ELECTRICAL CONDUCTORS MADE OF ALUMINIUM ALLOYS, AND PROCESS FOR OBTAINING SAME

CONDUCTEURS ELECTRIQUES EN ALLIAGES D'ALUMINIUM ET PROCEDE D'OBTENTION_

Abrégé français

PRECIS DE LA DIVULGATION
L'invention a pour objet un nouvel alliage d'aluminium
destiné à la fabrication de conducteurs électriques, en particu-
lier sous forme de fils tréfilés. Ce nouvel alliage d'aluminium
dérivé de l'A-GS/L par addition de fer et de nickel ou de cobalt,
est caractérisé en ce que les teneurs pondérales de silicium et
de magnésium sont liées par la formule (Si) - 0,58 (Mg) 0,25 %
et en ce que le rapport de la somme des teneurs pondérales en
nickel et en cobalt à la teneur pondérale en fer est compris entre
0,5 et 1,5. Ce nouvel alliage permet, sans diminution sensible
des couples chargés de rupture-allongement. L'invention s'ap-
plique principalement à la fabrication de fil conducteur pour
les installations domestique, pour les câbles téléphoniques et
de fil émaillé pour bobinages.

Revendications

Les réalisations de l'invention au sujet desquelles
un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué,
sont définies comme il suit:
1. Alliage d'aluminium destiné à la fabrication de
fil conducteur contenant de 0,10 à 0,70% de magnésium, de
0,10 à 0,60% de silicium, de 0,10 à 0,60% de fer, de 0,05 à
0,60% au total d'un au moins des éléments du groupe nickel-
cobalt, caractérisé en ce que les teneurs pondérales de sili-
cium (Si) et de magnésium (Mg) sont liées par la formule
(Si) - 0,58 (Mg) ? 0,25%, en ce que le rapport de la somme
des teneurs pondérales en nickel et en cobalt à la teneur
pondérale en fer est compris entre 0,5 et 1,5 en ce qu'une
fraction substantielle du magnésium est hors solution solide
précipité sous forme de Mg2Si, et en ce que le fer est présent
presque uniquement sous forme de composés intermétalliques
Al-Fe-Ni et Al-Fe-Co.
2. Conducteur électrique en alliage d'aluminium à
durcissement structural à l'état partiellement précipité et
recristallisé de résistivité inféieure à 3,02?? cm contenant
de 0,10 à 0,70% de magnésium, de 0,10 à 0,60% de silicium,
de 0,10 à 0,60% de fer, de 0,05 à 0,60% au total d'un au
moins des éléments du groupe nickel-cobalt, caractérisé en ce
que les teneurs pondérales en silicium (Si) et de magnésium
(Mg) sont liées par la formule (Si) - 0,58 (Mg) ? 0,25%,
en ce que le rapport de la somme des teneurs pondérales en
nickel et en cobalt à la teneur pondérale en fer est compris
entre 0,5 et 1,5 en ce qu'une fraction substantielle du magné-
sium est hors solution solide, précipité en combinaison avec
le silicium sous forme de Mg2Si, et en ce que le fer est
présent presque uniquement sous forme de composés intermétalli-
ques Al-Fe-Ni et Al-Fe-Co.
19
3. Conducteur électrique en alliage d'aluminium
selon la revendication 2 caractérisé en ce que le rapport de
la somme des teneurs pondérales du nickel et de cobalt à la
teneur pondérale en fer est compris entre 0,8 et 1,2 et de
préférence sensiblement égal à 1.
4. Conducteur électrique en alliage d'aluminium
selon la revendication 3 caractérisé en ce que sa résistivité
électrique est inférieure à 2,90?? cm.
5. Conducteur électrique en alliage d'aluminium
selon la revendication 2, 3 ou 4 caractérisé en ce qu'il
contient, en outre, un au moins des éléments ci-après:
<IMG>
6. Conducteur électrique selon la revendication 2
caractérisé en ce qu'il est sous forme de fil.
7. Conducteur électrique sous forme de fil selon
la revendication 6, caractérisé en ce que sa charge de rupture
est comprise entre 13 Kg/mm2 et 19 Kg/mm2 et en ce que les
allongements mesurés sur une base de 200 mm sont supérieurs à
5%.
8. Conducteur électrique sous forme de fil selon
la revendication 7, caractérisé en ce que sa résistivité
électrique est inférieure à 2,90?? cm.
9. Conducteur électrique sous forme de fil selon
la revendication 7 caractérisé en ce qu'il est émaillé.
10. Procédé de fabrication d'un conducteur électrique
en alliage d'aluminium consistant à:
a) préparer un bain d'alliage fondu contenant de
0,10 à 0,70% de magnésium, de 0,10 à 0,60% de silicium, de
0,10 à 0,60% de fer, de 0,05 à 0,60% au total d'un au moins
des éléments du groupe nickel-cobalt, les teneurs pondérales
en silicium (Si) et en magnésium (Mg) étant liées par la
formule (Si) - 0,58 (Mg) ? 0,25% et le rapport de la somme des
teneurs pondérales en nickel et en cobalt à la teneur en fer
étant compris entre 0,5 et 1,5;
b) couler le bain d'alliage en demi-produit;
c) transformer le demi-produit ainsi obtenu par
corroyage à chaud en un demi-produit corroyé;
d) transformer le demi-produit corroyé jusqu'à sa
dimension finale par déformation à froid en un produit fini
écroui sans aucun traitement de mise en solution de trempe ou
de recuit intermédiaire; et
e) faire un traitement thermique de précipitation
et de recristallisation partielles à une température comprise
entre 200°C et 300°C et d'une durée comprise entre une et douze
heures de façon à ce qu'une part notable du magnésium soit hors
solution solide précipité sous forme de Mg2Si et que le fer soit
présent presque uniquement sous forme de composés intermétalli-
ques Al-Fe-Ni et Al-Fe-Co.
11. Procédé de fabrication d'un conducteur électrique
sous forme de fil en alliage d'aluminium consistant à:
a) préparer un bain d'alliage fondu contenant de
0,10 à 0,70% de magnésium, de 0,10 à 0,60% de silicium, de
0,10 à 0,60% de fer, de 0,05 à 0,60% au total d'un au moins
des éléments du groupe nickel-cobalt, les teneurs pondérales
21
en silicium (Si) et en magnésium (Mg) étant liées par la
formule (si) - 0,58 (Mg) ? 0,25%, et les rapports de la somme
des teneurs pondérales en nickel et cobalt à la teneur en fer
étant compris entre 0,5 et 1,5;
b) transformer le métal liquide en fil machine de
diamètre compris entre 7,5 mm et 12,5 mm;
c) tréfiler jusqu'au diamètre final sans recuit
intermédiaire, et
d) faire un traitement thermique de précipitation
et de recristallisation partielles à une température comprise
entre 200° et 300°, et d'une durée comprise entre une heure et
douze heures de façon à ce qu'une part notable du magnésium soit
hors solution solide précipité sous forme de Mg2Si et que le
fer soit présent presque uniquement sous forme de composés
intermétalliques Al-Fe-Ni et Al-Fe-Co.
12. Procédé de fabrication d'un conducteur électrique
sous forme de fil selon la revendication 11 à l'exception du
traitement d, qui est effectue en continu à une température
pouvant atteindre 400°C.
13. Procédé de fabrication d'un conducteur électrique
sous forme de fil selon la revendication 12 caractérisé par
le fait que le conducteur électrique est émaillé et en ce que
le traitement de cuisson de l'émail tient lieu de traitement
final de précipitation et de recristallisation partielles.
14. Procédé de fabrication d'un conducteur électrique
sous forme de fil selon les revendications 11, 12 et 13
caractérisé en ce que le procédé de fabrication du fil machine
à partir d'alliage d'aluminium liquide consiste à couler des
billettes rondes et à les filer à la presse au diamètre de fil
machine souhaité.
22
15. Procédé de fabrication d'un conducteur électrique
sous forme de fil selon les revendications 11, 12 et 13
caractérisée en ce que le procédé de fabrication de fil
machine à partir d'alliage d'aluminium liquide consiste à
couler des billettes carrées, à les laminer sur laminoirs
à cannelures jusqu'au diamètre de fil machine souhaité.
16. Procédé de fabrication d'un conducteur électrique
sous forme de fil selon les revendications 11, 12 et 13
caractérisé en ce que le procédé de fabrication de fil machine
à partir d'alliage d'aluminium liquide consiste à couler
sur roue de coulée refroidie une ébauche laminée immédiatement
dans une série de laminoirs placés à la sortie de la roue de
coulée.
17. Procédé de fabrication d'un conducteur électrique
sous forme de fil selon les revendications 11, 12 et 13
caractérisé en ce que le procédé de fabrication de fil machine
à partir d'alliage d'aluminium liquide consiste à couler
sur roue de coulée refroidie une ébauche laminée immédiatement
dans une série de laminoirs placés à la sortie de la roue de
coulée, et en ce que le fil machine est refroidi jusqu'à une
température inférieure à 150° à la sortie du laminoir dans un
courant d'eau à grande vitesse.
23

Description

~ -a 2:~;sexl1:e i~ t:ion a pour obiet des conducteurs en
alli.age9 d'..~ n ~ c~xs.cteristiques ~fczniques et électri~ues
am~liorées, air.si ~ue levr procedé de fabrica.tioll~
I,es conductcurs, objet de l'illvention~ sont destinés
: SUl'tOUt a~ installations domesti.ques9 au~ câbles t~l~pr.oniques
et ~ la fabrica~ion de fils de bobinage en particulier émaillés.
~ ~'utilisation comme conducteurs électriques des alliaGes
: d'aluminium a co~mencé avec les câbles de transport de force
.~:
aérier.s pour lesquels on a utilisé tout d'abord l'aluminium à
~ 10 moins de 0,5~ d'impuretés dénom~ne A 5/~ ~ l'état 4/4 durO ~es
câbles étaient des câbles hétérogènes a conducteurs d'alumini~
et âme d'acier. ~orsqu'on a cherché ensuite a faire des câoles
homogèrles et qu'un.e résistance a la rupture plus importznte e~ti~
devenue nécessaire, on a utilisé un allia~e déno~mé A-~ S/~ con-
tenant environ 0,7 '~ de magnésium, environ 0,6 ~~ de siliciu~ et
: jusque 0,35 % de fer.
. Ce dernier alliage peut acqv.jrir par traitement ther-
- mique de mi e en solution, trempe, tréfilage et revenu, des C2- racté.ristiques mécaniques intéressantes:
- charge de rupture R = 35 k~mm2
- - allor~ement A ~ 7 %
Sa résistivité~ - 3,25 ~ ~ cm est to~ltefois se~siblc-
.~ , . .
ment plus éle~ée que celle de 1'~ 5/~.
~'application des alliages d'alumin.ium conqme conduc~
te~s s'est ensuite étendue aux câbles d'énergie isolés pOUl' les-
quels l'A 5/~ ét2it générale~ent utilisé.
Pour des applications électriques autres que les
lig~es de tr~nsport de puissance ou les cables isolés, telles.que
par exemple, le fil pour installation3 domestiques ou le cable
téléphonique, il ~aut utiliser un fil de conductivité électri.qus
voisine de celle de l'A 5/I, m~is présentant a allon~eL~e~t é~zl
(environ 1.05~), des char~os de ruptu~e superieures.
-J
,~
' ' .
6 0~ %
D~autrex qualit,és t~-Ll~ que la tenue au fluage, l~ pliabilité
et la tr(~I'ilabilité ~ ~rande v:itesse sonl, également requisesO
Il est cor~u (brevet français publié sous le
n~ 2 053 838 et brevet français publi~ 90US le n~ 2~l7g.5~,5)
d'utiliser pour ces applications l'alliage AGS/~ mais dans un
état métallur~ique t-el que sa conductivité électriqu.e soit
al~mentee et sa charge de rupture diminuée par rapport a ce
qu'elles sont dans l'A-GS/~ pour câbles aériens.
On sait en efiet que les allia~es contenant du ~a-
gnésium et du ~ilicium peuven-t acquérir,des caractéristiques
mécaniques élevées par le phéllomène de durcisscment structu-
ral. . ~ ;
Schématiquement ce .traitement comprend:- ~1e mise en. solution ~ température élevée des composés inter-
métalliques, précipités à la coulée. Dans le cas de l'A-GS/L,
il .s'agit dù'composé inter-métallique Mg2~i et la température
de mise en solution est comprise en-tre 500~ et 600~.
- une trempe qui maintier,lt les éléments du composé inter-métal-
lique dissous en solution saturée.
- un revenu durcissant qui rasscmble les a-~omes de ma~nésium
.et de siliciwn sous for.me de phase ~ ' ~7lg2Si en ai~uil:Le~. Ce ,,,~
. revenu se fait vers 165~. A titre d'exelnple, l~s carac~éri~-
tiques m~caniques et electrique~ de ltA-GS/L,cvoluent de la
façon suivante:
- état trempé: charge de rupture 22 k~ mrn2
~ ~ mûri résistivite: 3,6~~~cln
~ allongement à-la rupture 20 ~~
- etat trefilé: charge de rupture 35 k~/mm2
revenu . résistivité: .3,25~J~cm
allon~ement à la rupture 7 ~ J
On constate que la rés:istivité électrique est bien plus é-
levée sur le métal trempé contenant en solution solide magné~sium etsilicium,que sur l.e metal revenu dans lequel le com-
~ 2 -
.. ...
f~~ ~ 6 ~
po~é inter-m~taLliqle LIg2Si a en partie précipité ~ ~artir de
la solution ~ol de.
I,e brevet f-rançais 2 053 838 décrit des condi~ions de
transformation nou~elles consistant dans les opératiolls succes-
~- cives sui~antes:
- - mise en solution solide et trempe du fil machine
- tréfilage jusqu~au dia~ètre final
traitement de précipitatîon à haute température 2h a 4h à
250~.
~'application de ce dernier traitement permet d'obtenir un fil
~ui répond parfaitement au cahier des charges provisoire U.l'.E.
pour les fils d'alliage dtaluminium pour installations domestiquec
qui impose~
R ~ 15,9 ~ mm2 p ~ 2,95 /~ cm
Cette bonne combinaison de caractéristiques et électriques est
due à la précipitation importante de Mg2Si au traitement final
;~ qui diminue la résistivité, et à l~état de recristallisation
' partielle provoquée par ce -traitement.
~e brevet français publié sous le n~ 2.179.515
montre que, de façon surprena~te, des caractéristiques voisines -
peuvent être obtenues sur A-GS/L non trempé obtenu par coulée
continue sur lme machine comprenant une roue de coulée et unè~
série de laminoirs, de t~pe ~roperzi par exemplc. Il suf:Eit
alors de tréfiler directement un tel fil mac~ine jusqu~au di~-
mètre final et de procéder ~ un traitement final de quelques
~ heures ~ 250~ pour obtenir une association telle que:
~ = ~6 c~ 1~ ~ m~2
A = 6 ~o ~ = 2,85~ ? cm à 2,90 ~ ;~ cm
Ces techniques, bien qu'intéressantes, ont cependant ~n
inconvénient: les conditions de traitement final qui condition-
nent l'association des caractéristiques mécaniques et élec-
triques ne sont pas " confortables~l.
- 3 -
- 10~i6092
Par ce terme de manque de "confort", on designe le fait que
de faibles variations des conditions du traitemen-t final (temps
et surtout temperature) entralnent des variations sensibles de
R et de A . En d'autres termes, les pentes des courbes R _ f
(T), a duree de traitement constante, T etant la temperature de
traitement, sont importantes dans le domaine des charges de
rupture et des allongements intéressants pour ces nouvelles
applications. Or on sait qu'il est difficile industriellement,
surtout sur des bobines, d'avoir des températures et des durées
de traitement absolument précises.
- En outre, les hétérogénéités de vitesse de montée en
température, de vitesses de trempe ou de refroidissement suivant
la position de la spire dans la bobine se traduisent au niveau
du fil trefile par des hétérogénéités de comportement au traite-
ment thermique final donc par des différences de caracteristiques
- mecaniques et electriques.
La Demanderesse a decouvert qu'en ajoutant a un
alliage de type A-GS/L du fer, du nickel et/ou du cobalt, on
obtient un alliage qui presente un "confort" ameliore en même
temps que des associations de caracteristiques mecaniques a l'e-
tat final plus performantes.
L'objet de l'invention est donc un conducteur, en
particulier un fil en alliage d'aluminium à l'état partiellement
precipité et recristallis~, contenant, outre les applica-tions
électriques, de 0,10 à 0,70~ de magnésium, de 0,10 a 0,60~ de
silicium, de 0,10 a 0,60% de fer, de 0,05 a 0,60~ au total
d'un au moins des éléments du groupe nickel-cobalt, les teneurs
pondérales en silicium (Si) et en magnésium (Mg) étant li~es par
la formule (Si) - 0,58 (Mg) ~0,25~, le rapport des teneurs
pondérales Ni t--Co étant compris entre 0,5 et 1,5, et l'alliage
Fe
étant traité de telle facon qu'une part notable du magnesium
soit hors solution solide precipite sous forme de Mg2Si et que
~ - 4 -
'-~0,~:
... . .
~0~i609~
le fer soit présent presque uni~uement sous forme de
composes intermetalliques Al-Fe-Ni e-t Al-Fe-Co.
'
!
r.~ p~ es de iabrication de ~els cGnductcurs,
c~raclerise.CJ ~)ar la prcsence dcLn~ leu~ c~cle ~!~n traiie~lent
~hermiqu~ de préci~ilation plu~ ou ~oins partie~ relatîve-
ment haute tcmpérature 200~ à 400~ du c~po sé inter-.~él~alliqlle
Mg~Si? L~ partir de la solution solj.de9 forlt e~alement part~e ~e
l'invention. Ces traitements thermiques sont placés en ~in de
cycle ap~e~ écro~ss~ge.
- ~ont enfin partie de l'invention les a~plications des
mêmes procédés à toutes formes de conducteurs tels que fils,
ba~des minces, câbles souples multibrins ainsi qu'à~tout ~il,
bande ou cable isolé.
-~'influence d'addition de fer et de nickel sur la
~onductibilité de l'aluminium a é-té étudiée en particulier
G.G. Gauthier ~.The conductivity of super-purity Al~niriu~ :
the inlluence of small métallic additions", publié dans le Jour-
nal of Institute of Metals n~ 2 vol- LIX - 19~6 pages 12~ ~ 150.
Cet article conclut en ces termes s
"Il est pos~ible de diviser les éléments en troi~ groupes:
(1) or, gallium, nickel, silicium, fer et zinc qui ont tous
peu d'effet
(2) cuivre, argent, et mag~ésium qui ont un effet nettement
supérieur
t3) titane, vanadium, manganese~ et chrome qui ~xercen~ tous u;
- effet considérable".
Cette faible influence du ~er et du nic~el sur la conductivite
de l'allia~e est la consé~uence de la faible solubilité de ces
é~ments dans la matrice aluminium, et de leur présence dans
l'alliage sous forme de précipités dispersés irreversibles,
c'est-à-dire qu'aucun traitem~nt thermLi~.le r.e )c~l pratiq-le~ent
3~ remcttre en solution.
~609~
aes pr~ci.pit'~s dispersés ~ ou di~p~.r.;o~ldes - contril~uen~; ~:
l'augmentati.on des caracteristi(lues mécaniqucs et 3 ~es a~-
sociations char~e de xu~ture-allongement, intéressantes en
partieulier dLans les éta~s recristallisé~ et partie]lement
recristal}isés.
~; ~a dema~deresse a eu l'idée de combiner lleffet
du dispersonde reversible r~Ig2$i avec celui des disperso~d.es
irréversibles formés ~ partir des éléments Al, ~e, Ni~ ~o.
~a demanderesse a eu alors la surprise de constater que l'al-
li.age combinant les deux types de dispersoîdes presente le
" confort -' recherché au traitement thermique finaly de même
que des associatlons de caractéxistiques améliorées tout en
conservant les propriétés d'alliage ~ durcissement structural
ae l'A-GS/~. De plus la présence de disperso~des irréversibles
est un facteur d'homo~énéité des caractéristi.ques f-Lnales en
fabrication industrielle. Pour obteni.r les meilleures as-
- sociations de caractéristiques mécaniques aussi bien qu~elec-
triques, la demanderesse a trouvé qulun certain nombrc de con-
. ditions de compositions devaient être remplies:
- la qua~tité de silicium libre c'est-~-dire en excès par
rapport à la composition stoechiométrique Mg2Si ne doit pas
dépasser 0,25 %, c'est ce que traduit la relation:
. (Si) - 0,58 (M~) c 0,25 '~o
le rapport pondéral ___~ _ doit atre compris entrc 0,5 et
1,5 et de préférence il doit êtr~ voisin de 1.
Dans ces conditions, les seuls composés qui apparaissent sont
Mg2Si et les composés alu~inium - fe~ - cobalt, ~ l'e~clusion
du composé 0~ - Al - Fe - Si, structure reco~nue co~ne t~as
favorable pour l'obtention d'un enscmble de caractéristiques
mécaniques et électriqv.es satisfaisantes.
- 6 - .
' ~; ' ~(~66~
~or~gue lt's ~ondi-l;;.ons ~ont remplies et que le procéd~ de
~abricatio~. a ~1;é collv~nableme:rlt appliqué ~ on obticnt qur
~ les conduet~s et en ~articuli.er le fi.l. de di~Lètre compris
entre 0,05 m~ et ~ mm, des conductivi-tés IACS de 57 % (3502~ c~)
et pouvant même dépasser 59,5 ~0 ~ C)IJQ cm), des charges
de rupture comprises entre 1~ et 19 ~ mm2 et des allongements
mesurés sur ~e 'base de 200 mm supérieurs ~ 5 %. Il est pos-
~ible sans changer les propriétés de l'alliage, d~ajouter un
' certain nombre d'élémen-ts notamment:
cui~rre ~ 0,2 % antimoine ~ 0,1. %
bore ~ 0,1 %
bé.ryl].i~n'O,l ~0 métaux des terres rares ~ 0,5
cadmium ~ 0,1 ~ zirconium ~ 0,1 %
~e procédé de fabrication des alliages objet de l~i;nvention
comprend un traitement à relativement haute température des-
tiné a faire précipiter partiellement le composé intermétal-
- - lique Mg2Si. Il est prati'qué en fin de cycle après écrouis-
'; sage: il sl~git en fait d'une part d~un traitement de pr~-
cipitation partielle de Mg2Si e-t dlautre part dlun traitement
de recris~allisation partielle.
Pour les applications "fils", le fil machine, de
diamatre compris entre 7,5mm et 12,5 mm peut etre obtenu par
tout moyen connu pour la ~abrication de fil~ d~allia~e d~alu-
minium. On peu~ par exemple couler en coul~e semi-continue
,
"~asserguss" des billettes rondes que l'o~ file ensuite ~ la
presse; On peut également couler des billettes carrées que
l~on lamine sur une série de laminoirs à cannelures (train.
ffl). 'Mais la m~thode préféree consistc ~ couler llalliage
- sur une roue en cui~rre refroidie. On obtient ainsi une é-
30' b~uche de section appro~ima-tivement trapézo~dale que l'on
fai.t passer ~ la sorti.e de la roue de coulce dans une série~
~e cages de laminoir soit ~ trois galets (systtme ~'roperz.i),
- 7 -
' ~06609Z
soit ~ cannelures (système Spidem). A la sorti.e de ce laminoir,
le fil est enroulé. Il est également préférable dans le cas de
la coulée sur roue suivie de laminage, de refroidir énergiquement
le fil à la sortie du laminoir en utilisant par exemple le sys-
tème breveté (brevet français publié sous le n~ 2.26l.8l6)con-
sistant à faire passer le fil dans un tube concentrique parcouru
par un courant raplde dleau froide. Cette opération qui amène
le fil à une température inférieure à 150~ permet d'eviter une
hétérogénéité de vitesse de refroidissement des fils lorsqu'ils
sont bobinés. I1 est clair en effet que les spires extérieures
se refroidissent plus vite que les spires situées à mi-rayon et
à mi-distance des flasques, que les spires en contact avec les
flasques se refroidissent plus vite que celles situées ~ mi-
distance. Cette hétérogénéité dans les vitesses de refroidis-
; sement se traduit par une dispersion des caractéristiques que
l'on retrouve non seulement sur le fil machine brut de laminage,
mais également sur le fil trempé et même, à un degré moindre,
sur le fil machine obtenu par l'~le des méthodes décrites ci-
dessus, la gamme de transformation jusqu'au fil tréfilé et
traité est alors la suivante:
- tr~filage direct du fil machine sans aucun autre traitement
(de trempe ou de recuit) jusqu'au diamètre fina]..
- traitement thermique final assurant les deux fonctions de
recristallisation partielle du ~il écroui lors du tréfilage
et de précipitation partielle du Mg2Si.
Ce traitement se fait en général à une température de 200~C
300~C, les bobines de fil séjournant dans le four de une à
douze heures. Mais ce traitement stat:ique peut être remplace
par un traitement continu tel que le passage du fil dans un
recuiseur automatique par effet Joule ou bien encore, pour
les fils émailles, le passage du fil dans les fours d'émaillage.
Dans ces traitements thermiques, le passage dans les fours étant
très bref (de l'ordre de la minute par exemple), on utilise en
-- 8 --
~'' .
~66092
rev~lche des températures du métal supérieures pouvant at-teindre
400~, la températuxe de l'ambiance des fours pouvant mème être
- notablement supérieure. ~a ~uantité de Mg2~i p~écipitée est
alors plvs faible que dans le cas d'un trai-tement entre 200~C
ou 300~C puisque la solubilité de ce constituant dans l'alumi
nium croît avec la température, mais des associationS de carac-
téristiques mécaniques intéressantes sont ainsi obtenues:
Pour des résistivités in~érieures à ~,02~J~cm on obtient faci-
- lement des charges de rupture comprises entre 13 et 19 kg/mm2
associées à des allongements, mesurés sur une base de 200 mm
supérieurs à 5 ~. ~n outre l'expérience montre que de façon
inattendue, ces caractéristiques mécaniques sont fort peu
- 8ensibles à la durée du traitement, c'est-à-dire à la vitesse
de passage du fil dans les fours- ~e cas des ~ils émaillés
est particulièrement intéressant puisque l'on met à profit le
passage du fil dans les fours d'émaille pour effectuer le -trai-
~ tement thermique final.
- Pour les applications "bandes", on partira de bandes
ébauches brutes de corroyage (laminées ~ chaud par exemple~
qu'on transformera à froid par exemple par laminage jusqu'a
l'~paisseur finale sans trempe ni recuit intermédiaires. Un
traitement final après écrouissage analo~ue à celui décrit
ci-dessus est alors appliqué.
~ es exemples ci-après sont donnés uni~ue~ent à
titre d'illustration et ne constituent pas une limitation de
1'invention.
ler exemPle
, .
On a préparé des bains de métaux liquides de
compositions suivantes:
~0
_ g _
0 ~ 609 ~
alliage a: alliage b:
Magné Sium : O,3~ ~ ~er : O,50 ~
Silicium : 0,44 % Nickel : 0,53
~er : 0~21 %
alliage n~ 1 alli_ge n~ 2 alliage n~
Magnésium : 0,40 % = 0,42 % -- 0,41 %
Silicium : 0,43 % = 0,26 ~0 - 0,45 %
~er : 0,23 % = 0,53 ~ = ~,5
Nickel : 0,21 % = 0,53 % - 0,53 %
''
: alli_ge n~ 4
Ma~nésium : 0,30 %
loutes les compositions
Silicium : 0,20 %
d'alliages sont données
~er : 0,50 %
en poids.
~ickel : 0,53 %
Pour chacun de ces alliages, le reste est de l~aluminium con-
tenant les impuretés habituelles.
- 20 Ce métal a été traité au bore selon un processus
habituel pour les allia~es conducteurs, traitement qui permet
l~élimj.nation de la majeure partie du titane et du vanadium.
On a ensuite coul~ par le procédé semi-continu "Wasscrguss"
des billettes de 100 mm de diamètre en chacun de ces alliages.
Ces bilettes ont ensuite été filées à la presse sous forme de
fil de 9,5 mm de diamatre. Sans aucun traitement de mise en
solution ni de trempe, ce fil a ensuite éte~ tréfile s~nS recuit
intermédiaire iusqu'au diamètre final de 2m~1. A ce di~mètre
final on partage chacun des fi.ls obtenus en six échantillons.
3~
-- 10 -- .
- 106609Z
~un de ces échantillons n'est pas traite. ~hacun des autres
échantillons subit un traitement -therlnique final de 3 heures
respectivement à 200~C, 220~C, 240~C, 260~C 7 280~C, 300~C.
On mesure ensuite sur chacun des échantillons de fil la charge
de rupture R, l'allongement A, sur une base de 200 mm, et la
résistivité. Pour un même alliage, chaque ty~e de traitement
'~ final produit des associations R, A,~ différentes. On peut
do~c comparer pour les différents alliages par e~ernple A pour
R constant,~ pour R constant etc...
10Dans to~s les tableaux qui sui~ent, R est expri~é
en K ~ ~m2, A en %, et ~ en~)~ cm.
Si l~on compare les allongements à charge de rupture
constante, on peut dresser le tableau ci-dessous.
.. __ . .~ ~
\ R 20b 18 16 14 12
Allia~es ~-
. , , . _ ~. _ _. .. . ... ~ _ ~
alliage a 4 % 4,4 %5,~ % 8,5 ~ 16,4 %
.. , , . .... ~ . . _ _,.. ~,_, .
alliage b 5 % 5,2 %6~7 % 14 % 26 %
_ _ .~ ., .. _ _ . ... . . . ~
_ __ ~ _
alliage 1 4,8 % 7,4 % 8 % 14 % _
. .. , . ~. ~ __
: alliage 2 3~6 % 6~0 % 8~8 % 16~ % 28~8 V/~
l ~ ___ _ _ __ , _~
alliage 3 6~8 % 7~8 % 9~8 % 18,4 ~~ -
., , ~ . . . ._ . _ __ _ . .~
alliage 4 6,6 % l~6 ~ 10,~ ~ 17,2 % 31,6 y
~es deux premières li~nes représentent les allia~es A-GS/I, et
al~inium fer-nickel de l~art antérieur, alors que les 4 der-
nières lignes représenten-t les alliages objets de l'in~ention.
On constate que d~ns la zone de R - 1~ à 1~ qui intér-
resse l'application concernée: fil pour usages dome~-tiques,
9i~
?~ o~ n~s ~c~ Lia~e.- o~ ?tS ~ v~tiOll on-~. de~
vale~ s ne~u tclr.e ~ ~up~rle~re~ à c~ tles aJliaOes de ltar-t
antérieur.
Si l~on s~ teresse maintenant aux rcsi.tivit~s
~l~ctriques, c~ peutdresser un -tableau analogue su.r l~qu~l
portcra en fonction de la charge derupture, 1~. xésistivi~2
. ~lectrique.
- ~es résulta-ts figurent dans le tableau ci-dessous:
~ R . . -_ -- . . .
18 16 14 12
Alliag e s
. ~ _ . _ _
. alli2ge a ¦ . - ¦ 2~801 2,791 ¦ 2~785
.~ . . ., ~ . . ,. - . --
. ~ alliage ~ ¦2,840 2~824 2,809 12,~00 ¦ 2,791
I . . ~
. . . .-- . _ _ ... .....
alliage 1 2,814 2,8~4 2,798 ¦2,795 _
. .... _1........ _ ~ .. _
allia~e 2 . ¦ - ¦ 2~856 ¦ 2~846 ¦ 2~8~7 ¦ 2~837
, _ . ; _ ~ _
alliage 3 - ¦ 2,861 ¦ 2,854 ¦ 2,~45 ¦ . -
_ _ I .. .... , ... _. _. __
20alliàge 4 . 2~851 ¦ 2~8~9 l2~827 ¦ 2~8Z5 ..
.~ On constate que les associations R, A très intéressa~tes
obtenues par ces nouveaux alliages se trad~usen~ en contre-
; partie p~ar une légère au~mentation de la r~sistivité qui
reste toutefois sensiblement inférieure a la résistivité
maximale imposée par le c~ iex des eharges provi.soires
I . UIE 2,95~ cm- D~ailleurs, même en comp3.rant l~alliage 3
: qui est moi~s bon au point de vue conductivité, et l~al-
lia~e b de l~art antérieul~, on constate que pou~ une
char~Q de ruptuxe ~e 18 ~/mm2 le gain. d'a.ilon~n~.ent
est de 7,8 ~ - 5.2 ~ = 50 5' alors aue l'au_.me-rlt2-l;i.o
5,2 ,'
- 12 -
-I . .
' ' 1066092
de résistivité n' est que de ~ = 1,3
2,824
Selon la méthode d'élaboration et de coulée de l~exemple
précédent, on coule 5 alliages sous forme de billettes de
100 mm de diamètre. ~'un de ces alliages reperé C à la
composition suivante: fer = 0,51 % nickel = 0~53 ~ le
reste étant ae l'aluminium contenant ses impuretés ha~
bituelles.
~es aut~es alliages, objet de l'invention ont
les compositions des alliages l, 2, 3, 4 cités dans l~exem~
ple l.
~ es billettes obtenues sont ensuite filées ~ la
presse sous fo~ne de fil de 9,5 mm de diamètre. Sans aucun
traiterQent de mise en solution et de trempe, ce fil est
alors tréfilé sans recuit intermédiaire jusqu~au diamètre
final de O,5 mm. A ce diamètre final on partage chacun
des fils obtenus en si~ échantillons. ~vn des échantillons
n~est pas traité. Chacun des autres échantillons subit v~
traitement thermi~ue ~inal de trois heures, respectivement
a 220~~, 240~C, 260~C, 280~C, ~00~C. On mesure ensuite sur
chacun des échantillons de fil la charge de rupture R~ l~al-
longement A sur vne base de 200 mm, la résistivit~. On
dresse ensuite, comme dans l~exemple 1, le tableau des al-
longements à charge de rupture constante;
\ 20 ¦ 18 ~ j 12
Allia~es ~~_ _ _ ~ ~ I ------- -
allia~e C _ ~2 ~ 3~6 ~ ,~ ~ 15 . 2 f ~ 17 ~_
3o
- 13
1066092
~ 20~ r2
Allia~(~es ~- -
l alli~ e l ~5,5 /~Jo~ 5 c,~j ~?3 ~,~o~ 1~,8 ~ 0
: al ,4 /o 1778 ~ ~25
allia~e 3 ~ 6 o,~1 878 % ~12,6 ~1 177~ ~o 1~22 %
L alliage 4 ,~5,0 %' 6?6 % 1 9,8 % 1 17?6 ~ , _3 % _
~es allongements à charge de rupture égale ap-
paraissent comme pour le fil de diamètre 2mm, nettement
~upérieurs pour les alliages objet de l'invention à ceu~
- de l'alliage C de l'art antérieur.
.. .
- ~e tableau des résistivi-tés à charge de rupture
constante se présente de la façon suivante:
,
r=~-- -- -- I __
~ ~ Allia ~ ~ 20 18 16 14 12
,., .
:~ 20 allia~e C 2,856 2~838 2~820 2~797
alliage 1 _ __ ~ 2~810 2~804 2~80~ ~2~830
allia~e 2 1- 2,860 2,850 2,851
. allia~e 3 _ 2~868 2~857 2~860
. ~ . . .... _~v
allia~e 4 _ 2~878 2~853 2~843 1
~ On constate que la résistivité augmente lég~rement
pour les alliages objet de l~invcn-tion, mais sans commune
mesure avec le gain d'allongement procuré par ces alliages;
l'au~mentation de resistivité n'est en fait que de 2~2 5
dans le plus mauvais cas.
~ ~.4 -
'' 10 66 ~9 2
On a coulé sous forme de billettes de lOO mm de di~ètre les
alliages a et b de l~exemple 1, plus un alliage d de compo~ n
suivante:
- fer : 0,48 ~
- Silicium: 0,06 ~o Reste: Al plus impuretés habituelles
- Cobalt : 0,54 ~0
On a également coulé un alliage conforme à 1' invention de com-
position:
(alliage 5) - Magnésium: 0,41 ~~O
- Silicium : 0,44 %
Reste: Al plus impuretés
- Fer : 0,22 ~o
habituelles
- Cobalt : 0,22 %
-~ Après découpage en lopins les billettes correspond~nt
a chacun des quatre alliages a, b9 d, 5, ont éte filées à la
presse sous forme de fil machine de 9,5 mm de diamètre. Ces
: fils machine, sans aucun traitement the~ique préalable ni
-. intermédiaire sont tréfilés jusqu'au diamètre 2 mm. Comme
dans les exemples pr~cédents , on pratiQue sur des échantillons
issus de ces fils des traitements finals de 3 h à 220~C, 240~C,
260~C, 280~C. Sur ces fils ainsi traités on mesure R, A, p
et comme préc~demment on dresse les tableaux de A en fonc~ion
de R et de l! en fonction de R.
.
.~ , ~ j 20 l8 16
. , . allia e a 4-~~-~1 4~4 o~~_ 5~6 ~ _
I a,lliaJ~Q._~ . - ~ o ~L2 ~~~ 6~7 ~
l~a~e d _ 2.0 ~0 2.7 ~ ____
_alliaelL~ ____ -~ ~ 6,~ o~ 7.8 ~ ._
~'alliage 5 présente é~alement des allongements
sensiblement supérieurs ~ ceux des alliages de l~art anté-
xieur.
- 15 -
~ 1066al92
~e tahleau de~ résistivité en fonctlon de ~ charge de rupture
figure ci-dessous:
~ r-~
Allia6,~ 2Q 1~ 16
allia~e a _ _ 2 801
r.i _ , _ ~
alliage b ? 2 840 __ ~ _ _?, 809
alliage a I - _ 2~818_ _ __~
alliage 5 1 ~ 2,817 ~ L~95
~ a résiStivité de l'alliage selon l'invention est du
même ordre, légèrement in~érieure cependant à celle des allia-
ges de l1art a~t~rieur.
On a coulé sur une installation de coulée et de lainage continu
du fil m~chine de 12,5 mm de diamètre dans chacune des composi-
tions suivantes:
All_a~e e A_lia~e No 6 Allia~e l~o 7
e = 0,25 % 0,22 ~o 0,54 ~o
Si = 0,42 % - 0,37 % ~,~9 %
Ni = 0,01 % 0,23 % 0,53 %
1 20 ~g = o,q-2 ~ 0~39 % 0,41 %
Apras ~laboration du mélange métallique liquide dans
chacune des compositions indiquées~ le métal était coul~ dans
la gorge d'une roue en cuivre refroidie par aspersion d~eau. ~a
section de llébauche trapézoidale ainsi obtenue était de 1000 mm2
environ. Par passage dans 8 laminoirs à cannelures succes~sifs
donnant alternativement une section approximativement ovale et
une section approximativement ronde, on a obtenu du fil de
12~5 mm de diamètre.
Sans aucun traitement thermique, ce fil a ensuite ~té
tréfil~ jusqu'au di~lmètre de 2 mm.
Sur chacun de ces fils, on a fait ensuite un traite~
- 16
106~092
ment thermi~ue rinal de 3 heures à 280~~. ~a me~ure des
charges de ruptv.re, des allongements et des résistivités
donne le tableau ci-dessous:
Allia es R T A I ~
_ _~ . ,,._~ ....... __
allia~e e 13 13 ~~ 2.825
___ . _ __ __
. allia~e 6 13 16 % 2 845
- : , _ . _ . _~
al]i_~e 7 13 22,5 % 2,900
On constate que les alliages 6 et 7 gui sont des
alliages ~elon l'in~ention, ont, à charge de rupture égale
de 13 K ~mm2, des allongements nettement supérieurs à ceux
. de l'alliage e qui est un alliage A-GS/~. Cecl se traduit
en contxepartie par une légère augmentation de la r~sistivité
qui n~excède pas toutefois 2,7 ~ dans le plus rnauvais cas.
~alliage 4 des exemples 1 et 2, transformé jusqu'à 0,5mm
de diamètre selon l~exemple 2, a subi directement après tréfilage
un traitement a~ émaillage par passages successifs dans un four
: d'émaillage de 5 mètres de long, les températures des dif-
. férentes zones constituant le four s'étageant entre 200 et
; 400~C. Différentes vitesses de passage ont ~te expérimentées
sucoessivement, qui ont conduit aux ~ssociations de oarac-
téristiques suivantes:
. .__ ... ,~ ~_
Vitesse de R A f
passage
. _ ___ . . . .
26 m/mn 16,3 15,5 2,889
22 ~ mn 16,5 16,0 2,916
. . 18 m/mn 16,2 15,5 2,920 .
14 m/mn 16,3 1~,~ 2,929
. .
- 17 -
106609i2
On c021state ~ue les assoeiations R - A - ~ son-t très
performantes et peu ~ensibles aux vaxiations de vitesse
de passage.
~e fil en alliage n~ 4, transformé selon l'exemple 2
jusqu'a 0,5 mm de diamètre, est ensuite recuit en con-tinu
à 1~ aide d'un recuiseur par résistance. ~a vitesse étant
constante, on a ~ait varier les règlages du reculseur de
façon à obtenir différents niveaux de recuit se traduisant
par différents nïveaux d'associations R-A. Pour ces dif-
f~rents règlages, les caractéristiques. mesurées sur fils
traités sont les suivantes:
_ R A r f
. ........ . . I .
règlage 1 17,46,5 2,945
règlage 2 16,8 9.~ 2,960
règlage 3 16,514,5 2,965
. r~g-age ~ 16,814,0 ..
On constate que l'augmentatlon du niveau d'adoucissement
(caractérisé par le relèvement des valeurs de A) ne ~e
tradui~ pas par une chute des valeurs oorrespondantes de
R.
.,
,
- 18 -