Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
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~a présente invention concerne une amélioration des
caractéristique~ mécaniques et électriques des alliages
aluminium-magnésium-silicium
~es alliages Al-Mg-Si faiblement alliés (Mg jusqu'à
environ 1%, Si jusqu'à environ 1%) sont utilisés depuis près
d'un demi siècle comme conducteurs électriques, particuli~rement
sous forme de c~bles aériens pour le transport de l'~nergie à
grande distance. ~'alliage communément appelé "Almélec" ou
AGS/~ (selon la norme française A 02 001) et qui a fait llob~et
de la norme frsnç~ise A~NOR N~_C-34125~ doit avoir les
caractéristiques minimales suivantes dans le ca~ de fils de
dismètre inférieur ou ~gal à 3,6 mm: --.-
- charge de rupture minimale : 33 Kg/mm2
- moyenne minimale sur câble : 34,5 Kg/mm2;
allongement à la rupture : 4%; : :
- résistivité maximale à 20C : 3,28 ~ n.cm; -: -
- résistivité moyenne maximale sur câble : 3,25 ~ Q. cm.
Sa composition chimique est assez voi~ine de : Mg : 0,6%,
Si : 0,6%, Pe~0,35%.
~'augmentation sub~tantielle de~ caractéristiques --
m~caniques~~ans perte sur la conductivit~ présente un int~rêt ~ -
é~ident soit pour permettre une sugmentstion de la portée sans
modification de la hauteur des pylônes, soit pour b~néficier, à
portée égale, d'un coefficient de sécurité mécanique accru~
Or on ne peut espérer une am~lioration importante des
caractéristiques mécaniques, pour une résistivité électrique ~ ~
donnée, par augmentstion de la teneur en éléments d'alliage --
(notamment Mg et Si) celle-ci se tradui~ant par une diminution
de la tréfilabilité,
3o ~a demanderesse a découvert qu'il était possible :
d'obtenir des ~ils conducteurs améliorés en AGS/~, en combinant: -
1 _ Un tréfilsge à tiède, c'est-~-dire à une température
.
.
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comprise entre 110 et 180 et préf~rentiellement entre 130 et
160 du fil machine préalablement mis en solution et trempé.
2 - Une légère modification de sa composition chimique
par addition de cuivre dans la limite de 0,40%,
3 _ Un traitement de revenu aprè~ tréfilage, celui-ci
pouvant ~tre effectu~ soit en four statique, soit, de préférence,
en continu,
La fabrication des fils en alliages ~l-Mg-Si du type
AGS/~ pour câbles aériens peut s'effectuer par différents
10 - proc~dés. On peut citer, en particulier, trois procédés comportant
les successions d'opérations ~uivantes:
ler procédé: laminage de billettes carrées ou filage de
lopins à la presse, soudure de~ couronnes de fil machine,
tréfilage à environ trois fois le diamètre final désiré, mise en
solution, trempe puis tréfilage au diamètre final et revenu,
2e procédé: filage à la presse en semi-continu de lopins
avec trempe ~ l'eau en sortie de presse, tréfilage au diamètre
final et revenu,
3e procédé: coulée et laminage en continu de fil machine
sur appareillage du type PROPERZI ou SECIM (ex SPIDEM), mise en
solution au four de bobines de fil machine d'environ 1 tonne,
suivie de trempe et étuvage~ puis tréfilage au diamètre final et
revenu.
Ce dernier procédé est le plus communément employé depuis
20 ans car il correspond à la meilleure productivité au stade d- ~-
l'élaboration du fil-m,achine et de la tran~formation Il est
employé pour des alliages Al-Mg-Si dont la composition chimique
peut varier entre 0,15 et 0,35% pour le fer, 0,30 et 0,80% pour
le magnésium, 0,30 et 0,70~o pour le silicium, les autres éléments
étant les impuretés généralement présentées dans les alliages
dlaluminium pour applications ~lectriques. ~'est ~galement ce
proc~dé qui se prête le mieux à la mise en oeuvre de l'invention.
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Il est connu de l~homme de l'art que les caractéristiques
mécaniques des alliages Al-Mg-Si dans l~état : mis en solution
solide - trempé - revenu (cas des profllés)~ ou : mis en
solution solide - trempé - tréfilé - revenu (cas des fils)
- peuvent ~tre sensiblement augmentées par addition de cuivre.
~ outefois, en revsnche~ la résistivité éleatrique
81 accroit sensiblement et~ en ce qui concerne le deuxième procédé
cité plus haut~ l~aptitude au filage est notablement abaissée
ce qui diminue l'intérêt pratique d'une telle addition. De plu9,
la teneur en cuivre doit être limitée compte tenu du risque de
corrosion qui peut en ré~ulter
Par ailleurs~ il est co~nu (brevet français ~ 1 499 266
de la Société Péchiney) que le tréfilage de fils en alliage
Al-Mg-Si après mise en solution solide et maturation à une
température inférieure ~ la température de précipitation rapide -
qui se situe aux environs de 200, et supérieure aux températures
ha~ituelles de tréfilage de 20 à 70Cg conduit, dsns le cas d~un
tréfilage à 110C~ à un gain de charge de rupture de 1 ~ 1~5 Kg/mm2
~ résistivité égale, apr~s 1e traitement final de revenu-
restauration effectué à1165C.
~tobjet de l~invention est un procédé de fabrication de
fils conducteur3 très nettement a~éliorés en AGS/~ caractérisés -;
par:
- des associations de caractéristiques mécaniques et
électriques nettement plus performantes que celles obtenues avec
les procédés de l~art~antérieur. ~-
- des propriétés de stabilité thermique et de tenue au
fluage améliorée 8,
- une résistance à la fatig~e 8U moins équivalente à
celle de l'art antérieur.
Ce procédé, objet de la présente invention, consiste donc
8 effectuer une addition de cuivre à un alliage Al-Mg-Si (AGS/~
--3--
` "` 1053~83
ou "~lmélec") ~ une teneur ne dép~ssant pas 0,40%~ et, de
préférence~ ne d~passant pss 0,20% et ~ effectuer sur le fil
machine obtenu, par exemple par le procédé N 3 décrit plu9
haut, une transformation ~ tiède par tréfilage~ celle-ci
9 ~ intercalant entre le traitement thermique de mise en solution
solide et trempe du fil machine et le traitement de reve-nu du
fil tréfilé, ces traitements ~tant effectués soit par charges
en four statique soit en continu.
~e tréfilage est effectué à tiède, dans un domaine de
température correspondant aux faibles vitesses de précipitation
de Mg2Si, un tel domaine de température est situé entre 110 et
180C pour des ~lliages Al-Mg-Si de composition ~e : 0,15 - 0,35%,
Si : 0,30 - 0,70%, Mg : 0,30 - 0~80%~ Un tréfilage est effectué
à ces températures, et avec un taux d'allongement sup~rieur à
350~o (S ~ 9 X 100~ 350%, S étant la section initisle et 9 la
section finale du fil) permet en effet d'améliorer de façon
surprensnte les caractéristique~ finales (couples R - p ) obtenue 9
après revenu final, grfice à une plus fine répartition des
constituants Mg2Si durcissants qui précipitent lors de l'opération
de tréfilsge à tiède, et grâce ~ l'élimination, au cours dudit ~.
tréfilage à tiède, des zones de GUINIER_PRæS~ON formées par
maturation après trempe et contribuant fortement à la résistivité
électrique, mais faiblement au durcissement structural.
~a demsnderesse a découvert que, de façon surprenante,
la combinaison de l'addition de cuivre à des teneurs limitées à
0,4% et de préférence,à 0,2% et du tréfilage à ti~de permet
d'accéder à des niveaux de caractéristiques mécaniques et
électriques finales très élevés sans avoir à recourir à des
teneurs excessives en cuivre qui seraient rédhibitoires pour la
tréfilabilité dans les conditio~s normales et pour la tenue à
la corrosion
De plus le tréfilage à tiède compte tenu de l'effet sur
--4--
lOS3483
la précipitation structurale qu'il provoque~ permet l'application
aux fils tréfilés d'un trnitement de revenu en continu ~ la
défilée. - -
Le tréfilage à tiède est effectu~ ~ partir du fil machine
selon différents mode~ possibles, soit à p~rtir d'une bobine de
fil froide, le fil entrant froid dans la tréfileuse ou de
préférence préchauffé à la défilée ~usqu'à la température de
tréfilage à tiède, soit à partir d'une bobine de fil préchauffee
en four à une température inférieure à la température de tréfilage
à tiède et ne pouvant excéder 140C, température à laquelle un
effet notable de durcissement se fait sentir~ ce qui se traduirait
par une tréfilabilité diminuée.
Un moyen de réalisation du tréfilage à tiède consiste,
par exemple~ à tréfiler le fil sur une machine multiple à
; glissement avec cabestans en ligne et fonctionnant en immersion,
le bain de lubrifiant étant thermoststé à la température de
tréfilage ~ tiède et la filière étant arrosée par ce m~me ~ -
lubrifiant thermostaté, Dans ce ca~, la température du lubrifiant
; est ajustée entre 110 et 180C et de préférence entre 130 et 160C
en fonction des conditions de tréfilage (taux d'écrouissage,
vitesse, et, par conséquent, temps de tréfilage).
Après tréfilage à tiède~ le fil est traité thermiquement
soit en four statique, par charges, à des températures de consigne
comprises entre 130 et 170C pour des temps compris entre 30
minutes et 12 heures, soit, de préférence, en continu en sortie
de tréfileuse à tiède~ ~ des températures de consigne comprises
entre 180 et 240C pendant des temps de maintien compris entre 1
et 30 secondes. Un mode de réalisation d'un tel traitement
thermique en continu consiste, psr exemple, en un pas~age dans un
four à bain d'huile thermostaté, lequel permet en outre d'obtenir
le fil parfaitement lubrifié et par conséquent très apte à
l'opération ultérieure de câblage.
-5-
. . - - . .
- ' . ~: .
1053483
Ce traitement thermique final conduit à un effet de
restauration et provoque également un effet de précipitation
structurale d~o~ résultent:
- un gain de conductivité ~lectrique,
- une restaurstion de la plasticit~ (allongements
à la rupture et pliages),
alors que la résistance mécanique de~ fil~ (résistance à la
rupture) reste à un niveau élevé. ~es exemples qui suivent
permettront de mieux comprendre la mise en oeuvre de l'invention,
sans, toutefois, en limiter l'e~tendue.
E~EMPIE 1
On a tréfilé, de façon connue, 4 alliages A B C D ayant
les compositions sui~ante 9:
Fe~ Sii Cu% ~
A 0,18 0~55<0,008 0,66
0,18 0,57 0,05 0,70
C 0,18 0,58 0,20 0,69
. D 0,20 0,56 0,53 0,67
~e cycle de tran~formation 8 été le suivant:
- filage ~ la pre99e de lopins de 100 mm de diamètre
donnant un fil machine de 9,5 mm de dismatre;
- mise en solution solide du fil machine de 9,5 mm
pendant 3 h à 540C,
- trempe à l'eau froide;
- maturation de 8 ~ours à la température ambiante;
- tréfilage sur bloc monopasse au diamatre de 2,2 mm, à
la temp~rature ambiante, ~ la vitesse de 40 matres par
minute;
- revenu final en four statique à 165C avec des durées
allant de 30 mn à 9 h,
En fonction des durées de revenu, on a obtenu des
- . .
. . .
1053~8;~ -
a~sociations charge de rupture - résistivité variables pour
lesquelles on peut tracer des courbes R = f(p), En considérant
uniquement la valeur de résistivité ~= 3,25y~1.cm~ on a les
charges de rupture suivantes:
Alliage A: 36,4 Kg/mm2 p= 3~25)~ cm
B: 36,8 Kg/mm2 "
C: 39,5 Kg/mm2 "
D : 41,5 Kg/mm2 "
EXEMPIE 2
Composition de l'alliage: Fe: 30%, Si: 0~605to~
Mg: 0~64%~ Cu 0,015%. - -
Cycle de transformation:
- coul~e, puis laminage en continu, sur machine PROPERZI,
d'un fil machine de 9,5 mm de diamatre;
- mise en solution solide du fil machine: 3 h à 540C;
- trempe ~ l'eau froide; :
- maturation de 4 jours à la température ambiante;
- tréfilage sur bloc monopasse au diamètre de 2,2 mm à
4 températures successive~:
. ambiante (environ 20C)
. 110C
. 140C
. 160C
Pour le tréfilage à 110 - 140 et 160C~ le fil est mis ~-
en température avant chaque passe par maintien dans un bain
d'huile thermostat~ la filière étant également chauffée ~ la
température de tréfilsge.
- traitement de revenu final en statique à 16 5C pour
des durée~ de lh à 7h.
Pour les différentes durée~ de revenu, on a obtenu des
associations R -p variables, à l'aide desquelles on peut tracer
lOS3483
pour chaque température de tréfilage des courbes R = f (~). En
consid~rant uniquement la valeur de restivité p = 3~25~n.cm~ on
a le 9 charges de rupture suivantes:
Température Rp ~ Q.cm
de tréf~lage C ~ ~
ambiante 20 ~ 35,0 3~75
110 37~7 ,.
140 39,8
160 38~9'
EXEMP~E 3
~ e fil de diamatre 2,2 mm obtenu 3elon l'exemple 2~ par
tréfilage ~ 140 a subi un revenu en continu psr pa~sage dans un
bain d~huile chauffé à différentes températures~ 180~ 200 et
220C~ la vitesse de pas~age étant telle que le temps de
maintien à la température de revenu était de 15 secondes.
~ es caractéristiques obtenue~ pour les différente 9
températures de re~enu et pour llétat brut de tréfilage ~ tiède
- sont le~ suivantes:
Température 2
de revenu en C R Kg/mmA200 ~ p ~ Q.cm .
180. 39,1 495 ~,255
200 38,5 4~5 3~243
; 220 1 37,4 4,5 3,228
: Brut de tréfilage
tiède 39,9 2,2 3,30
E~EMPIE 4
On a tréfilé ~ tiède 3 ~chantillons de fil machine de
9,5 mm de dismatre correspondant aux compos~tions A~ B~ C de
: l'exemple 1~ qui ont subi le m~me proces3us de tran3formstion que
-8-
. .
. . , ~ ~
1053483
dans cet exemple, ~ llexception du tréfilage, effeotué à 140C.
De même que dans les exemples précédent3~ on a obtenu~
selon les conditions de revenu~ différentes associations R - p
à l~aide desquelles on peut trsoer pour ohaque alliage une oourbe
R~ f (p) et on a retenu les valeurs de R oorrespondant à la
valeur de résistivité p = 3,25~Q.cm.
On a obtenu les résultat~ suivants:
AlIiage R Kg/om2 A 200% p ~ Q.cm
A 40 5 3,25
~ (0,05% Cu) 40,5 5 3~25
C (0~2% Cu) 42 . 5 3~25 -
E MPIE 5
On a procédé dans les mêmes conditions que pour l~exemple
4, mais on a tréfilé au diamètre de 3,45 mm, toutes choses ~-
égales par ailleurs, avec les résultats suivants:
. ~Alliage R Kg/mm2 p ~ Q .cm ,
A 38,3 3~25
39,1 3,25
C 41 3,25
EXEMPIE 6
Des fils en alliages A et C de l~exemple 1 (tene~rs
respectives en Cu : <0,008% et : 0,20%) transformés selon
l'exemple 4~ avec tréfilage à tiède à 140C suivi d'un revenu
en four statique, ont subi différents traitements thermiques
visant à caractériser la stabilité thermique des caractéri~tiques
mécaniques des fils et leur résistance au fluage.
On a mesuré les caractéristiques mécaniques ~ 20C~
avant et après chauffages de lh à 175 - 200 et 250C, et de 100 h
~- à 125C. ~es résultats ont été les suivants:
:. , . ~ ~. '.' :, , ' ', : '. -
- 105348;~
Allia-ge A Alliage C
Réchsuffage - __
R Kg/mm2 A 200~oR Kg/mm2 A 200 %
Néant 39~5 4,8 40~8 4~o
1 h à 175C 37~1 5,7 40,2 4~o
1 h à 200C 31,6 4,8 36,1 3,7
1 h à 250C 21,7 4,5 25,7 4~5
100 h à 125C 36~4 5,4 39,~ 4~0
A titre de comparaison~ le~ fils de 2~2 mm de l~exemple
2, tran~formés selon l~art antérieur, avec tréfilage habituel à
20C ont donné les résultat~ suivants:
Réchauffage A 200
_ Kg/mm2 .
~éant 35 5,5
1 h à 175C 32,8 4,5
1 h à 200C 28,5 4~
1 h ~ 250C 18,7 6~2
100 h à 125C 33,6 6,3
~es mêmes fils~ en alliages A et C, non réchauffés~
(ligne "néant" du tableau précédent) ont été soumis à des essa 9
de fluage de lO00 heures à 60C sous une contrainte de 7,1 Kg/mm2
~e~ allongements de fluage enregistrées sont respectivement de:
A : 4,55 10 2mm sur 125 mm soit % - 3,64 10 2%
C : 3,65 10 2mm sur 125 mm soit ~% = 2,92 10 2%
Pour des fil~ de composition chimique voisine de celle
de l~sllisge A, transformé selon les procédés habituels de l~art
antérieur, les allongements de fluage obtenus dans les mêmes
conditions d'es~ai sont généralement de 4 10 2~.
EXEMPIE 7 :
A partir de fil machine de 0 9~5 mm~ obtenu par coulée
et laminage en continu sur machine PROPERZI~ en deux alliages de
--10--
.
. . .
1053~83
composition chimique:
~e Si Cu Mg Ti
% % % 0,~ %
Alliage E 0,28 0,57 0,020 0~57 0,01
: ~lliage ~ 0,28 0,54 0,10 0,56 0,01
et syant subi successivement~ en bobine de 1 t
_ un traitement de mise en solution solide de 10 h à
540C
- lme trempe à l'eau froide
- un traitement de séchage de 6 h ~ 100C
on a effectu~ un tréfilage à tiède sur machine ~ tréfiler 4
pa99e9~ 18 vitesse de sortie étant de 100 m/mn. ~a température
- de tréfilage à tiède était de 160C.
~ e fil entre froid dsns la machine et est porté ~ la
tempérsture de tréfilage à tiède par immersion dans le bain de
lubrifiant thermostaté à cette température, les filières et les
cônes de la tréfileuse étant eux-m~me 9 immergés dans le lubrifiant.
~ e fil de ~ 3,45 mm obtenu en deux opérations de tré-
filage aans le~ conditions ci-dessus a subi ensuite différent3
traitements de revenu soit en four stati~ue, soit au passage dans
: un bain d~huile.
~ e~ caractéristiques mécaniques de traction et les
valeurs de résistivité électriques obtenues dans l'état brut de
tréfilage ~ tiade et après en revenu3 de 12 h. à 150 sont par
exemple les suivantes,:
¦ Alliage Conditions de revenu A200
. __ _____ ___________________________ Kg/mm2 ._______ ~ Q.cm
E rut de tréfilage ~ tiède 34~7 5,7 3,447
; 30 ~________ Revenu 12 h à 150C 38,0 8,7 3,240
Brut de tréfilage à tiède 35,6 5,3 3,480
¦ Revenu 12 h à 150C 39,0 8~5 3,240
,
.
1053483
E~EMPIE 8
DU fil de 0 3~45 mm brut de tréfilage à tiade obtenu
dans l~exemple 7 pour chacun de 8 deux alliage~ a subi une
troisième opération de tréfilage dans les m~mes conditions pour
l'amener au diamatre 2~25 mm.
Ce fil a également subi les traitements de revenu de
l~exemple 7~ les caractéristi~ues mécaniques et électriques
correspondantes ~tant par exemple:
Alliage Conditions de revenu A200
______ _ ____ _ ___ _ __ _ ____ _ _ _ _ __ r- ~ ._ ____ . ~. Q . cm
~rut de tréfilage 37,1 5 ~ 1 ~ ~ 414
E Revenu 12 h à 145C 40~0 7~ 3~240
(Statique)
Revenu 15 sec à 230C 37 ~ 0 5 ~ o 3 ~ 265
(bain d'huile)
Brut de tréfilage 38 ~ 4 5 ~ o 3 ~ 450
F Revenu 12 h à 145C 41 ~0 8~0 3~240
. (statique)
Revenu 15 sec à 230C 37~5 5~0 3~270
(bain d~huile) ~ :
~es association~ de caractéristiques mécaniques et
électriques obtenues peu~ent ~tre avantageusement comparées avec . :-
celles qui résultent de la transformation industrielle classique
avec tréfilage ~ temp~rature a-mbiante et qui figurent à l~exemple :
2 relatif à un alliage de composition-voisine de celle de
l~alliage E, élaboré par coulée et laminage PROPERZI puis
tréfilé au meme diam~tre après trempe au niveau fil machine de
9,5 mm,
-12-
.
'
