CH619271A5

CH619271A5 -

Info

Publication number: CH619271A5
Application number: CH398477A
Authority: CH
Inventors: Ronald Joseph Selines; Jaak Stefaan Van Den Sype
Original assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1976-03-31
Filing date: 1977-03-30
Publication date: 1980-09-15
Also published as: SE7702015L; FR2346069A1; PH12251A; AU2376377A; BE853054A; FI770988A7; ATA220077A; BR7701980A; CA1083019A; DE2714127C3; DK140977A; ES457350A1; DE2714127A1; GB1572552A; AU504132B2; JPS52120263A; US4159217A; NO771128L; AT353075B; NL7703472A

Description

La présente invention concerne le formage à très basse température de feuilles durcies par écrouissage d'un métal à 35 structure cubique à faces centrées, permettant la réalisation d'objets de toute configuration voulue. Plus précisément, elle concerne un procédé de formage de feuilles durcies par écrouissage d'un métal à structure cubique à faces centrées et en particulier de formage de feuilles d'aluminium et d'alliage d'alu- 40 minium, pour la réalisation d'objets de configuration voulue par déformation des feuilles métalliques sous des contraintes de traction à une température comprise entre environ —100 et -200° C.

En règle générale, les métaux à structure cubique à faces 45 centrées tels que l'aluminium et ses alliages, sont parmi les métaux couramment usinés dont le formage est le plus facile. En conséquence, on a beaucoup utilisé l'aluminium et ses alliages dans les industries de la construction, du transport et de l'emballage, par exemple pour la formation de revêtements de façades, 5o de structures architecturales, de panneaux, de récipients et analogues. Cependant, l'utilisation extensive de l'aluminium et de ses alliages a été limitée, notamment dans l'industrie automobile, étant donné que les minces feuilles d'aluminium et de ses alliages utilisées pour la formation des pare-chocs, des capots, 5s des portes et analogues, ont tendance à se fracturer, se déchirer et/ou présenter des déformations discontinues ou dentelées au cours d'une opération de formage. En outre, les éléments formés avec de telles feuilles d'aluminium ou de ses alliages ont une mauvaise résisance à la rayure et à l'empreinte. En conséquen- 6() ce, les surfaces sont facilement rayées et déformées et deviennent peu esthétiques. En conséquence, les avantages de l'utilisation de plus grandes quantités d'aluminium et de ses alliages dans la fabrication des automobiles, permettant la réalisation de véhicules plus légers et plus efficaces, sont plus que compensés 6s par les problèmes posés par les possibilités de formage et par la mauvaise résistance aux rayures et aux empreintes, comme indiqué précédemment.

On connaît déjà l'augmentation générale de ductilité, aux températures très basses, des métaux et alliages de structure cubique à faces centrées. Par exemple, l'ouvrage CRYOGENIC MATERIALS DATA HANDBOOK - AFML -TDR-64—280, juillet 1970, indique que la ductilité des métaux et alliages à structure cubique à faces centrées, après recuit et indiquée par l'allongement sous traction, est de 50 à 100% supérieure à —196° C à celle qu'on observe à 25° C. Ce comportement suggère immédiatement que les possibilités de formage sont bien meilleures, pour de telles matières cubiques à faces centrées, à —196° C par rapport à 25° C, et le brevet des Etats-Unis d'Amérique No 3 266 946 indique qu'une augmentation de 100% de l'allongement sous traction à —196° C, par rapport à 25° C, provoque une augmentation de 100% de la profondeur d'ondulation qu'on peut obtenir dans un soufflet métallique formé d'une feuille d'alliage de magnésium ou d'aluminium.

L'invention concerne la réalisation d'objets de toute configuration voulue, à partir de feuilles durcies par écrouissage, formées par un métal à structure cubique à faces centrées au cours d'une opération de formage dans laquelle la feuille qui est traitée ne présente ni fracture ni déchirure. En outre, les objets formés selon l'invention ont une excellente résistance à la rayure et à l'empreinte en surface, et une résistance à la traction très supérieure qui permet à son tour l'utilisation de charges bien supérieures. Ces propriétés reposent sur le fait que l'allongement sous traction d'une feuille de métal ou d'alliage à structure cubique à faces centrées, durcie par écrouissage, peut être supérieur d'une valeur atteignant 1000% à —196° C, par rapport à la valeur à 25° C. Cette caractéristique est très différente de l'augmentation bien plus faible de 50 à 100% de l'allongement sous traction obtenu dans la même plage de températures pour les matières cubiques à faces centrées qui ont subi un recuit. En conséquence, on obtient une augmentation importante de façon tout à fait imprévue des possibilités de formage, lors de l'utilisation de feuilles d'alliage ou de métal à structure cubique à faces centrées et ayant subi un écrouissage, pour la réalisation d'objets de configuration voulue à très basse température, par rapport à la température ambiante, si bien qu'on peut utiliser de tels objets formés dans des applications dans lesquelles une amélioration de la résistance mécanique, de la résistance aux rayures et de la résistance à la formation d'empreintes est souhaitable pour l'objet formé. En outre, l'invention concerne de tels objets mis en forme qui possèdent d'excellentes caractéristiques de surface obtenues par suppression aux très basses températures de la déformation discontinue ou dentelée caractéristique de nombreux métaux et alliages à structure cubique à faces centrées, à température ambiante. Ainsi, les objets formés à très basse température ne nécessitent pas une opération ultérieure de meulage ou de polissage pour l'obtention d'une surface externe lisse.

Selon l'invention, les feuilles durcies par écrouissage, formées de métaux cubiques à faces centrées, permettent la réalisation d'objets de configuration voulue, par déformation des feuilles métalliques sous des contraintes de traction, à des températures très basses comprises entre —100 et —200° C.

On sait que les métaux à structure cubique à faces centrées et leurs alliages possèdent une structure cristalline très dense qui forme le constituant principal de la microstructure. Des exemples de métaux à structure cubique à faces centrées sont l'aluminium, le cuivre, le nickel, le plomb et d'autres métaux, ainsi que les alliages durcis par recuit de mise en solution, à base des métaux précités, par exemple les alliages d'aluminium des séries 3000 et 5000, les alliages à base de cuivre tels que le laiton et le bronze, les alliages de cupro-nickel et analogues, ainsi que les alliages durcis par précipitation, à base de ces métaux et parmi lesquels on peut citer notamment les alliages d'aluminium des

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séries 2000, 6000 et 7000, les alliages cuivre-béryllium et analogues. Cependant, l'invention s'applique uniquement à ces métaux et alliages à structure cubique à faces centrées qui sont stables et ne présentent pas de transformation lors de la déformation à basse température. Cette restriction élimine par exemple la variété cubique à faces centrées des aciers inoxydables formant collectivement la série 300 et contenant environ 18,0% de chrome et 8,0% de nickel, comme principaux éléments d'alliage.

L'expression «feuilles métalliques» utilisée dans le présent mémoire désigne les feuilles dont l'épaisseur maximale est en général de 5 mm et de préférence de 1,27 mm.

L'expression «durcies par écrouissage», appliquée aux feuilles métalliques, indique que celles-ci ont atteint en général au moins 50 % et de préférence 75 % de la dureté maximale,

comme déterminé avantageusement avec un appareil de mesure de dureté Rockwell.

Les feuilles métalliques peuvent être portées à la température voulue comprise entre —100 et —200° C par immersion dans une matière cryogénique convenable telle que l'azote liquide, ou par un certain nombre d'autres procédés bien connus, par exemple par pulvérisation du gaz ou du liquide cryogénique sur les feuilles métalliques.

Les opérations de formage désignées par l'expression «déformation sous des contraintes de traction» correspondent à des procédés au cours desquels une partie au moins de la matière est déformée par l'action d'un champ de contraintes locales dans lequel la composante la plus grande est une composante de traction. Ce sont à ces emplacements que les défaillances prématurées ont la plus grande probabilité d'apparaître lors des essais de formage d'objets. Un exemple d'opération comprenant une «déformation sous des contraintes de traction» est le formage à la presse. Dans un tel procédé, la pièce prend la forme fixée par un poinçon et une matrice, et les forces appliquées peuvent être des forces de traction, de compression, de flexion, de cisaillement ou diverses combinaisons de telles forces. Cependant, l'emplacement initial pour lequel la probabilité d'apparition d'une défaillance prématurée est la plus grande se trouve dans des zones particulières qui nécessitent des déformations importantes induites par un champ local de contraintes dans lequel la plus grande contrainte est sous forme d'une traction. Un exemple d'opération ne comprenant pas de «déformations sous l'action de contraintes de traction» est la frappe qui est une opération en moule fermé dans laquelle toutes les surfaces de la pièce sont retenues ou délimitées et la déformation est induite par un champ local de contraintes dont la plus grande contrainte est sous forme de compression.

D'autres exemples de procédés de formage de feuilles métalliques de la configuration voulue comprenant une déformation sous des contraintes de traction sont le pliage à la presse, le pliage freiné, l'emboutissage profond, le formage par emboutissage et allongement, le formage sur caoutchouc, le formage hydrostatique, le formage par explosion, la dilatation électromagnétique, le formage de profils et analogues.

Dans les exemples qui suivent de mise en œuvre de l'invention, donnés à titre purement illustratif, les résultats des essais sont déterminés suivant deux procédés.

Essais de traction: ce procédé indique le pourcentage d'allongement sur une longueur de 50,8 mm, avec une vitesse de déformation (ê) indiquée par la norme ASTM E8. Les valeurs d'allongement indiquées sont des valeurs moyennes correspondant aux orientations longitudinales et transversales, les déterminations portant sur 4 échantillons.

Essai de gonflement hydrostatique: cet essai permet la détermination de la hauteur de gonflement à la rupture, et la déformation biaxe à la rupture, en pourcentage. La configuration géométrique des échantillons permettant la détermination du gonflement hydrostatique est celle d'un disque de 152,4 mm de diamètre. Cependant, le dispositif de montage limite la section réelle à une partie centrale de 101,6 mm de diamètre.

Les essais réalisés à une température de 25° C mettent en 5 œuvre une pompe manuelle simple et de l'eau qui constitue la matière de mise sous pression. La pression et la hauteur de gonflement sont contrôlées de façon continue au cours des essais. On utilise, pour la mesure du déplacement du centre du disque, un appareil «Hewlett-Packard», 24DCDT-3000 LVDT. La mesure de la pression appliquée est assurée par un transducteur manosensible «Dynisco» PT310B-10M. Les déformations maximales biaxes à la rupture sont déterminées à partir d'une grille de cercles sécants de 6,35 mm de diamètre, cette grille étant appliquée sur chaque échantillon par des 11 techniques photographiques. Les essais à —196° C mettent en œuvre un appareil de pompage cryogénique et de l'azote liquide qui est le fluide de mise sous pression. Les échantillons sont totalement immergés dans un bain d'azote liquide afin que la température de l'essai soit constante et égale à —196° C. La hauteur de gonflement est contrôlée constamment par l'appareil utilisé déjà pour l'essai à 25° C. La pression de gonflement est contrôlée de façon continue par mesure de la force appliquée au piston de la pompe cryogénique. La section du piston est de 8,32 cm2 et la pression est calculée par division de la force appliquée par cette surface. La déformation maximale biaxe à la rupture à —196° C est mesurée comme indiqué précédemment.

M Exemple 1

On utilise dans cet exemple une feuille durcie par écrouissage d'alliage d'aluminium revêtu de type 3003-H16 ayant une épaisseur de 203 microns. Cet alliage est un alliage d'aluminium durci par recuit de mise en solution, contenant 1,2% en poids de 35 manganèse comme élément principal d'alliage et laminé à froid à température ambiante afin que sa dureté corresponde à 64 % de la valeur maximale. La surface de la feuille est revêtue d'une couche de 102 microns d'épaisseur d'un alliage d'aluminium 7072 contenant 1,0% de zinc.

Les échantillons d'essai sont portés à la température indiquée et soumis à l'essai de traction à cette température, et avec la vitesse de déformation (è) qui est indiquée.

échantillon No 1 (immergé dans l'azote) 5o échantillon No 2 (immergé dans un mélange de neige carbonique et d'alcool)

échantillon No 3

55

Température

—196° C

% d'allongement sur 50,8 mm è = 5.10^ s-1

20,7

- 79' + 25'

C C

3,6 1,5

Exemple 2

On utilise dans cet exemple, comme indiqué dans l'exem-60 pie 1, une feuille d'alliage 1100-H18 ayant une épaisseur de 178 microns. Cet alliage est de l'aluminium de pureté égale à 99% en poids, ayant subi un laminage à froid à température ambiante afin que la dureté soit maximale.

En outre, cet exemple indique que les avantages du formage 65 à très basse température selon l'invention sont obtenus dans les opérations ayant des vitesses élevées de déformation, c'est-à-dire que l'essai de traction est réalisé avec une vitesse de déformation è de 3,6 s-1.

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Température

% d'allongement

pour 50,8 mm sur 50,8 mm

è = 5.10~4s-1

è = 3,6 s-1

échantillon No 4

-196° C

28,0

22,5

échantillon No 5

- 79° C

2,8

—

échantillon No 6

+ 25° C

2,0

-

Exemple 3 1(1 ment pur, de conductivité élevée et dépourvu d'oxygène. La

On utilise dans cet exemple la feuille métallique de l'exem- feuille de cuivre a une épaisseur de 0,254 mm et elle est laminée pie 2. Les échantillons sont mis à la température indiquée et à froid afin qu'elle possède sa dureté maximale.

soumis à l'essai de gonflement hydrostatique à ces températures.

Température Hauteur de gon- Déformation flement à la biaxe à la rup-rupture ture, %

échantillon No 7 —196° C 23,6 mm 21,9

échantillon No 8 + 25° C 14,7 mm 9,6

échantillon No 11 il échantillon No 12 échantillon No 13

Température

-196° C - 79° C + 25° C

% d'allongement sur 50,8 mm

3,5 1,3

Exemple 4

On utilise dans cet exemple la feuille métallique de l'exemple 2.

On porte les échantillons aux températures indiquées et on leur fait subir l'essai de gonflement hydrostatique.

échantillon No 9 —196° C 17,3 mm 11,6

échantillon No 10 + 25° C 10,2 mm 5,1

^ Exemple 6

On utilise dans cet exemple le procédé de l'exemple 1 et une feuille durcie par écrouissage, formée de laiton (70% en poids de cuivre et 30% en poids de zinc). Cette feuille a une épaisseur de 305 microns et elle subit un laminage à froid afin que sa mî dureté soit maximale.

Température

% d'allongement sur 50,8 mm è = 5.10-4s-'

Exemple 5

Cet exemple, réalisé comme indiqué dans l'exemple 1, met en œuvre une feuille durcie par écrouissage de cuivre pratique-

échantillon No 14 — 196°C 7,7 échantillon No 15 — 79° C 2 4ii échantillon No 16 + 25° C 2

C

Claims

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REVENDICATIONS

1. Procédé de fabrication d'un objet façonné à partir d'une feuille métallique à très basse température, caractérisé en ce qu'on soumet une feuille durcie par écrouissage, en un métal à structure cubique à faces centrées, à une déformation sous des s contraintes de traction, à une température comprise entre —100 et -200° C.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'épaisseur maximale de la feuille est de 5 mm.
3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ' » l'épaisseur maximale de la feuille est de 1,27 mm.
4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la feuille a subi un durcissement par écrouissage donnant une dureté au moins égale à 50% de la dureté maximale.
5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la 15 feuille a subi un durcissement par écrouissage tel que sa dureté est au moins égale à 75 % de la dureté maximale.
6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le métal de la feuille est l'aluminium ou un alliage d'aluminium.
7. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la 20 feuille est durcie par écrouissage afin que sa dureté atteigne au moins 50% de la valeur maximale et la feuille est formée d'aluminium ou d'alliage d'aluminium.
8. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la feuille est formée de cuivre ou d'un alliage de cuivre. 25
9. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la feuille est durcie par écrouissage afin que sa dureté atteigne au moins 50% de sa dureté maximale, et en ce que son épaisseur maximale est de 5 mm.

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