CA2068597C

CA2068597C - Process for isotropic enhancement through thick aluminum alloy products

Info

Publication number: CA2068597C
Application number: CA 2068597
Authority: CA
Inventors: Philippe Lassince; Pierre Sainfort
Original assignee: Pechiney Rhenalu SAS
Current assignee: Constellium Issoire SAS
Priority date: 1991-05-14
Filing date: 1992-05-13
Publication date: 2002-01-15
Anticipated expiration: 2012-05-13
Also published as: DE69212533D1; EP0514292A1; FR2676462A1; FR2676462B1; CA2068597A1; DE69212533T2; EP0514292B1

Abstract

L'invention concerne une méthode pour l'amélioration de l'isotropie des caractéristiques de traction dans tout plan contenant la direction travers-court de produits épais en alliage d'A1 à durcissement structural, en particulier ceux appartenant à la série 7000 selon la désignation de l'Aluminium Association. La méthode consiste à couler un produit sous forme de lingots à teneurs en Si et/ou Fe limitées contenant également de faibles teneurs en éléments anti-recristallisants (Zr, Mn, Cr, Hf, Ti), à l'homogénéiser, et à le transformer de manière à obtenir un taux de recristallisation supérieur à 15% et de préférence 25% et à traiter thermiquement le produit obtenu par trempe et revenu, et de préférence sur-revenu. L'invention concerne également les produits obtenus qui trouvent notamment leur application principale dans les domaines aéronautiques et spatiaux.The invention relates to a method for improving the isotropy of the tensile characteristics in any plane containing the short-short direction of thick products of A1 alloy with structural hardening, in particular those belonging to the 7000 series according to the designation. of the Aluminum Association. The method consists in casting a product in the form of ingots with limited Si and / or Fe contents also containing low contents in anti-recrystallizing elements (Zr, Mn, Cr, Hf, Ti), in homogenizing it, and in transform so as to obtain a recrystallization rate greater than 15% and preferably 25% and to heat treat the product obtained by quenching and tempering, and preferably over-tempering. The invention also relates to the products obtained which find their main application in particular in the aeronautical and space fields.

Description

PROCEDE POUR AMELIORER L'ISOTROPIE TRAVERS
DES PRODUITS EPAIS EN ALLIAGES D'AL
L'invention concerne un procédé d'amélioration de l'isotropie des caractéristiques mécaniques de traction dans tout plan contenant la direction travers-court de produits épais en alliage d'A1 à durcissement structural, en particulier ceux appartenant à la série 7000 selon la désignation de l'Aluminium Association.
On sait que les produits corroyés épais en alliage d'aluminium présentent une zone de faible ductilité associée à de faibles résistances mécaniques de traction dans tout plan contenant la direction travers-court (TC) dans une zone située à 40-60' environ de cette direction travers-court.
Ceci conduit généralement à une insuffisance de tenue lors de sollicitations mécaniques exercées dans cette zone soit au cours de la fabrication, soit au cours de l'utilisation de tels matériaux.
L'invention telle que décrite de façon large ci-après, concerne une méthode pour améliorer l'isotropie dans tout plan contenant la direction travers-court de produits épais en alliages d'Al à durcissement structural, caractérisée en ce que;
a) on coule une composition contenant au plus 90~ des teneurs maximales en Fe et Si selon les désignations de l'Aluminium Association:
b) on homogénéise cette composition; PROCESS FOR IMPROVING THROUGH ISOTROPY
THICK PRODUCTS IN AL ALLOYS
The invention relates to a method for improving the isotropy of the mechanical traction characteristics in any plan containing cross-short direction of products thick in A1 hardened structural alloy, especially those belonging to the 7000 series according to the designation of the Aluminum Association.
We know that thick wrought alloy products of aluminum have an associated zone of low ductility at low mechanical tensile strengths throughout plane containing cross-short direction (TC) in an area located about 40-60 'from this short-cross direction.
This generally leads to insufficient hold during of mechanical stresses exerted in this area either during manufacture, either during use such materials.
The invention as broadly described below, relates to a method to improve isotropy in any plane containing cross-short direction of thick products in Al alloys with structural hardening, characterized in what;
a) pouring a composition containing at most 90 ~
maximum Fe and Si contents according to the designations of the Aluminum Association:
b) this composition is homogenized;

- 2 -c) on transforme à chaud le produit homogénêisé dans des conditions telles que le taux de recristallisation final soit supérieur ou égal à 15%;
d) on traite ensuite le produit thermiquement par mise en solution, déformation contrôlée éventuelle et revenu.
L'invention telle que revendiquée ci-après est toutefois restreinte aux cas où:
- lorsqu'à l'étape a), la composition coulée contient au plus 90% des teneurs minimales de Fe et de Si, alors les conditions de la transformation à l'étape c) sont choisies pour que le taux de recristallisation finale soit supérieur ou égal à 25%, et - lorsqu'à l'étape c), les conditions de transformation sont choisies pour que le taux de recristallisation finale soit supérieur ou égale à 15%, alors la composition coulée à l'étape a) contient au plus 75% de teneurs maximales de Fe et Si.
Le problème ci-dessus évoqué est donc résolu par l'utilisation de la méthode de fabrication selon l'invention dont les étapes vont maintenant être détaillées.
a) On coule de préférence un produit sous forme de lingots (plateaux ou billettes) eh un alliage des séries 7000, 2000 ou 6000 selon les désignations de l'Aluminium Association, contenant au plus 90% des teneurs maximales en Fe et/ou Si et de préférence au plus 75% de celles-ci.
De préférence, dans les alliages 7000, on peut tolêrer au moins 1 des éléments suivants jusqu'aux teneurs indiquées:
Zr < 0,15, Mn _< 0,45, Cr < 0,23, Hf < 0,15, Ti < 0,10 avec cependant une teneur globale inférieure à 0,90%.

- 2a -Le Zr est préférable dans les produits épais tels que tôles moyennes et fortes et produits forgés ou matricés d'épaisseur >_ 20 mm.
On préfère Cr + Mn pour les produits minces (< 15 mm).
b) On homogénéise de préférence le produit de manière à
dissoudre les eutectiques de coulée et â obtenir des composés intermëtalliques suffisamment fins; pour les alliages 7000 on a de préférence des phases au Zr (Als Zr sphériques) de diamètre < 30 nm et des phases Alla Cr2 Mg3 et/ou Alto Cu2 Mn sous forme de plaquettes ou bâtonnets dont la dimension maximale est inférieure à 500 nm.
c) On transforme de préférence ledit produit homogénéisé
en un produit corroyê tel que tôles, profilés, etc... dans des conditions telles que le produit final ait, après mise en solution, un taux de recristallisation supérieur à 15%, et de préférence supérieur â 25%, mesuré par analyse d'image, sur coupe micrographique, dans une zone située dans le 1/3 central du produit.
d) ~,e produit transformé à chaud est ensuite de préférence traité thermiquement par mise en solution, trempe, déformation plastique contrôlée éventuelle et revenu, et de préférence sur-revenu (pour les alliages 7000).
I1 estconnu que, pour obtenir les taux de recristallisation indiquês, la fin de la transformation à chaud doit être effectuée à une température (T°C) suffisamment basse, typiquement inférieure à 390°C, et de préférence inférieure â 370°C, ces températures dependant notamment de la nature et de la nuance de l'alliage considéré, de l'épaisseur du - 2b -produit, avec un taux de déformation suffisamment élevé
généralement > 100% et de préférence > 150%. Le taux de déformation est défini par S - s x 100 s S étant la section droite transversale en cours de transformation lorsqu'elle atteint la température T°C, et s la section droite transversale aprês déformation.
L'invention telle que ci-après revendiquée concerne également un produit épais obtenu par la mise en oeuvre de la méthode définie précédemment, caractérisé en ce que 0 A/A > 35% dans tout plan contenant une direction travers-court.
De préférence, A% > 3 dans tout plan contenant une direction travers-court.
De préférence, les produits sont relatifs aux alliages 7000, caractérisés en ce que les phases A13 Zr ont un diamètre inférieur ou égal à 30 nm et en ce que les phases A118 Cr2 Mg3 et/ou Alto Cu2 Mn sont sous formes de plaquettes ou bâtonnets dont la dimension maximale est inférieure à 500 nm.
L'invention sera mieux comprise à l'aide des exemples suivants, et illustrée par les figures suivantes:
La Fig. 1 représente la corrélation entre 4 A/A (défini ci après) dans le plan long/travers-court (L-TC) et 1e taux de recristallisation à mi-épaisseur pour des tôles épaisses en 7010.
La Fig. 2 représente une comparaison dans le plan travers-long/travers-court (TL/TC) de l'isotropie (de l'allongement %) de tôles épaisses en 7010 aux états T7651 et T7451.

~~~n~~
Dans i:ous les exemples ci-après, l'anisotropie dans 7.e plan cons:i.déré est;
caract:érisëe par le paramôt;re d n/n où d A est; J.a différence d'al:iongement en I:raction eni;re l.a di.rect:Eon TC el; la direction correspondant; au minimum d'allongement, rapporté à l'allongement travers court A.

Influence du 'taux de recristallisation (voir aussi fig. 1) Sur des tôles d'épaisseur 90 mm en 7075 ayant; des taux de recristallisation respectivement de 5 et 25 % mesurë par analyse d'image à rni-êpaisseur, on a obtenu les résultats suivants dans 1e plan L-TC .
Taux irection Allongement d A~x 100 N recrist. (%) II (°) N A (%) A
II '0 (TC) ' ~ 5,3 i s ~

II 30 I I 2 ,1 N 5% II 45 II
1, , N

N 90 (L) N
N II 11;9 II
N
li II o (TC) II
6,6 5, N 25% II 45 II
5, N

II

8,8 90 (L) N
12,0 ,t n n n so Influence de 1a pureté
Des tôles de 100 mm d'ëpaisseur en alliages 7075 et 7475 ayant respectivement les teneurs en Fe et Si suivantes ._ 4 _ 7075 7475 .
°~ re o,l~ a,o5 si o,:i.o o,a4 ont êté obtenues su:i.vant une même gamme de fabrication ei; de 'traitemen't i:hermique. Les résultais obtenus dans le plan L-'TC sont les suivants ( A1~~ Direction ~ ~~ A A x 100 ( () (/) ( ( ( A ( ( ~' 0 (TC) ( 6 ( i ( ( 30 ( 4,1 ( 34 ( 7075 45 ( 6 ( ( ( 8'S ( i ( ( 90 (L ( g ( ( ) 0 (TC) 8,8 30 ( 6'9 ( ( 7475 ( 45 ( 8~4 60 ( 21,0 ( ( ( ( 90 (L) i 122 ( i 1 Influence l'tat de de revenu (fig. ~) La comparaison de statistique la moyenne arithmtique de l'cart ~
A

entre les sur tats T74 des et T76 tles d'paisseur 80, et mm traites en laboratoire:

On constate que l'tat est T74 plus favorable qr.re l'tat T76. - 2 -c) the homogenized product is hot transformed in conditions such as the final recrystallization rate is greater than or equal to 15%;
d) the product is then heat treated by placing in solution, possible controlled deformation and tempering.
The invention as claimed below is however restricted to cases where:
- when in step a), the casting composition contains plus 90% of the minimum Fe and Si contents, then the processing conditions in step c) are chosen so that the final recrystallization rate is higher or equal to 25%, and - when in step c), the processing conditions are chosen so that the final recrystallization rate is greater than or equal to 15%, then the composition poured in step a) contains at most 75% of maximum contents of Fe and Si.
The above mentioned problem is therefore solved by the use of the manufacturing method according to the invention whose steps will now be detailed.
a) A product is preferably poured in the form of ingots (trays or billets) and a series alloy 7000, 2000 or 6000 depending on the designations of Aluminum Association, containing at most 90% of the maximum contents in Fe and / or Si and preferably at most 75% of these.
Preferably, in 7000 alloys, we can tolerate minus 1 of the following up to the levels indicated:
Zr <0.15, Mn _ <0.45, Cr <0.23, Hf <0.15, Ti <0.10 with however, an overall content of less than 0.90%.

- 2a -Zr is preferable in thick products such as sheets medium and strong and forged or stamped products thickness> _ 20 mm.
Cr + Mn is preferred for thin products (<15 mm).
b) The product is preferably homogenized so as to dissolve the casting eutectics and obtain sufficiently fine intermetallic compounds; for the 7000 alloys preferably have Zr phases (Als Zr spherical) of diameter <30 nm and Alla Cr2 Mg3 phases and / or Alto Cu2 Mn in the form of plates or sticks, the maximum dimension is less than 500 nm.
c) Preferably transforming said homogenized product in a wrought product such as sheets, profiles, etc ... in conditions such that the final product has, after placing in solution, a recrystallization rate greater than 15%, and preferably greater than 25%, measured by analysis image, on micrographic section, in an area located in the central 1/3 of the product.
d) ~, the hot processed product is then preferably heat treated by dissolving, quenching, possible controlled plastic deformation and income, and preferably over-income (for alloys 7000).
It is known that, to obtain the recrystallization rates indicated, the end of the hot transformation must be carried out at a sufficiently low temperature (T ° C), typically below 390 ° C, and preferably below at 370 ° C, these temperatures depending in particular on nature and the grade of the alloy considered, the thickness of the - 2b -product, with a sufficiently high rate of deformation generally> 100% and preferably> 150%. The rate of deformation is defined by S - sx 100 s S being the cross section in progress transformation when it reaches the temperature T ° C, and s cross section after deformation.
The invention as claimed below relates to also a thick product obtained by the use of the method defined above, characterized in that 0 A / A> 35% in any plane containing a cross direction short.
Preferably, A%> 3 in any plane containing a direction Short-through.
Preferably, the products relate to alloys 7000, characterized in that the phases A13 Zr have a diameter less than or equal to 30 nm and in that the phases A118 Cr2 Mg3 and / or Alto Cu2 Mn are in the form of plates or sticks whose maximum dimension is less than 500 nm.
The invention will be better understood using the examples following, and illustrated by the following figures:
Fig. 1 represents the correlation between 4 A / A (defined here after) in the long / cross-short plane (L-TC) and the 1st rate mid-thickness recrystallization for thick sheets in 7010.
Fig. 2 represents a comparison in the transverse plane long / short-cross (TL / TC) isotropy (elongation %) of thick sheets in 7010 in states T7651 and T7451.

~~~ n ~~
In i: all the examples below, the anisotropy in 7.e plan cons: i.déré est;
caract: erisëe by the paramôt; re dn / n where d A is; The difference of al: iongement in I: reaction eni; re the direction: Eon TC el; The direction corresponding; minimum elongation, referred to the transverse elongation short A.

Influence of the recrystallization rate (see also fig. 1) On sheets of thickness 90 mm in 7075 having; rates of recrystallization of 5 and 25% respectively measured by analysis image thickness, the following results were obtained in the 1st plane L-TC.
Irection rate Elongation of A ~ x 100 N recryst. (%) II (°) NA (%) A
II '0 (TC)' ~ 5.3 is ~

II 30 II 2, 1 N 5% II 45 II

, NOT

N 90 (L) N
N II 11; 9 II
NOT
li II o (TC) II
6.6 N 25% II 45 II

NOT

II

8.8 90 (L) N
12.0 , tnn not n Influence of purity 100 mm thick sheets of 7075 and 7475 alloys respectively the following Fe and Si contents ._ 4 _ 7075 7475.
° ~ re o, l ~ a, o5 if o,: io o, a4 have been obtained on: i. the same production range ei; treatment i: hermal. The results obtained in the L-'TC plan are as follows (A1 ~~ Direction ~ ~~ AA x 100 ( () (/) ( ( ( AT ( (~ ' 0 (TC) (6 (i ((30 (4.1 ( 34 ( 7075 45 (6 ( ((8'S (i ((90 (L (g (( ) 0 (TC) 8.8 30 (6'9 ( (7475 (45 (8 ~ 4 60 (21.0 (( ((90 (L) i 122 ( i 1 Influence the state of income (fig. ~) The comparison of statistics the average Arithmetic of the gap ~
AT

between the on T74 states of and T76 tles of thick 80, and mm milked in the laboratory:

We see that the state is T74 more favorable qr.re the state T76.

Claims

1. Method to improve isotropy in any plane containing the cross-short direction of thick products in structural hardening Al alloys, characterized in than:
a) a composition containing at most 90% of the maximum Fe and Si contents according to the designations of the Aluminum Association;
b) this composition is homogenized;
c) the homogenized product is hot transformed in conditions such as the final recrystallization rate is greater than or equal to 25%;
d) the product is then heat treated by setting solution, quenching and tempering.

2. Method to improve isotropy in any plane containing the cross-short direction of thick products in structural hardening Al alloys, characterized in than:
a) a composition containing at most 90% of the maximum Fe and Si contents according to the designations of the Aluminum Association;
b) this composition is homogenized;
c) the homogenized product is hot transformed in conditions such as the final recrystallization rate is greater than or equal to 25%;
d) the product is then heat treated by setting solution, quenching, controlled deformation and tempering.

3. Method to improve isotropy in any plane containing the cross-short direction of thick products in structural hardening Al alloys, characterized in than:
e) a composition containing at most 75% of the maximum Fe and Si contents according to the designations of the Aluminum Association;
f) this composition is homogenized;
g) the homogenized product is hot transformed in conditions such as the final recrystallization rate is greater than or equal to 15%;
h) the product is then heat treated by setting solution, quenching, controlled deformation and tempering.

4. Method according to claim 1, characterized in that that the composition contains Fe and Si contents reaching at most 75% of the maximum aluminum contents Association.

5. Method according to claim 2, characterized in that that the composition contains Fe and Si contents reaching at most 75% of the maximum levels of Aluminum Association.

6. Method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the alloy is an alloy of the series 7000, containing at most 0.15% Zr, 0.45% Mn, 0.23% Cr, 0.15% Hf, 0.10% Ti with Zr + Mn + Cr + Hf + Ti <= 0.90%.

7. Method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the alloy is an alloy of the 2000 series.

8. Method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the alloy is an alloy of the 6000 series.

9. Method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the income leads to a state T74 according to the designations of the Aluminum Association.

10. Thick product obtained by the implementation of the method defined in any one of claims 1 to 9, characterized in that .DELTA. A / A> 35% in any plan concerning a short-cross direction.

11. Thick product according to claim 10, characterized in that A%> 3 in any plane containing a direction Short-through.

12. Product according to claim 10 or 11, relating to 7000 alloys, characterized in that the Al3 Zr phases have a diameter less than or equal to 30 nm and in that the Al18 Cr2 Mg3 and / or Al20 Cu2 Mn phases are in the form of plates or sticks whose maximum dimension is less than 500 nm.