CH657153A5

CH657153A5 - Milieu de trempe aqueux pour alliages legers a base d'aluminium.

Info

Publication number: CH657153A5
Application number: CH6656/83A
Authority: CH
Inventors: Francois Moreau; Jean-Michel Naud; Jacques Olivier; Elisabeth Schoch; Francoise Reyrol; Bruno Dubost
Original assignee: Servimetal
Priority date: 1982-12-16
Filing date: 1983-12-13
Publication date: 1986-08-15
Also published as: FI74049C; GB2131836A; ES8502481A2; ES528064A0; GB2131836B; HU193543B; SE8306924D0; NO162867C; NO834629L; IT1169970B; IT8324124A0; DE3345309A1; FR2538002A2; FI834588A0; GR78999B; NO162867B; SE8306924L; FI74049B; FR2538002B2; GB8333466D0

Description

La présente invention concerne un milieu de trempe aqueux pour les alliages légers à base d'aluminium.

Dans le brevet français N° 2 507 209, on a décrit et revendiqué un nouveau milieu de trempe aqueux, à base de polymère organique hydrosoluble, pour traitement thermique de métaux et alliages ferreux, et, en particulier, pour aciers au carbone et aciers alliés, permettant de raccourcir la durée de la phase de caléfaction, d'augmenter la vitesse de refroidissement pendant la phase de caléfaction, de la diminuer progressivement pendant la phase d'ébullition nucléée, la vitesse maximale se situant au début de cette phase, et d'éviter la précipitation du polymère organique sur les pièces trempées, caractérisé en ce qu'il comporte de 0,1 à 30% en poids d'éther de polyoxyalkylène glycol, de masse moléculaire comprise entre 4000 et 30 000 et, de préférence, comprise entre 10 000 et 12000 ou entre 20 000 et 25 000, et de 0,5 à 15% en poids d'un additif anticorrosif choisi parmi les sels d'acide oxo de 7 à 13 atomes de carbone d'une alkanolamine et les cinnamates d'alkanolamines, le reste étant de l'eau.

Cependant, il est connu que la trempe des alliages à base d'aluminium est un phénomène différent de la trempe des aciers, les phénomènes structuraux étant d'une autre nature.

Lorsqu'on trempe à l'eau des alliages à base d'aluminium, on cherche à obtenir le meilleur compromis possible d'une part entre les caractéristiques mécaniques de traction et la stabilité dimensionnelle à la trempe des produits minces ou matricés de précision avec, comme critère essentiel, l'isothermie des surfaces et la reproductibi-lité des refroidissements et d'autre part entre les caractéristiques mécaniques de traction et les contraintes résiduelles de trempe des produits épais avec, comme critère essentiel, l'obtention de vitesses de refroidissement accélérées et reproductibles permettant de tremper rapidement les alliages dans le domaine critique de trempe (400-250° C) sans adoucir exagérément la peau du métal, notamment à haute température entre 500 et 400° C.

On a constaté que, de façon inattendue, le milieu aqueux revendiqué pour la trempe des aciers, dans le brevet français susmentionné, s'appliquait également à la trempe des alliages à base d'aluminium et permettait d'obtenir les meilleurs compromis possibles entre les caractéristiques mécaniques et la stabilité dimensionnelle.

Le but de l'invention est donc l'application, aux alliages à base d'aluminium, du milieu de trempe aqueux objet du brevet français N° 2 507 209.

Le milieu de trempe selon l'invention présente les caractéristiques spécifiées dans la revendication I.

Les exemples qui suivent illustrent à titre non limitatif la mise en œuvre de l'invention:

Le milieu de trempe utilisé dans ces exemples est obtenu par mise en solution dans l'eau d'éther de polyoxyalkylène glycol, commercialisé sous la marque d'EMKAROX FC 31/45000 par la Société des Produits Chimiques Ugine Kuhlmann, et addition d'additif anticorrosif commercialisé sous la marque I.P.9 de la même Société, et dont la nature et les caractéristiques ont été indiquées dans le brevet français susmentionné (c'est-à-dire, respectivement, un éther mixte de polyoxyéthylène/polyoxypropylène glycol, correspondant à un rapport oxyde d'éthylène/oxyde de propylène égal à 3, ayant une masse moléculaire de l'ordre de 20000, et un sel d'acide oxo, à 9 atomes de carbone, d'isopropanolamine mixte constituée par un mélange de mono-, di- et triamine).

On a procédé à des essais comparatifs en utilisant-, comme milieu de trempe de référence, l'eau à 20: et 60: C et, comme milieux de trempe selon l'invention, d'une part une solution aqueuse d'EMKAROX à 15% en poids additionnée de 4% en volume d'I.P.9 (référencée en abrégé 15/4) et, d'autre part, une solution aqueuse d'EMKAROX à 12% en poids, additionnée de 5% d'I.P.9 (référencée en abrégé 12/5).

On a procédé à la trempe des échantillons à partir de 500° C. On a constaté que:

1. la longueur du régime de caléfaction et sa stabilité à haute température (500-480° C) sont augmentées,

2. la vitesse de refroidissement dans le domaine critique de trempe (400-250: C) est sensiblement augmentée,

3. de façon générale, la reproductibilité de la trempe est assurée, ce qui est loin d'être le cas dans l'eau froide ou chaude.

On obtient des refroidissements accélérés entre 500 et 250° C pour les compositions optimales suivantes:

15% EMKAROX FC31 H- 4% I.P.9 (en poids)

12% EMKAROX FC31 + 5% I.P.9 (en poids)

10% EMKAROX FC31 + 6% I.P.9 (en poids)

Ces solutions donnent des vitesses de refroidissement équivalentes ou légèrement supérieures (EMKAROX 15%) dans le domaine des hautes températures (500-400: C) à celles que l'on obtient dans l'eau à 60e C non agitée, ainsi qu'une transition entre caléfaction et ébullition nucléée moins brutale que dans l'eau à 60e C, ce qui est favorable à la stabilité dimensionnelle des produits trempés.

Les vitesses de refroidissement dans le domaine critique de trempe (400-250c C) étant inférieures de 30% à 50% (sous la surface) à celles que l'on obtient dans l'eau à 60e C non agitée, on appliquera préférentiellement ces solutions à la trempe de produits relativement peu épais en alliages d'aluminium à hautes caractéristiques (7075) ou de produits plus épais en alliages à vitesse critique de trempe plus faible (6061, 7020, 7010 ou analogues).

On a rassemblé dans les tableaux suivants les résultats d'essais de trempe d'alliages à base d'aluminium, qui montrent l'intérêt des solutions aqueuses concentrées d'EMKAROX + I.P.9 :

Conditions d'essai:

• Conditions optimales: solution aqueuse de 5 à 20% en poids d'EMKAROX FC 31/45000 + 2 à 10% d'I.P.9.

• Conditions préférentielles testées: 15% d'EMKAROX + 4 % d'I.P.9 (référencé 15/4) et 12% d'EMKAROX + 5 % d'I.P.9 (référencé 12/5).

Exemple 1:

L'essai visant à évaluer la déformation due à la trempe a porté sur un tube en AU4G (2017), L = 230 mm, 0 = 60 mm, e = 2,5 mm, fendu selon une génératrice, avec 25 mm entre les lèvres.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

3

Le tube a subi un traitement classique de mise en solution solide de 15 mn à 485° C.

On a traité des lots de 4 tubes, qui ont été trempés par immersion verticale dans un bac de 100 litres sans agitation. On a ensuite mesuré le resserrement (—) ou l'écartement (+) des lèvres en 5 points s

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espacés de 40 mm et pris la moyenne des 5 mesures sur chacun des 4 tubes.

On a effectué des essais de comparaison par trempe à l'air, à l'eau à 20 C, à l'eau à 60 C et dans de l'EMKAROX à 10% sans aucune addition.

Fluide de trempe

Vitesse de refroidissement en " C/seconde

Déformation des tubes en mm

Moyenne

Ecarts Mini/Maxi

1

2

3

4

Air

1,1

+ 0,14

+ 0,08

+ 0,10

+ 0,06

+ 0,0095

0,02/0,18

Eau 20:

600

+ 0,58

+ 0,50

+ 0,30

+ 0,61

+ 0,50

0,22/0,92

Eau 60

200

+ 0,26

+ 0,05

+ 0,03

+ 0,08

+ 0,11

-0,09/4-0,30

EMKAROX 10%

190

+ 0,33

+ 0,12

+ 0.15

+ 0,14

+ 0,19

0,08/0,37

15/4

80

+ 0,05

+ 0,06

+ 0,07

+ 0,06

0/0,10

12/5

100

+ 0,10

+ 0,07

+ 0,08

+ 0,09

+ 0,0085

0/0,14

Exemple 2 ■ bacs de 200 litres. Les tôles avaient préalablement subi un traitement

^ , , classique de mise en solution solide de 4 heures à 480° C.

On a ensuite mesure 1 influence de la trempe sur les caracteristi- 20 r\ -a- - a ■ *-e a i> • , ■ en <-

, . , On a procede a des essais comparatifs dans 1 eau a 20 C et a 60 C. ques mecamques et la déformation de tôles en 7075 (AZ8GU) de

400 x 400 x 8 mm, trempées par immersion verticale rapide en Les résultats sont les suivants:

Fluide de trempe

Limite élastique Rp 0,2, hb

Charge de rupture Rm, hb

Allongement A%

Déformation en:

Vitesse de refroidissement en "C/seconde flèche mm tuile mm

Eau 20 C

498

568

11,6

1,5

200

Eau 60" C

488

559

12,5

5

7

60-100

15/4

458

543

13

0

25

12/5

469

551

14,2

0

30

Conclusion:

Les solutions de trempé à base d'EMKAROX et d'I.P.9 sont particulièrement intéressantes pour les produits minces en alliages à hautes caractéristiques présentant de hauts risques de déformation (matriçage de précision, produits filés, pièces moulées de formes compliquées).

Elles permettent de supprimer les déformations de trempe, tout en maintenant des caractéristiques mécaniques élevées, ce qui rend

35 ces solutions d'EMKAROX + I.P.9 extrêmement intéressantes du point de vue de compromis entre caractéristiques mécaniques et déformations ou contraintes résiduelles de trempe.

De plus, contrairement à la trempe à l'eau chaude (40° C ou plus), la trempe dans des solutions d'EMKAROX + I.P.9 donne 40 des résultats reproductibles, ce qui améliore la fiabilité des fabrications et permet ainsi d'éviter les contraintes et les coûts de chauffage des bacs d'eau.

Claims

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2

REVENDICATIONS

1. Milieu de trempe aqueux pour alliages à base d'aluminium, caractérisé en ce qu'il est constitué de 0,1 à 30% en poids d'éther de polyoxyalkylène glycol, de masse moléculaire comprise entre 4000 et 30000, et de 0,5 à 15% en poids d'un additif anticorrosif choisi parmi les sels d'acide oxo de 7 à 13 atomes de carbone d'une alkanolamine et les cinnamates d'alkanolamines, le reste étant de l'eau.

- 2. Milieu de trempe selon la revendication 1, caractérisé en ce que la masse moléculaire de l'éther de polyoxyalkylène glycol est comprise entre 10 000 et 12 000.
3. Milieu de trempe selon la revendication 1, caractérisé en ce que la masse moléculaire de l'éther de polyoxyalkylène glycol est comprise entre 20 000 et 25 000.
4. Milieu de trempe selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il contient de 5 à 20%, en poids, de l'éther de polyoxyalkylène glycol et de 2 à 10%, en poids, de l'additif anticorrosif.
5. Milieu de trempe selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte de 12 à 15% en poids d'éther mixte de polyoxyéthyl-ène-polyoxyprolylène glycol correspondant à un rapport oxyde d'éthylène/oxyde de propylène égal à 3, de masse moléculaire de l'ordre de 20 000, et de 4 à 5% en poids de sel d'acide oxo, à

9 atomes de carbone, d'isopropanolamine mixte constituée par un mélange de mono-, di- et triamine.