement
inévitable en
production industrielle. Ce phënomène est connu depuis longtemps, et a été
décrit
2o par exemple dans l'article de M. Renouard et R. Meillat : « Le prërevenu
des alliages
aluminium-magnésium-silicium » Mémoires Scientifiques de la Revue de
Métallurgie, dëcembre 1960, pp. 930-942.
Pour éviter l'effet défavorable de l'attente, il est nécessaire, soit
d'effectuer un
prérevenu à l'aide d'une trempe ëtagée ou d'un traitement thermique juste
après la
trempe, soit de stocker le mëtal en congélateur, ce qui n' est guère commode
pour Ia
carrosserie automobile, soit de réaliser un traitement de réversion.
La température et la durée du prérevenu pour les alliages 6000 sont décrits
par
exemple dans l'article de R. Develay « Traitements thermiques des alliages
d'aluminium », Techniques de I'Ingënieur, section M 1290, 1986, dans l'article
de
3o D.W. Pashley et al. « Delayed ageing in aluminium-magnesium'silicon alloys
: effect
on structure and mechanical propperties », Journal of the Institute of Metals,
n° 94,
1966, pp. 41-49, ou dans le brevet EP 0480402 (Sumitomo Light Metal). Le
brevet
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FR 1243877 (Cegedur) décrit par ailleurs un four continu apte à effectuer un
prérevenu.
Compte tenu du développement de l'utilisation des tôles en alliage d'aluminium
pour
peau de carrosserie de voitures de grande série, il existe toujours une
demande de
nuances encore améliorées permettant de réduire les épaisseurs sans altérer
les autres
propriétés. La réduction des ëpaisseurs est le plus souvent limitëe par
l'insuffisance
de rigidité de 1a pièce formée, cette limite se situant à l'épaisseur de la
pièce
équivalente en acier multipliée par 1,4. Les tôles doivent donc permettre
d'obtenir
sur la piëce formée après cuisson de peinture une résistance à l'indentation
au moins
lo égale à celle des pièces en acier avec un rapport d'épaisseur
aluminium/acier de I,4,
tout en ayant une bonne aptitude à l'emboutissage et au sertissage.
Objet de l'invention
Le but de la présente invention est de fournir des tôles en alliage de type
6016 pour
peau de carrosserie automobile présentant une composition adaptée au
recyclage, une
formabilité suffisante pour emboutissage profond et sertissage en conditions
sévères,
une rësistance à l'indentation améliorée par rapport aux tôles de l'art
antérieur de
type 6016, tout en maitrisant le retour élastique, une bonne aptitude au
collage, une
2o découpe sans formation de paillettes, et une bonne résistance à la
corrosion filiforme.
L'invention a pour objet une tôle pour pièce de peau de carrosserie de
voiture,
d'épaisseur comprise entre 0,8 et 1,2 rnm, de composition (% en poids)
Fe : 0,25 - 0,40 et de préférence : 0,25 - 0,35
Si : 0,90 -1,20 « « 0,95 -1,10
Cu : 0,10 - 0,25 « « 0,15 - 0,20
Mg : 0,35 - 0,50 « « 0,40 - 0,50
Mn : 0,05 - 0,20 « « 0,08 - 0,15
autres éléments < 0,05 chacun et < 0,15 au total, reste aluminium,
présentant après mise en solution, trempe, pré-revenu ou réversion, et
maturation à
température ambiante comprise entre 3 semaines et 6 mois, une limite
d'élasticité
sens L Ro,2 inférieure à 160 MPa, et de préférence à I50 MPa. La limite
d'élasticité
de la pièce emboutie après un traitement thermique correspondant à la cuisson
des
peintures est supérieure à 180 MPa, et de préférence à 200 MPa.
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Description de l'invention
L'invention repose sur un domaine de composition étroit à l'intérieur de la
5 composition du 6016A enregistrée à l'Aluminum Association, permettant
d'obtenir
l'ensemble des propriétés recherchées.
La teneur en silicium est dans la partie basse de Ia fourchette de teneur du
6016A,
alors que la teneur en magnésium reste au centre de la fourchette. Cet
abaissement de
la teneur en silicium contribue à une mise en solution plus complète de
l'alliage,
lo favorable à la formabilité. La teneur en fer reste au dessus de 0,25%, ce
qui autorise,
contrairement aux nuances à bas fer comme le 6022, l'utilisation de métal de
recyclage, et se révèle plutôt favorable à l'aspect de surface après
emboutissage.
La teneur en cuivre est contrôlée dans des limites très étroites : une teneur
d'au
moins 0,1 %, un peu plus importante que celle des nuances existantes de 6016
ou de
6022, contribue à la résistance mëcanique, mais au dessus de 0,25% l'alliage
présente un risque de corrosion filiforme. L'alliage doit contenir au moins
0,05% de
manganèse, de chrome, de vanadium ou de zirconium pour contrôler la grosseur
du
grain, et éviter l'apparition de peau d'orange lors de déformations sévères,
comme
par exemple le sertissage utilisé pour les capots. Inversement, une teneur
totale de
2o ces éléments supérieure à 0,20% est défavorable à la formabilité.
Le procédé de fabrication des tôles selon l'invention comporte typiquement Ia
coulée
d'une plaque, éventuellement le scalpage de cette plaque, et son
homogénéisation ou
un simple réchauffage à une température comprise entre 400 et 570°C
d'une durée
entre 6 et 24 h. Le laminage à chaud se fait de préférence à une température
d' entrée
supérieure à 510°C, ce qui contribue à améliorer la résistance
mëcanique par rapport
à une température d'entrée plus faible. La température de bobinage de la bande
laminée à chaud doit être inférieure à 350°C, et de préférence à
300°C, pour garantir
les caractëristiques mécaniques et pour éviter le défaut de lignage. La bande
laminée
à chaud est ensuite Iaminëe à froid jusqu'à l'épaisseur finale, avec
éventuellement un
3o recuit intermëdiaire à une température comprise entre 300 et 450°C
s'il est effectuë
en four batch, ou entre 350 et 570°C s'il est effectué en continu. La
dernière passe de
laminage à froid peut être effectuée avec un cylindre texturé, par exemple par
traitement par faisceau d'électrons (EBT), par électro-érosion (EDT) ou par
faisceau
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laser, ce qui améliore la formabilité et l'aspect de surface de la pièce
formée après
peinture.
Il est également possible d'utiliser des bandes obtenues directement par
coulée
continue, soit entre deux cylindres, soit entre deux courroies, et d'effectuer
le
laminage à froid et les opérations ultérieures dans les mêmes conditions.
La mise en solution se faït à une température au-delà de la température de
solvus de
l'âlliage, tout en évitant la brûlure. La composition selon l'invention permet
d'effectuer une mise en solution très complète, se traduisant par une quasi
absence de
phases de type silicium dans la microstructure et par une très faible aire de
pic, de
1o moins de 1 J/g, dans le domaine 565-580°C d'un diagramme d'analyse
enthalpique
différentielle, l'essai étant effectué avec une vitesse de montée en
température de
20°C/mn.
La tôle mise en solution est ensuite trempée, généralement à l'eau froide ou à
l'air.
La trempe peut être suivie immédiatement d'un traitement thermique de type pré
is revenu tel que décrit dans l'art antérieur mentionné ci-dessus, destiné à
améliorer les
performances du durcissement lors de la cuisson des peintures.
Le pré-revenu n' est pas nécessairement isotherme et sa durée dépend de la
température. Pour en tenir compte, on peut définir un temps équivalent teq par
la
formule
f exp(-6000 / T)dt
2o t(eq) = exp(-6000 l T
ref )
où T (en °I~) est la température et t la durée du pré-revenu,
T,.efétant une température
de référence de 373°I~, soit 100°C. Il est connu que le pré-
revenu, pour être efficace,
doit s'effectuer à une température supérieure à 50°C avec un temps
équivalent
compris entre 0,3 et 20 h. Si le temps équivalent est insuffisant, la
cinétique de
25 durcissement à la cuisson des peintures diminue avec le temps d'attente à
température ambiante. Si, au contraire, le temps équivalent est trop élevé,
les
caractéristiques mécaniques augmentent trop au pré-revenu, et la formabilité
de la
tôle se dégrade. Pour les alliages de type 6016, un temps équivalent de 1 à 10
h, et de
préférence 3 à 6 h, est bien adapté.
3o La tôle est le plus souvent stockée à ce stade pendant un temps plus ou
moins long,
ce qui conduit à une maturation naturelle qui fait augmenter la limite
d'élasticité au
fil du temps. Après 3 semaines de maturation, les tôles selon l'invention
présentent, à
I
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une épaisseur de l'ordre de 0,9 à 1 mm, une limite d'élasticité sens L de
l'ordre de
130 MPa, plus élevée que toutes les variantes de 6016, y compris les nuances à
haute
résistance DRI00 et DR120 décrites dans l'article de R. Shahani et al.
mentionnë
plus haut, et à peine plus faible que celle du 6022. Après 6 mois de
maturation, cette
limite élastique reste en dessous de I60 MPa, voire 150 MPa, contrairement aux
alliages 6022 ou 6111. Cette particularité permet de contrôler le retour
élastique lors
de Ia mise en forme, qui devient de plus en plus difficile à prévoir lorsqu'on
diminue
les épaisseurs et qu'on augmente la limite d'élasticité, ce qui oblige à un
grand
nombre d'itérations dans la mise au point des outillages d'emboutissage. La
tôle peut
lo être, avant mise en forme, revêtue d'un lubrifiant, huile ou lubrifiant
sec, adapté à
l'emboutissage, l'assemblage et le traitement de surface de la pièce à
réaliser.
Les tôles selon l'invention présentent une formabilité, mesurëe par le
paramëtre
LDHo (« limiting dome height » en déformation plane), meilleure que celle des
alliages 6111 et 6022, et aussi bonne que les nuances 6016 à haute rësistance
Le paramètre LDH est largement utilisé pour l'évaluation de
.1'emboutissabilité des
tôles d'épaisseur 0,5 à 2 mm. Il a fait l'objet de nombreuses publications,
notamment
celle de R. Thompson, "The LDH test to evaluate sheet metal formabiblity -
Final
Report of the LDH Committee of the North American Deep DraWing Research
Group", SAE conference, Detroit, 1993, SAE Paper n° 930815.
L'essai LDH est un essai d'emboutissage à flan bloqué en périphérie par un
jonc. La
pression de serre-flan est contrôlée poux ëviter un glissement dans le jonc..
Le flan,
de taille 120 x 160 mm, est sollicité dans un mode proche de la déformation
plane.
La lubrification entre le poinçon et Ia tôle est assurée par un film plastique
et de la
graisse (graisse Shell HDM2). La vitesse de descente du poinçon est de 50
mm/mn.
La valeur LDH est le déplacement du poinçon à rupture, soit la profondeur
limite de
l'emboutissage. On établit Ia moyenne entre trois essais, donnant un
intervalle de
confiance à 95% sur la mesure de ~ 0,2 mm.
Les tôles selon l'invention présentent une aptitude au sertissage meilleure
que celle
des tôles en alliage 6111 ou 6022 et aussi bonne que les tôles en alliage 6016
à haute
3o résistance de l'art antérieur. Cette aptitude au sertissage est évaluée par
un essai de
laboratoire comportant un tombage à 90°, un pré-sertissage à 45°
et un sertissage
final à plat.
Les tôles selon l'invention présentent également une anisotropie de
déformation très
faible, qu'on peut mesurer par la différence entre le LDH pour une déformation
principale parallèle au sens de laminage, et une déformation principale
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perpendiculaire au sens de laminage. Cette différence est inférieure à 1 mm,
et de
préférence à 0,6 mm.
La piëce de peau de carrosserie est généralement réalisée par découpe d'un
flan dans
la tôle, emboutissage de ce flan et détourage à la presse. Lors de
l'emboutissage, il
faut éviter l'apparition de lignage (« roping » ou « ridging » en anglais),
qui est
néfaste pour l'aspect après peinture, et peut diminuer la formabilité,
notamment en
cas de forte déformation dans le sens perpendiculaire au sens de laminage.
Différents
moyens ont été proposés dans ce sens, par exemple le contrôle de la
température de
sortie de laminage à chaud entre 270 et 340°C, comme indiqué dans le
brevet EP
1o 0259232 de la demanderesse. On doit également éviter l'apparition à
l'emboutissage
de « peau d'orange », qui contribue à un défaut d'aspect visible après
peinture. Il faut
pour cela maintenir une taille de grain de préfërence en dessous de 50 qm, ce
qui
peut être obtenu par la présence dans l'alliage d'une quantité suffisante de
manganèse, ou d'autres éléments jouant un rôle similaire tels que Ie chrome,
le
vanadium ou le zirconium, par un contrôle de la température et de la durée de
la mise
en solution et par une réduction suffisante, typiquement d'au moins 30%, par
laminage à froid. Pour certaines pièces comme les capots, les bords du flan
embouti
sont tombés à 90° et on insère un embouti de doublure sur lequel on
effectue un pré-
sertissage, puis un sertissage final à plat.
2o II est également nécessaire d'éviter la formation de paillettes (« slivers
») lors des
opérations de découpe des flans et de détourage après emboutissage, ces
paillettes
pouvant créer ensuite des défauts d'aspect nécessitant des retouches
manuelles. La
conception de l'outillage de découpe est importante à cet égard, et des
recommandations ont été émises dans l'article de D. Daniel et al. cité plus
haut.
Après emboutissage et éventuellement sertissage, la piëce est recouverte d'une
ou
plusieurs couches de peinture, avec pour chacune une étape de cuisson. L'étape
critique est la cuisson de la couche de cataphorëse, qui se fait généralement
à une
température comprise entre 150 et 200°C, pendant 15 à 30 mn. En
l'absence de
cataphorèse, la température de cuisson dépasse rarement 170°C. La
cuisson des
peintures joue le rôle d'un traitement de revenu de la pièce. La limite
d'élasticité de
la pièce réalisée avec une tôle selon l'invention, avec une cuisson de 20 mn à
165°C,
est supérieure à 180 MPa, et le plus souvent à 200 MPa. On obtient ainsi, avec
une
pièce réalisée à partir d'une tôle d'épaisseur 0,9 mm, une résistance à
l'indentation
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dynamique comparable à celle d'une pièce réalisée à partir d'une tôle d'acier
de
carrosserie typique de limite d'élasticité de Tordre de 250 à 300 MPa et
d'épaisseur
0,7 mm, ce qui n'est pas le cas pour les autres nuances de 6016.
Les tôles selon l'invention permettent de réaliser les différentes opérations
couramment utilisées pour la fabrication des pièces de peau de carrosserie de
voiture,
telles que le sertissage, le clinchage, le rivetage, le soudage par point, Ie
soudage
laser et le collage. En particulier, il est possible de réaliser le collage de
joints sertis,
utilisé notamment dans la fabrication des capots, sans appliquer au préalable
sur les
surfaces un traitement chimique tel qu'une conversion chimique ou une
passivation,
par exemple à l'aide de composës phospho-chromiques, ou de produits à base de
titane, de zirconium ou de silanes.
Les pièces réalisées à partir de tôles selon l'invention présentent également
après
peinture une bonne résistance à la corrosion filiforme, meilleure que celle
des
alliages à haut cuivre comme Ie 6111.
Pour des raisons économiques, il peut être intëressant d'associer sur un même
véhicule des structures en acier et des pièces de peau en aluminium, par
exemple
pour des ailes, des pavillons ou des ouvrants. Dans Ie cas d'un tel
assemblage, la
difficulté majeure réside dans Ia gestion des différences de dilatation
thermique entre
les deux matériaux lors de la cuisson des peintures, notamment lors de la
cuisson de
2o cataphorèse qui s'effectue généralement entre 160 et 200°C. En
effet, il est
indispensable de limiter les déformations résiduelles après cuisson à un
niveau
acceptable pour l'aspect du véhicule.
Indépendamment de la géométrie des pièces et du mode d'assemblage choisi, les
tôles selon l'invention permettent de limiter ces déformations. En effet, la
demanderesse a mis en évidence qu'une limite d'élasticité élevée à la
température de
cuisson, par exemple supérieure à 140 MPa à une température de 160°C
pour
l'alliage selon l'invention, avait un effet favorable sur Ie niveau de
déformation, si
l'assemblage est réalisé après la cuisson, dont i1 est préférable de limiter
la
température.
3o D'autres facteurs peuvent également limiter les déformations, par exemple
la
présence de nervures destinées à raidir le panneau en aluminium, ou
l'espacement
des points d'assemblage. On peut aussi utiliser un assemblage avec liaison
continue
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comme le collage, avec une polymérisation au moins partielle de la colle avant
la
cuisson, ou un soudage laser par transparence.
Exemples
5
Exemple 1
On a coulé en plaques d'épaisseur 500 mm les 8 alliages A à I dont la
composition
(% en poids) est indiquée au tableau 1
Tableau 1
Alliage Si Fe Cu Mn Mg
A 1,15 0,31 0,07 0,10 0,41
B 1,0 0,29 0,09 0,11 0,33
C 0,58 0,26 0,79 0,10 0,73
D 0,58 0,26 0,79 0,10 0,73
E 1,22 0,13 0,07 0,08 0,56
F 1,0 0,30 0,35 0,15 0,45
G 1,0 0,30 O,I8 0,30 0,45
H 1,0 0,30 0,18 0,05 0,45
I 1,0 0,30 0,18 0,15 0,45
La composition A représente un 6016 classique, B correspond à celle de la
nuance
DR100 de la demanderesse décrite dans les articles mentionnés plus haut, C et
D
correspondent à un alliage 6111, E à un alliage 6022. F, G, H et I ont des
compositions voisines, différant soit par Cu (F), soit par Mn (G et H) de la
composition I selon l'invention.
Les plaques ont été scalpées, homogénéisées 10 h à 570°C, puis laminées
à chaud
directement sur chaleur d'homogénéisation, d'abord sur un laminoir réversible,
puis
sur un laminoir tandem. La température de début de laminage était de l'ordre
de
540°C, la température de bobinage de la bande à chaud de l'ordre de
310°C.
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II
La bande laminëe à chaud jusqu'à 3 mm est ensuite laminée à froid jusqu'à
l'épaisseur finale de 1 mm. On a effectué un recuit intermédiaire à
l'épaisseur 2,5
mm, soit un recuit « batch » en bobine, avec une montëe à 350°C en 10
h, une attente
de 2 h et un refroidissement lent, soit un recuit « flash » en four continu,
avec une
montée à 400°C en une minute environ et refroidissement immédiat. Des
échantillons prélevés dans les bandes sont mis en solution à une température
de
570°C pendant moins d'une minute, puis trempés à l'eau froide. IJn
traitement
complémentaire de 2 h à 100°C en bain d'huile immédiatement après la
trempe, pour
simuler un pré-revenu industriel, est appliquë aux échantillons en alliage B,
D, F, G,
Io HetI.
On a mesuré la limite d'élasticité Ro,2 sens L (en MPa) après respectivement 3
semaines et 6 mois de maturation à la température ambiante, puis après un
traitement
de revenu de 30 mn à 165°C ou à 185°C, simulant le traitement de
cuisson des
peintures. On a mesuré également Ia formabilité à l'aide du paramètre LDH (en
mm),
la déformation principale étant respectivement parallèle et perpendiculaire au
sens de
laminage. Les résultats sont indiqués au tableau 2
Tableau 2
A B C D E F G H I
Recuitbatch batch batch batch Batchflash flash flash flash
Inter.
Ro,2 121 101 140 139 158 129 123 125 124
3 sem.
Ro,~ 133 112 152 156 173 144 138 142 145
6 mois
Ro,2 135 157 160 221 163 194 187 .189 191
165C
Ro,z 159 186 190 258 190 228 222 225 225
I85C
LDH 27,4 29,0 25,4 26,1 25,9 27,2 25,9 27,5 28,3
//
LDH1 27,4 28,4 25,6 27,0 25,7 25,3 26,3 26,9 28,2
CA 02471501 2004-06-21
WO 03/066919 PCT/FR03/00318
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On constate que l'échantillon I selon l'invention présente, après maturation
de 3
semaines, une limite d'élasticité du même ordre que celle du 6016 classique
(échantillon A), et nettement inférieure à celle des alliages 6111 (C et D) et
6022 (E).
Après 6 mois de maturation, le positionnement de la limite élastique de
l'échantillon
I par rapport aux échantillons des autres alliages n'a pas changé.
La formabilitë, mesurée par le paramètre LDH, est pratiquement aussi bonne que
celle du meilleur alliage, c'est-à-dire le DR100. De plus, les valeurs
mesurées du
LDH dans le sens du laminage et dans le sens perpendiculaire au laminage sont
pratiquement identiques, ce qui n'est pas toujours le cas pour les autres
échantillons,
lo ce qui permet d'assurer une bonne isotropie au formage.
Inversement, la limite d'élasticité de l'échantillon I après cuisson des
peintures
lorsqu'on a pratiqué un pré-revenu est élevée, nettement supérieure à celle
des
alliages 6016 et DR100, du même ordre que celle de l'alliage F plus chargé en
cuivre, et se situant entre celles des deux nuances de 6111, ce qui assure une
résistance élevëe à l'indentation de la pièce finie.
On a évalué également, sur des tôles d'épaisseur 1 mm, le comportement au
sertissage, dans le sens parallèle au laminage et dans le sens
perpendiculaire, la
résistance à la corrosion filiforme après phosphatation, cataphorèse et
peinture, ainsi
que l'apparition ou non de paillettes ou de filaments lors de la découpe ou du
2o détourage après emboutissage.
L'essai de sertissage se fait en 3 opërations : tombage des bords à
90°C, pré-
sertissage à 45° et sertissage à plat sur une tôle de doublure
d'épaisseur 0,7 mm. Les
bords sertis sont ensuite classés par inspection visuelle, comme indiqué dans
l'article
de D. Daniel et al. à IBEC 99.
La résistance à la corrosion filiforme est appréciée selon Ia norme EN 3665,
avec des
échantillons de dimension 150 x 60 x 1 mm peints et rayés. La procédure
d'essai
comprend une activation de la corrosion par vapeur d'HCl pendant 1 h, puis une
exposition en chambre humide à 40°C pendant 1000 h. On mesure la
longueur
maximale des filaments de corrosion, avec une moyenne de 3 éprouvettes par
cas,
3o avec le classement suivant : < 2 mm : bon 2-5 mm : moyen > 5 mm : mauvais.
L'essai de découpe est dëcrit dans l'article de D. Daniel et al. à IBEC 99
mentionné
ci-dessus. Le jeu était de 10% de l'épaisseur et l'angle de découpe de
0°.
Les résultats sont regroupés au tableau 3
CA 02471501 2004-06-21
WO 03/066919 PCT/FR03/00318
I3
Tableau 3
A B C D E F G H~ I
Sert. bon bon Fissurefissurefissurepeau bon bon bon
//
orange
Sert.1bon bon Fissurefissurepeau peau dbut peau bon
orangeorangefissureorange
Corr. bon bon mau mau bon moyen bon bon bon
Fil. vais vais
Pailletnon non fila-fila- paillet-non non non non
tes mentsments tes
On constate que l'échantillon I présente un comportement satisfaisant en ce
qui
concerne ces différents critères, ce qui permet de xéaliser des pièces de
carrosserie
présentant un aspect irréprochable.
Exemple 2
On a fabriqué des panneaux en alliage d'aluminium de composition indiquée au
tableau 4, avec une gamme de fabrication analogue à celle de l'exemple 1,
I S comportant ou non un pré-revenu et un traitement thermique après mise en
forme et
avant assemblage, comme indiqué également au tableau 4. La dimension des
panneaux est de 1,6 m x 0,9 m.
Tableau 4
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Tableau 4
Ech. AlliageSi (%) Fe Mg (%) Cu Mn (%) tq Recuit
(%) (%) pr-
revenu
J Inv. 1,05 0,25 0,45 0,19 0,14 5 h 4h-185
K Inv. 1,05 0,25 0,45 0,19 0,14 5 h Non
L 6111 0,70 0,25 0,60 0,69 0,21 Non
M DR100 1,03 0,26 0,32 0,07 0,11 5 h Non
N 6016 1,03 0,26 0,32 0,07 0,11 Non
Pour chaque alliage, on a testé trois panneaux avec des géométries diffërentes
comportant chacun des nervures obtenues par pliage et parallëles au petit côté
du
rectangle.
Ces panneaux ont été rivetés sur des cadres rectangulaires en acier pour
simuler le
cas de tôles de peau en alliage d'aluminium sur une structure en acier d'un
véhicule.
L' assemblage est effectué par rivetage avec un pas de 50 mm sur les côtés
longs des
lo rectangles. Après un traitement thermique de 20 mn à 160°C simulant
la cuisson de
la cataphorèse, on a observé les déformations résiduelles des panneaux. On a
mesuré
ëgalement les caractéristiques mécaniques (résistance à la rupture Rm et
limite
d'élasticité Ro,a (en MPa) des panneaux à la température ambiante et à la
température
de cuisson de 160°C, avec une vitesse de montée en température
d'environ 20°C/mn.
Les résultats sont indiqués au tableau 5.
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Tableau 5
Ech. Dform. Dform. Dform. Ro,2 Rm Ro,z Rm
panneaupanneaupanneau ambianteambiante160C 160C
1 2 3
J Trs 26I 321 239 250
faible
K Faible Trs Trs 160 282 148 208
faible faible
L Forte I64 309 137 220
M Forte faible Trs 142 263 127 186
faible
N Trs 122 230 106 161
faible
On constate que l'alliage selon l'invention permet de diminuer les
déformations
5 résiduelles après cuisson. La performance des alliages est bien corrélée
avec la limite
d'ëlasticité à la température de cuisson. Enfzn, un traitement thermique avant
assemblage et l'ajout de nervures sont bénéfiques pour réduire les
dëformations.
Exemple 3
IO
On a évalué la résistance à l'indentation dynamique d'une tôle d'épaisseur 1
mm
élaborée avec une gamme de fabrication du type de celle de l'exemple l,
comportant
un pré-revenu de temps équivalent 5 h, et un traitement thermique de 20 mn à
différentes températures simulant une cuisson des peintures, en alliage selon
15 l'invention et en alliage 6016 DRI00, en comparaison avec celle d'une tôle
en acier
de limite d'ëlasticité 290 MPa après cuisson des peintures, d'épaisseur 0,7
mm. Cette
valeur de 290 MPa après cuisson pour la limite d'élasticité d'une tôle d'acier
de
carrosserie correspond approximativement à la moyenne des limites d'élasticité
des
tôles d'acier utilisées pour les peaux de carrosserie des voitures européennes
récentes
les plus courantes. Une épaisseur de 1 mm pour une tôle d'aluminium représente
un
allongement d'environ 50% par rapport à une tôle en acier d'épaisseur 0,7 mm.
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Le dispositif utilisé pour l'essai d'indentation comporte un indenteur de
diamètre 15
mm et de poids 138 g, lâché d'une hauteur de 1 m, à une vitesse de 16 km/h
environ,
sur l'échantillon de tôle bridé entre deux plaques d'acier. On mesure la
profondeur
d'indentation permanente (en mrn). Les résultats sont indiqués au tableau 6.
Tableau 6
TempratuRo,2 Ro,a Ro,a Indent. Indent. Indent.
-re cuissonAll. inv.DR100 acier All. inv.DR100 acier
170C 193 16I 290 1,55 1,80 1,45
185C 217 189 290 1,45 1,62 1,45
205C 230 207 290 1,38 1,46 1,45
On constate que, pour une température de cuisson des peintures de
185°C, la tôle
lo d'épaisseur 1 mm selon l'invention présente la même résistancé à
l'indentation qu'e
la tôle d'acier 0,7 mm. Pour l'alliage DR100, ceci n'est vrai que pour une
température de cuisson des peintures de 205°C, plus élevée que les
températures
utilisées habituellement par les constructeurs automobiles. Un alliage plus
résistant
tel que le 6111 augmenterait la résistance à l'indentation au-delà des besoins
du
1 s marchë, mais au détriment de la formabilité, notamment lors du sertissage.
