CA1287508C - Alliages al-cu-li-mg a tres haute resistance mecanique specifique - Google Patents
Alliages al-cu-li-mg a tres haute resistance mecanique specifiqueInfo
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- CA1287508C CA1287508C CA000476314A CA476314A CA1287508C CA 1287508 C CA1287508 C CA 1287508C CA 000476314 A CA000476314 A CA 000476314A CA 476314 A CA476314 A CA 476314A CA 1287508 C CA1287508 C CA 1287508C
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Abstract
La présente invention est relative à des alliages à base d'Al contenant essentiellement du Cu, du Li et du Mg, possédant une très haute résistance mécanique spécifique et utilisables, en particulier, pour l'obtention de pièces traitées thermiquement de forme complexe. Les analyses révèlent les caractéristiques suivantes (en poids %): Cu 2,4 à 3,5 % - Li 1,5 à 2,7 % - Mg de 0,26 à 0,8 % et jusqu'à: 0,20 % Fe - 0,10 % Si - 1 % Mn - 0,30 % Cr - 0,2 % Zr 0,1 % Ti - 0,02 % Be avec, de préférence, la limitation suivante: 4,8 ? % Cu + % Li + % Mg / 2 ? 6,0. Ces alliages possèdent à l'état traité une très haute résistance mécanique spécifique (dureté Vickers/densité > 70), même en l'absence de déformation plastique entre trempe et revenu, ce qui justifie leur emploi, entre autres, pour des pièces de forme complexe telles que des pièces moulées ou matricées.
Description
~,~r~ a~
La pr~seD~e inventiDn est relative ~ des allia~e3 à base d'Al contenantessentiellement du (~u. du Li et du ~Ig. possèdant une très haute ré~istance mécanique spécifique. et utilisables. en particulier. pour l'obtention de piècestraitées ther~iquement de forme comPlexe.
11 est connu des métallur~istes que l'additi~n de ~ithium dim~nue la densité Ide 3 % par pour-cent pondéral de lithium) et au~mente le module d'~lasticité et la résistance mécanique des allia~es d'aluminium. Ceci e~plique l'int~rêt des concepteurs pour ces alliages en vue d'ap~lications tans l'indust~ie aéronautique qui requière des alliages dotés d'une résistance mécanique spécifique Ir~pport résistance n~cani~ue sur densité) et d'un module spécifique au~si élevés que possible, ~ condition toutefois que ces alliages pcssèdent par ~illeurs une ductilité !allongement à la rupture) et une ténacité acceptables.
On sait que les alliages d'aluminium au lithium binaires possèdent une résistance mécanique insuffisante ainsi qu'une ductilité rédhibitoire pour applications aéronautiques~ ~ es métallurgistes ont donc eu recours à des additions de cuivre.
dont l'effet bien connu sur le durcisselment structural des alliages d'alumir~umest ~périeur à celui du lithium et superPosable à ce dernier pour obteDir des alliages Al-Li-Cu à haute r~sistance mécanique ~lus ductiles. mais aussi plus denses que les alliages au lithium binaires.
Il s'agit en particulier. de l'allia~e américain 2020. de composition nominale Al-4.5 % Cu - 1,2 ~6 Li 0.2 ~o Cd - 0.o ~o ~r.. et de l'alliage so~iétiyue VA3 93, de composition nominale Al - ~,4 % Cu ~ % T i -0,2 % Cd - 0.6 ~ ~.
Ce~ allia~es. utiUsés à l'état T6O1 ~trempe - traction contrôl~e 2 ~o - reYenu au maximum de la résistance mécanique~ possèdent des niveau~ très élevés de résistance mécanique ~otamment l'allia~e YAD 93), mais il est a~paru que les additions de Lithium. quoi~ue faibles. entrâînaient une perte aPPréciable de ductilit~ et de ténacité sans permettre un allègement significat~f des Pièces destructure aéronautique. com~te tenu de la densité relativement peu diminuée de ces alliages par rspport à celle des alliage3 conventionnels sans lithium.
Plus récsmment, des métallurgistes ont proposé un nouvel alliage exp~rimental decomposition nominale Al 3 % Li - 2 % Su - 0.2 % Zr I~ haute résistance. faible 9 ~37~
densité et feLible tuc~ilitO, ainsi que de nouveaux alliages du syst~me Aluminium-hithium-Cuivre-MsgDésium à moyenne résistaDce. fcible densité et ductilité ameliorée. Il s'a~it en particulier de l'alliage de composition moYenne Al - 2,4 % Li - 1.25 % Cu - 0.75 ~o ~8 1- Cr. Mn. Zr, ~;'i) qui a fait l'obiet de la demande publiee de brevet europeen n 0088511 du Secretary for Defense du RDyaume-Uni~
Or, on peut constater que tou~ le~ allia~es au lithium à faible densite co~us etcités cl-de~sus ~hormis les alliages YAD 93 et 2020 très riches en cuivre~ ne possèdent pas des niveRux de résitance mécanique équivalents à celui des alliages d'aluminium conventionnels actuellement les plus résistants (7075-T6, 7010-T 736) sauf si les produits subissent entre trempe et revenu au ma~mum de durcissement un écrouissage Par déformation plastique de 2 à 4 % en~r~ron.
L'effet favorable de cet écrouissage sur la limite élastique. Ia charge de rupture et même la ductilité, est bien connu des métallurgistes.
Ceci expLique IR relative sbondance des résultats récents obtenus sur toles minces ou épaisses et Produits filés en alliages Al-Li-Cu. Al-Li-.~ et Al-Li-Cu~à l'état T-651. e~ dont la gamme de fabrication dcit obligatoirement comporter une traction contrôlée de 2 à 4 % entre tremPe et revenu de facoD à permettre à ces alliaE~es d'obtenir leurs meilleurs niveaux de caractéristiques mécaniques.
Cette particularité des alliages au lithium ccnDus constitue év~demment une importante restriction pour l'utilisation d'alliages d'aluminium au lithium à haute réistance mécanique spécifique dans la fabrication de pièces de géométrie complexe, telles que les pièces matricées ou les produits moulés. auxquelles il est généralement impossible d'imPoser une déformation Plastique. même par compression contrôlée, entre trempe et revenu.
L'invention décrite ci-après permet de disPoser de nouYeaux allla~es au lithium ne présentant pas ces limitations. Ces alliages confèrent a~ produits de toutes confi6Furation, de tr~s hautes caracteristiques mécaniques à l'état T6 (~quivalentes à celles des alliages 7075-T 6 et 7010-T 736) combinées à ~e densité diminuée de 6 à 9 % par rapport ~ cslle des aL~ es conventionnels des séries 2000 ou 7000. A fortiori, les produits en alliages selon l'inventicn possèdent une résistance mécanique spécifique encore améliorée par écrouissa~e entre trempe et revenu (états T-651. T-6O2 cu T-8) Iuais cette op~ation de 7~
déformation plas-tique peut être limitée par exemple au seul détentionnement ou au.planage des produits trempés.
Au cours d'essais métallurgiques, nous avons en effet trouvé et expérimenté de nouvelles composi-tions d'alliages industriels du système Al-L,i-Cu-Mg + (Cr, Mn, Zr, Ti) plus résistants et plus performants que les alliages au Li connus, du point de vue du compromis résistance mécanique-densité.
Les alliages selon l'invention possèdent les compositions pondérales suivantes:
Cu de 2,~ à 3,5%
Li de 1,9 à 2,7 Mg de 0,26 à 0,8%
Fe ~ 0,20%
Si < 0,10%
~ Cr de 0 à 0,30%
Zr de 0 à 0,20%
Ti de 0 à 0,10%
Mn de 0 à 1%
Be de 0 à 0,02%
autres (impuretés~
chacun ~ 0,05%
Total < 0,15%
Reste Al.
Les compositions optimales prises individuellement ou en combinaisons sont les suivantes:
Cu entre 2,5 et 3,1% (e-t de préference entre 2,6 et 3%) Mg entre 0,26 et 0,5%
Zr entre 0,07 et 0,15%
Fe inférieur à 0,10%
Si inférieur à 0,06%
Li entre 2 et 2,5%
Il a été montré que ces alliages possèdent les caractéristiques optimales lorsque la relation:
~..~j' ~ ~7~
~ ,8 S % Cu ~ ~ Li ~ ~ Mg/2 S 6,0 est vérifiée, et de préférence:
5,0 ~ ~ Cu + % Li + % Mg/2 S 5,8.
Pour les val0urs inEérieures à 4,8 (ou 5,0) on observe une chute notable des caractéristiques de résistance et pour les valeurs supérieures à 5,8 (ou 6) on observe une chute notable de la duc-tilité.
L'invention concerne également un procédé pour l'obtention d'alliages tels gue précédemment définis, comprenant soit au moins une élaboration, une homogénéisation, une transformation à chaud, une mise en solution, une trempe e-t un revenu, soit au moins une élaboration, une homogénéisation, une transformation a chaud, une transEorma-tion à froid, une mise en solution, une trempe et un revenu; carac-térisé en ce que l'homogénéisation et/ou la mise en solution sont effectuées entre 520 et 545 C.
Les alliages selon l'invention possèdent leur niveau optimal de résistance et de ductilité après des traitements d'homogénéisa-tion des produits coulés et de mise en solution des produits transformés comportant au moins un palier à une température ~H comprise entre 520 et 545 pendant une durée suffisante, soit pour dissoudre complètement les composés intermétalliques des phases riches en Cu et Li et soit pour obtenir une taille inférieure à
5 ~m. Les durées optimales de traitemen-t thermi~ue d'homogénéisation à température 0~l étaient de 0,5 à 8 heures pour les alliages élaborés par solidificatlon rapide (atomisation - splat cooling) et de 12 heures à 72 heures pour les produits moulés ou élaborés en coulée semi-continue, pour lesquels il est preférable d'eEfectuer lors de l'homogénéisation ou de la mise en solu-tion un ou deux paliers intermédiaires de quelques heures à 500 C, 515 C
ou 528 C environ, de façon à éviter la fusion commençante .. ..
~ ~751~)~
- 4a -de l'alliage lors de son maintien à la température ~H
De plus, les essais de cinéti~ue de revenu ont montré que ces alliages possedent leurs propriétés mécaniques optimales après revenus de durées de 8 heures à
48 heures à des températures comprises entre 170 et 220 C
(de préférence entre 190 et 200 C), et qu'il était préférable de faire subir aux produits de forme adéquate (tôles, barres, largets) un écrouissage donnant lieu à une déformation plastique de 1,5 à 5% (préférentiellement 2 à
4%) entre trempe et revenu, ce qui permet d'améliorer encore le compromis entre résistance mécanique et ductilité de ces alliages.
~ ans ces conditions, nous avons constaté que les alliages selon l'invention ont à l'état T-6(51) une résistance mécanique équivalente à celle des alliages 7075 ou 7010 T-6(51). Ces niveaux élevés de limite élastique et~
de charge de rupture ~équivalents à ceux des meilleurs alliages actuels pour ces états de traitement J ~S~75~8 therm~que) sont par ailleurs combinés uvec des densités diminuées de 6 i~ 8 ~
par r~pport ~ celles des ~llia~es d'alumi~ium aéronautiques conventionnels 13aI~S
lithium) et avec des niveaux de ductilite ou allongements ~atisfaisants. ce qui montre l'intérêt tes ~lliages selon l'invention pour la fabrication de pièces de3tructure corroyées ou moulées ~ très haute résistance mécanique specifique et bonnes proPriétés dynamlques ~tén~cité. résist~nce à la fati~ue~. qu'il s'a~isse de produits ~l~borés Par coulée ~emi continus, ~tomi~Rtion ou ~plat coolin~.
I,'invention ser~ mieux comprise à l'~de des ~xemPIes suiv~nts. compara~t les caractéristiques mécaniques spéci~iques de divers allia~es selon l'invention et hors de l'invention à des alliages coDnus.
EXE~PLE 1 Des lingotins dont l'analyse est reportée au tableau Ia ont été élaborés à partir d'aluminium raffiné ~Al 99,~9 %~, affinés par adlition de 0,15 % d'A~o3. puis coulés en moules avec une structure analogue à celle obtenue par colll6e sermi-continue industrielle.
Tous ces alliages contiennent moins de 0,02 % ~en poids~ de ~e et moins de o~o2 % de Si.
Ces alliages ont été homogénéisés dans les conditions psrmettant d'obtenir ulle dissolution quasi complète des composss intermétalliques riches en lithium et encuivre, et trempés à l'sau à 20-C~ Ils ont subi une maturation d'au mcins ~, jours et des traitements de 24 heures à des températures de 150. 170. 190 et 210~C.
Le tableau Ib donne les traitements thermiques et les duretés Vickers moyennes après revenu, ainsi que le ma~imum de duret sp~cifi~ue de chacun de ces alliages ~rapport dureté Vicker~/densité)~
Ces résultats montrent que les nouveaux alliages selon l'invention possèdent un compromis résistaDce mécanique/densité sup~rieur à celui de tous les alltres alliages connus. dans pratiquement tout le domaine des températures de revenu et m~eme dans le domaine des sous-revenus qui sont les plus aptes à conduire au meilleur compromis résistance mécani~ue-ductilité.
3750~s Les tras hauts niveaux te dureté ~pécifiqueY obtenus ~près trempe et revenu 1sans écro~issage ~termédiaire par traction ou comPression contrôlée) iustifientl'intérêt particulier de ces sllia~es l~gers pour les pièces de forme complexe telles que les pièces moulées ou matricées.
EX~MPLE 2 On a coulé sn semi-continu SOU3 forme de billettes ~ 2C~ mm. les ~lliages dont la composition est reportée au Tableau IIa. Les billettes ont été homo~énisées à515C pendant 16 h ~ 24 h à ~35C, écroûtées et filées en lar~ets ~ 50x2C
mm à 430-C ~90it avec un raPPort de filage de 12). Les largets ont été mis en solution à 539-C et trempés à l'eau et ont subi divers revenus.
Les caractéristiques m~caniques obtenues, dans le sens long, au pic de résistance après revenu adapté, sont reportées dans le tableau b, comparativement aux caractéristiques des alliages classi~ues 7075 et 7150, selonles désignations de l'Aluminium Association.
On constate qu'une addition moderée de Mg conduit aus résistances mécaniques masimales, supérieures ou équivalentes à celles des alliages cla~siques (sans Li) les plus durs actuellement connus. ~e tableau montre qu'il est préférable de tenir la teneur en ~g à une valeur légèrement iDférieure a 0.5 % pour obtenir les meilleures caractéristiques mécaniques.
7~
TABLEAU Ia - COMPOSITIONS CHIMIQUES
_ __ .
Composition pondérale (%) Coulée Type Cu Li Mg Zr _ _ _ 1 2020 4,35 1,35 _ 0,11
La pr~seD~e inventiDn est relative ~ des allia~e3 à base d'Al contenantessentiellement du (~u. du Li et du ~Ig. possèdant une très haute ré~istance mécanique spécifique. et utilisables. en particulier. pour l'obtention de piècestraitées ther~iquement de forme comPlexe.
11 est connu des métallur~istes que l'additi~n de ~ithium dim~nue la densité Ide 3 % par pour-cent pondéral de lithium) et au~mente le module d'~lasticité et la résistance mécanique des allia~es d'aluminium. Ceci e~plique l'int~rêt des concepteurs pour ces alliages en vue d'ap~lications tans l'indust~ie aéronautique qui requière des alliages dotés d'une résistance mécanique spécifique Ir~pport résistance n~cani~ue sur densité) et d'un module spécifique au~si élevés que possible, ~ condition toutefois que ces alliages pcssèdent par ~illeurs une ductilité !allongement à la rupture) et une ténacité acceptables.
On sait que les alliages d'aluminium au lithium binaires possèdent une résistance mécanique insuffisante ainsi qu'une ductilité rédhibitoire pour applications aéronautiques~ ~ es métallurgistes ont donc eu recours à des additions de cuivre.
dont l'effet bien connu sur le durcisselment structural des alliages d'alumir~umest ~périeur à celui du lithium et superPosable à ce dernier pour obteDir des alliages Al-Li-Cu à haute r~sistance mécanique ~lus ductiles. mais aussi plus denses que les alliages au lithium binaires.
Il s'agit en particulier. de l'allia~e américain 2020. de composition nominale Al-4.5 % Cu - 1,2 ~6 Li 0.2 ~o Cd - 0.o ~o ~r.. et de l'alliage so~iétiyue VA3 93, de composition nominale Al - ~,4 % Cu ~ % T i -0,2 % Cd - 0.6 ~ ~.
Ce~ allia~es. utiUsés à l'état T6O1 ~trempe - traction contrôl~e 2 ~o - reYenu au maximum de la résistance mécanique~ possèdent des niveau~ très élevés de résistance mécanique ~otamment l'allia~e YAD 93), mais il est a~paru que les additions de Lithium. quoi~ue faibles. entrâînaient une perte aPPréciable de ductilit~ et de ténacité sans permettre un allègement significat~f des Pièces destructure aéronautique. com~te tenu de la densité relativement peu diminuée de ces alliages par rspport à celle des alliage3 conventionnels sans lithium.
Plus récsmment, des métallurgistes ont proposé un nouvel alliage exp~rimental decomposition nominale Al 3 % Li - 2 % Su - 0.2 % Zr I~ haute résistance. faible 9 ~37~
densité et feLible tuc~ilitO, ainsi que de nouveaux alliages du syst~me Aluminium-hithium-Cuivre-MsgDésium à moyenne résistaDce. fcible densité et ductilité ameliorée. Il s'a~it en particulier de l'alliage de composition moYenne Al - 2,4 % Li - 1.25 % Cu - 0.75 ~o ~8 1- Cr. Mn. Zr, ~;'i) qui a fait l'obiet de la demande publiee de brevet europeen n 0088511 du Secretary for Defense du RDyaume-Uni~
Or, on peut constater que tou~ le~ allia~es au lithium à faible densite co~us etcités cl-de~sus ~hormis les alliages YAD 93 et 2020 très riches en cuivre~ ne possèdent pas des niveRux de résitance mécanique équivalents à celui des alliages d'aluminium conventionnels actuellement les plus résistants (7075-T6, 7010-T 736) sauf si les produits subissent entre trempe et revenu au ma~mum de durcissement un écrouissage Par déformation plastique de 2 à 4 % en~r~ron.
L'effet favorable de cet écrouissage sur la limite élastique. Ia charge de rupture et même la ductilité, est bien connu des métallurgistes.
Ceci expLique IR relative sbondance des résultats récents obtenus sur toles minces ou épaisses et Produits filés en alliages Al-Li-Cu. Al-Li-.~ et Al-Li-Cu~à l'état T-651. e~ dont la gamme de fabrication dcit obligatoirement comporter une traction contrôlée de 2 à 4 % entre tremPe et revenu de facoD à permettre à ces alliaE~es d'obtenir leurs meilleurs niveaux de caractéristiques mécaniques.
Cette particularité des alliages au lithium ccnDus constitue év~demment une importante restriction pour l'utilisation d'alliages d'aluminium au lithium à haute réistance mécanique spécifique dans la fabrication de pièces de géométrie complexe, telles que les pièces matricées ou les produits moulés. auxquelles il est généralement impossible d'imPoser une déformation Plastique. même par compression contrôlée, entre trempe et revenu.
L'invention décrite ci-après permet de disPoser de nouYeaux allla~es au lithium ne présentant pas ces limitations. Ces alliages confèrent a~ produits de toutes confi6Furation, de tr~s hautes caracteristiques mécaniques à l'état T6 (~quivalentes à celles des alliages 7075-T 6 et 7010-T 736) combinées à ~e densité diminuée de 6 à 9 % par rapport ~ cslle des aL~ es conventionnels des séries 2000 ou 7000. A fortiori, les produits en alliages selon l'inventicn possèdent une résistance mécanique spécifique encore améliorée par écrouissa~e entre trempe et revenu (états T-651. T-6O2 cu T-8) Iuais cette op~ation de 7~
déformation plas-tique peut être limitée par exemple au seul détentionnement ou au.planage des produits trempés.
Au cours d'essais métallurgiques, nous avons en effet trouvé et expérimenté de nouvelles composi-tions d'alliages industriels du système Al-L,i-Cu-Mg + (Cr, Mn, Zr, Ti) plus résistants et plus performants que les alliages au Li connus, du point de vue du compromis résistance mécanique-densité.
Les alliages selon l'invention possèdent les compositions pondérales suivantes:
Cu de 2,~ à 3,5%
Li de 1,9 à 2,7 Mg de 0,26 à 0,8%
Fe ~ 0,20%
Si < 0,10%
~ Cr de 0 à 0,30%
Zr de 0 à 0,20%
Ti de 0 à 0,10%
Mn de 0 à 1%
Be de 0 à 0,02%
autres (impuretés~
chacun ~ 0,05%
Total < 0,15%
Reste Al.
Les compositions optimales prises individuellement ou en combinaisons sont les suivantes:
Cu entre 2,5 et 3,1% (e-t de préference entre 2,6 et 3%) Mg entre 0,26 et 0,5%
Zr entre 0,07 et 0,15%
Fe inférieur à 0,10%
Si inférieur à 0,06%
Li entre 2 et 2,5%
Il a été montré que ces alliages possèdent les caractéristiques optimales lorsque la relation:
~..~j' ~ ~7~
~ ,8 S % Cu ~ ~ Li ~ ~ Mg/2 S 6,0 est vérifiée, et de préférence:
5,0 ~ ~ Cu + % Li + % Mg/2 S 5,8.
Pour les val0urs inEérieures à 4,8 (ou 5,0) on observe une chute notable des caractéristiques de résistance et pour les valeurs supérieures à 5,8 (ou 6) on observe une chute notable de la duc-tilité.
L'invention concerne également un procédé pour l'obtention d'alliages tels gue précédemment définis, comprenant soit au moins une élaboration, une homogénéisation, une transformation à chaud, une mise en solution, une trempe e-t un revenu, soit au moins une élaboration, une homogénéisation, une transformation a chaud, une transEorma-tion à froid, une mise en solution, une trempe et un revenu; carac-térisé en ce que l'homogénéisation et/ou la mise en solution sont effectuées entre 520 et 545 C.
Les alliages selon l'invention possèdent leur niveau optimal de résistance et de ductilité après des traitements d'homogénéisa-tion des produits coulés et de mise en solution des produits transformés comportant au moins un palier à une température ~H comprise entre 520 et 545 pendant une durée suffisante, soit pour dissoudre complètement les composés intermétalliques des phases riches en Cu et Li et soit pour obtenir une taille inférieure à
5 ~m. Les durées optimales de traitemen-t thermi~ue d'homogénéisation à température 0~l étaient de 0,5 à 8 heures pour les alliages élaborés par solidificatlon rapide (atomisation - splat cooling) et de 12 heures à 72 heures pour les produits moulés ou élaborés en coulée semi-continue, pour lesquels il est preférable d'eEfectuer lors de l'homogénéisation ou de la mise en solu-tion un ou deux paliers intermédiaires de quelques heures à 500 C, 515 C
ou 528 C environ, de façon à éviter la fusion commençante .. ..
~ ~751~)~
- 4a -de l'alliage lors de son maintien à la température ~H
De plus, les essais de cinéti~ue de revenu ont montré que ces alliages possedent leurs propriétés mécaniques optimales après revenus de durées de 8 heures à
48 heures à des températures comprises entre 170 et 220 C
(de préférence entre 190 et 200 C), et qu'il était préférable de faire subir aux produits de forme adéquate (tôles, barres, largets) un écrouissage donnant lieu à une déformation plastique de 1,5 à 5% (préférentiellement 2 à
4%) entre trempe et revenu, ce qui permet d'améliorer encore le compromis entre résistance mécanique et ductilité de ces alliages.
~ ans ces conditions, nous avons constaté que les alliages selon l'invention ont à l'état T-6(51) une résistance mécanique équivalente à celle des alliages 7075 ou 7010 T-6(51). Ces niveaux élevés de limite élastique et~
de charge de rupture ~équivalents à ceux des meilleurs alliages actuels pour ces états de traitement J ~S~75~8 therm~que) sont par ailleurs combinés uvec des densités diminuées de 6 i~ 8 ~
par r~pport ~ celles des ~llia~es d'alumi~ium aéronautiques conventionnels 13aI~S
lithium) et avec des niveaux de ductilite ou allongements ~atisfaisants. ce qui montre l'intérêt tes ~lliages selon l'invention pour la fabrication de pièces de3tructure corroyées ou moulées ~ très haute résistance mécanique specifique et bonnes proPriétés dynamlques ~tén~cité. résist~nce à la fati~ue~. qu'il s'a~isse de produits ~l~borés Par coulée ~emi continus, ~tomi~Rtion ou ~plat coolin~.
I,'invention ser~ mieux comprise à l'~de des ~xemPIes suiv~nts. compara~t les caractéristiques mécaniques spéci~iques de divers allia~es selon l'invention et hors de l'invention à des alliages coDnus.
EXE~PLE 1 Des lingotins dont l'analyse est reportée au tableau Ia ont été élaborés à partir d'aluminium raffiné ~Al 99,~9 %~, affinés par adlition de 0,15 % d'A~o3. puis coulés en moules avec une structure analogue à celle obtenue par colll6e sermi-continue industrielle.
Tous ces alliages contiennent moins de 0,02 % ~en poids~ de ~e et moins de o~o2 % de Si.
Ces alliages ont été homogénéisés dans les conditions psrmettant d'obtenir ulle dissolution quasi complète des composss intermétalliques riches en lithium et encuivre, et trempés à l'sau à 20-C~ Ils ont subi une maturation d'au mcins ~, jours et des traitements de 24 heures à des températures de 150. 170. 190 et 210~C.
Le tableau Ib donne les traitements thermiques et les duretés Vickers moyennes après revenu, ainsi que le ma~imum de duret sp~cifi~ue de chacun de ces alliages ~rapport dureté Vicker~/densité)~
Ces résultats montrent que les nouveaux alliages selon l'invention possèdent un compromis résistaDce mécanique/densité sup~rieur à celui de tous les alltres alliages connus. dans pratiquement tout le domaine des températures de revenu et m~eme dans le domaine des sous-revenus qui sont les plus aptes à conduire au meilleur compromis résistance mécani~ue-ductilité.
3750~s Les tras hauts niveaux te dureté ~pécifiqueY obtenus ~près trempe et revenu 1sans écro~issage ~termédiaire par traction ou comPression contrôlée) iustifientl'intérêt particulier de ces sllia~es l~gers pour les pièces de forme complexe telles que les pièces moulées ou matricées.
EX~MPLE 2 On a coulé sn semi-continu SOU3 forme de billettes ~ 2C~ mm. les ~lliages dont la composition est reportée au Tableau IIa. Les billettes ont été homo~énisées à515C pendant 16 h ~ 24 h à ~35C, écroûtées et filées en lar~ets ~ 50x2C
mm à 430-C ~90it avec un raPPort de filage de 12). Les largets ont été mis en solution à 539-C et trempés à l'eau et ont subi divers revenus.
Les caractéristiques m~caniques obtenues, dans le sens long, au pic de résistance après revenu adapté, sont reportées dans le tableau b, comparativement aux caractéristiques des alliages classi~ues 7075 et 7150, selonles désignations de l'Aluminium Association.
On constate qu'une addition moderée de Mg conduit aus résistances mécaniques masimales, supérieures ou équivalentes à celles des alliages cla~siques (sans Li) les plus durs actuellement connus. ~e tableau montre qu'il est préférable de tenir la teneur en ~g à une valeur légèrement iDférieure a 0.5 % pour obtenir les meilleures caractéristiques mécaniques.
7~
TABLEAU Ia - COMPOSITIONS CHIMIQUES
_ __ .
Composition pondérale (%) Coulée Type Cu Li Mg Zr _ _ _ 1 2020 4,35 1,35 _ 0,11
2 VAD 93 5,05 1,30 0,10
3 LIN et STARKE 2,20 2,80 _ 0,12
4 F92 (DTDXXXA) 1,5 2,35 0,80 0,15 ~ors invention 3~1 1,9 1,2 0,12 6 Selon l'invention 3,05 2,55 0,10 0,12 7 Selon l'invention 3,45 2,05 0,48 0,12 8 Selon l'invention 2,95 2,4 0,26 0,13 9 Selon l~invention 3,10 2,55 O 0,12 TABLEAU Ib - TRAITEMENTS THERMIQUES, DURETES VICKERS ET DURETES SPECIFIQUES
_ 2 Dureté Vickers (kg/mm ) .
. Rapport Coulée ~omogénéisationRevenu 24 heures a : Dureté max.
repere 150C 170~C 190'C 210C Densité
_ 2 h 500C 129 141 162 149 57,8 ~ 28 h 520 C
2 2 h 500C 134 165 163 151 60,4 .+ 48 h 520C
8 h 530DC 123 140 166 162 65,3 3+ 48 h 545C
4 24 h 532C 138 141 160 149 62,7 48 h 530C 148 174 148 122 66,3 6 4 h 515C 156 169 185 173 71,5 8 h 500C
7+ 16 h 515C 176 190 170 142 72,3 ~ 48 h 528C
8 48 ~ 528C 175 188 172 154 72,6 + 48 h 540C
9 4 h 515C .
+ 7-2 h 340C 157 168 186 175 72,0 _ _ .
37~08 TABLEAU IIa - ANALYSES_~% en poids) Alliage Li Cu Mg Fe Si Zr Remarque repère A 2,50 2,90 ~ 0,02 0,020,02 0,11 Selon l'invention B 2,45 2,~5 0,40 0,030,02 0,11 "
C 2,50 2,75 0,55 0,020,02 ~,11 "
D 2,50 2,95 0,95 0,020,02 0,11 Hors l'inve~tion TABLEAU IIb - CARACTERISTIQUES MECANIQUES MAXIMALES
. Caractéristiques mécaniques Alliage n Etat Revenu Position Rp 0,2 Rm A %
_ (MPa) (MPa) (5 d) A T6 48 h/170C C 489 535 5,0 . .. .. .. B 505 555 4,0 B ll 48 h/170C C 546 603 5,5 . .. .. .. B 591 640 4,5 C - 20 h/190C C 508 553 4,7 . B 547 584 4,0 D .. 48 h~170C C 498 538 3,5 .. .. ., ............... B 538 557 2~5 _ _ .
A T651 24 h/170C C 561 600 6,5 B 625 653 4,5 B .l 12 h/190C C 575 600 5,0 .. .. .. .. B 625 655 5,0 7075 .. _ C 522 588 ~0 7150 ., _ ~ . 575 607 9,0 _ Allongement de 2 % entre trempe et reve~u.
G : centre --B : bord du larget.
_ 2 Dureté Vickers (kg/mm ) .
. Rapport Coulée ~omogénéisationRevenu 24 heures a : Dureté max.
repere 150C 170~C 190'C 210C Densité
_ 2 h 500C 129 141 162 149 57,8 ~ 28 h 520 C
2 2 h 500C 134 165 163 151 60,4 .+ 48 h 520C
8 h 530DC 123 140 166 162 65,3 3+ 48 h 545C
4 24 h 532C 138 141 160 149 62,7 48 h 530C 148 174 148 122 66,3 6 4 h 515C 156 169 185 173 71,5 8 h 500C
7+ 16 h 515C 176 190 170 142 72,3 ~ 48 h 528C
8 48 ~ 528C 175 188 172 154 72,6 + 48 h 540C
9 4 h 515C .
+ 7-2 h 340C 157 168 186 175 72,0 _ _ .
37~08 TABLEAU IIa - ANALYSES_~% en poids) Alliage Li Cu Mg Fe Si Zr Remarque repère A 2,50 2,90 ~ 0,02 0,020,02 0,11 Selon l'invention B 2,45 2,~5 0,40 0,030,02 0,11 "
C 2,50 2,75 0,55 0,020,02 ~,11 "
D 2,50 2,95 0,95 0,020,02 0,11 Hors l'inve~tion TABLEAU IIb - CARACTERISTIQUES MECANIQUES MAXIMALES
. Caractéristiques mécaniques Alliage n Etat Revenu Position Rp 0,2 Rm A %
_ (MPa) (MPa) (5 d) A T6 48 h/170C C 489 535 5,0 . .. .. .. B 505 555 4,0 B ll 48 h/170C C 546 603 5,5 . .. .. .. B 591 640 4,5 C - 20 h/190C C 508 553 4,7 . B 547 584 4,0 D .. 48 h~170C C 498 538 3,5 .. .. ., ............... B 538 557 2~5 _ _ .
A T651 24 h/170C C 561 600 6,5 B 625 653 4,5 B .l 12 h/190C C 575 600 5,0 .. .. .. .. B 625 655 5,0 7075 .. _ C 522 588 ~0 7150 ., _ ~ . 575 607 9,0 _ Allongement de 2 % entre trempe et reve~u.
G : centre --B : bord du larget.
Claims (16)
1. Alliage à base d'aluminium à très haute résistance mécanique spécifique contenant essentiellement du Cu, du Li et du Mg, caractérisé en ce qu'il contient (en poids %):
Cu de 2,4 à 3,5 %
Li de 1,9 à 2,7 %
Mg de 0,26 à 0,8 %
Fe ? 0,20 %
Si ? 0,10 %
Mn de 0 à 1 %
Cr de 0 à 0,30 %
Zr de 0 à 0,20 %
Ti de 0 à 0,10 %
Be de 0 à 0,02 %
autres (impuretés) chacun < 0,05 %
total < 0,15 %
reste Al.
Cu de 2,4 à 3,5 %
Li de 1,9 à 2,7 %
Mg de 0,26 à 0,8 %
Fe ? 0,20 %
Si ? 0,10 %
Mn de 0 à 1 %
Cr de 0 à 0,30 %
Zr de 0 à 0,20 %
Ti de 0 à 0,10 %
Be de 0 à 0,02 %
autres (impuretés) chacun < 0,05 %
total < 0,15 %
reste Al.
2. Alliage selon la revendication 1, caractérisé
en ce qu'il contient de 2,5 à 3,1 % de Cu.
en ce qu'il contient de 2,5 à 3,1 % de Cu.
3. Alliage selon la revendication 1, caractérisé
en ce qu'il contient de 2,6 à 3 % de Cu.
en ce qu'il contient de 2,6 à 3 % de Cu.
4. Alliage selon la revendication 1, caractérisé
en ce qu'il contient de 2 à 2,5 % de Li.
en ce qu'il contient de 2 à 2,5 % de Li.
5. Alliage selon la revendication 1, caractérisé
en ce qu'il contient de 0,26 à 0,5 % de Mg.
en ce qu'il contient de 0,26 à 0,5 % de Mg.
6. Alliage selon la revendication 2, 3 ou 4 caractérisé
en ce qu'il contient de 0,26 à 0,5 % de Mg.
en ce qu'il contient de 0,26 à 0,5 % de Mg.
7. Alliage selon la revendication 1, caractérisé
en ce que:
4,8 ? % Cu + % Li + % Mg / 2 ? 6,0.
en ce que:
4,8 ? % Cu + % Li + % Mg / 2 ? 6,0.
8. Alliage selon la revendication 7, caractérisé
en ce que:
5,0 ? % Cu + % Li + % Mg / 2 ? 5,8.
en ce que:
5,0 ? % Cu + % Li + % Mg / 2 ? 5,8.
9. Alliage selon la revendication 1, caractérisé
en ce qu'il contient au plus 0,10% de Fe.
en ce qu'il contient au plus 0,10% de Fe.
10. Alliage selon la revendication 1, caracté-risé en ce qu'il contient au plus 0,06 % de Si.
11. Alliage selon la revendication 1, caracté-risé en ce qu'il contient entre 0,07 et 0,15 % Zr.
12. Procédé pour la fabrication d'objets à partir d'alliages tels que définis dans la revendication 1, compre-nant soit au moins une élaboration, une homogénéisation, une transformation à chaud, une mise en solution, une trempe et un revenu, soit au moins une élaboration, une homogénéisa-tion, une transformation à chaud, une transformation à froid, une mise en solution, une trempe et un revenu; caractérisé
en ce que l'homogénéisation et/ou la mise en solution sont affectuées entre 520 et 545°C.
en ce que l'homogénéisation et/ou la mise en solution sont affectuées entre 520 et 545°C.
13. Procédé selon la revendication 12, caracté-risé en ce que la durée de l'homogénéisation doit être telle que la taille des particules riches en Li et en Cu soit comprise entre 0 et 5 µm, limites incluses.
14. Procédé selon la revendication 12 ou 13, caractérisé en ce que l'homogénéisation proprement dite est précédée de paliers à 500°, 515° et/ou 528°C environ en vued'éviter la fusion commençante de l'alliage.
15. Procédé selon la revendication 12, caracté-risé en ce que le revenu est effectue dans le domaine de témperature allant de 170 à 220°C pendant une durée de 8 à
48 heures.
48 heures.
16. Procédé selon la revendication 12, caracté-risé en ce que le produit subit en outre une déformation plastique de 1,5 à 5 % entre trempe et revenu.
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