FR2510231A1 - Methode de fabrication de corps creux sous pression en alliages d'aluminium - Google Patents
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Abstract
LA PRESENTE INVENTION CONCERNE UNE METHODE DE FABRICATION DE CORPS CREUX SOUS PRESSION EN ALLIAGES D'ALUMINIUM TYPE 7475 PRESENTANT A LA FOIS UNE HAUTE RESISTANCE MECANIQUE ET UNE TENACITE ELEVEE. LA METHODE CONSISTE DANS LES ETAPES SUIVANTES: 1.ELABORATION D'UN ALLIAGE CONTENANT ( EN POIDS): 5,6 ZN 6,1MN 0,04 2,0 MG 2,4ZR 0,03 1,3 CU 1,7TI 0,04 0,15 CR 0,25AUTRES 0,05 CHACUN FE 0,10TOTAL 0,15 FESI 0,25RESTE A1 2.COULEE DE CELUI-CI SOUS FORME DE BILLETTES, 3.FILAGE A CHAUD ENTRE 350 ET 450C PAR LE PROCEDE INVERSE SOUS FORME D'UN ETUI, 4.ETIRAGE A CHAUD PUIS A FROID DE L'ETUI AINSI OBTENU, 5.OGIVAGE A CHAUD ENTRE 350 ET 450C, 6.MISE EN SOLUTION ENTRE 450C ET TREMPE A L'EAU A UNE TEMPERATURE INFERIEURE A 40C, 7.REVENU DOUBLE PALIER TYPE T73. LES BOUTEILLES DE GAZ COMPRIME OBTENUES PAR CE PROCEDE PRESENTENT UNE PRESSION D'ECLATEMENT HYDRAULIQUE DE L'ORDRE DE 90MPA, LA DECHIRURE ETANT CONFORME AUX REGLEMENTATIONS INTERNATIONALES EN VIGUEUR OU EN PREPARATION.
Description
MEIHODE DE FABRICATION DE CORPS CREUX
SOUS PRESSICN EN ALLIAGES D'All UMIINIUM La présente invention concerne une méthode de fabrication de corps creux sous pression tels que réservoirs, bouteilles ou autres, en alliages d'aluminium, type 7475 (selon la désignation de l'Aluminium Association)
et présentant à la fois une haute résistance et une ténacité élevée.
Jusqu'ici, les récipients sous pression très légers, en particulier ceux utilisés pour le transport et le stockage des gaz comprimés ou liquéfiés, ont été réalisés en alliage d'aluminium type 2001 (selon la désignation de
l'Aluminium Association, édition du ler Juin 1980) Or, si l'on veut obte-
nir avec cet alliage une excellente résistance à la corrosion sous tension (ce qui est fondamental pour des récipients sous pression), on est obligé d'utiliser un traitement thermique de revenu très poussé qui entraîne une
diminution de la ténacité.
En particulier, les allongements et la forme de la déchirure lors d'un essai d'éclatement sous pression hydraulique deviennent non conformes vis
à vis des réglementations internationales en vigueur ou en préparation.
Il était donc nécessaire de rechercher une méthode de fabrication de corps creux sous pression présentant les nêmes caractéristiques mécaniques (donc la même légèreté) et la même résistance à la corrosion sous tension (donc
la même sécurité) que celles obtenues avec le 2001, et qui en plus, per-
mettait de satisfaire les réglementations internationales au point de vue
valeur des allongements et aspect de la déchirure lors d'un essai d'écla-
tement sous pression hydraulique.
La demanderesse a trouvé une méthode de fabrication permettant d'atteindre les objectifs ci-dessus énoncés, et qui sont les suivants résistance mécanique RO 02 > 370 M Pa Rm > 460 M Pa
A % > 12
corrosion sous tension à 75 % de R 2 garanti, soit 280 M Pa: durée > 30 jours en izmersion-émersion ( 10 min-50 min) dans une solution de Na Zl à 3,5 %, à la température ambiante sur éprouvettes en C dans les conditions de la norme ASIM 38-73 comportement à l'éclatement sous pression hydraulique La déchirure "ductile" d'un corps de forme générale cylindrique doit satisfaire aux exigences suivantes: être longitudinale dans sa plus grande partie ne pas être ramifiée
ne pas s'étendre de plus de 900 de part et d'autre de la partie prin-
cipale de la déchirure ne pas s'étendre dans une partie du corps dont l'épaisseur dépasse 1,5 fois l'épaisseur maximale mesurée au milieu du corps La méthode suivant l'invention consiste dans lès étapes suivantes: 1/ élaboration d'un alliage contenant (% en poids) ,6 < Zn < 6,1 2,0 < Mg 2,4 1,3 < Cu < 1,7 0,15 4 Cr < 0,25 Fe < 0,10 Fe+Si S 0,25 Mn < 0,04 Zr < 0,03 Ti < 0,04 -autres < 0,05 chacun total < 0,15 reste A 1 2/ coulée de celui-ci sous forme de billettes 3/ filage à chaud entre 350 C et 450 C par le procédé inverse sous forme d'un étui 4/ étirage à chaud puis à froid de l'étui ainsi obtenu 5/ ogivage à chaud entre 350 C et 450 C 6/ mise en solution entre 450 C et 490 C, et trempe à l'eau à une temperature inférieure à 40 C 7/ revenu double palier type T 73 Il a été remarqué que les opérations 3/ et 4/ pouvaient être remplacées par une seule opération de filage à froid Par ailleurs, la teneur en Fe est tenue, de préférence, en-dessous de 0,08 %, et la teneur en Fe+Si
< 0,18 %.
Les exemples suivants illustrent les résultats obtenus en appliquant la méthode selon l'invention à la fabrication de bouteilles de 6 litres, de format O 127 x 151 mm, dont la pression d'utilisation est de 30 M Pa et la pression d'épreuve de 45 M Pa Les figures 1 à 3 représentent quelques aspects caractéristiques de déchirures consécutives à l'essai d'éclate-
ment sous pression, les dimensions étant en mmn.
On a élaboré 3 coulées: A (conforme à l'invention), B et C (hors du domaine de 1 ' invention), dont les conpositions sont les suivantes (% en
poids).
Celles-ci ont été coulées sous forme de billettes de O 170 mm et ont été homogénéisées 12 heures à 465 C. Après écroûtage à O 158,5 mn des lopins ont été filés par filage inverse et étirés à chaud à 400 C + 10 C, puis tournés à O 155 mn et recuits à 420 C, maintient 4 heures Après décapage, ils ont été étirés à froid
avec un allongement (S s) de 13,5 % et mis à longueur.
s La partie ouverte de l'étui ainsi obtenu est alors ogivée à 400 C, puis
percée et coupée.
Le traitement thermique subit a été ie suivant: mise en solution à 465 C + 1,5 C, maintien 2 heures trempe à l'eau froide ( 10 20 C) ler revenu 6 heures à 105 C + 2 C 2 ème revenu 12 heures à 177 C + 1,5 C
La bouteille a été terminée par un usinage du goulot et la pose de la bague.
Une bouteille de chaque coulée a été soumise à des essais de traction: 4 éprouvettes en pleine épaisseur du corps de bouteille (sens long) Fe Si Cu Cr Mg Zn Ni Mn Zr Ti
A 0,05 0,03 1,30 0,20 2,25 5,70 < 0,01 < 0,02 < 0,02 < 0,03
B 0,11 0,06 1,45 0,20 2,05 5,60 < 0,01 < 0,02 < 0,02 < 0,03
C 0,13 0,08 1,40 0,19 2,16 5,65 < 0,01 < 0,02 < 0,02 < 0,03
Deux bouteilles par coulée ont été soumises aux essais d'éclatement sous pression hydraulique
* Enfin, elles ont subi des essais de corrosion sous tension: aucune fis-
sure n'est apparue sur les éprouvettes après 30 jours d'essai. Les résultats des essais mécaniques sont reportés au tableau I, étant
entendu que tous les essais de corrosion sous tension ont donné d'excel-
lents résultats avec, en plus, l'absence de piqûres et/ou de corrosion
feuilletante.
Ces essais montrent que pour obtenir les résultats désirés, toutes les étapes de la fabrication doivent être controlées suivant la méthode revendiquée. Ceci est particulièrement vrai en ce qui concerne la morphologie de la
déchirure obtenue lors des essais d'éclatement hydraulique.
TABLEAU I
ul o> r 4 N) (M Li Caractéristiques mécaniques Essais d'éclatement Coule R 2 (M Pa) Rm (M Pa) Pression Pression A %ugmentation repère _ -_ ___,_A' éclatement déformation volume Aspect Figure moyenne mini moyenne mini moyenne mini M Pa) plastique (M Pa) (M Pa)
A 411,25 406 480,25 476 15,15 15,0 89,2 78,4 14,1 TRES BON 1
,0 78,0 15,7 TRES BCN -
B 386,00 384 465,00 460 14,28 13,75 87,2 74,0 14,3 MAUVAIS 2
87,2 75,0 14,9 MAUVAIS -
C 402,15 390 470,50 467 14,35 13,85 88,4 77,6 14,4 MAUVAIS 3
89,1 77,9 14,8 MAUVAIS -
Li
2510 Z 31
* RVEVNDICATIONS
1 / Procédé d'obtention d'un corps creux sous pression en alliages
d'Al présentant à la fois des caractéristiques mécaniques et une duc-
tilité élevées, un cqnomportement ductile lors d'un essai d'éclatement sous pression hydraulique interne et une bonne résistance à la corrosion sous tension, caractérisé en ce qu'il comrprend essentiellement les operations suivantes: 1/ élaboration d'un alliage contenant (% en poids) , 6 $ Zn 4 6,1 2,0 Mg < 2,4 1,3 <Cu 1,7 0,15 Cr < 0,25 Fe < 0,10 Fe+Si < 0, 25 Mn < 0,04 Zr < 0,03 Ti < 0,04 autres < 0,05 chacun total S< 0,15 reste A 1 2/ coulée de celui-ci sous forme de billettes 3/ filage à chaud entre 350 C et 450 C par le procédé inverse sous forme d'un étui 4/ étirage à chaud et à froid de l'étui ainsi obtenu / ogivage à chaud entre 350 C et 450 C 6/ mise en solution entre 450 C et 490 C et trempe à l'eau froide (température inférieure à 40 C) 7/ revenu double palier type T 73 2 / Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la teneur en
Fe est inférieure ou égale à 0,08 %.
/ Procdé sel On la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la ten-
eur en-Fe+ Si est inférieure ou égale à 0,18 %
4 / Procédé selon les revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les
étapes 3/ et 4/ sont remplacées par un filage à froid.
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