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PERFECTIONNEMENTS AUX PROCEDES POUR L'EXTRUSION DE MATIERES A BASÉ D'
ALUMINIUM.
La présente invention est relative à un procédé d'extrusion et d'écrouissage de certaines matières à base d'aluminium.!) procédé créant, dans les matières traitées, un état qui permet de les recuire à une température plus basse et le produit extrudé et écroui possédant cette caractéristiqueo
On a employé le procédé d'extrusion pour la conformation d'un mé- tal dans la technique du travail des métaux depuis de nombreuses années et on l'a ainsi utilisé de manière très étendue dans la fabrication d'articles en aluminium et en alliages à base d'aluminium.
Tel qu'on l'a appliqué à la fabrication de ces produits à base d'aluminium, le procédé consistait géné- ralement à chauffer la-pièce métallique à extruder jusqu'à une température assez élevée pour permettre un écoulement facile du métal, à placer la pièce dans.un cylindre chauffé et à refouler le métal à travers une matrice montée à l'une des extrémités du.
cylindre Dans l'"xtrusion de l'aluminium de pu- reté commerciale et des alliages à base daluminium qui ne subissent pas un traitement de précipitation pour augmenter leur résistance,, la pratique courante comportait le chauffage des pièces métalliques, habituellement des lingots,
à une température comprise entre environ 399 'et 538 C.avant de les introduire dans le cylindre de la presse dextrusiono La pression appli- quée pendant l'extrusion provoque souvent' un certain échauffement du métal et il en résulte que le refroidissement de la pièce métallique pendant la durée de l'opération d'extrusion est faible ou nulo La température à laquel- le la pièce est chauffée avant l'extrusion est par suite considérée comme-. étant la température nominale du métal pendant l'extrusion et on la-désigne sous le nom de température d'extrusion.
L'extrusion de l'aluminium et des alliages à base d'aluminium à une température comprise-entre 399 G et 538 C.environ est considérée comme un travail à chaud. se distinguant du travail à la température ambiante, par exemple,, qui a pour résultat un écrouis- sage. On laisse habituellement refroidir le produit provenant de L'extrusion à la température ambiante avant de le soumettre à aucune autre opération'de
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fabrication
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Dans de nombreux cas, 1-9objet extrudé à la forme désirée et au- cune opération ultérieure n'est nécessaire; cependant, il est souvent avan- tageux d'obtenir par extrusion un produit semi-fini et d'achever la fabrica-
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tion par une opération d'écrouissage telle que 19étirage à froid.
L'effet d90rientation des fibres de l'opération drusion persiste habituellement dans le produit écroui et lui donne des propriétés directionnelles que l'on ne trouve pas dans les objets laminés ou forgésSi l'on écrouit le produit- semi-fini de 1 extrusion!) on augmente la résistance et la dureté. Si l'on
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désire un produit doux àu lieu d'un produit durcie, on soumet au recuit lob- jet écroui. Quand l'objet fini est soumis au recuit, on désigne le traite- ment sous le nom de recuit final, tandis que, si un travail ultérieur doit être exécuté, on l'appelle recuit intermédiaire.
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Comme on 19a indiqué plus haut, 15effet daun traitement de re- cuit est de diminuer la résistance et la dureté de 1-lobjet travaillé jusqu' à une valeur minimum. Par suite, les essais à la traction peuvent être utili- sés pour déterminer la variation de radoucissement et quand les valeurs de la résistances de rallongement et de la dureté atteignent un minimum sensi- blement constante on admet que la matière a été complètement recuite 0 Du point de vue de la structure interne du métal recuite on constate que le traitement a amené les fragments de grains produits par le travail du mé= tal à former de nouveaux grains ou cristaux qui sont exempts de contraintes dues au travailQuand les essais à la traction montrent une réduction no- table de la charge de rupture et une augmentation de rallongement;
, la for- mation de nouveaux grains a commencée
On appelle température de recristallisation la température à laquelle de nouveaux grains ou cristaux se forment. Cette température n'est
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pas la même pour tous les degrés de pureté de 1?alumiovm et pour tous les alliages à base d'alumiaiumo Les principaux facteurs qui contrôlent la tem- pérature de recristallisation sont la composition du métal, le laps de temps laissé pour le recuit et le degré d9écrouissage que l'objet a subi immédia- tement avant le recuite Cependant:
) pour les cas de la pratique dans les opé- rations de fabricationon a constaté qu'une température comprise entre 338 C et 354 Coenviron est nécessaire pour produire la recristallisation
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de l!) aluminium et des alliages à base d-'aluminium écroula dans un laps de temps raisonnable Dans la production de certains objetsl) il est hautement désirable d'avoir une température de recristallisation très basse Par exem- ple quand une gaine d 9 aluminium a été étirée à froid sur un câble télépho- nique ou de transport de force isolé., il est nécessaire de recuire la gaine pour que le câble possède la flexibilité désiréeLa température ordinaire de recuit détruirait l'isolement habituel des câblesPar suite,,pour adou- cir la gaine sans endommager 1?isolement,
il faut recuire à une température beaucoup plus basseo
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On a constaté qu'on pouvait réduire la recristallisation de 1'alu- minium écroui en réglant le rapport du fer au silicium et en ajoutant de pe- tites quantités de l'un au moins des métaux du groupe formé par le glucinium et le nickelPour la commodité de 1?exposé, on peut désigner ici ces métaux±)
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et tous autres produisant le même effet, sous le nom d-laddition abaissant la température de recristallisationo Les découvertes exposées ci-dessus font
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1?objet de la demande de brevet belge n 393.726 déposée le 2 juillet 1951 par la demanderesse pour "Perfectionnements aux objets laminés ou forgés en métal à base d'ala 9numo On a constaté maintenant que les avantages de ces compositions peuvent.,
par les opérations décrites ci=après9 être obtenus plus complètement et que 19effet du glucinium et du nickel peut être accru dans la fabrication d'objets extrudés et écroule. En conséquence9 un objet géné-
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ral de l'invention est un procédé de fabrication dobjets ayant une tempéra- ture de recristallisation basse Un objet particulier est 1-lace--ntuation de cette caractéristique dans certains objets en alliage- à base d'aluminium.
La présente invention est fondée sur cette découverte que l'on peut réduire la température de recristallisation dans les objets en alliage
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à base d9alumin.um extrudés et écrouis (alliage formé essentiellement d'alu- minium, d'un élément abaissant la température de recristallisation, tel qu'un
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élément choisi dans le groupe formé de 09005 à 0g25 de glucinium et 0,04 à 1 % de nickel, un total de 0901 à Ofl8 d'impuretés fer-siliciump le rapport du fer au silicium ne dépassant pas quatre-tiers de la teneur en silicium et n'étant de préférence que les trois quarts de ladite teneur)
par un.trai-
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tement préliminaire du corps à extruder9 par l'extrusion à une température relativement basse et par le recuit intermédiaire à une température relati- vement basse;, lorsque ce recuit est nécessaire,, avant l9écrauissageo Chacune des opérations affecte les résultats obtenus dans 190pérâtion suivante et, en conséquence, c'est seulement par l'observation stricte des limitations de chaque opération que 1-'on peut obtenir le-produit final avec la caracté- ristique désirée de recristallisation basse. Les opérations individuelles du procédé vont être décrites maintenant avec plus de détails.
On fait subir au corps métallique (sous forme de lingots ou de billettes laminés ou forgés ayant la composition chimique convenable) un traitement thermique initial,, dit préchauffage,, suivi d'un refroidissement contrôlé jusqu'à une gamme de température intermédiaire et on le maintient
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dans cette gamme pendant un certain laps de temps avant Pextrusiono Le traitement consiste à chauffer le corps à une température comprise entre 454 C et 510- C environ et à le maintenir dans cette gamme de températures pendant un laps de temps de une à douze heures.
La température et la durée
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du traitement varient avec la composition de 19alliage et avec les dimen- sions de la charge à traitera
Après achèvement du préchauffage ou traitement initiale on refroi- dit le corps en alliage à une vitesse contrôlée ne dépassant pas 27 5 par heu-
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re usqu9à une température comprise entre 260 et 343 C et on maintient le corps entre ces limites de température pendant un laps de temps de une à dou- ze heureso Pour des raisons de commodité, cette opération sera dénommée trai- tement de maintien intermédiaire.
On peut ensuite refroidir le corps chaud jusqu'à la température ambiante ou bien le transporter à une presse dextru- sion si sa température est telle qu'elle permette l'extrusion dans les limi- tes de température indiquées plus loino L'effet des deux traitements thermi- ques n'est pas tout-à-fait compris;, mais on a constaté qu'ils sont nécessai- res tout deux pour l'obtention de la caractéristique de basse recristallisa- tion dans le produit travaillé final.
Si on a laissé refroidir le corps jusqu9à la température ambian-
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te ou jusque une température inférieure à celle à laquelle il doit être ex- trudé, on le chauffe à une température comprise entre 204 et 288 Co environ, on le transporte dans le cylindre chauffé d'une presse d!)extrusion et on pro- cède à l'extrusiono On admet que la température du métal reste entre les li- mites précitées pendant le- durée de 1-extrusion.
Il est désirable, en tout cas, d'adopter une température d9extrusion aussi basse que possible, la tem- pérature choisie étant généralement déterminée par la puissance de la presse, une puissance plus grande étant nécessaire lorsque la température d!1extrusion diminuée Si l'on adopte des températures d?extrusion supérieures à 288 Cop telles que celles normalement employées dans 1, a extrusion de l'aluminium!) on n'obtient pas dans le produit final travaillé la caractéristique désirée de recristallisationo Le produit extrudé semi-fini résultant est habituellement dénommé bloomo Il peut avoir une forme pleine ou une forme creuse suivant la matrice utiliséeo La combinaison du préchauffage, du maintien intermédiaire et de 1 )
extrusion à basse température produit un état et une structure inter- ne dans le bloom qui sont essentiels pour l'obtention d'une température de recristallisation basse dans l'article écroui obtenuo
On soumet ensuite le bloom extrudé à un travail ultérieur à une température beaucoup plus basse, habituellement à la température ambiante, ou à une température légèrement supérieure. Le travail peut consister en lami-
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nage étirage, travail à la presse ou opérations analogues qui produisent une réduction de l'épaisseur de l'objet.
Pour la fabrication de produits tubulai- res, on peut utiliser une machine connue sous le nom de réducteur à tubeso Il doit être entendu que le travail doit être conduit en une ou plusieurs
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étapes et avec un ou plusieurs types d'opérations de travail exécutées suc- cessivemento En tous cas., s'il s'agit d'obtenir un produit final à ce sta- de, c'est-à-dire un produit amené à la forme et à l'épaisseur finales., la ré- duction doit atteindre au moins 40 % et., pour l'obtention des meilleurs ré- sultats, elle doit dépasser 90 % s'il s'agit d'ohtenir l'avantage d'une tem- pérature de recristallisation basse.
Si l'opération précédente n'est pas une opération de travail fi- nal, on peut faire subir au produit écroui un recuit intermédiaire à une tem- pérature comprise entre 204 et 315 5 pendant un laps de temps de une à douze heures 0 On a constaté qu'il était nécessaire- d'adopter une telle gamme de températures relativement basses pour le recuit intermédiaire afin d'obtenir une température de recristallisation basse dans l'objet fabriqué terminée
Après le recuit intermédiaire., l'objet doit subir un nouvel écrouissage qui produit une réduction de son épaisseur d'au moins 40 % et, de préférence, de plus de 90 %, en vue de l'obtention de l'avantage d'une température de recristallisation abaissée. Ce travail peut comporter deux ou plusieurs opérations..
Dans le cas de la fabrication de tubes., par exemple., les opérations peuvent consister en un étirage et en une réduction au lami- noir. Etant donné que la réduction ne produit qu'un léger, changement dans l'épaisseur de la paroi., on peut compter sur l'étirage pour réaliser la plus grande partie de l'écrouissage désiré.
L'objet qui a subi l'écrouissage précité et le traitement thermi- que convenable possède l'aptitude à la recristallisation à une température plus basse que le même objet fabriqué par les procédés habituelso En général, la température de recristallisation sera inférieure à 315 5 et, dans de nombreux cas, elle sera inférieure à 232 C.
L'invention trouve une application dans la réalisation d'une gai- ne sans soudure pour un câble téléphonique isoléo Les effets des températures de préchauffage et d'extrusion sur les propriétés de traction d'une gaine sont illustrés par les essais suivants.
Les conditions de fabrication des gaines ont été identiques, sauf pour ce qui est dé variantes dans la pratique du préchauffage et du réchauf- fage pour l'extrusion. Les facteurs constants étaient la dimension du lingot., la vitesse d'extrusions l'étirage à froid du bloom extrudé avec une réduction d'environ 61 %, le recuit pendant douze heures à une température comprise entre 238 et 249 environ et ensuite l'étirage à froid pour former un tube ayant 11,68 mmo de diamètre extérieur et une épaisseur de paroi de 1,27 mm avec une réduction de 95 %.
La gaine étirée- à froid et obtenue finalement a été ensuite recuite à 190 Go pendant une demi-heure pour simuler le traite- ment qui pourrait être appliqué sur un câble isolé.Les propriétés de résis- tance à la traction du produit recuit final ont été déterminée% ce qui a permis une comparaison avec les autres produits recuits pour démontrer l'ef- fet des variations dans la pratique du préchauffage et de la température d'extrusion. L'alliage utilisé était formé d'aluminium, de 0,01 % de gluci- nium, de 0,03 % de fer et de 0,04 % de silicium. Les lingots tubulaires avaient un diamètre extérieur de 228 mm 6 et un diamètre intérieur de 46 mm.
Dans les premiers essais destinés à déterminer l'effet du pré- chauffage et du maintien intermédiaire du lingot, 1?un des lingots n'était pas préchauffé, mais simplement chauffé à la température d'extrusion de 265 C,tandis que 19 autre était préchauffé pendant deux heures à une tempé- rature comprise entre 4710 et 482 C., refroidi lentement, à raisonde moins de 27 5 par heure., jusqu'à une température comprise entre 304 et 315 5 et maintenu à cette température pendant quatre heures.
Les propriétés-de résis- tance à la traction des gaines étirées à froid et recuites sont données dans le tableau suivants
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TABLEAU I
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<tb> Effet <SEP> du <SEP> préchauffage <SEP> sur <SEP> les <SEP> propriétés <SEP> des <SEP> gaines
<tb>
<tb> Etat <SEP> du <SEP> lingot <SEP> Charge <SEP> de <SEP> rupture <SEP> Limite <SEP> élastique <SEP> Allongement <SEP> %
<tb> kg/mm2 <SEP> kg/mm2
<tb>
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-------------------------------------------------------------------------
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<tb> Non <SEP> préchauffé <SEP> 11981 <SEP> 10,68 <SEP> 7,0
<tb>
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Préchauffé 7el7 4914 z0
Il est tout-à-fait clair que le préchauffage et le maintien in- termédiaire ont un effet très prononcé sur les propriétéa de résistance à la traction.
Les faibles valeurs données par les gaines fabriquées à partir du lingot préchauffé montrent que la recristallisation s9est produite.
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L9influence de la température d'extrusion sur les propriétés de résistance à la traction des gaines recuites est illustrée dans des essais dans lesquels deux lingots ont subi les traitements de préchauffage et de maintien intermédiaire décrits ci-dessuso L'un des lingots a été extrudé à 4850, température qui est comprise entre les limites habituellement adoptées dans 1?extrusion de l'aluminium de pureté commercialetandis que l'autre a été chauffé à 262 5,
puis extrudéo Les propriétés du produit final apparais- sent dans-le tableau II ci-après
TABLEAU II
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Effet de la température d9extx usion sur les propriétés des aines
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<tb> Température <SEP> Charge <SEP> de <SEP> ruptu- <SEP> Limite <SEP> élastique <SEP> Allongement <SEP> %
<tb>
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d-'extrusion --- re-kg/MM2 -------- ---------------- = ------ =- 4850 C 10,922 8s96 gogo 2650 5 7,17 414 17,0
Les valeurs des propriétés de résistance à la traction pour la gaine fabriquée à partir d'un bloom extrudé à basse température montrent encore que la recristallisation s'est produite tandis qu'elle navait pas en- core eu lieu dans- 1-9 autre gaîne.
Bien que l'on n'obtienne totalement les avantages de l'invention que si l'article extrudé est écroui de plus de 40 M, on a constaté que les propriétés de résistance à la traction de blooms. fabriqués à partir de lin- gots préchauffés et de lingots ayant subi le maintien intermédiaire diffè- rent dans une mesure importante des propriétés de blooms extrudés à partir de- lingots qui neont pas subi ces traitements., Ceci est illustré dans le ta- bleau III par les valeurs de la charge de rupture et de 1-'allongement du bloom tubulaire de 66,6 mmo de diamètre extérieur avec une épaisseur de pa- roi de 11 mm.,bloom à partir duquel a été produite la gaine à laquelle se rapporte le tableau I.
TABLEAU III
Effet du préchauffage sur les propriétés du bloom ex
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<tb> Etat <SEP> du <SEP> lingot <SEP> Charge <SEP> de <SEP> rupture <SEP> Limite <SEP> élastique <SEP> Allongement <SEP> %
<tb>
<tb> kg/mm2 <SEP> kg/mm2
<tb>
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-------------------------------------------,-------------------,----.,
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<tb> Non <SEP> préchauffé <SEP> 1095 <SEP> 8,68 <SEP> 29,5
<tb>
<tb> Préchauffé <SEP> 693 <SEP> 3936 <SEP> 50,0
<tb>
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Ces résultats d'essais et d'autres ont démontréque le préchauf- fage, le maintien intermédiaire et une température d'extrusion basse donnent un effet nettement avantageux sur les blooms et que-, par suite, ceux-ci pos- sèdent des caractéristiques- nettes que l'on n'observe pas dans les produits extrudés habituelso
REVENDICATIONS
1.
Procédé de fabrication de produits extrudés en métal à base d'aluminium possédant des caractéristiques de recuit à température basse lorsqu'ils sont écrouis, caractérisé en ce qu'on forme un corps essentielle- ment constitué par de l'aluminium, par un total de 0,01 à 0,8 % d'impuretés fer et silicium, la quantité de fer ne dépassant pas les 4/3 de la teneur en silicium et par un élément susceptible d'abaisser la température de re- cristallisation du corps après qu'il a été écroui, on chauffe le corps pré- cité à une température comprise entre 454 et 510 C environ, on le main- tient à cette température pendant un laps de temps de une à douze heures, on le refroidit à une température comprise entre 260 et 343 C environ à une vitesse contrôlée ne dépassant pas 27 5 par heure,
on maintient le corps en question entre les limites de température susvisées pendant un laps de temps de une à douze heures et on l'extrude ensuite à une température com- prise entre 204 et 288 C environ.