CA2244148C - Produits epais en alliage alznmgcu a proprietes ameliorees - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un produit laminé, forgé ou filé en alliage AlZnMgCu d'épaisseur > 60 mm, de composition (% en poids): 5,9 < Zn < 8,7; 1,7 < Mg < 2,5; 1,4 < Cu < 2,2; Fe < 0,14; Si < 0,11; 0,05 < Zr < 0,15; Mn < 0,02; Cr < 0,02; avec Mg + Cu < 4,1; autres éléments < 0,05 chacun et < 0,10 au total; ce produit étant traité par mise en solution, trempe et éventuellement revenu et présentant à l'état traité T7451 et T7452 les propriétés suivantes: a) une limite élastiq ue R0,2 mesurée à quart-épaisseur > 400 MPa en sens L et TL, b) une tenacité en déformation plane sens S-L > 26 MPa~ et sens L-T > 74 - 0,08e - 0,07 R0,2L MPa~m (e = épaisseur en mm), c) un seuil de corrosion sous tension > 240 MPa. Les produits selon l'invention sont utilisés notamment pour la fabrication d'éléments de structure d'avions, en particulier des longerons d'ailes.

Description

PRODUITS EPAIS EN ALLIAGE A 1 ZnMgCu A PROPRIETES AMELIOREES
s Domaine de l'invention L'invention concerne des produits en alliage d'aluminium du type AIZnMgCu (série l0 7000 selon la désignation de fAluminum Association) d'épaisseur supérieure à 60 mm. Ces produits peuvent être des plaques ou des tôles laminées à chaud, des blocs forgés ou des produits filés. Dans Ie cas où le produit n'est pas de forme pârallélépipédique, on entend par épaisseur la plus petite dimension du produit au moment de la trempe (par exemple l'épaisseur de la paroi la plus mince pour un 15 profilë).
Etat de ia Technique.
Des produits épais laminës, forgés ou filés en alliage d'aluminium de la série 2o sont utilisés pour produire par découpage, surfaçage ou usinage dans la masse des pièces de haute résistance destinées à l'industrie aéronautique, par exemple des éléments de voilure tels que des longerons d'ailes ou des éclisses, ainsi que des éléments de fuselage tels que des cadres, ou des pièces pour Ia construction mëcanique comme des composants de machines-outils ou des moules de matières 25 , plastiques.
Ces pièces doivent présenter un ensemble de propriétés souvent contradictoires les unes avec les autres, ce qui oblige à des compromis di~cües dans la définition précise de la composition chimique et de la gamme de transformation des produits utilisés.
En effet, les produits doivent souvent présenter à (état traité thermiquement à la fois:
so - une résistance mécanique élevée pour limiter Ie poids de métal utilisé, - une tenacité suffsante pour réduire la vitesse de propagation des criques, - une bonne résistance à la fatigue du fait de leur emploi dans des structures soumises à des vibrations ou à des contraintes non constantes dans le temps,

2 - une résistance suffisante à Ia corrosion sous tension.
De plus, l'alliage doit pouvoir être coulé et transformé dans de bonnes conditions pour conduire à une qualité métallurgique acceptable. La transformation après coulée de la plaque ou de ia billette comprend habituellement une homogénéisation, une transformation à chaud par laminage, forgeage ou filage, une mise en solution, une trempe (par exemple par immersion ou pulvérisation à l'aide d'un liquide de trempe), éventuellement un détensionnement par traction à froid ou par compression, une maturation et un revenu.
Le refroidissement au cours de la trempe peut être plus ou moins rapide. On désigne lo ici par vitesse de trempe Ia vitesse moyenne de refroidissement (en °C/s) du produit entre 450 et 280°C, par rapport au quart d'épaisseur. On dit qu'un produit est sensible à la trempe si ses caractéristiques mécaniques statiques, telles que sa limite élastique, décroissent lorsque la vitesse de trempe décroit, ce qui, bien entendu, a plus de chances de se manifester sur des produits épais.
Pour obtenir une résistance mécanique élevée, ainsi qu'une bonne tenacité, on recherche généralement une structure fibrée qu'on obtient en évitant une recristallisation trop importante de l'alliage. Dans ce but, on ajoute à la composition un ou plusieurs éléments dits « antirecristallisants » tels que Zr, Ti, Cr, Mn, V, Hf ou Sc. Ainsi, les compositions enregistrées à l'Aluminum Association des alliages 7010 et 2o du 7050 comportent une addition de Zr à des teneurs comprises respectivement entre 0,10 et 0,16%, et entre 0,08 et 0,15%.
Ceci est bien illustré par /'article récent de DORWARD et al. « Grain Structure and Quench-Rate Effects on Strength and Toughness of AA7050 AIZ.nMgCuZr Alloy Plate », Metallurgical and Materials Transactions A, vol. 26A, pp. 2481-2484, qui indique par exemple, pour du 7050, une teneur Zr + Ti de 0,14% et montre l'effet, pour des tôles d'épaisseur 14 mm réalisées en laboratoire et non détensionnées, de variations extrêmes du taux de recristallisation entre I5 et 80%, sur ïa limite élastique des tôles à /'état T6. ll montre aussi l'effet de sensibilité à la trempe du 7050 en deçà
d'une vitesse de trempe de 20°C/s, qui correspond à Ia vitesse de trempe de produits , 3o d'ëpaisseur supërieure à 50 mm environ.
Toutefois, ces expériences de laboratoire se distinguent de Ia pratique industrielle, ' puisque l'épaisseur finale de I4 mm est obtenue par un laminage à tiède qui aboutit à

3 PCT/FR97/00144 une microstructure assez corroyée, bien différente des microstructures qui caractérisent habituellement les tôles épaisses obtenues par laminage à chaud.
D'après l'article de DORWARD, l'effet du taux de recristallisation sur la tenacité L-T
diminue avec la vitesse de trempe. A titre d'exemple, Ia figure 6 de l'article de DORWARD et aI. montre que pour une vitesse de trempe de 8 °C/s (qui correspond à
une mi-épaisseur d'environ 100 mm, caractéristique d une tôle forte pour 1 application visée) Ia tenacité L-T est la même pour un taux de recristallisation de 15 %
et de 50 %, et diminue d'environ 10 % lorsque le taux de recristallisation passe à 90 %.
L'ajout d'élëments antirecristallisants, qui permettrait de limiter la recristallisation, lo prësente comme inconvénient important de diminuer l'aptitude du produit à
durcir après trempe et revenu, et ce d'autant plus qu'il est plus épais, le durcissement étant plus faible â coeur qu'en surface, entraînant une différence significative des caractéristiques mécaniques.
Ainsi, l'article de M. CONSERVA et P. FIORINI « Interpretation of Quench Sensitivity in AIZnMgCu alloys » Metallurgical Transactions, vol. 4, mars 1973, pp.
857-862, fait mention d'une perte de capacité de durcissement structural, mesuré en terme de densité de zones GP, pour des tôles minces en alliage Al Zn5,5 -Mg2,5 Cul,6 avec addition soit de 0,23% de Cr, soit de 0,22% de Zr, par rapport au même aljiage sans ces additions.
2o Cet article enseigne que le zirconium est plus favorable que ie chrome pour limiter la perte de pouvoir durcissant de l'alliage au cours du revenu. Mais même en présence de zirconium, lorsque la vitesse de trempe est de 4°C/s, c'est-à-dire la vitesse de trempe à coeur d'un produit d'environ 200 mm d'épaisseur immergé dans l'eau froide, Ia chute du pouvoir durcissant est considërable et le zirconium ne permet plus de limiter la sensibilité à la trempe. L'article montre également que, pour Ia composition testée, même en l'absence de chrome ou de zirconium, on assiste à
une chute du pouvoir durcissant pour une vitesse de trempe de l'ordre de

4°C/s.
Les métallurgistes russes ont proposé, pour diminuer ~ la sensibilité à la trempe, l'alliage V93, ou 1930 selon la norme russe GOST 11069, qui ne comporte pas 3o d'éléments antirecristailisants, mais présente une composition très éloignée de celles ~ des aüiages 7010 ou 7050, avec en particulier une teneur élevée en fer (entre 0,20 et 0,45%) défavorable à la tenacité et à Ia résistance à la fatigue.

r CA 02244148 1998-07-23 L'article de H.A. HOLL t< Investigations into the possibility of reducing quench sensitivity in high-strength AIZnMgCu alloys », Journal of the Institute of Metals, juillet 1969, pp.200-205, fait la même constatation sur la nocivité des éléments Zr, Mn, Cr et V., c'est-à-due les antirecristallisants, mais aussi de Fe et Si aux puretés commerciales, sur l'aptitude à la trempe de tôles minces. Celà signifie que pour diminuer la sensibilité à la trempe de ces alliages, il faut utiliser des compositions à bas Fe et Si, ce qui augmente les coûts de production par rapport aux alliages de pureté
commerciale. L'enseignement de cet article qui concerne des tôles minces ne peut toutefois pas être transféré aux tôles fortes, compte tenu des différences 1o microstructurales qui résultent des procédés de fabrication différents.
Le brevet US 3881966 d'Alcoa concerne un alliage, enregistré ultérieurement à
fAluminum Association sous la désignation 7050, contenant de 4,5 à 8% Zn, 1,7 à
3,25% Cu, 1,4 à 2,6% Mg, 0,05 à 0,25% Zr et moins de 0,04% Cr, avec diverses relations entre les teneurs en Zn, Mg et Cu. L'alliage permet, par rapport au 7075, un meilleur compromis entre la résistance mécanique, la tenacité, la résistance à
la corrosion sous tension et la sensibilité à la trempe.
La demande WO 80/00711 de Boeing est relative à (alliage enregistré
ultérieurement comme AA 7150, contenant de 5,9 à 6,9% Zn, 2,0 à 2,7% Mg, 1,9 à 2,5% Cu, Fe <
0,15%, Si < 0,12% et de 0,08 à 0,15% Zr. La transformation à chaud est contrôlée de 2o manière à limiter la recristallisation. Il réalise un bon compromis entre résistance mécanique, fatigue et tenacité.
La demande EP 0587274 de Reynolds décrit des alliages contenant de 5,5 à 10%
Zn, de 1,75 à 2,6% ' ' ~ et 1,8 à 2,75% Cu, dans lesquels les proportions de ces éléments sont ajustées aux proportions stoechiométriques nécessaires à la formation des précipités MgZn2 et Äl2CuMg. La tenacité et la résistance à la corrosiôn feuilletante sont améliorées. Un des exemples mentionnés concerne un alliage de composition:
Zn = 6,56% Mg = 1,98% Cu = 1,99% Zr = 0,11% Fe = 0,051% Si = 0,05%.
L'article de J.A. WAGNER et RN. SHENOY « The Effect of Copper, Chromium and Zirconium on the Microstructure and Mechanical Properties of Al7nNTgCu 3o Alloys » Metallurgical Transactions A, vol. 22A, novembre 1991, pages 2809-2818, étudie la microstructure d'éprouvettes laminées à l'épaisseur de 38 mm en alliage contenant 6,70% Zn, 2,25% Mg, 0, I% Fe, 0,04% Si, avec des teneurs respectives en ~~~E L~ c~~~~F~~~

. . . CA 02244148 1998-07-23 Cu de 1,5, 2 et 2,5% et une addition de 0,11% Zr ou 0,20% Cr, et évalue l'influence sur la résistance mécanique et la tenacité des variations de composition.
Enfin, la demanderesse a effectué un relevé des limites d' élasticité Ra ~
sens L et TL
sur des tôles en alliage 7050 traitées T7451 de différentes épaisseurs destinées à
s l'industrie aéronautique et a constaté une chute d'environ 0,5 NLPa par mm d'épaisseur supplémentaire. Les figures 1 et 2 montrent la distribution statistique de ces valeurs respectivement pour le sens L et le sens TL. Ces résultats recôupent ceux de (article de DORWARD et al. mentionné plus haut qui montre, à l'état T6, une chute de l'ordre de 40 MPa entre des vitesses de trempe de 25°C/s et 8°C/s, qui io cots-espondent approximativement à des vitesses de refroidissement à coeur dans l'eau froide de tôles d'êpaisseur respective 60 et 150 mm Ainsi l'état de la technique n'indique aucun moyen, pour des produits épais en alliage 7000, permettant à la fois de maîtriser la recristallisation en utilisant du zirconium pour obtenir une résistance et une tenacité élevées et de limiter la sensibilité à la trempe pour disposer de caractéristiques mécaniques homogènes entre la surface et le coeur du produit et éviter la chute de résistance mécanique avec l'épaisseur du produit, surtout si l'on souhaite utiliser des alliages à pureté commerciale en Fe et Si.
On sait par ailleurs que pour les alliages 7000 au cuivre, la résistance à la corrosion sous tension se dégrade lorsque la vitesse de trempe diminue, c'est-à-dire lorsque fêpaisseur augmente. Les produits épais en alliages 7000 à cuivre élevé ne sont donc pas une solution envisageable si l'on recherche un bon comportement en corrosion.
But de l'invention L'invention a pour but de trouver, pour des alliages 7000 au cuivre avec addition de zirconium, un domaine de composition particulier pour des produits épais qui les rende très peu sensibles à la trempe, dans lequel on maîtrise la recristallisation à un niveau faible tout en gardant une pureté commerciale en fer et silicium, et qui conduise à une résistance mécanique et une tenacité élevées, ainsi qu'à un bon 3o comportement en fatigue, sans e$'et néfaste sur la résistance à la corrosion sous tension.
rlc~lF ~~~
Objet de l'invention . . CA 02244148 1998-07-23 L'invention a pour objet un produit laminé, filé ou forgé en alliage AIZnMgCu d'épaisseur > 60 mm, et de préférence > 125 mm, de composition (% en poids):

5,9 < Zn < 8,7 1,7 < Mg < 2,5 (et de préférence < 2,3) 1,4 < Cu < 2,2 (et de préférence < 2,1) Fe<0,14 Si < 0, I 1 0,05 < Zr < 0,15 1o Mn < 0,02 Cr < 0,02 avec: Cu + Mg < 4,1 (et de préfêrence < 4,05) autres éléments < 0,05 chacun et < 0,10 au total, ce produit étant, après mise en forme, traité par mise en solution, trempe et revenu à
fëtat T7451 (détensionné par traction contrôlée) ou T7452 (détensionné par compression) et prësentant les propriétés suivantes:
a) une limite élastique conventionnelle à 0,2% d'allongement Ro,2 mesurée à
quart épaisseur en sens L et TL > 400 MPa, b) une tenacité en déformation plane sens S-L, mesurée à mi-épaisseur, > 26 MPa~m 2o et sens L-T, mesurée à quart-épaisseur, > 74 - 0,08e - 0,07 Ro,~L MPa~m (e étant (épaisseur du produit en mm), c) un seuil de corrosion sous tension > 240 MPa, et de préférence > 300 MPa.
Les produits selon l'invention présentent une fraction volumique de grains recristallisés, mesurée dans la partie située entre quart-ëpaisseur et mi-épaisseur, <_ 35%. La teneur en magnésium est, de préférence, maintenue supérieure à la teneur en cuivre.
L'invention a également pour objet un produit en alliage de composition plus restreinte:
5,9 < Zn < 8,7 1,7<Mg<2,15 1,4 < Cu < 2,0 Fe<0,14 Si<0,11 0,05 < Zr < 0,15 r(:l~ ~r plIODiFIEE

Mn < 0,02 Cr < 0,02 avec: Mg + Cu < 4,0 autrés éléments < 0,05 chacun et < 0,10 au total, présentant les mêmes propriétés que précédemment, mais pour lequel le taux de recristallisation a peu d'influence sur ces propriétés.
La tenacité en déformation plane est de préférence > 28 Ml'a~m dans le sens S-L et >
74 - 0,08e - 0,07 Ro,~, MPa~m. Cette dernière formule est utilisée de manière habituelle dans l'industrie aéronautique.
L'invention a aussi pour objet des produits de même composition que précédemment et présentant après un revenu durant un temps équivalent t(eq) compris entre 600 et 1000 heures, les propriétés suivantes:
a) une fraction volumique de grains recristallisés (mesurée entre le quart et la mi-épaisseur) < 35%
b) Ro,~ à quart épaisseur sens L et TL > 425 MPa, c) une tenacité en déformation plane sens S-L > 25 (préf. 28) MPa~m et sens L-T >
74 (pref. 75) - 0,08e - 0,07 Ra,2~,~ MPa~¿m d) un seuil de corrosion sous tension > 240 MPa (préf. 300 MPa).
Lorsque le temps équivalent est compris entre 1000 et 1600 h, les propriétés sont les suivantes:
b) Ro,a sens L et TL > 400 MPa, c) tenacité en déformation plane sens S-L > 28 MPa~im et sens L-T > 76 (pré~
77) -0,08e - 0,07 Ro,2~~ MPa~m, d) un seuil de corrosion sous tension > 240 MPa.
On définit le temps équivalent t(eq) par la formule: _ t(ec~ _ (Jexp(-16000/T)dt)/exp(-16000/T~f) oû T est la température instantanée en ° K au cours du revenu et T~ef est une température de référence choisie à 120°C (393°K). t(eq) est exprimé en heures.
Description des figures La figure 1 représente la limite ëlastique à 0,2% Ro,2 sens L en fonction de l'épaisseur d'un ensemble de tôles en alliage 7050 à l'état T7451 de fart antérieur.
~~,;",,_- ~~~r~sFiF

La figure 2 représente de la même manière Ro,~ sens TL en fonction de l'épaisseur du même ensemble de tôles.
La figure 3 reprësente, dans un diagramme Mb Cu le domaine de composition de l'invention (en traits discontinus), ainsi que le domaine préférentiel (en traits continus fins). et le domaine restreint (en traits continus épais) Description de l'invention Contrairement à toute attente, et en particulier à l'enseignement de l'article de DORWARD et al. cité plus haut, les inventeurs ont déterminé un domaine de composition d'alliages 7000, contenant du cuivre et du zirconium, avec des teneurs commerciales en fer et silicium, permettant de contrôler la recristallisation, et conduisant, à partir d'une épaisseur d'environ 60 mm, à une réduction de la sensibilité
à la trempe du produit lorsque l'épaisseur du produit au~nente, tout en maintenant une bonne tenacité et une bonne résistance à la corrosion sous tension, avec une gamme de transformation industrielle conventionnelle.
La teneur en magnésium de l'alliage est réduite par rapport à celle des alliages 7010 ou 7050, puisqu'elle est centrée autour de 2% au lieu de 2,3°,%, mais on ne peut descendre au dessous de 1,7% si on veut garder des caractéristiques mécaniques 2o suffisantes. Le cuivre est centré vers 1,7%, ce qui correspond à une augmentation par rapport au 7010, mais une diminution par rapport au 7050. Il est important de maintenir un certain équilibre entre Cu et Mg : si Cu + Mg > 4, l, le compromis tenacité - limite élastique se dégrade et rend le produit inintéressant. Il peut s'avérer intéressant de garder la teneur en Mg supërieure à celle en Cu. Le domaine de composition selon (invention, ainsi que le domaine préférentiel, est représenté sur un diagramme Mg-Cu à la figure 3.
On utilise principalement, comme élément antirecristallisant le zirconium, en évitant au maximum le manganèse et le chrome qui accroissent la sensibilité à la trempe. La teneur en Zr doit dépasser 0,05% pour agir sur la recristallisation, mais doit rester en 3o dessous de 0,15% pour èviter la sensibilité à la trempe et éviter des problèmes à la coulée. Le fer et le silicium sont à des teneurs équivalentes à celles du 7010 et du 7050.
FEL1L LL ~'uODIFIE~.

.. ..' La gamme d'élaboration du produit selon l'invention est semblable à celle des produits en alliages 7000, par exemple en 7010 et 7050. Elle comprend la coulée d'une plaque ou d'une billette, une homogénéisation à une température comprise entre 450 et 485°C, une transformation à chaud en une ou plusieurs étapes par laminage, filage ou forgeage à une température comprise entre 370 et 460°C et contrôlée pour obtenir le taux de recristallisation désiré, une trempe par immersion ou par puh~érisation, à l'eau froide ou à une température inférieure à
95°C, un détensionnement par déformation à température ambiante (traction contrôlée ou compression) d'un taux inférieur à 5%, et un traitement de revenu, pour obtenir par io exemple des états T6, T74, T76, T751, T7451 ou T7651, dans le cas notamment de (utilisation de ces produits pour les moules de plasturgie.
Exemptes Exemple 1 On a coulé 6 plaques, 3 en alliage 7050 classique, 3 en alliage F selon l'invention, ne différant que par la teneur en Mg et Cu, de compositions suivantes (% en poids):
Zn Mg Cu Si Fe Zr alliage 6,1 2,35 2,20 0,05 0,09 0,10 alliage 6,1 2,25 1,68 0,05 0,09 0,10 F

Les 6 plaques ont été scalpées, homogénéisées respectivement à 475°C
(7050) et 465°C (alliage F), laminées pour chacun des alliages, l'une à
(épaisseur 130 mm, (autre à 150 mm et la troisième à 200 mm. Pour les plaques en 7050, les températures d'entrée et de sortie du laminage étaient respectivement de 415 et r ~L~L~ 'L ~lIO~i¿i~G

435°C; pour l'alliage F selon (invention, elles étaient de 410 et 425°C. Les 6 tôles ont mises en solution à 480°C,trempées par immersion dans l'eau froide et fractionnées avec un taux de déformation de l'ordre de 2%. Les tôles ont ensuite ëté
soumises à un revenu de type bipalier

6 h à 120°C et 17 h à 165°C pour les tôles en alliage 7050, 6 h à I I5°C et 10 h à 172°C pour les tôles en alliage F.
On a mesurë sur chacune des tôles à quart d'épaisseur la limite d'élasticité
conventionnelle Ro_2 dans les sens L et TL (en MPa), ainsi que la tenacité K,~
sens L-T
(en MPa~/m} selon la norme ASTM E399 sur des éprouvettes CT. Les résultats sont IO reportés sur le tableau i, la tenacité étant comparée à la valeur (74 -0,08e - 0,07 Ro,20,>) MPa~~m, dans laquelle e désigne l'épaisseur de la tôle en mm. Cette expression permet, pour les produits épais en alliages de type AIZnMgCu de composition proche des alliages connus 7010 et 7050 et des alliages selon l'invention, de comparer des produits d'épaisseur et / ou de caractéristiques mécaniques statiques di$'érentes.
Is On. constate que les tôles en alliage selon l'invention présentent une absence totale de sensibilité à la trempe lorsque l'épaisseur augmente, ce qui n'est pas Ie cas pour Ies tôles en 7050 classique, comme cela ressortait déjà des figures 1 et 2. Ainsi, bien que les teneurs en Mg et Cu soient plus faibles, on obtient de manière inattendue, pour ces épaisseurs, une rësistance mécanique ëgale ou supérieure. On constate également une 2o bien meilleure tenacité.
Tableau 1 paisseur Ra,2~~ Ro,2~.j,~KI~.~ 74 - 0,08e - 0,07 - [mm] I/4 p. F/4 p. 1/4 p. Ro,~,~
CMI'al t~'al [M7Pa~lm](MPa~lm]

alliage I30 450 445 29,6 32,5 7050 I50 443 442 28,4 31,1 200 41S 410 24,0 29,3 130 44S 440 37,5 32,8 alliage 150 443 442 35,8 31,1 F

(invention)200 448 438 32,6 27,3 Io Exemple 2 On a coulé 2 alliages dont le premier a une composition selon l'invention (alliage G) et le second est un alliage 7050 classique. Les compositions de ces alliages sont , données au tableau 2.
Les plaques coulées ont été homogénéisées autour de 470°C et laminées en 3 passes à
l'épaisseur 6 pouces (152 mm), 7,5 pouces (I90 mm) ou 8 pouces (203 mm) selon les cas indiqués au tableau 3. Les températures de sortie du laminage sont également 1o indiquées au tableau 3. Les tôles ont été mises en solution à 480°C, trempées par immersion dans l'eau froide et soumises à une traction contrôlée avec un taux de déformation de 2%. Les tôles ont ensuite été soumises à un revenu de type bipaüer 6 h à 115 °C et 10 h à I72 °C pour les tôles en alliage G (selon l'invention), 6 h à 120 °C et 17 h à I65 °C pour les tôles en alliage 7050 (art antérieur).
On a mesuré pour chaque couple alliage-épaisseur la limite d'élasticité Ro,~ à
quart d'épaisseur dans les sens L et TL et la tenacité K~~ dans les sens L-T (à
quart d'épaisseur), T-L (à quart d'épaisseur) et S-L (à mi épaisseur) selon la norme ASTM
E399. On a mesuré également Ie taux de recristallisation de chacune des tôles au quart-épaisseur et à mi-épaisseur. Cette mesure a été faite sur des échantillons traités 2o T351, traité ensuite 6 h à 160°C, puis polis et attaqués par une solution contenant 84 parties de solution chromique, 15 parties de solution nitrique et 1 partie de solution fluorhydrique, à température ambiante pendant environ '/ h. Le taux de recristallisation a été mesuré par analyse d'image sur des micrographies de ces échantillons, les grains recristallisés apparaissant en clair sur la matrice non recristallisée en sombre. L'ensemble des résultats a été reporté sur le tableau 3.
4n constate que les tôles selon f invention présentent une limite élastique du même ordre ou supérieure à celle du 7050 avec un niveau de tenacité, en particulier dans le sens L-T, plus élevé. En effet, la tenacité L-T de Ia tôle en alliage 7050 n'atteint pas 31,4 MPa~m pour (épaisseur 152 mm, ni 28,1 MPa~m pour l'épaisseur 190 mm, a 3o c'est-à-dire les valeurs correspondant à 74 - 0,08e - 0,07 Ro,2L.
On a mesuré par ailleurs, sur les tôles selon l'invention, des charges de rupture sens TC > 300 MPa après 30 jours dans une solution de NaCl à 3,5%, avec des cycles d'immersion-émersion de 10 et 50 mn, selon la norme ASTM G 44-75 relative à la mesure de la résistance à la corrosion sous tension.
Tableau 2 s Alliage Zn (%) Mg (%) Cu (%) Fe (%) Si (%) Zr (%) G (invention)6,01 2,26 I,62 ~ 0,09 0,04 0,11 alliage 6,01 2,28 2,22 Tableau 3 AlliageEpais.Temp. Ra,z~,~Ro,2~.~,~Kl~c~,~K~~~ KI~~sL>Taux 74 - 0,08e n sortie%4 1/4 1/a %a p %z de -mm p p p p recrist0,07 Ro,~
C Mpa'~m %a p ~~
MPa MPa lVlpa~m MPal~m%
Mpa~m G 203 429 441 437 33,5 26,4 29,0 4 26,9 G 152 425 440 435 33,7 27,4 29,1 6 31,0 7050 152 427 435 431 28,4 24,8 27,1 42 3I,4 7050 I90 435 439 421 26,8 24,2 26,9 38 28,1 lo Exemple 3 On a coulé 5 types d'alliages dont les compositions sont données au tableau 4.
L'alliage A est un 7050 classique, l'alliage B un 7050 optimisé à basse teneur en Mg.
Les alliages C, D et E ont des compositions selon l'invention. Les plaques coulées ont 15 été homogénéisées autour de 470°C et laminées à chaud à des épaisseurs de 8 pouces (203 mm) ou 8,5 pouces (215 mm). Les tôles ont été mises en solution à
480°C, trempées par immersion dans l'eau froide et soumises à une traction contrôlés avec un taux de déformation de 2%. Les tôles ont ensuite été soumises à un revenu de type bipalier classique avec un premier palier entre 115 °C et I20 °C, et un deuxième palier 2o autour de 170 °C, ce traitement de type bipalier ëtant caractérisé
par un temps ' équivalent t(eq) entre 950 heures et 1580 heures, donné par l'équation:

t(eq) ~ J exp(-16000 / T) dt _ -exp(-16000 / Trer) où T (en Kelvin} signifie Ia température du traitement thermique qui évolue avec le temps t (en heures}, et Tr~f est une température de référence, prise ici â
393 K soit 120 °C.
On a mesuré pour chaque couple alliage-épaisseur la limite d'élasticité Ro,2 dans le sens L à quart d'épaisseur et la tenacité Ki~ à quart d'épaisseur dans Ies sens L-T
selon la norme ASTM E399. On a mesuré également le taux de recristallisation de chacune des tôles par Ia méthode décrite dans féxemple 2. L'ensemble des résultats a 1o êtë reportë sur Ie tableau 4. Les alliages de types A et B correspondent à
fart antérieur, les alliages de type C, D et E à l'invention. Pour tous ces alliages, Ie seuil de corrosion sous contrainte était supérieur à 300 MPa.

Tableau 4 alliageMg Zn Cu paisseurtaux Ro,2~,)K~~ ~~ 74 - 0,08e de 1/4 %a p. -mm recrist.p. 0,07 Ro,zo,) l/4p. Mpa~im % MPa MPa~m A 2,42 6,0 2,29 Zi5 < 10 418 24,6 27,5 A 2,42 6,0 2,29 2I5 < IO 420 23,4 27,4 A 2,42 6,0 2,29 215 < 10 432 25,7 26,6 A 2,42 6,0 2,29 2I5 < 10 430 25,7 26,7 B 2,07 6,4 2,15 203 20 417 27,2 28,6 C 2,22 6,0 1,84 215 444 29,9 25,7 C 2,22 6,0 1,84 2I5 440 29,8 26,0 C 2,22 6,0 i,84 215 < 10 441 31,6 25,9 C' 2,21 6,0 1,83 215 < 10 432 30,3 26,6 C 2,22 6,0 I,84 215 < 10 419 30,3 27,5 D 2,25 6,0 i,60 203 < 10 444 30,9 26,7 D 2,25 6,0 1,60 203 < 10 432 32,8 27,5 D' 2,32 6, 1,68 215 < 10 416 32,9 27,7 i , E 2,08 6,4 1,69 215 < 10 465 35,6 24,3 On constate que pour les alliages A et B, la valeur de Kl~~,~ mesurée à quart d'épaisseur est toujours inférieure à la valeur de référence 74 - 0,08e - 0,07 Ra,z~), tandis que pour les alliages selon (invention, elle est toujours significativement supérieure. Ceci signifie que le compromis entre caractéristiques mécaniques statiques et tenacité est meilleur.
lo Exemple 4 On a coulé 3 alliages de type E dont les compositions sont données au tableau 5. Les alliages ont été transformés selon le procédé de l'exemple 3, et soumis au même type d'essais. Les résultats sont donnés au tableau 5.

WO 97/27343 PCTlFR97/00144 Tableau 5 alliageMg Zn Cu paisseurtaux Ro,2~,~KI~~~ 74 - 0,08e de -recrist.i/a I/a 0,07 Ro,~a,>,, p. p.

1/o p.

mm % MPa Mpa~m MPa'Jm E 2,08 6,4 1,69 215 < 10 465 35,6 24,3 E' 2,01 6,4 1,62 215 25 460 32,0 24,6 E" 1,99 6,4 1,66 215 70 442 29,0 25,9 On constate que pour Ie domaine restreint de composition choisi, le taux de recristallisation n'a qu'une influence limitée sur le compromis tenacité -limite élastique dans la mesure où la valeur de Kl~~~ mesurée à quart d'épaisseur est toujours nettement supérieure à la valeur de référence 74 - 0,08e - 0,07 Ro,z~,~ .
lo Exemple 5 On a coulé 4 types d'alliâges dont les compositions sont données au tableau 6.
Les alliages de type E correspondent à l'invention, l'alliage de type B correspond à l'art antériuer. Tous les alliages ont étë transformés selon Ie procédé de l'exemple 3.
L'épaisseur des tôles était de 215 mm. Toutefois, on a exploré l'influence du temps équivalent du deuxième palier du revenu. Les tôles ont été soumises aux mêmes types d'essais. Les résultats sont donnés au tableau 6.

Tableau 6 alliageMg Zn Cu taux t(eq) Ro,z~,~KI~~~ 74 - 0,08e de 1/a '/o -recrist.heures p. p 0,07 R,2 1/a ~,~
p. MPa MPa~m MPa~im E 1,99 6,4 1,66 60 989 442 29,0 25,9 E" 1,99 6,4 1,66 60 1186 431 28,7 26,6 E" 1,99 6,4 1,66 60 1383 408 30,2 28,2 E 2,08 6,4 1,69 < 10 661 477 33,9 23,2 E 2,08 6,4 1,69 < 10 858 465 35,6 24,2 E' 2,01 6,4 1,62 30 661 479 29,7 23,2 E' 2,01 6,4 1,62 30 858 459 32,0 24,6 E' 2,01 6,4 1,62 30 1055 448 32,5 25,4 B 2,13 6,0 2,10 I5 120 429 26,6 27,7 B 2,13 6,0 2,10 15 I3 83 417 27,2 28,6 B 2,13 6,0 2,10 15 1645 411 27,9 29,0 5 On constate que pour les produits selon l'invention, pour ie domaine restreint de composition ~ choisi, les conditions du revenu n'ont que peu d'influence sur le compromis tenacité - limite ëlastique, dans la mesure où la valeur de Kl~~,~
mesurée à
quart d'épaisseur est toujours nettement supérieure à la valeur de référence 74 - 0,08e - 0,07 Ro,~,~ . En revanche, les produits selon fart antérieur sont caractérisés par une lo valeur de Km~,~ qui se situe toujours nettement au-dessous de la valeur de référence.
Exemple 6 On a coulé 2 alliages de type D dont les compositions sont données au tableau

7 (la is teneur en zinc était de 6,0 % pour les deux alliages). Les alliages ont êté
transformés selon le procédé de l'exemple 3. Les tôles ont été soumises au même type d'essais.
Les résultats sont donnés au tableau 7.

Tableau 7 alliageMg Cu Zr p. taux taux Ro,z~~Ro,z~ri.~K,~~,~Ki~~sL~74 - 0,08e mm de de '/a 1/a t/a 1/2 0 recrist.recrist 07 R

. p. p. p. -mm '/a 1/z p- , p. p. MPa MPa Mp ' o,z % % J i 'J

a~ Mpa MPa m ~ m m D 2,251,600,12203 5 17 431 431 32,8 29,5 27,5 D 2,251,600,12153 4 8 433 431 33,8 29,7 31,5 D" 2,281,650,11203 40 30 459 445 25,4 26,1 25,6 D" 2,281,650,11152 44 35 447 441 28,5 25,0 30,5 On constate que pour le domaine de composition choisi, la recristallisation est critique pour obtenir un compromis tenacité - limite élastique acceptable. Plus particulièrement, la valeur du taux de recristallisation ne doit pas dépasser environ 35 entre quart épaisseur et mi-épaisseur pour assurer que la valeur de K,~a,~
mesurée à quart d'épaisseur est toujours supérieure à la valeur de référence 74 -0,08e - 0,07 1 o Ro.zci.~ .

Claims (20)

REVENDICATIONS

1. Produit laminé, filé ou forgé en alliage d'aluminium AlZnMgCu d'épaisseur >

mm de composition % en poids :
5,9<Zn<8,7 1,7 < Mg < 2,5 1,4 < Cu < 2,2 Fe<0,14 Si < 0,11 0,05 < Zr < 0,15 Mn < 0,02 Cr < 0,02 avec: Mg + Cu < 4,1 autres éléments < 0,05 chacun et < 0,10 au total, ce produit étant traité par mise en solution, trempe et revenu à l'état T7451 ou T7452, présentant une microstructure avec, entre le quart et la mi-épaisseur, une fraction volumique de grains recristallisés < 35%, ainsi que les propriétés suivantes:
a) une limite élastique R0,2 mesurée à quart-épaisseur > 400 MPa en sens L et TL, b) une tenacité en déformation plane sens S-L , selon la norme ASTM E399, > 26 MPa.sqroot.m et sens L-T > 74 - 0,08e - 0,07 R0,2(L) MPa.sqroot.m (e =
épaisseur en mm), c) un seuil de corrosion sous tension, selon ASTM G 44-75, > 240 MPa

2. Produit selon la revendication 1, dans lequel 1,7 < Mg < 2,3.

3. Produit selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, dans lequel 1,4 <
Cu <
2,1.

4. Produit selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la tenacité en déformation plane sens S-L est > 28 MPa.sqroot.m et sens L-T > 74 - 0,08e -0,07 R0,2(L) MPa.sqroot.m.

5. Produit laminé, filé ou forgé en alliage d'aluminium AlZnMgCu d'épaisseur > 60 mm de composition, % en poids:
5,9 < Zn < 8,7 1,7 < Mg < 2,5 1,4 < Cu < 2,2 Fe < 0,14 Si < 0,11 0,05 < Zr < 0,15 Mn < 0,02 Cr < 0,02 avec: Mg + Cu < 4,1, autres éléments < 0,05 chacun et < 0,10 au total, ce produit étant traité par mise en solution, trempe et revenu pendant un temps équivalent t(eq) compris entre 600 heures et 1000 heures, où T, en Kelvin, signifie la température du traitement thermique qui évolue avec le temps t, en heures, et T ref est une température de référence, prise à 393 K, et présentant les propriétés suivantes:
a) une fraction volumique de grains recristallisés, mesurée entre le quart et la mi-épaisseur < 35%, b) une limite élastique R0,2 mesurée à quart-épaisseur > 400 MPa en sens L et TL, c) une tenacité en déformation plane sens S-L > 25 MPa.sqroot.m et sens L-T > 74 - 0,08e - 0,07 R0,2L MPa.sqroot.m, e représentant l'épaisseur en mm, d) un seuil de corrosion sous tension > 240 MPa.

6. Produit selon la revendication 5, dans lequel 1,7 < Mg < 2,3.

7. Produit selon la revendication 5 ou 6, dans lequel 1,4 < Cu < 2,1.

8. Produit selon l'une quelconque des revendications 5 à
7, caractérisé en ce que ladite somme Mg + Cu est plus petite que 4,05.

9. Produit selon l'une quelconque des revendications 5 à
8, caractérisé par les propriétés suivantes:
a) une limite élastique R0,2 mesurée à quart-épaisseur > 425 MPa en sens L et TL, b) une tenacité en déformation plane sens S-L > 28 MPa.sqroot.m et sens L-T > 75 - 0,08e - 0,07 R0,2L MPa.sqroot.m, e représentant l'épaisseur en mm.

10. Produit laminé, filé ou forgé en alliage d'aluminium AlZnMgCu d'épaisseur > 60 mm de composition, % en poids.
5, 9 < 2n < 8, 7 1, 7 < Mg < 2, 5 1, 4 < Cu < 2, 2 Fe < 0,14 Si < 0,11 0,05 < Zr < 0, 15 Mn < 0, 02 Cr < 0,02 avec: Mg + Cu < 4,1, autres éléments < 0,05 chacun et < 0,10 au total, ce produit étant traité par mise en solution, trempe et revenu pendant un temps équivalent t(eq) t(eq) = .intg. exp(-16000 / T) dt exp(-16000 / T ref) compris entre 1000 heures et 1600 heures, où T, en Kelvin, signifie la température du traitement thermique qui évolue avec le temps t, en heures, et T ref est une température de référence, prise à 393 K, présentant les propriétés suivantes:
a) une fraction volumique de grains recristallisés, mesurée entre le quart et la mi-épaisseur < 35%, b) une limite élastique R0,2 mesurée à quart-épaisseur > 400 MPa en sens L et TL, c) une tenacité en déformation plane sens S-L > 28 MPa.sqroot.m et sens L-T > 76 - 0,08e - 0,17 R0,2L MPa.sqroot.m, e représentant l'épaisseur en mm, d) un seuil de corrosion sous tension > 240 MPa.

11. Produit selon la revendication 10, dans lequel 1,7 < Mg <2,3.

12. Produit selon la revendication 10 ou 11, dans lequel 1,4 < Cu < 2,1.

13. Produit selon l'une quelconque des revendications 10 à
12, caractérisé en ce que ladite somme Mg + Cu est plus petite que 4,05.

14. Produit selon l'une quelconque des revendications 1 à
13, caractérisé en ce que le seuil de corrosion sous tension est supérieur à 300 MPa.

15. Produit selon l'une quelconque des revendications 1 à
14, caractérisé en ce que la teneur en magnésium est supérieure à la teneur en cuivre.

16. Produit laminé, filé ou forgé d'épaisseur supérieure à
60 mm en alliage d' aluminium AlZnMgCu de composition, % en poids:
5, 9 < Zn < 8, 7 1,7 < Mg < 2,15 1,4 < Cu < 2, 0 Fe < 0,14 Si < 0,11 0, 05 < Zr < 0, 15 Mn < 0,02 Cr < 0,02 avec: Mg + Cu < 4,0, autres éléments < 0,05 chacun et < 0,10 au total, traité par mise en solution, trempe et revenu à l'état T7451 ou T7452, et présentant, quel que soit le degré de récristallisation, les propriétés suivantes:
a) une limite élastique R0,2 mesurée à quart-épaisseur > 400 MPa en sens L et TL, b) une tenacité en déformation plane sens S-L, selon la norme ASTM F 399 > 26 MPa~m, e représentant l'épaisseur en c) un seuil de corrosion sous tension, selon ASTM G 44-75 > 240 MPa.

17. Procédé de fabrication d'un produit selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, comportant la coulée d'une plaque ou d'une billette, une homogénéisation à une température comprise entre 490 et 485°C, une transformation à chaud en une ou plusieurs étapes par laminage, filage ou forgeage à une température comprise entre 370 et 460°C et contrôlée pour obtenir une fraction volumique de grains recristallisés > 35~ entre le quart et la mi-épaisseur, une mise en solution à une température comprise entre 460 et 485°C, une trempe à l'eau froide ou à une température < 95°C, une déformation à température ambiante à un taux < 5% et un revenu.

18. Utilisation d'un produit selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, pour la fabrication d'éléments de structure d'avions.

19. Utilisation selon la revendication 18, pour la fabrication de longerons d'aile d'avion.

20. Utilisation d'un produit selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, pour la fabrication de moules d'injection de matières plastiques.