CA1052594A - Produits corroyes en alliages d'aluminium a caracteristiques mecaniques ameliorees et procede pour les obtenir - Google Patents
Produits corroyes en alliages d'aluminium a caracteristiques mecaniques ameliorees et procede pour les obtenirInfo
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- CA1052594A CA1052594A CA217,345A CA217345A CA1052594A CA 1052594 A CA1052594 A CA 1052594A CA 217345 A CA217345 A CA 217345A CA 1052594 A CA1052594 A CA 1052594A
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Abstract
L'invention concerne des produits corroyés en alliages à base d'aluminium, à très faible teneur en hydrogène. Ces produits sont dotés d'une structure isotrope à grains équiaxes, donnant des caractéristiques mécaniques sensiblement égales dans toutes les directions, et possèdent une vitesse critique de trempe particulièrement basse. Ils sont obtenus par traitement thermique à une température un peu supérieure à la température de solidus. Ils permettent un allègement sensible de certaines pièces, en particulier en construction aéronautique, et la mise en oeuvre d'une trempe à l'eau bouillante ou même à l'air sans diminution sensible de caractéristiques mécaniques.
Description
i~S~9~
~ 'invention concerne de nouveaux produits corroyés per~ectionné~, en alliages d'aluminium et un proc~dé de traite-ment thermique desdits alliagesO
On ~ait appel~ en particulier dans la construction " .
- aéronautique, à des quantités croissantes de produits en alliages d'aluminium corroyés (par laminage, forgeage, matriçage ou extru-sion ou autre procédé). Il est ainsi courant de ~abriquer cer-tains éléments de cellules ou d'ailes, soumis à de fortes solli-citations mécaniques, par usinage à partir de t81es dont l'épais-10 seur initiale peut aller ~usqu'à 90 ou 100 mm, parfois m8me au-delàO
Or, il est connu que ces produits en alliages d'alumi~
nium sont presque toujours anisotropes et présentent un fibrage introduit par le corroyage. ~es caractéristiques mécaniqu0s en travers du ~ibrage sont, de ce ~ait, nettement inférieures aux caractéristiques mécaniques en long, c'est-a-dire dans le sens principal de la dé~ormation.
~ e pri~cipal inconvénient du "fibrage" et de l'anisotro-pie qui lui est associée est qu'il faut tenir co~pte de la dimi-nution des caractéristiques dans le sens "travers", ce qui conduitdans de nombreux cas a un alourdissement sensible desdites pièces avec les conséquences ~acheuses que l'on sait sur la charge utile maximale des avions.
~ a présente invention a pour objet des produits corroyés en alliages d'aluminium caractérisés en ce que leur structure est pratiquement homogène et isotrope et leurs caractéristiques . , .
mécani~ues (limite élastique, charge de rupture~ allongement, ~nergie de propagation des crique~) sont sensiblement les m~mes .
dans toutes les directions. ~lle concerne plus partioulièrèment des produits corroyés en alliages d'aluminium tels que ceux des séries dites "A-ZG'I ou "A-ZGU" ou "A-U" selon les normes françaises A~NOR A-02~00i et A_020002, ou des séries "7 000" et "2 000" selon les normes américaines AoAo (Aluminium Association~O
;, 105~59~L
~'invention a egalement pour objet un traitement ther-mique nouveau-qui, appliqué à des produits corroyés ~ibrés obtenus par les procédés classiques de corroyage permet d'att~nuer, voire de supprimer~ l'anisotropie des caractéristi~ues mécani~uesO
~a demanderesse a, en outre, constaté que, de façon tout a ~ait surprenante, ce traitement thermique nouveau avait, sur ces m8me alliages, un e~fet inattendu, qui est l'abaissement important de la "vitesse critique de trempe". On sait~ en ef~et que la vitesse de refroidissement d'un alliage lors de la trempe dépend à la fois des dimensions de la pièce~ de la nature et de la température du ~luide de trempe. Il est oonnu que la vitesse de re~roidissement doit etre s~fisamment élevee pour éviter une ~ -reprécipitation des éléments d'alliages mis en solution.
On dé~init~ pour chaque type d'alliage, une ~itesse critique de trempe qui est par exemple d'en~iron 40a/seconde ; pour l'alliage AZ5GU (N~ A 020001) ou 7075 (selon l~A~A~)o Pour des vitesses de re~roidissement inférieures~ les caractéristiques mécaniques de l'alliage (dureté ~ickers, charge de rupture) ~'abaissent rapidement alors qu'elles restent sensiblement -` 20 constantes ou ne s'élèvent que tres ~aiblement pour des vitesses supérieures. :
~a combinaison de ces deux effets - suppression de l'ani~otropie et abaissement de la vitesse critique de trempe -permet une oonception plus rationnelle des pièces puisqutelles peu-vent supporter des taux de sollicitations mécaniques sensiblement ~ identiques dans toutes leæ directions~ et que l'on peut tremper ¦ des pièces massives dans des milieux moins énergiques que l'eau froide (par exemple l'eau bouillante ou même llair pulsé) donc ;-~liminer les risques de tapureæ de trempe et la n~cessit~ d'un revenu de détensionnement. -; ~e traitement thermique nouveau~ objet de la présente demande~ est basé sur les r~sultats surprenants d'une analyse appro~ondie du phénomène de "bralure"O
-- 2 ~
~S~5~3~
Dans la pratique actuelle, on e~Iectue les traitements thermiques des alliages d'aluminium a une température qui ne dépasse pas une certaine température dite de "bru^lure'l au-dela de laquelle on assiste ~ans le plus mauvais cas à une désagrégation totale de la pièce au cours du refroidissement et~ dans tous les cas7 à un el~ondrement des caractéristiques m~caniques. Ia structure dite "br~lée" est caractérisée par la présence dlune porosité irréversible et de phases liquides.
La demanderesse a trouvé que, contrairement à la pra~
- 10 que actuelle, il est possible de porter, sans la.dégrader~ une pièce en alliage d'aluminium au-dessus de la température de solidus T1 tout en restant au-dessous de la température de liqui-dus T2 ~ condition qu'au moment du traitement la teneur des pi~ces en hydrog~ne susceptible de se dégager sous forme gazeuse : ~usqu'~ la température ~2~ soi-t inférieure à 0,5 ppm et de . préférence inférieure à 092 ppm et m8me 091 ppmO Ceci peut etre .- obtenu par des traitements préalables de dégazage à l'état liqui-de ou à l'état solide ou par tout autre moyen permettant d'extrai-re l'hydrogène et d'empecher son introduction dans le métal avant .; 20 et pendant le traitement ou tout autre moyen susceptible de le fixer dans le métal sous une forme stableO
Un tel traitement permet d'éliminer A peu près totale-ment le "~ibrage".
En choisissant convenablement~ pour chaque type d'allia-ge, la température de traitement Tt (T1~ Tt< ~2) et la durée de maintien a cette température~ on peut obtenir tous les états interm~diaires entre une structure fibrée et une structure ~ recristallisée ~ grains équiaxes.
:. Ce traiteme~t est par-ticulièrement e~ficace sur des . alliages contenant des phases secondaires ~ base d'éléments tels ~o que manganèse et/ou chrome et/ou zirconium et/ou fer dont on sait~ par ailleurs~ qu'ils ont un ef~et inhibiteur important sur les phénomènes de recristallisation lorsqu'ils sont précipi-.
10~'~5C1~9L
tés sous forme tr~s ~ine.
~e nouveau traitement o~ le métal est remis partiel-lement en phase liquide permet de faire gros~ir les précipités ; de phases secondaires et rend possible l~ recris-tallisation sans supprimer l'e~fet durcissant d~ à la dispersion de celles-ciO
~'aspect et les dimensions des précipit~s coalescé~ sont carac-téris-tiques du traitement comme nous le montrerons plus loin au moyen de clichés micrographiques. Comme, par ailleurs~
ces précipités coalescés, servent de germes ~ la précipitation de phases grossières telles que Mg Zn2 lors du re~roidissement : . provoqué par la trempe, on comprend que le nombre des précipités coalescés diminuant à mesure que leur dimension augmente, ~a trem-pabilit~ de l'alliage s'améliore et que la vitesse critique de trempe descende très au-dessous de se~ valeurs habituelles, comme le monbreront les exemples ~ et 4.
Parmi les alliages à haute résistance pour le~quels :
ce traitement e~t particulièrement e~icace9 on peut citer llA-U4SG ~Cu 4,4 % - Si 0~9 % - Mg 0~5 o~O- Mn 0,6 %), le 7075: .
: Zn 5,6 % - Mg 2,5 % - Cu 1~5 % - Cr 0~30 % - Mn~ 0,3 % ou son . .
équivalent français l'A-Z5GU~ et des alliages encore plus per~or-mants tels que les A-Z6G2U2 ou A-Z9G3U, (7001 selon A-~Ao)o - ~e traitement selon l'invention est suivi d'un traitement~ :
. de mise en solution à une température in~erieure à ~1~ en vue : de r~sorber le~ h~térogénéités provenant du maintien entre les températures T~ et T2.
emple 1: ~:
Sur une tôle de 40 mm d'épaisseur en alliage "7075"~
~' . (norme A~SoT~Mo)~ ayant la composition chimique indiquée plus . .
. haut~ on a relevé les caract~ristiques suivantes, à l'état ~6 .! 30 (mise en solution 3 h ~ 470C~ trempe ~ l'eau froide et revenu `~
~j de 24 h ~ 120~
Direotion de prélevement hb Rhb A% KLc ~ong 52~4 59~1 14~4 127 .
~s~s~'~
Travers court 52,7 5698 3,3 68 Cette même t81e, dont la température T1 de solidus a ~t~ trouv~e voisine de 535C, a été maintenue 1h~0 a 540C
(5C au-dessu~ de ~1) puis 3 h ~ 470C (65C au-dessous de T1)9 . puis trempée à l'eau ~roide et soumise à un revenu de 24 h à
~' 120a.
On a alors relevé les caractér:istiques suivantes:
Direction de prélevement IEhb ~b A~o ~c ~ong 52,0 57,3 16~0 108 Travers court 52~4 57,4 17,0 88 ~a valeur oritique du ~acteur "d'intensit~ de contrainte"
c (ténaoi-t~) e~t~ dans les deux oas~ exprimée en hectobars x~V~, On constate dan~ ce oas que l'on obtient une isotropi~
à peu près parfaite des caractéristiques mécaniques et que l'ani-sotropie de ténacité est très notablement diminuée; la t~nacité
dans le sens trave~s-court ~tant accrue d'environ ~0~.
: Exempl _ 2:
. On a pris une tôle de 50 mm d'épaisseur en A-U4SG ayant la composition chimique suivante: Cu 4,~% - Si 0,85% - Mg 0~45yo -Mn 0,58% - Fe 0,18~o (Pour cette composition, la température T1 est approximativement de 525C)o Après laminage ~ chaud et un traitement habituel à l'état T6 (mise en solution 8 h a 505C~
trempe à l'eau ~roide, revenu 8 h ~ 175C) on relève les carac-téristiques méoaniques suivantes:
Direction du prélèvement Iæhb Rhb A %
(long, sens du laminage) 46~0 51~1 12~0 . TL (travers-long, en largeur) 43~5 49~0 9~0 i TC (travers-court, en épaisseur) 41,8 47,5 Cette même tôle a subi un traitement thermique, selon ` 30 l'invention, consistant en:
- 4 h de maintien à 535C (soit 10 au-des~us de T1) - 8 h de mise en solution à 505C (soit 20 au_dessous de T1) .
_ 5 _ ~
.
SZ59~
~ trempe a l~eaiu froide - 8 h de revenu ~ 175 C.
On a alors releve les caractéristiques mecaniques suivantes:
Direction du prelèvement LEhb Rhb L (long) 45,9 50,2 9,3 TL ttravers-long) 46,0 50,5 7,5 TC (travers-court) 46,1 51,0 6,0 On constate que la limite élastique et la charge de rupture sont sensiblement égales dans les trois directions et que ces caractéristiques "travers-court'l sont remontéès jusqu'au niveau le plus haut relevé sur la t81e traitée normalement.
L'examen micrographique des pièces défibrées selon llinvention fait apparaitre une structure caractéristique recris-tallis-ée à grains fins et équiaxes et contenant de nombreux précipités de phases secondaires de taille supérieure à 0,5 alors que les pièces traitées d'une manière traditionnelle et fibrées présentent une dispersion de ces phases beaucoup plus fine, leur taille moyenne étant alors comprise entre 0,05 ~m et 0,1 ~m.
(Il importe de préciser que la "taille moyenne" desdits précipi- `
tés correpond a la taille moyenne des particules les plus grosses qui représentent 70 à 80% environ de la fraction volumique des-dites phases secondaires).
L'invention sera mieux comprise à l'aide des dessins annexés dans lesquels les figures la, lb, lc, 2a, 3a, 3b et 3c sont des clichés micrographiques illustrant l'aspect de la -structure d'une piece en alliage traitée d'une maniere tradi-tionnelle et selon l'invention. Les figures 4 à 7 sont des , représentations graphiques de l'évolution de la durete Vickers ~ ;
; 30 d'un alliage determiné en fonction de la vitesse de trempe, cet alliage etant traite de façon classique et selon l'invention.
Les figures la, 2a, 3a correspondent ~ des échantillons , ', ' '. ' S~5~4 attaqués avant examen au microsco~e optique, paX le xéaçtif fluoborique.
Les figures lb et 3b correspondent à des échantillons attaqués avant examen au microscope optique, par le réactif de Keller.
Les Eigures lc et 3c correspondent à un examen en microscopie électronique par transmission.
Les échelles respectives sont indiquées a côté de chaque figure.
,~ . .
'; ' . . ~ :
, :'' ' .
~ - 6a -I . `!
5 9 ~
~ es clich~s micrographiques la, lb, lc, montrent l'aspect de la structure d'une pi~ce en alliage 7075 traitee d'une manière traditionnelle 3 h ~ 470C alors que les clichés
~ 'invention concerne de nouveaux produits corroyés per~ectionné~, en alliages d'aluminium et un proc~dé de traite-ment thermique desdits alliagesO
On ~ait appel~ en particulier dans la construction " .
- aéronautique, à des quantités croissantes de produits en alliages d'aluminium corroyés (par laminage, forgeage, matriçage ou extru-sion ou autre procédé). Il est ainsi courant de ~abriquer cer-tains éléments de cellules ou d'ailes, soumis à de fortes solli-citations mécaniques, par usinage à partir de t81es dont l'épais-10 seur initiale peut aller ~usqu'à 90 ou 100 mm, parfois m8me au-delàO
Or, il est connu que ces produits en alliages d'alumi~
nium sont presque toujours anisotropes et présentent un fibrage introduit par le corroyage. ~es caractéristiques mécaniqu0s en travers du ~ibrage sont, de ce ~ait, nettement inférieures aux caractéristiques mécaniques en long, c'est-a-dire dans le sens principal de la dé~ormation.
~ e pri~cipal inconvénient du "fibrage" et de l'anisotro-pie qui lui est associée est qu'il faut tenir co~pte de la dimi-nution des caractéristiques dans le sens "travers", ce qui conduitdans de nombreux cas a un alourdissement sensible desdites pièces avec les conséquences ~acheuses que l'on sait sur la charge utile maximale des avions.
~ a présente invention a pour objet des produits corroyés en alliages d'aluminium caractérisés en ce que leur structure est pratiquement homogène et isotrope et leurs caractéristiques . , .
mécani~ues (limite élastique, charge de rupture~ allongement, ~nergie de propagation des crique~) sont sensiblement les m~mes .
dans toutes les directions. ~lle concerne plus partioulièrèment des produits corroyés en alliages d'aluminium tels que ceux des séries dites "A-ZG'I ou "A-ZGU" ou "A-U" selon les normes françaises A~NOR A-02~00i et A_020002, ou des séries "7 000" et "2 000" selon les normes américaines AoAo (Aluminium Association~O
;, 105~59~L
~'invention a egalement pour objet un traitement ther-mique nouveau-qui, appliqué à des produits corroyés ~ibrés obtenus par les procédés classiques de corroyage permet d'att~nuer, voire de supprimer~ l'anisotropie des caractéristi~ues mécani~uesO
~a demanderesse a, en outre, constaté que, de façon tout a ~ait surprenante, ce traitement thermique nouveau avait, sur ces m8me alliages, un e~fet inattendu, qui est l'abaissement important de la "vitesse critique de trempe". On sait~ en ef~et que la vitesse de refroidissement d'un alliage lors de la trempe dépend à la fois des dimensions de la pièce~ de la nature et de la température du ~luide de trempe. Il est oonnu que la vitesse de re~roidissement doit etre s~fisamment élevee pour éviter une ~ -reprécipitation des éléments d'alliages mis en solution.
On dé~init~ pour chaque type d'alliage, une ~itesse critique de trempe qui est par exemple d'en~iron 40a/seconde ; pour l'alliage AZ5GU (N~ A 020001) ou 7075 (selon l~A~A~)o Pour des vitesses de re~roidissement inférieures~ les caractéristiques mécaniques de l'alliage (dureté ~ickers, charge de rupture) ~'abaissent rapidement alors qu'elles restent sensiblement -` 20 constantes ou ne s'élèvent que tres ~aiblement pour des vitesses supérieures. :
~a combinaison de ces deux effets - suppression de l'ani~otropie et abaissement de la vitesse critique de trempe -permet une oonception plus rationnelle des pièces puisqutelles peu-vent supporter des taux de sollicitations mécaniques sensiblement ~ identiques dans toutes leæ directions~ et que l'on peut tremper ¦ des pièces massives dans des milieux moins énergiques que l'eau froide (par exemple l'eau bouillante ou même llair pulsé) donc ;-~liminer les risques de tapureæ de trempe et la n~cessit~ d'un revenu de détensionnement. -; ~e traitement thermique nouveau~ objet de la présente demande~ est basé sur les r~sultats surprenants d'une analyse appro~ondie du phénomène de "bralure"O
-- 2 ~
~S~5~3~
Dans la pratique actuelle, on e~Iectue les traitements thermiques des alliages d'aluminium a une température qui ne dépasse pas une certaine température dite de "bru^lure'l au-dela de laquelle on assiste ~ans le plus mauvais cas à une désagrégation totale de la pièce au cours du refroidissement et~ dans tous les cas7 à un el~ondrement des caractéristiques m~caniques. Ia structure dite "br~lée" est caractérisée par la présence dlune porosité irréversible et de phases liquides.
La demanderesse a trouvé que, contrairement à la pra~
- 10 que actuelle, il est possible de porter, sans la.dégrader~ une pièce en alliage d'aluminium au-dessus de la température de solidus T1 tout en restant au-dessous de la température de liqui-dus T2 ~ condition qu'au moment du traitement la teneur des pi~ces en hydrog~ne susceptible de se dégager sous forme gazeuse : ~usqu'~ la température ~2~ soi-t inférieure à 0,5 ppm et de . préférence inférieure à 092 ppm et m8me 091 ppmO Ceci peut etre .- obtenu par des traitements préalables de dégazage à l'état liqui-de ou à l'état solide ou par tout autre moyen permettant d'extrai-re l'hydrogène et d'empecher son introduction dans le métal avant .; 20 et pendant le traitement ou tout autre moyen susceptible de le fixer dans le métal sous une forme stableO
Un tel traitement permet d'éliminer A peu près totale-ment le "~ibrage".
En choisissant convenablement~ pour chaque type d'allia-ge, la température de traitement Tt (T1~ Tt< ~2) et la durée de maintien a cette température~ on peut obtenir tous les états interm~diaires entre une structure fibrée et une structure ~ recristallisée ~ grains équiaxes.
:. Ce traiteme~t est par-ticulièrement e~ficace sur des . alliages contenant des phases secondaires ~ base d'éléments tels ~o que manganèse et/ou chrome et/ou zirconium et/ou fer dont on sait~ par ailleurs~ qu'ils ont un ef~et inhibiteur important sur les phénomènes de recristallisation lorsqu'ils sont précipi-.
10~'~5C1~9L
tés sous forme tr~s ~ine.
~e nouveau traitement o~ le métal est remis partiel-lement en phase liquide permet de faire gros~ir les précipités ; de phases secondaires et rend possible l~ recris-tallisation sans supprimer l'e~fet durcissant d~ à la dispersion de celles-ciO
~'aspect et les dimensions des précipit~s coalescé~ sont carac-téris-tiques du traitement comme nous le montrerons plus loin au moyen de clichés micrographiques. Comme, par ailleurs~
ces précipités coalescés, servent de germes ~ la précipitation de phases grossières telles que Mg Zn2 lors du re~roidissement : . provoqué par la trempe, on comprend que le nombre des précipités coalescés diminuant à mesure que leur dimension augmente, ~a trem-pabilit~ de l'alliage s'améliore et que la vitesse critique de trempe descende très au-dessous de se~ valeurs habituelles, comme le monbreront les exemples ~ et 4.
Parmi les alliages à haute résistance pour le~quels :
ce traitement e~t particulièrement e~icace9 on peut citer llA-U4SG ~Cu 4,4 % - Si 0~9 % - Mg 0~5 o~O- Mn 0,6 %), le 7075: .
: Zn 5,6 % - Mg 2,5 % - Cu 1~5 % - Cr 0~30 % - Mn~ 0,3 % ou son . .
équivalent français l'A-Z5GU~ et des alliages encore plus per~or-mants tels que les A-Z6G2U2 ou A-Z9G3U, (7001 selon A-~Ao)o - ~e traitement selon l'invention est suivi d'un traitement~ :
. de mise en solution à une température in~erieure à ~1~ en vue : de r~sorber le~ h~térogénéités provenant du maintien entre les températures T~ et T2.
emple 1: ~:
Sur une tôle de 40 mm d'épaisseur en alliage "7075"~
~' . (norme A~SoT~Mo)~ ayant la composition chimique indiquée plus . .
. haut~ on a relevé les caract~ristiques suivantes, à l'état ~6 .! 30 (mise en solution 3 h ~ 470C~ trempe ~ l'eau froide et revenu `~
~j de 24 h ~ 120~
Direotion de prélevement hb Rhb A% KLc ~ong 52~4 59~1 14~4 127 .
~s~s~'~
Travers court 52,7 5698 3,3 68 Cette même t81e, dont la température T1 de solidus a ~t~ trouv~e voisine de 535C, a été maintenue 1h~0 a 540C
(5C au-dessu~ de ~1) puis 3 h ~ 470C (65C au-dessous de T1)9 . puis trempée à l'eau ~roide et soumise à un revenu de 24 h à
~' 120a.
On a alors relevé les caractér:istiques suivantes:
Direction de prélevement IEhb ~b A~o ~c ~ong 52,0 57,3 16~0 108 Travers court 52~4 57,4 17,0 88 ~a valeur oritique du ~acteur "d'intensit~ de contrainte"
c (ténaoi-t~) e~t~ dans les deux oas~ exprimée en hectobars x~V~, On constate dan~ ce oas que l'on obtient une isotropi~
à peu près parfaite des caractéristiques mécaniques et que l'ani-sotropie de ténacité est très notablement diminuée; la t~nacité
dans le sens trave~s-court ~tant accrue d'environ ~0~.
: Exempl _ 2:
. On a pris une tôle de 50 mm d'épaisseur en A-U4SG ayant la composition chimique suivante: Cu 4,~% - Si 0,85% - Mg 0~45yo -Mn 0,58% - Fe 0,18~o (Pour cette composition, la température T1 est approximativement de 525C)o Après laminage ~ chaud et un traitement habituel à l'état T6 (mise en solution 8 h a 505C~
trempe à l'eau ~roide, revenu 8 h ~ 175C) on relève les carac-téristiques méoaniques suivantes:
Direction du prélèvement Iæhb Rhb A %
(long, sens du laminage) 46~0 51~1 12~0 . TL (travers-long, en largeur) 43~5 49~0 9~0 i TC (travers-court, en épaisseur) 41,8 47,5 Cette même tôle a subi un traitement thermique, selon ` 30 l'invention, consistant en:
- 4 h de maintien à 535C (soit 10 au-des~us de T1) - 8 h de mise en solution à 505C (soit 20 au_dessous de T1) .
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SZ59~
~ trempe a l~eaiu froide - 8 h de revenu ~ 175 C.
On a alors releve les caractéristiques mecaniques suivantes:
Direction du prelèvement LEhb Rhb L (long) 45,9 50,2 9,3 TL ttravers-long) 46,0 50,5 7,5 TC (travers-court) 46,1 51,0 6,0 On constate que la limite élastique et la charge de rupture sont sensiblement égales dans les trois directions et que ces caractéristiques "travers-court'l sont remontéès jusqu'au niveau le plus haut relevé sur la t81e traitée normalement.
L'examen micrographique des pièces défibrées selon llinvention fait apparaitre une structure caractéristique recris-tallis-ée à grains fins et équiaxes et contenant de nombreux précipités de phases secondaires de taille supérieure à 0,5 alors que les pièces traitées d'une manière traditionnelle et fibrées présentent une dispersion de ces phases beaucoup plus fine, leur taille moyenne étant alors comprise entre 0,05 ~m et 0,1 ~m.
(Il importe de préciser que la "taille moyenne" desdits précipi- `
tés correpond a la taille moyenne des particules les plus grosses qui représentent 70 à 80% environ de la fraction volumique des-dites phases secondaires).
L'invention sera mieux comprise à l'aide des dessins annexés dans lesquels les figures la, lb, lc, 2a, 3a, 3b et 3c sont des clichés micrographiques illustrant l'aspect de la -structure d'une piece en alliage traitée d'une maniere tradi-tionnelle et selon l'invention. Les figures 4 à 7 sont des , représentations graphiques de l'évolution de la durete Vickers ~ ;
; 30 d'un alliage determiné en fonction de la vitesse de trempe, cet alliage etant traite de façon classique et selon l'invention.
Les figures la, 2a, 3a correspondent ~ des échantillons , ', ' '. ' S~5~4 attaqués avant examen au microsco~e optique, paX le xéaçtif fluoborique.
Les figures lb et 3b correspondent à des échantillons attaqués avant examen au microscope optique, par le réactif de Keller.
Les Eigures lc et 3c correspondent à un examen en microscopie électronique par transmission.
Les échelles respectives sont indiquées a côté de chaque figure.
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~ - 6a -I . `!
5 9 ~
~ es clich~s micrographiques la, lb, lc, montrent l'aspect de la structure d'une pi~ce en alliage 7075 traitee d'une manière traditionnelle 3 h ~ 470C alors que les clichés
2 et 3 montrent l'aspect de la structure de la m8me pièce traitée selon l'invention (Tt ~rl'l ) O Pour cet alliage, on a T1 - 535Co Sur le cliché la~ on voit que la structure es-t ~ibrée ; et ~ue les phases secondaires (au Cr et Fe) précipitées tr~s finement à l'intérieur des grains sont invisibles en microscopie optique (lb) et ne sont visibles qu'en microscopie électronique (1c).
Pour un temps court au-dessus de la température ~1 (1 h à 540C suivi de 3 h à 470C), on voit que le dé~ibrage est partiel (2a): la recristallisation se produit dans des zones où la précipitation des phases secondaires au Cr et Fe a coalescé
en une dispersion de globules qui sont alors ~i~ibles en micros-copie optique.
Pour des temps plus longs ~ la température ~t (4 h à
540C suiui de 3 h à 470C)~ le dé~ibrage est total ~3a): les phases secondaires sont~ la aussi1 nettement visibles en micros-oopie optique (3b).
~ e taux de défibrage dépend donc du temps de maintien ' A~
au-dessus de la températura ~1 dé~inie plus haut et de l'écart e~tre la température de traitement Tt et ~1. La structure obtenue ; e~t caract~ristique du traitement.
Elle est tres différente de celle d~un métal fibré mais aussi de celle que l'on observe sur un métal recristallisé après i~ ~
un traitement de recuit à l'état solide. Dans ce dernier cas, ~ -. ~ . ..
la précipitation des phases secondaires est très fine et homogène a l'intérieur des grains.
~'abaissement de la vitesse critique de trempe~ au moyen du traitement conforme à l'invention, est mise en évidence par les figures et exempies qui ~uivent sans toutefois lui donner un caractère limitàtif. --, ~
.~ ~ ,~, .... . .
~o~
~ es figures 4 et 5 montrent comment évolue la duret~
Vickers de l'alliage 7075 (Hv 10 en Kg/mm2) en ~onction de la vitesse de trempe (en C par seconde), pour un 7075 traité
de ~açon classique (courbes A) et selon l'invention (courbes B).
; ~a vitesse critique de trempe qui est de l~ordre de 40C par seconde dans la premier cas est abaissée au voisinage de 10C dans le second cas.
; Dans le cas de la ~igure 1, le revenu a été de 24 h a 120C (traitement T6) et dans le cas de la figure 2, de 6 h à
105C puis de 24 h à 158C (-traitement '~ 73)0 On observe également, que le traitement ~ 73 donne au 7075 un gain de dureté très nettement supérieur (d'environ 20 Kg/mm2) a celle que donne le traitement T6 pour une meme viteæse de trempe.
~ e~ figures 6 et 7 montrent comment évo:Lue la dure-té
Vickers de l'alliage 7050 (AZ6GU avec 0~10 ~o de Zr) en fonction de la vitesse de trempe. (en C par seconde) pour un traitement clas~ique (courbes A) et selon l'invention (courbes ~), le revenu a été de 24 h à 120C dans le cas de la figure 3 (traitement ~6) ~0 et de 24 h à 120C, puis 24 h à 16~C (traitement T 73) dans ~; le cas de la ~igure 4, ~ 'amélioration apportée par le traitement conforme à
l'invention est, là enoore, très importante. ~lle permet, par exemple, dans le cas de pièces for~ées massives en alliage 7050, de procéder à un re~roidissement naturel en air calme (correspon-dant ~ une vitesse de refroidissement de l'ordre de 0,5C par ., seconde)~ sans perte notable de caractéristiques mécaniques par rapport ~ une pièce trempée à l'eau~ en ~vitant touæ les inconvénients de la trempe à l'eau (risqueg de tapures de trempe~
~0 nécessité d'ef~ectuer un revenu de détensionnement).
~ a diminution de la vitesse critique de trempe présen-te plusieurs applications importantes, en partic~Lier:
1 - ~lle permet d'augmenter l'épaisseur des pièces :
~ ~5 ~ 5 ~ ~
trempées, ~ égali-té de caract~ristiques mécani~ues à coeur.
2 - Elle permet d'utiliser des milieux de trempe moins ~nergiques que l'eau froide, par exemple: de l'eau bouillante9 et diminuer les contraintes ré~iduelles de trempe, ce qui permet de supprimer les opérations de détensionnement sur des produits laminés.
Exemple 3:
On a mesuré la duret~ Vickers sur des éprouvettes d'alliage 7075, traité de façon classique (3 h a 470C~ trempe à l'eau, revenu T6) et selon l'invention (4 h à 540C, puis
Pour un temps court au-dessus de la température ~1 (1 h à 540C suivi de 3 h à 470C), on voit que le dé~ibrage est partiel (2a): la recristallisation se produit dans des zones où la précipitation des phases secondaires au Cr et Fe a coalescé
en une dispersion de globules qui sont alors ~i~ibles en micros-copie optique.
Pour des temps plus longs ~ la température ~t (4 h à
540C suiui de 3 h à 470C)~ le dé~ibrage est total ~3a): les phases secondaires sont~ la aussi1 nettement visibles en micros-oopie optique (3b).
~ e taux de défibrage dépend donc du temps de maintien ' A~
au-dessus de la températura ~1 dé~inie plus haut et de l'écart e~tre la température de traitement Tt et ~1. La structure obtenue ; e~t caract~ristique du traitement.
Elle est tres différente de celle d~un métal fibré mais aussi de celle que l'on observe sur un métal recristallisé après i~ ~
un traitement de recuit à l'état solide. Dans ce dernier cas, ~ -. ~ . ..
la précipitation des phases secondaires est très fine et homogène a l'intérieur des grains.
~'abaissement de la vitesse critique de trempe~ au moyen du traitement conforme à l'invention, est mise en évidence par les figures et exempies qui ~uivent sans toutefois lui donner un caractère limitàtif. --, ~
.~ ~ ,~, .... . .
~o~
~ es figures 4 et 5 montrent comment évolue la duret~
Vickers de l'alliage 7075 (Hv 10 en Kg/mm2) en ~onction de la vitesse de trempe (en C par seconde), pour un 7075 traité
de ~açon classique (courbes A) et selon l'invention (courbes B).
; ~a vitesse critique de trempe qui est de l~ordre de 40C par seconde dans la premier cas est abaissée au voisinage de 10C dans le second cas.
; Dans le cas de la ~igure 1, le revenu a été de 24 h a 120C (traitement T6) et dans le cas de la figure 2, de 6 h à
105C puis de 24 h à 158C (-traitement '~ 73)0 On observe également, que le traitement ~ 73 donne au 7075 un gain de dureté très nettement supérieur (d'environ 20 Kg/mm2) a celle que donne le traitement T6 pour une meme viteæse de trempe.
~ e~ figures 6 et 7 montrent comment évo:Lue la dure-té
Vickers de l'alliage 7050 (AZ6GU avec 0~10 ~o de Zr) en fonction de la vitesse de trempe. (en C par seconde) pour un traitement clas~ique (courbes A) et selon l'invention (courbes ~), le revenu a été de 24 h à 120C dans le cas de la figure 3 (traitement ~6) ~0 et de 24 h à 120C, puis 24 h à 16~C (traitement T 73) dans ~; le cas de la ~igure 4, ~ 'amélioration apportée par le traitement conforme à
l'invention est, là enoore, très importante. ~lle permet, par exemple, dans le cas de pièces for~ées massives en alliage 7050, de procéder à un re~roidissement naturel en air calme (correspon-dant ~ une vitesse de refroidissement de l'ordre de 0,5C par ., seconde)~ sans perte notable de caractéristiques mécaniques par rapport ~ une pièce trempée à l'eau~ en ~vitant touæ les inconvénients de la trempe à l'eau (risqueg de tapures de trempe~
~0 nécessité d'ef~ectuer un revenu de détensionnement).
~ a diminution de la vitesse critique de trempe présen-te plusieurs applications importantes, en partic~Lier:
1 - ~lle permet d'augmenter l'épaisseur des pièces :
~ ~5 ~ 5 ~ ~
trempées, ~ égali-té de caract~ristiques mécani~ues à coeur.
2 - Elle permet d'utiliser des milieux de trempe moins ~nergiques que l'eau froide, par exemple: de l'eau bouillante9 et diminuer les contraintes ré~iduelles de trempe, ce qui permet de supprimer les opérations de détensionnement sur des produits laminés.
Exemple 3:
On a mesuré la duret~ Vickers sur des éprouvettes d'alliage 7075, traité de façon classique (3 h a 470C~ trempe à l'eau, revenu T6) et selon l'invention (4 h à 540C, puis
3 h à 470C, trempe à l'eau, revenu T6 comme ci-dessus) pour une ; température d'eau de 20 et 100Co On a obten~ les résultats suivants:
~REMP~ A ~'EAU DUl~E VICKERS
(Kg/mm2) ( - à 20C 185 Traitement classique et ~ - à 100C 123 revenu ~6. / - Diminution de ~ dureté. 62 Traitement selon l'invention - à 20C 190 et revenu ~6. - à 100C 184 - Diminution de 6 dureté O ~ ;
On con~tate que la trempe ~ l'eau bouillante diminue la dureté Vickers d'environ 30~ dans le cas d'un traitement classique et d'à peine 3 % dans le cas d'un traitement selon , . . .
solon l'invention.
Exemple 4:
On a mesur~ les caractéristiques mécaniques sur des éprouvettes prélevées dans le sens de l'épaisseur ~travers-court) d'une tole de 50 mm en alliage 7075 traité de façon classique:
mise en solution 2 h à 470C, trempe a l'eau froide ~ 20C dans un cas, trempe à l'eau bouillante dans un deuxième cas, écrouissage de 2 % par traction et revenu de 24 h à 120C dans un cas ~état .
g ~
1~5;~594 dit: ~ 651) et de 8 h ~ 105C puis 24 h ~ 158C dan~ un deuxia-me cas (état 'T 7351) et traitées selon l'invention: mise en solution 4 h a 540C puis 2 h à 470C (la tempéra-ture de fusion des eutectiques ayant été trouvée égale ~ 4780, et celle de solidus d'équilibre à 532C, trempe à l'eau froide à 20C dans un cas, trempe ~ 1'eau bouillante dans un deuxième cas, écrouissage de 2 ~o par traction et revenu de 24 h à 120C dans un cas (état ~ 651) et de 8 h ~ 105C puis 24 h à 165C dans un deuxi~me cas (état ~ 7351).
On obtient alors les caractéris-tiques suivantes dans le sens travers-court: :
,. . . . ~ _ ... ..
I~'EAU a ETA~ ~ 651 ETAT T 7351 . . ~ , ...... . _ ... , . R 54,8 48,2 nb . 20C ~E 47,5 40~1 nb .
'~raitement classique ._. A %4 ,6 . __. .
R 47,1 4094 nb 100C ~E 38,5 30,5 nb - 20 A % 5,2 3'5 ~
;, . . . . v_.. _ . .
. R 56,7 50,9 nb 20~ ~E 48,4 42~4 nb Traitement selon ~ % 8,7 692 %
.. . l'invention .. . .
. R 55~5 4873 nb .
,9 100C I2 47,6 419 5 nb .. ._ .. . A 6 6,5 6~1 %
. '' . . . .
On constate que la trempe à l'eau bouillante sur traitement classique ~ait chuter les caractéristiques m~caniques de 10 à 20%~ et de 2 c,~ ~ pe me sur traitement con~orme ~ l'inven-ticnO
.
3 - ~a diminu-tion de la vitesse critique de trempe :
~ 0 5 ~ S~ ~
s'accompagne également9 comme on voit sur les figures 4 ~ 7 d'une diminution beaucoup moins rapide de la durete (et, corréla-tivement9 de~ autres caract~ristiques mécaniques) lorsque ladite vitesse est inférieure ~ la vi-tesse critique. A la limite, on peut envisager la trempe à l'air (vitesse d'environ 1C/seconde en air pulsé~ et d'environ 0,5C/seconde en air calme) sans perte notable de caractéristiques mécaniques.
Exem~le 5:
; On a mesuré les caractéristiques mécaniques dans le sens travers-court, d'éprouvettes en alliage 7075, traité de ~açon classique et selon l'invention9 et~ dans les deux cas~
trempé en air calme puis revenu 24 h à 120Co On a trouvé:
R(hb) ~E(hb) A ~0 ~raitement olassique 3~2 21,2 7,2 (4 h ~ 540C) 48~5 ~3~0 ,~ ~
, ., .. , ... ~ .
.. . .
., . ~
' ., ,- , ..
',~.
~ .
' .
.; , , .
~REMP~ A ~'EAU DUl~E VICKERS
(Kg/mm2) ( - à 20C 185 Traitement classique et ~ - à 100C 123 revenu ~6. / - Diminution de ~ dureté. 62 Traitement selon l'invention - à 20C 190 et revenu ~6. - à 100C 184 - Diminution de 6 dureté O ~ ;
On con~tate que la trempe ~ l'eau bouillante diminue la dureté Vickers d'environ 30~ dans le cas d'un traitement classique et d'à peine 3 % dans le cas d'un traitement selon , . . .
solon l'invention.
Exemple 4:
On a mesur~ les caractéristiques mécaniques sur des éprouvettes prélevées dans le sens de l'épaisseur ~travers-court) d'une tole de 50 mm en alliage 7075 traité de façon classique:
mise en solution 2 h à 470C, trempe a l'eau froide ~ 20C dans un cas, trempe à l'eau bouillante dans un deuxième cas, écrouissage de 2 % par traction et revenu de 24 h à 120C dans un cas ~état .
g ~
1~5;~594 dit: ~ 651) et de 8 h ~ 105C puis 24 h ~ 158C dan~ un deuxia-me cas (état 'T 7351) et traitées selon l'invention: mise en solution 4 h a 540C puis 2 h à 470C (la tempéra-ture de fusion des eutectiques ayant été trouvée égale ~ 4780, et celle de solidus d'équilibre à 532C, trempe à l'eau froide à 20C dans un cas, trempe ~ 1'eau bouillante dans un deuxième cas, écrouissage de 2 ~o par traction et revenu de 24 h à 120C dans un cas (état ~ 651) et de 8 h ~ 105C puis 24 h à 165C dans un deuxi~me cas (état ~ 7351).
On obtient alors les caractéris-tiques suivantes dans le sens travers-court: :
,. . . . ~ _ ... ..
I~'EAU a ETA~ ~ 651 ETAT T 7351 . . ~ , ...... . _ ... , . R 54,8 48,2 nb . 20C ~E 47,5 40~1 nb .
'~raitement classique ._. A %4 ,6 . __. .
R 47,1 4094 nb 100C ~E 38,5 30,5 nb - 20 A % 5,2 3'5 ~
;, . . . . v_.. _ . .
. R 56,7 50,9 nb 20~ ~E 48,4 42~4 nb Traitement selon ~ % 8,7 692 %
.. . l'invention .. . .
. R 55~5 4873 nb .
,9 100C I2 47,6 419 5 nb .. ._ .. . A 6 6,5 6~1 %
. '' . . . .
On constate que la trempe à l'eau bouillante sur traitement classique ~ait chuter les caractéristiques m~caniques de 10 à 20%~ et de 2 c,~ ~ pe me sur traitement con~orme ~ l'inven-ticnO
.
3 - ~a diminu-tion de la vitesse critique de trempe :
~ 0 5 ~ S~ ~
s'accompagne également9 comme on voit sur les figures 4 ~ 7 d'une diminution beaucoup moins rapide de la durete (et, corréla-tivement9 de~ autres caract~ristiques mécaniques) lorsque ladite vitesse est inférieure ~ la vi-tesse critique. A la limite, on peut envisager la trempe à l'air (vitesse d'environ 1C/seconde en air pulsé~ et d'environ 0,5C/seconde en air calme) sans perte notable de caractéristiques mécaniques.
Exem~le 5:
; On a mesuré les caractéristiques mécaniques dans le sens travers-court, d'éprouvettes en alliage 7075, traité de ~açon classique et selon l'invention9 et~ dans les deux cas~
trempé en air calme puis revenu 24 h à 120Co On a trouvé:
R(hb) ~E(hb) A ~0 ~raitement olassique 3~2 21,2 7,2 (4 h ~ 540C) 48~5 ~3~0 ,~ ~
, ., .. , ... ~ .
.. . .
., . ~
' ., ,- , ..
',~.
~ .
' .
.; , , .
Claims (6)
1. Produits corroyés en alliages d'aluminium comportant les éléments d'alliages habituels que constituent le Cu, Mg, Si et le Zn, ainsi qu'une ou plusieurs des additions ou impuretés donnant des phases secondaires formées par le Mn, Cr, Zr et le Fe, caractérisés par une structure isotrope à grains équiaxes donnant des caractéristiques mécaniques sensiblement identiques dans toutes les directions, par une faible vitesse critique de trempe, par le fait qu'une proportion importante des précipités habituels des phases secondaires sont coalescés avec une taille supérieure à 0,5 µm, et par une teneur en hydrogène susceptible de se dégager sous forme gazeuse jusqu'à la température du liquidus inférieure à 0,5 ppm.
2, Produits corroyés en alliages d'aluminium comportant les éléments d'alliages habituels que constituent le Cu, Mg, Si et le Zn ainsi qu'une ou plusieurs des additions ou impuretés donnant des phases secondaires formées par le Mn, Cr, Zr et le Fe, caractérisés, par une faible vitesse critique de trempe, par une structure mixte comportant, d'une part des plages à grains équiaxes dans lesquelles les précipités habituels de phases secondaires sont coalescés en proportion importante avec une taille supérieure à 0,5 µm et, d'autre part, des plages grains fibrés, et donnant par rapport au traitement habituel, des caractéristiques mécaniques améliorées dans le ou les sens perpen-diculaires au sens principal de la déformation et par une teneur en hydrogène susceptible de se dégager sous forme gazeuse jusqu'à
la température du liquidus, inférieure à 0,5 ppm.
la température du liquidus, inférieure à 0,5 ppm.
3. Produits corroyés en alliages d'aluminium selon les revendications 1 ou 2, caractérisés par une teneur en hydrogène susceptible de se dégager sous, forme gazeuse jusqu'à la température du liquidus inférieure à 0,2 ppm.
4. Produits corroyés en alliages d'aluminium selon les revendications 1 ou 2, caractérisés par une teneur en hydrogène susceptible de se dégager sous forme gazeuse jusqu'à la température du liquidus inférieure à 0,1 ppm.
5. Produits corroyés à caractéristiques mécaniques élevées, et à faible vitesse critique de trempe en alliage d'aluminium appartenant aux séries des "A-ZG" ou "A-ZGU" ou "A-U" selon les normes françaises AFNOR A-02.001 et A-02.002 ou aux séries "7 000 " et " 2 000 " selon les normes A.S.T.M.
(American Society for Testing Materials) caractérisés par la structure décrite dans les revendications 1 ou 2.
(American Society for Testing Materials) caractérisés par la structure décrite dans les revendications 1 ou 2.
6. Procédé pour améliorer la structure isotrope et pour abaisser la vitesse critique de trempe de produits corroyés en alliages d'aluminium caractérisé en ce que l'on réduit la teneur en hydrogène de l'alliage à moins de 0,5 ppm, en ce que l'on maintient le produit d'une 2 heure à 12 heures à une température Tt supérieure à la température de solidus T1 et inférieure à la température T2 du liquidus tout en maintenant la teneur en hydrogène de l'alliage inférieure à 0,5 ppm et ensuite en ce que l'on effectue un traitement de mise en solution du produit à une température inférieure à T1 en vue de résorber les hétérogénéités formées entre T1 et T2 et en ce que l'on effectue une trempe avec le produit obtenu à l'étape précédente.
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|---|---|---|---|
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