CA2832085C - Alliages aluminium cuivre magnesium performants a haute temperature - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne des produit corroyés en alliage d'aluminium Al-Cu-Mg de composition, en % en poids, Cu corr : 2,6 - 3,7; Mg corr : 1,5 - 2,6; Mn : 0,2 - 0,5; Zr : = 0,16; Ti : 0,01 - 0,15; Cr = 0,25; Si = 0,2; Fe = 0,2; autres éléments < 0,05 et reste aluminium; avec Cu corr > - 0,9(Mg corr) + 4,3 et Cu corr < - 0,9 (Mgcorr) + 5,0; où Cu corr = Cu - 0,74 (Mn - 0,2) - 2,28 Fe et Mg corr = Mg - 1,73 (Si - 0,05) pour Si = 0,05 et Mg corr = Mg pour Si<0,05 et leur procédé de fabrication. Ces alliages sont particulièrement utiles pour des applications dans lesquelles les produits sont maintenus à des températures de 100 °C à 200 °C, typiquement à environ 150 °C. Ainsi, les produits selon l'invention sont utiles pour les pièces d'attache destinées à être utilisées dans un moteur pour automobile, telles que des vis ou des boulons ou des rivets ou pour la fabrication de pièces de la nacelle et/ou de mats d'accrochage des avions, les bords d'attaque d'aile d'avion et le fuselage d'avions supersoniques.
Description
Alliages aluminium cuivre magnésium performants à haute température Domaine de l'invention L'invention concerne les produits en alliages aluminium-cuivre-magnésium, plus particulièrement, de tels produits, leurs procédés de fabrication et d'utilisation, destinés à
être mis en oeuvre à haute température.
Etat de la technique Certains alliages d'aluminium sont couramment utilisés pour des applications dans lesquelles ils ont une haute température d'emploi, typiquement entre 100 et 200 C, par exemple comme pièce de structure ou moyen d'attache à proximité de moteur dans l'industrie automobile ou aérospatiale ou comme pièce de structure dans des avions supersoniques.
Ces alliages nécessitent de bonnes performances mécaniques à haute température. Les bonnes performances mécaniques à haute température signifient notamment d'une part la stabilité thermique, c'est-à-dire que les propriétés mécaniques mesurées à
température ambiante sont stables après un vieillissement de longue durée à la température d'emploi, et d'autre part la performance à chaud c'est-à-dire que les propriétés mécaniques mesurées à
haute température (propriétés mécaniques statiques, résistance au fluage) sont élevées.
Parmi les alliages connus pour ce type d'application on peut citer l'alliage AA2618 qui comprend (% en poids):
Cu:1,9-2,7 Mg:1,3-1,8 Fe:0,9-1,3, Ni:0,9-1,2 Si:0,10-0,25 Ti:0,04-0,10 qui a été utilisé
pour la fabrication du Concorde.
Le brevet FR 2279852 de CEGEDUR PECHINEY propose un alliage à teneur réduite en fer et nickel de composition suivante (% en poids):
Cu:1,8-3 Mg:1,2-2,7 Si<0,3 Fe:0,1-0,4 Ni + Co: 0,1 -0,4 (Ni + Co)/Fe: 0,9 -1,3 L'alliage peut contenir également Zr, Mn, Cr, V ou Mo à des teneurs inferieures a 0,4%, et éventuellement Cd, In, Sn ou Be a moins de 0,2% chacun, Zn a moins de 8% ou Ag a moins de 1 %. On obtient avec cet alliage une amélioration sensible du facteur de concentration de contraintes Klc représentatif de la résistance à la propagation de criques.
La demande de brevet EP 0 756 017 Al (Pechiney Rhenalu) a pour objet un alliage d'aluminium à haute résistance au fluage de composition (% en poids):
Cu: 2,0 - 3,0 Mg: 1,5 - 2,1 Mn: 0,3 - 0,7 Fe<0,3 Ni<0,3 Ag<1,0 Zr<0,15 Ti<0,15 avec Si tel que: 0,3 <Si + 0,4Ag < 0,6 autres éléments <0,05 chacun et < 0,15 au total.
Le brevet RU2210614C1 décrit un alliage de composition (en % en poids) Cu: 3,0 - 4,2 Mg: 1,0 - 2,2 Mn: 0,1 -0,8 Zr : 0,03 - 0,2 Ti : 0,012 - 0,1, V :
0,001 - 0,15 au moins un élément parmi Ni : 0,001 - 0,25 et Co : 0,001 - 0,25, reste aluminium.
L'alliage AA2219 de composition (en % en poids) Cu: 5,8 - 6,8 Mn: 0,20 - 0,40 Ti: 0,02 - 0,10, Zr: 0,10 - 0,25 V: 0,05 - 0,15 Mg < 0,02 est également connu pour des applications à haute température.
Ces alliages présentent cependant des propriétés mécaniques insuffisantes pour certaines applications et posent également des problèmes de recyclage en raison en particulier de la teneur élevée en fer et/ou silicium et/ou nickel et/ou cobalt et/ou vanadium.
On connait par ailleurs des alliages Al-Cu-Mg.
Le brevet US 3,826,688 enseigne un alliage de composition (en % en poids), Cu:
être mis en oeuvre à haute température.
Etat de la technique Certains alliages d'aluminium sont couramment utilisés pour des applications dans lesquelles ils ont une haute température d'emploi, typiquement entre 100 et 200 C, par exemple comme pièce de structure ou moyen d'attache à proximité de moteur dans l'industrie automobile ou aérospatiale ou comme pièce de structure dans des avions supersoniques.
Ces alliages nécessitent de bonnes performances mécaniques à haute température. Les bonnes performances mécaniques à haute température signifient notamment d'une part la stabilité thermique, c'est-à-dire que les propriétés mécaniques mesurées à
température ambiante sont stables après un vieillissement de longue durée à la température d'emploi, et d'autre part la performance à chaud c'est-à-dire que les propriétés mécaniques mesurées à
haute température (propriétés mécaniques statiques, résistance au fluage) sont élevées.
Parmi les alliages connus pour ce type d'application on peut citer l'alliage AA2618 qui comprend (% en poids):
Cu:1,9-2,7 Mg:1,3-1,8 Fe:0,9-1,3, Ni:0,9-1,2 Si:0,10-0,25 Ti:0,04-0,10 qui a été utilisé
pour la fabrication du Concorde.
Le brevet FR 2279852 de CEGEDUR PECHINEY propose un alliage à teneur réduite en fer et nickel de composition suivante (% en poids):
Cu:1,8-3 Mg:1,2-2,7 Si<0,3 Fe:0,1-0,4 Ni + Co: 0,1 -0,4 (Ni + Co)/Fe: 0,9 -1,3 L'alliage peut contenir également Zr, Mn, Cr, V ou Mo à des teneurs inferieures a 0,4%, et éventuellement Cd, In, Sn ou Be a moins de 0,2% chacun, Zn a moins de 8% ou Ag a moins de 1 %. On obtient avec cet alliage une amélioration sensible du facteur de concentration de contraintes Klc représentatif de la résistance à la propagation de criques.
La demande de brevet EP 0 756 017 Al (Pechiney Rhenalu) a pour objet un alliage d'aluminium à haute résistance au fluage de composition (% en poids):
Cu: 2,0 - 3,0 Mg: 1,5 - 2,1 Mn: 0,3 - 0,7 Fe<0,3 Ni<0,3 Ag<1,0 Zr<0,15 Ti<0,15 avec Si tel que: 0,3 <Si + 0,4Ag < 0,6 autres éléments <0,05 chacun et < 0,15 au total.
Le brevet RU2210614C1 décrit un alliage de composition (en % en poids) Cu: 3,0 - 4,2 Mg: 1,0 - 2,2 Mn: 0,1 -0,8 Zr : 0,03 - 0,2 Ti : 0,012 - 0,1, V :
0,001 - 0,15 au moins un élément parmi Ni : 0,001 - 0,25 et Co : 0,001 - 0,25, reste aluminium.
L'alliage AA2219 de composition (en % en poids) Cu: 5,8 - 6,8 Mn: 0,20 - 0,40 Ti: 0,02 - 0,10, Zr: 0,10 - 0,25 V: 0,05 - 0,15 Mg < 0,02 est également connu pour des applications à haute température.
Ces alliages présentent cependant des propriétés mécaniques insuffisantes pour certaines applications et posent également des problèmes de recyclage en raison en particulier de la teneur élevée en fer et/ou silicium et/ou nickel et/ou cobalt et/ou vanadium.
On connait par ailleurs des alliages Al-Cu-Mg.
Le brevet US 3,826,688 enseigne un alliage de composition (en % en poids), Cu:
2,9 - 3,7, Mg : 1,3 - 1,7 et Mn : 0,1 - 0,4.
Le brevet US 5,593,516 enseigne un alliage de composition (en % en poids) Cu :
2,5 - 5,5, Mg: 0,1 - 2,3 dans la limite de leur solubilité c'est-à-dire tels que Cu est au plus égal à
Cumax = -0,91 (Mg) + 5,59.
La demande de brevet EP 0 038 605 Al enseigne un alliage de composition (en %
en poids), Cu: 3,8 -4,4, Mg: 1,2 - 1,8 et Mn: 0,3 - 0,9, au maximum 0,12 Si, 0,15 Fe, 0,25 Zn, 0,15 Ti et 0,10 Cr.
Le brevet US 6,444,058 enseigne une composition d'alliage de haute pureté Al-Mg-Cu pour lequel les valeurs efficaces de Cu et de Mg sont définies, notamment par Clitarget Clleff + 0.74 (Mn ¨ 0.2) + 2,28 (Fe ¨ 0,005), et enseigne un domaine de composition dans le diagramme Cueff : Mgeff dans lequel la valeur maximale de Mgeff est de l'ordre de 1,4 % en poids.
II existe un besoin pour des produits en alliage d'aluminium ayant de bonnes performances mécaniques à haute température, typiquement à 150 C, et étant faciles à
fabriquer et à
recycler.
Objet de l'invention Un premier objet de l'invention est un produit corroyé en alliage d'aluminium de composition, en % en poids, Cu con : 2,6 - 3,7 Mg COIT 1,5 ¨ 2,6 Mn : 0,2 ¨ 0,5 Zr : < 0,16 Ti : 0,01 ¨ 0,15 Cr < 0,25 Si < 0,2 Fe < 0,2 autres éléments < 0,05 reste aluminium avec Cu corr > - 0,9(Mg con-) + 4,3 et Cu corr <- 0,9 (Mg corr) + 5,0 dans lequel Cu con. = Cu ¨ 0,74 (Mn ¨ 0,2) ¨ 2,28 Fe et Mg corr = Mg ¨ 1,73 (Si ¨ 0,05) pour Si 0,05 et Mg corr = Mg pour Si<0,05.
Un autre objet de l'invention est un procédé de fabrication d'un produit corroyé selon l'invention comprenant, successivement, - l'élaboration d'un bain de métal liquide de façon à obtenir un alliage d'aluminium de composition selon l'invention, - la coulée dudit alliage typiquement sous forme de plaque de laminage, de billette de filage, d'ébauche de barre ou fil,
Le brevet US 5,593,516 enseigne un alliage de composition (en % en poids) Cu :
2,5 - 5,5, Mg: 0,1 - 2,3 dans la limite de leur solubilité c'est-à-dire tels que Cu est au plus égal à
Cumax = -0,91 (Mg) + 5,59.
La demande de brevet EP 0 038 605 Al enseigne un alliage de composition (en %
en poids), Cu: 3,8 -4,4, Mg: 1,2 - 1,8 et Mn: 0,3 - 0,9, au maximum 0,12 Si, 0,15 Fe, 0,25 Zn, 0,15 Ti et 0,10 Cr.
Le brevet US 6,444,058 enseigne une composition d'alliage de haute pureté Al-Mg-Cu pour lequel les valeurs efficaces de Cu et de Mg sont définies, notamment par Clitarget Clleff + 0.74 (Mn ¨ 0.2) + 2,28 (Fe ¨ 0,005), et enseigne un domaine de composition dans le diagramme Cueff : Mgeff dans lequel la valeur maximale de Mgeff est de l'ordre de 1,4 % en poids.
II existe un besoin pour des produits en alliage d'aluminium ayant de bonnes performances mécaniques à haute température, typiquement à 150 C, et étant faciles à
fabriquer et à
recycler.
Objet de l'invention Un premier objet de l'invention est un produit corroyé en alliage d'aluminium de composition, en % en poids, Cu con : 2,6 - 3,7 Mg COIT 1,5 ¨ 2,6 Mn : 0,2 ¨ 0,5 Zr : < 0,16 Ti : 0,01 ¨ 0,15 Cr < 0,25 Si < 0,2 Fe < 0,2 autres éléments < 0,05 reste aluminium avec Cu corr > - 0,9(Mg con-) + 4,3 et Cu corr <- 0,9 (Mg corr) + 5,0 dans lequel Cu con. = Cu ¨ 0,74 (Mn ¨ 0,2) ¨ 2,28 Fe et Mg corr = Mg ¨ 1,73 (Si ¨ 0,05) pour Si 0,05 et Mg corr = Mg pour Si<0,05.
Un autre objet de l'invention est un procédé de fabrication d'un produit corroyé selon l'invention comprenant, successivement, - l'élaboration d'un bain de métal liquide de façon à obtenir un alliage d'aluminium de composition selon l'invention, - la coulée dudit alliage typiquement sous forme de plaque de laminage, de billette de filage, d'ébauche de barre ou fil,
3 - optionnellement l'homogénéisation du produit ainsi coulé de façon à
atteindre une température comprise entre 450 C et 520 C, - la déformation avant mise en solution du produit ainsi obtenu, - la mise en solution du produit ainsi déformé par un traitement thermique permettant d'atteindre une température comprise entre 490 et 520 C et de préférence entre 500 et 510 C pendant 15 min à 8 h, puis la trempe, - optionnellement la déformation à froid du produit ainsi mis en solution et trempé, - le revenu dans lequel le produit ainsi obtenu atteint une température comprise entre 160 et 210 C et de préférence entre 175 et 195 C pendant 5 à 100 heures et de préférence de 10 à 50h Encore un autre objet de l'invention est l'utilisation d'un produit corroyé
selon l'invention dans une application dans laquelle ledit produit est maintenu à des températures de 100 C
à 200 C pendant une durée significative d'au moins 200 heures.
Description des figures Figure 1: Représentation du domaine de composition selon l'invention dans le plan Mgcorr :Clicorr=
Figure 2: Evolution de la limite d'élasticité Rp0,2 avec la durée de vieillissement pour les produits laminés de l'exemple 1; Fig 2a: vieillissement à 150 C, Fig 2b:
vieillissement à
200 C, Fig 2c : vieillissement à 250 C.
Figure 3 : Evolution de la limite d'élasticité R0,2 avec la durée de vieillissement à 150 C
pour les produits filés de l'exemple 2 ; Fig 3a: état T6, Fig 3b : état T8.
Description de l'invention Sauf mention contraire, toutes les indications concernant la composition chimique des alliages sont exprimées comme un pourcentage en poids basé sur le poids total de l'alliage.
L'expression 1,4 Cu ou 1,4 (Cu) signifie que la teneur en cuivre exprimée en %
en poids est multipliée par 1,4. La désignation des alliages se fait en conformité avec les règlements de
atteindre une température comprise entre 450 C et 520 C, - la déformation avant mise en solution du produit ainsi obtenu, - la mise en solution du produit ainsi déformé par un traitement thermique permettant d'atteindre une température comprise entre 490 et 520 C et de préférence entre 500 et 510 C pendant 15 min à 8 h, puis la trempe, - optionnellement la déformation à froid du produit ainsi mis en solution et trempé, - le revenu dans lequel le produit ainsi obtenu atteint une température comprise entre 160 et 210 C et de préférence entre 175 et 195 C pendant 5 à 100 heures et de préférence de 10 à 50h Encore un autre objet de l'invention est l'utilisation d'un produit corroyé
selon l'invention dans une application dans laquelle ledit produit est maintenu à des températures de 100 C
à 200 C pendant une durée significative d'au moins 200 heures.
Description des figures Figure 1: Représentation du domaine de composition selon l'invention dans le plan Mgcorr :Clicorr=
Figure 2: Evolution de la limite d'élasticité Rp0,2 avec la durée de vieillissement pour les produits laminés de l'exemple 1; Fig 2a: vieillissement à 150 C, Fig 2b:
vieillissement à
200 C, Fig 2c : vieillissement à 250 C.
Figure 3 : Evolution de la limite d'élasticité R0,2 avec la durée de vieillissement à 150 C
pour les produits filés de l'exemple 2 ; Fig 3a: état T6, Fig 3b : état T8.
Description de l'invention Sauf mention contraire, toutes les indications concernant la composition chimique des alliages sont exprimées comme un pourcentage en poids basé sur le poids total de l'alliage.
L'expression 1,4 Cu ou 1,4 (Cu) signifie que la teneur en cuivre exprimée en %
en poids est multipliée par 1,4. La désignation des alliages se fait en conformité avec les règlements de
4 The Aluminium Association, connus de l'homme du métier. Les définitions des états métallurgiques sont indiquées dans la norme européenne EN 515.
Les caractéristiques mécaniques statiques en traction, en d'autres termes la résistance à la rupture R., la limite d'élasticité conventionnelle à 0,2% d'allongement R0,2, et l'allongement à la rupture A%, sont déterminés par un essai de traction selon la norme NF
EN ISO 6892-1, le prélèvement et le sens de l'essai étant définis par la norme EN 485-1.
Les essais de traction à chaud sont réalisés selon la norme NF EN 10002-5. Les essais de fluage sont réalisés selon la norme ASTM E139-06.
Sauf mention contraire, les définitions de la norme EN 12258 s'appliquent.
Les présents inventeurs ont constaté que de manière surprenante, il existe un domaine de composition des alliages Al-Cu-Mg contenant du Mn qui permet d'obtenir des produits corroyés particulièrement performants à haute température.
La composition des produits corroyés de l'invention est définie en fonction de la teneur en fer, manganèse et silicium.
On définit des teneurs corrigées en Cu et en Mg, appelées Cucorr et M,,,corr correspondant aux teneurs de ces éléments qui ne sont pas piégées par des composés intermétalliques contenant du fer, du manganèse ou du silicium. Cette correction est importante pour définir le domaine de composition en Cu et Mg de l'invention car les composés intermétalliques contenant du fer et du manganèse formés avec le cuivre et les composés intermétalliques formés avec le magnésium contenant du silicium ne peuvent généralement pas être mis en solution. Cucorr etz correspondent donc aux teneurs en Cu et Mg disponibles après M...cou mise en solution pour la formation lors du revenu des phases nanométriques contribuant au durcissement.
Les teneurs corrigées sont obtenues à l'aide des équations suivantes :
Cu con- = Cu ¨ 0,74 (Mn ¨ 0,2) ¨ 2,28 Fe Mg con- = Mg ¨ 1,73 (Si ¨ 0,05) pour Si au moins égal à 0,05% en poids et Mg con- = Mg pour une teneur en Si inférieure à 0,05 % en poids.
On peut remarquer que si la teneur en Mn est inférieure à 0,2 % en poids, on calcule Cuco, = Cu ¨ 2,28 Fe.
Les caractéristiques mécaniques statiques en traction, en d'autres termes la résistance à la rupture R., la limite d'élasticité conventionnelle à 0,2% d'allongement R0,2, et l'allongement à la rupture A%, sont déterminés par un essai de traction selon la norme NF
EN ISO 6892-1, le prélèvement et le sens de l'essai étant définis par la norme EN 485-1.
Les essais de traction à chaud sont réalisés selon la norme NF EN 10002-5. Les essais de fluage sont réalisés selon la norme ASTM E139-06.
Sauf mention contraire, les définitions de la norme EN 12258 s'appliquent.
Les présents inventeurs ont constaté que de manière surprenante, il existe un domaine de composition des alliages Al-Cu-Mg contenant du Mn qui permet d'obtenir des produits corroyés particulièrement performants à haute température.
La composition des produits corroyés de l'invention est définie en fonction de la teneur en fer, manganèse et silicium.
On définit des teneurs corrigées en Cu et en Mg, appelées Cucorr et M,,,corr correspondant aux teneurs de ces éléments qui ne sont pas piégées par des composés intermétalliques contenant du fer, du manganèse ou du silicium. Cette correction est importante pour définir le domaine de composition en Cu et Mg de l'invention car les composés intermétalliques contenant du fer et du manganèse formés avec le cuivre et les composés intermétalliques formés avec le magnésium contenant du silicium ne peuvent généralement pas être mis en solution. Cucorr etz correspondent donc aux teneurs en Cu et Mg disponibles après M...cou mise en solution pour la formation lors du revenu des phases nanométriques contribuant au durcissement.
Les teneurs corrigées sont obtenues à l'aide des équations suivantes :
Cu con- = Cu ¨ 0,74 (Mn ¨ 0,2) ¨ 2,28 Fe Mg con- = Mg ¨ 1,73 (Si ¨ 0,05) pour Si au moins égal à 0,05% en poids et Mg con- = Mg pour une teneur en Si inférieure à 0,05 % en poids.
On peut remarquer que si la teneur en Mn est inférieure à 0,2 % en poids, on calcule Cuco, = Cu ¨ 2,28 Fe.
5 Pour obtenir l'effet recherché sur les performances mécaniques à haute température, les teneurs en cuivre et en magnésium ainsi corrigées doivent obéir aux inégalités suivantes :
Cu corr > 0,9(Mg corr) + 4,3 (de préférence Cu corr > - 0,9 (Mg con) + 4,5) Cucorr < - 0,9 (Mg con.) + 5,0 La teneur en magnésium est telle que Mgcorr soit compris entre 1,5 et 2,6 % en poids et de préférence entre 1,6 et 2,4 % en poids.
Dans un mode de réalisation avantageux de l'invention, Mgcon est au moins égal à 1,8 % en poids et de préférence au moins égal à 1,9 en % en poids. Ce mode de réalisation est particulièrement avantageux pour les produits à l'état T6.
La teneur en cuivre est telle que Cucon soit compris entre 2,6 et 3,7 % en poids.
Avantageusement Cucon est au moins 2,7 % en poids et de préférence au moins 2,8 % en poids.
A partir des équations indiquées et des conditions requises pour Mgcorr et Cucorr on peut établir que la teneur en cuivre maximale est de 4,33 % en poids, correspondant à une teneur corrigée Cucorr = 3,65 % en poids, obtenue pour une teneur en fer de 0,2 % en poids, une teneur en manganese de 0,5 %en poids et une teneur corrigée Mgco, de 1,5 % en poids, correspondant par exemple à une teneur en Mg de 1,5 % en poids et une teneur en silicium de 0,05 % en poids. La teneur en cuivre minimale est de 2.6 % en poids, correspondant à
une teneur corrigée Cucorr = 2,6 % en poids obtenue pour une teneur en fer de 0 % en poids et une teneur en manganèse de 0,2 % en poids.
La teneur en magnésium maximale est de 2,86 % en poids correspondant à une teneur en MgCOIT de 2,6 % en poids, obtenue pour une teneur en en Si de 0,2 % en poids.
La teneur en magnésium minimale est de 1,5 % en poids, obtenue pour une teneur en Si de 0 %
en poids.
On peut également noter que pour une teneur Mgcorr au moins égale à 1,9 % en poids, et une teneur maximale en fer et en silicium de 0,08 % en poids, la teneur en cuivre maximale est de 3,69 % en poids, obtenue pour une teneur en manganese de 0,5 % en poids et correspondant à une teneur corrigée Cucorr de 3,29 % en poids.
Le domaine correspondant dans le plan Mgcorr:Cucon est représenté sur la Figure 1.
Cu corr > 0,9(Mg corr) + 4,3 (de préférence Cu corr > - 0,9 (Mg con) + 4,5) Cucorr < - 0,9 (Mg con.) + 5,0 La teneur en magnésium est telle que Mgcorr soit compris entre 1,5 et 2,6 % en poids et de préférence entre 1,6 et 2,4 % en poids.
Dans un mode de réalisation avantageux de l'invention, Mgcon est au moins égal à 1,8 % en poids et de préférence au moins égal à 1,9 en % en poids. Ce mode de réalisation est particulièrement avantageux pour les produits à l'état T6.
La teneur en cuivre est telle que Cucon soit compris entre 2,6 et 3,7 % en poids.
Avantageusement Cucon est au moins 2,7 % en poids et de préférence au moins 2,8 % en poids.
A partir des équations indiquées et des conditions requises pour Mgcorr et Cucorr on peut établir que la teneur en cuivre maximale est de 4,33 % en poids, correspondant à une teneur corrigée Cucorr = 3,65 % en poids, obtenue pour une teneur en fer de 0,2 % en poids, une teneur en manganese de 0,5 %en poids et une teneur corrigée Mgco, de 1,5 % en poids, correspondant par exemple à une teneur en Mg de 1,5 % en poids et une teneur en silicium de 0,05 % en poids. La teneur en cuivre minimale est de 2.6 % en poids, correspondant à
une teneur corrigée Cucorr = 2,6 % en poids obtenue pour une teneur en fer de 0 % en poids et une teneur en manganèse de 0,2 % en poids.
La teneur en magnésium maximale est de 2,86 % en poids correspondant à une teneur en MgCOIT de 2,6 % en poids, obtenue pour une teneur en en Si de 0,2 % en poids.
La teneur en magnésium minimale est de 1,5 % en poids, obtenue pour une teneur en Si de 0 %
en poids.
On peut également noter que pour une teneur Mgcorr au moins égale à 1,9 % en poids, et une teneur maximale en fer et en silicium de 0,08 % en poids, la teneur en cuivre maximale est de 3,69 % en poids, obtenue pour une teneur en manganese de 0,5 % en poids et correspondant à une teneur corrigée Cucorr de 3,29 % en poids.
Le domaine correspondant dans le plan Mgcorr:Cucon est représenté sur la Figure 1.
6
7 PCT/FR2012/000134 Indépendamment des valeurs Mgco, et Cucorr un domaine avantageux de composition des produits selon l'invention a une teneur en magnésium comprise entre 1,6 et 2,2 % en poids et de préférence entre 1,8 et 2,1 % en poids et/ou une teneur en cuivre comprise entre 2,8 et 3,7 % en poids et de préférence entre 2,9 et 3,4 % en poids.
Les produits selon l'invention contiennent 0,2 à 0,5 % en poids de manganèse ce qui contribue notamment au contrôle de la structure granulaire. Les présents inventeurs ont constaté que l'addition simultanée de manganèse et de zirconium est avantageuse pour améliorer encore le contrôle de la structure granulaire. Avantageusement, la teneur en Zr est au moins égale à 0,07 en % en poids et de préférence au moins égale à 0,08 en % en poids. Dans un mode de réalisation avantageux, les produits selon l'invention contiennent 0,09 à 0,15 % en poids de zirconium et 0,25 à 0,45 % en poids de manganèse.
La teneur en chrome est au maximum de 0,25% en poids. Dans un mode de réalisation de l'invention, la teneur en chrome est comprise entre 0,05 et 0,25 % en poids et peut contribuer notamment au contrôle de la structure granulaire. Cependant la présence de chrome peut poser des problèmes de recyclage et de sensibilité à la trempe, notamment pour les produits dont l'épaisseur est au moins de 50 mm. Dans un autre mode de réalisation, la teneur en chrome est inférieure à 0,05 % en poids.
La teneur en titane est comprise entre 0,01 et 0,15 % en poids. L'addition de titane contribue notamment à l'affinage des grains lors de la coulée. Dans un mode de réalisation, on préfère limiter l'addition de titane à une valeur maximale de 0,05 % en poids. Cependant un affinage plus important peut s'avérer utile. Ainsi, dans un autre mode de réalisation de l'invention, la teneur en titane est comprise entre 0,07 et 0,14 % en poids.
Les teneurs en fer et en silicium sont au maximum de 0,2 % en poids chacune.
Dans un mode de réalisation avantageux de l'invention, les teneurs en fer et/ou en silicium sont au maximum de 0,1% en poids et de préférence 0,08 % en poids. Les équations permettant de calculer Cucon et Mg ¨,,corr tiennent compte des variations de Fe et Si, ainsi pour atteindre une valeur identique de Cuco, on ajoute davantage de cuivre quand la teneur en fer augmente.
La teneur des autres éléments est inférieure à 0,05 % en poids. Le reste est de l'aluminium.
Les produits corroyés selon l'invention sont typiquement des tôles, des profilés, des barres ou des fils, mais peuvent également être des vis, boulons ou des rivets.
Le procédé de fabrication des produits selon l'invention comprend les étapes successives d'élaboration de l'alliage, coulée, optionnellement homogénéisation, déformation, mise en solution, trempe, optionnellement déformation à froid et revenu.
Dans une première étape, on élabore un bain de métal liquide de façon à
obtenir un alliage d'aluminium de composition selon l'invention. Le bain de métal liquide est ensuite coulé
typiquement sous forme de plaque de laminage, de billette de filage, d'ébauche de barre ou fil.
Avantageusement, le produit ainsi coulé est ensuite homogénéisé de façon à
atteindre une température comprise entre 450 C et 520 C et de préférence entre 500 C et pendant une durée comprise entre 5 et 60 heures. Le traitement d'homogénéisation peut être réalisé en un ou plusieurs paliers.
Le produit est ensuite déformé typiquement par laminage, filage et/ou étirage et/ou tréfilage et/ou frappe.
Le produit ainsi déformé est ensuite mis en solution par un traitement thermique permettant d'atteindre une température comprise entre 490 et 520 C et de préférence entre 500 et 510 C pendant 15 min à 8 h, puis trempé.
La qualité de la mise en solution peut être évaluée par calorimétrie et/ou microscopie optique. L'objectif étant que le Cu et le Mg soient en solution solide à
l'exception du Cu et du Mg lié dans les composés intermétalliques contenant du manganèse du fer et/ou du silicium.
Le produit peut ensuite optionnellement subir une déformation à froid.
Finalement, un revenu est réalisé dans lequel le produit atteint une température comprise entre 160 et 210 C et de préférence entre 175 et 195 C pendant 5 à 100 heures et de préférence de 10 à 50h. Le revenu peut-être réalisé en un ou plusieurs paliers. De préférence, les conditions de revenu sont déterminées pour que la résistance mécanique Rp0,2 soit maximale (revenu au pic ).
Les produits selon l'invention contiennent 0,2 à 0,5 % en poids de manganèse ce qui contribue notamment au contrôle de la structure granulaire. Les présents inventeurs ont constaté que l'addition simultanée de manganèse et de zirconium est avantageuse pour améliorer encore le contrôle de la structure granulaire. Avantageusement, la teneur en Zr est au moins égale à 0,07 en % en poids et de préférence au moins égale à 0,08 en % en poids. Dans un mode de réalisation avantageux, les produits selon l'invention contiennent 0,09 à 0,15 % en poids de zirconium et 0,25 à 0,45 % en poids de manganèse.
La teneur en chrome est au maximum de 0,25% en poids. Dans un mode de réalisation de l'invention, la teneur en chrome est comprise entre 0,05 et 0,25 % en poids et peut contribuer notamment au contrôle de la structure granulaire. Cependant la présence de chrome peut poser des problèmes de recyclage et de sensibilité à la trempe, notamment pour les produits dont l'épaisseur est au moins de 50 mm. Dans un autre mode de réalisation, la teneur en chrome est inférieure à 0,05 % en poids.
La teneur en titane est comprise entre 0,01 et 0,15 % en poids. L'addition de titane contribue notamment à l'affinage des grains lors de la coulée. Dans un mode de réalisation, on préfère limiter l'addition de titane à une valeur maximale de 0,05 % en poids. Cependant un affinage plus important peut s'avérer utile. Ainsi, dans un autre mode de réalisation de l'invention, la teneur en titane est comprise entre 0,07 et 0,14 % en poids.
Les teneurs en fer et en silicium sont au maximum de 0,2 % en poids chacune.
Dans un mode de réalisation avantageux de l'invention, les teneurs en fer et/ou en silicium sont au maximum de 0,1% en poids et de préférence 0,08 % en poids. Les équations permettant de calculer Cucon et Mg ¨,,corr tiennent compte des variations de Fe et Si, ainsi pour atteindre une valeur identique de Cuco, on ajoute davantage de cuivre quand la teneur en fer augmente.
La teneur des autres éléments est inférieure à 0,05 % en poids. Le reste est de l'aluminium.
Les produits corroyés selon l'invention sont typiquement des tôles, des profilés, des barres ou des fils, mais peuvent également être des vis, boulons ou des rivets.
Le procédé de fabrication des produits selon l'invention comprend les étapes successives d'élaboration de l'alliage, coulée, optionnellement homogénéisation, déformation, mise en solution, trempe, optionnellement déformation à froid et revenu.
Dans une première étape, on élabore un bain de métal liquide de façon à
obtenir un alliage d'aluminium de composition selon l'invention. Le bain de métal liquide est ensuite coulé
typiquement sous forme de plaque de laminage, de billette de filage, d'ébauche de barre ou fil.
Avantageusement, le produit ainsi coulé est ensuite homogénéisé de façon à
atteindre une température comprise entre 450 C et 520 C et de préférence entre 500 C et pendant une durée comprise entre 5 et 60 heures. Le traitement d'homogénéisation peut être réalisé en un ou plusieurs paliers.
Le produit est ensuite déformé typiquement par laminage, filage et/ou étirage et/ou tréfilage et/ou frappe.
Le produit ainsi déformé est ensuite mis en solution par un traitement thermique permettant d'atteindre une température comprise entre 490 et 520 C et de préférence entre 500 et 510 C pendant 15 min à 8 h, puis trempé.
La qualité de la mise en solution peut être évaluée par calorimétrie et/ou microscopie optique. L'objectif étant que le Cu et le Mg soient en solution solide à
l'exception du Cu et du Mg lié dans les composés intermétalliques contenant du manganèse du fer et/ou du silicium.
Le produit peut ensuite optionnellement subir une déformation à froid.
Finalement, un revenu est réalisé dans lequel le produit atteint une température comprise entre 160 et 210 C et de préférence entre 175 et 195 C pendant 5 à 100 heures et de préférence de 10 à 50h. Le revenu peut-être réalisé en un ou plusieurs paliers. De préférence, les conditions de revenu sont déterminées pour que la résistance mécanique Rp0,2 soit maximale (revenu au pic ).
8 Il existe deux principaux modes de réalisation du procédé selon l'invention en fonction de la forme des produits corroyés. Un premier mode de réalisation du procédé
selon l'invention permet la fabrication de tôles ou de profilés. Un second mode de réalisation du procédé selon l'invention permet la fabrication de fils ou barres, tels que notamment des ébauches pour usinage, des ébauches pour forge, des ébauches boulonnerie, des fils à rivet, des ébauches visserie et aussi des boulons, vis et rivets.
Le premier mode de réalisation du procédé selon l'invention comprend les étapes successives d'élaboration de l'alliage, coulée sous forme de plaque ou billette, optionnellement homogénéisation, déformation à chaud, mise en solution, trempe, optionnellement déformation à froid et revenu.
Dans le premier mode de réalisation du procédé selon l'invention le bain de métal liquide est coulé sous forme de plaque de laminage ou de billette de filage.
La plaque de laminage ou la billette de filage optionnellement homogénéisée est ensuite déformée à chaud par laminage ou filage. La déformation à chaud du premier mode de réalisation est réalisée de façon à maintenir une température d'au moins 300 C.
Avantageusement, on maintient une température d'au moins 350 C et de préférence d'au moins 380 C au cours de la déformation à chaud.
Dans le premier mode de réalisation du procédé selon l'invention on ne réalise pas de déformation à froid significative, notamment par laminage à froid, entre la déformation à
chaud et la mise en solution. En effet, une telle étape de déformation à froid risquerait de conduire à une structure recristallisée qui est indésirable dans le cadre de l'invention pour les produits corroyés sous forme de tôles ou de profilés. Une déformation à
froid significative est typiquement une déformation d'au moins environ 5%.
La tôle ou le profilé ainsi obtenu est ensuite mis en solution par un traitement thermique permettant d'atteindre une température comprise entre 490 et 520 C et de préférence entre 500 et 510 C pendant 15 min à 8 h, puis trempé typiquement avec de l'eau.
La combinaison de la composition choisie, en particulier de la teneur en manganèse, et de la gamme de transformation, en particulier la température de déformation à
chaud et l'absence de déformation à froid significative avant mise en solution, permet d'obtenir des
selon l'invention permet la fabrication de tôles ou de profilés. Un second mode de réalisation du procédé selon l'invention permet la fabrication de fils ou barres, tels que notamment des ébauches pour usinage, des ébauches pour forge, des ébauches boulonnerie, des fils à rivet, des ébauches visserie et aussi des boulons, vis et rivets.
Le premier mode de réalisation du procédé selon l'invention comprend les étapes successives d'élaboration de l'alliage, coulée sous forme de plaque ou billette, optionnellement homogénéisation, déformation à chaud, mise en solution, trempe, optionnellement déformation à froid et revenu.
Dans le premier mode de réalisation du procédé selon l'invention le bain de métal liquide est coulé sous forme de plaque de laminage ou de billette de filage.
La plaque de laminage ou la billette de filage optionnellement homogénéisée est ensuite déformée à chaud par laminage ou filage. La déformation à chaud du premier mode de réalisation est réalisée de façon à maintenir une température d'au moins 300 C.
Avantageusement, on maintient une température d'au moins 350 C et de préférence d'au moins 380 C au cours de la déformation à chaud.
Dans le premier mode de réalisation du procédé selon l'invention on ne réalise pas de déformation à froid significative, notamment par laminage à froid, entre la déformation à
chaud et la mise en solution. En effet, une telle étape de déformation à froid risquerait de conduire à une structure recristallisée qui est indésirable dans le cadre de l'invention pour les produits corroyés sous forme de tôles ou de profilés. Une déformation à
froid significative est typiquement une déformation d'au moins environ 5%.
La tôle ou le profilé ainsi obtenu est ensuite mis en solution par un traitement thermique permettant d'atteindre une température comprise entre 490 et 520 C et de préférence entre 500 et 510 C pendant 15 min à 8 h, puis trempé typiquement avec de l'eau.
La combinaison de la composition choisie, en particulier de la teneur en manganèse, et de la gamme de transformation, en particulier la température de déformation à
chaud et l'absence de déformation à froid significative avant mise en solution, permet d'obtenir des
9 tôles ou des profilés ayant une structure granulaire essentiellement non-recristallisée. Par structure granulaire essentiellement non-recristallisée, on entend un taux de structure granulaire non-recristallisée à mi-épaisseur supérieur à 70 % et de préférence supérieur à
85%.
La tôle ou le profilé obtenu peut ensuite subir optionnellement une déformation à froid.
Avantageusement, la déformation à froid est une traction contrôlée avec un allongement permanent de 2 à 5% permettant d'améliorer la résistance mécanique et d'obtenir après revenu un état T8.
En l'absence de déformation à froid ou en présence d'une faible déformation à
froid ne permettant pas d'améliorer les caractéristiques mécaniques, on obtient après revenu un produit à l'état T6.
Les tôles et profilés obtenus selon le premier mode de réalisation du procédé
de l'invention ont l'avantage de présenter une résistance mécanique élevée et de bonnes performances à
haute température. Ainsi les tôles et profilés selon l'invention présentent de préférence à
l'état T8 dans la direction longitudinale une limite d'élasticité Rp0,2 d'au moins 440 MPa, préférentiellement d'au moins 450 MPa et de manière préférée d'au moins 455 MPa. Pour les profilés selon l'invention à l'état T8 on peut obtenir avantageusement dans la direction longitudinale une limite d'élasticité Rp0,2 d'au moins 470 MPa. Après vieillissement à 150 C pendant 2000h, la diminution de la limite d'élasticité des tôles et profilés selon l'invention à l'état T8 dans la direction longitudinale est avantageusement inférieure à 12%
de préférence inférieure à 10% et de manière préférée inférieure à 8%.
Les profilés selon l'invention présentent avantageusement à l'état T8 une limite d'élasticité
mesurée à 150 C dans la direction longitudinale d'au moins 370 MPa et de préférence d'au moins 380 MPa.
A l'état T6, les tôles ou profilés faits dans le mode de réalisation dans lequel la teneur en Mg est telle que Mgco, soit au moins égal à 1,8 % en poids présentent avantageusement une limite d'élasticité mesurée à 150 C dans la direction longitudinale d'au moins 340 MPa et une diminution de limite d'élasticité après 2000h de vieillissement à 150 C
inférieure à
5%.
Le second mode de réalisation du procédé selon l'invention comprend les étapes successives d'élaboration de l'alliage, coulée sous forme d'ébauche de fil ou barre, optionnellement homogénéisation, déformation à chaud et/ou à froid par filage et/ou étirage et/ou tréfilage et optionnellement par frappe ultérieure du fil ou de la barre obtenus pour obtenir des vis, boulons ou rivets, mise en solution, trempe et revenu.
Dans le second mode de réalisation du procédé selon l'invention le bain de métal liquide est coulé sous forme d'ébauche de fil ou barre, de préférence sur une roue de coulée, typiquement avec le procédé de coulée continue connu sous le nom de Properzi .
L'ébauche de fil ou barre peut également être une billette de filage.
L'ébauche de fil ou barre est ensuite déformée à chaud et/ou à froid par filage et/ou étirage et/ou tréfilage. En particulier, si l'ébauche de fil ou barre est une billette de filage, elle sera filée à chaud avant d'être déformée à froid par étirage et/ou tréfilage, tandis que si l'ébauche de fil ou barre a été obtenue par coulée continue et déformation à
chaud en sortie de roue de coulée, il ne sera nécessaire que de la déformer à froid.
Optionnellement, le fil ou la barre obtenue peut être à ce stade frappée pour obtenir des vis, boulons ou rivets.
Le produit ainsi obtenu est ensuite mis en solution par un traitement thermique permettant d'atteindre une température comprise entre 490 et 520 C et de préférence entre 500 et 510 C pendant 15 min à 8 h, puis trempé typiquement avec de l'eau.
La combinaison de la composition choisie, en particulier de la teneur en manganèse, et de la déformation réalisée permet d'obtenir dans le second mode de réalisation du procédé
selon l'invention des produits ayant une structure granulaire essentiellement recristallisée.
Par structure essentiellement recristallisée on entend un taux de recristallisation d'au moins 80% et de préférence une structure à grains fins et de taille homogène.
Le produit obtenu peut ensuite subir optionnellement une déformation à froid.
Cependant, dans la fabrication de certains produits, tels que notamment les boulons, les vis et les rivets, il est difficile de réaliser une déformation à froid après mise en solution et trempe. Avantageusement, le produit ne subit pas de déformation à froid après mise en solution et trempe et on obtient après revenu un état T6. Un alliage particulièrement avantageux pour l'état T6 a une teneur en Mg telle que Mgcorr soit au moins égal à 1,8 % en poids.
D'autre part, la fabrication de produits tels que fil, boulon, rivet, vis, à
l'état T8 et ayant une structure granulaire essentiellement recristallisée en alliage selon l'invention est avantageuse.
Les produits obtenus selon le second mode de réalisation du procédé de l'invention présentent avantageusement à l'état T8 dans la direction longitudinale une limite d'élasticité R0,2 d'au moins 460 MPa, de préférence d'au moins 480 MPa et après vieillissement à 150 C pendant 2000h, une diminution de la limite d'élasticité dans la direction longitudinale inférieure à 10% de préférence inférieure à 8%.
Les produits selon l'invention sont particulièrement utiles pour des applications dans lesquelles les produits sont maintenus à des températures de 100 C à 200 C, typiquement à environ 150 C, pendant une durée significative d'au moins 200 heures et de préférence d'au moins 2000 heures.
Ainsi les produits selon l'invention sont utiles pour les pièces d'attache destinées à être utilisées dans un moteur typiquement pour automobile, telles que des vis ou des boulons ou des rivets. Les produits selon l'invention sont également utiles pour la fabrication de pièces de la nacelle et/ou de mats d'accrochage des avions. La nacelle désigne l'ensemble des supports et capots d'un moteur d'un avion multi moteurs: Les produits selon l'invention sont utiles aussi pour la fabrication de bords d'attaque d'aile d'avion. Les produits selon l'invention sont également utiles pour la fabrication de fuselage d'avions supersoniques.
Ces aspects, ainsi que d'autres de l'invention sont expliqués plus en détail à
l'aide des exemples illustratifs et non limitatifs suivants.
Exemples Exemple 1.
Dans cet exemple 4 alliages ont été coulés sous la forme de plaques de dimension 70x170x27 mm. Les alliages A-1 et C-1 ont une composition selon l'invention.
La composition des alliages est donnée dans le tableau 1.
Tableau 1 composition (% en poids) Alliage Si Fe Cu Mn Mg Ti Zr CUcorr Mgcorr A-1 (Inv.) 0,04 0,05 3,3 0,34 1,9 0,02 0,11 3,1 1,9 C-1 (Inv.) 0,04 0,05 3,7 0,34 1,6 0,02 0,11 3,5 1,6 B-1 (Réf.) 0,04 0,05 4,2 0,34 1,3 0,02 0,11 4,0 1,3 D-1(Réf.) 0,04 0,05 5,4 0,35 0,3 0,02 0,11 5,2 0,3 Inv. : Inventnion Ref. : Référence Les plaques ont été homogénéisées à une température comprise entre 500 C et 540 C, adaptée en fonction de l'alliage, laminées à chaud jusqu'à une épaisseur de 15 mm, mises en solution à une température comprise entre 500 C et 540 C, adaptée en fonction de l'alliage, trempées à l'eau par immersion, tractionnées de 3 à 4 % et revenues à 190 C pour atteindre le pic de limite d'élasticité en traction à l'état T8. Ainsi la plaque en alliage A-1 a été homogénéisée en deux paliers de 10h à 500 C puis 20h à 509 C, la tôle obtenue après laminage étant mise en solution 2h à 507 C et revenue 12h à 190 C. La plaque en alliage B-1 a été homogénéisée en deux paliers de 10h à 500 C puis 20h à 503 C, la tôle obtenue après laminage étant mise en solution 2h à 500 C et revenue 8h à 190 C. La plaque en alliage C-1 a été homogénéisée en deux paliers de 10h à 500 C puis 20h à 503 C, la tôle obtenue après laminage étant mise en solution 2h à 504 C et revenue 12h à 190 C. La plaque en alliage D-1 a été homogénéisée en deux paliers de 10h à 500 C puis 20h à 536 C, la tôle obtenue après laminage étant mise en solution 2h à 535 C et revenue 8h à 190 C.
Les tôles obtenues présentaient une structure granulaire essentiellement non-recristallisée.
Les tôles ainsi obtenues ont été caractérisées dans la direction longitudinale avant et après vieillissement à plusieurs températures et pour plusieurs durées. Les résultats sont présentés dans le tableau 2 Tableau 2 ¨ Propriétés mécaniques obtenues à mi-épaisseur sens L avant et après vieillissement (MPa) Température de Durée de A-1 C-1 B-1 D-1 vieillissement ( C) vieillissement (h) _ R02 Rm _ R02 Rm R02 Rm R02 Rm Pas de vieillissement 456 L'évolution des propriétés mécaniques avec la durée de vieillissement pour les différentes températures étudiées sont représentées sur les Figures 2a à 2c. On constate que pour une température de vieillissement de 200 C, les tôles selon l'invention (A-1 et C-1) présentent pour 2000h de vieillissement une limite d'élasticité améliorée de plus de 15%
par rapport aux tôles de référence (B-1 et D-1).
Exemple 2.
Dans cet exemple deux alliages ont été coulés sous la forme de billettes de diamètre 200 mm. Ces alliages A-2 et C-2 ont une composition selon l'invention.
Les compositions sont données dans le tableau 3.
Tableau 3 - composition (% en poids) Alliage Si Fe Cu Mn Mg Ti Zr Clicorr Mgeorr A-2 (Inv.) 0,06 0,04 3,0 0,33 2,0 0,02 0,10 2,8 2,0 C-2 (Inv.) 0,04 0,04 3,7 0,34 1,6 0,02 0,11 3,5 1,6 Inv. : Invention Les billettes ont été homogénéisées à une température comprise entre 500 C et 520 C, adaptée en fonction de l'alliage et filées pour obtenir des barres cylindriques de diamètre 13 mm, mises en solution à une température comprise entre 500 C et 520 C, adaptée en fonction de l'alliage, trempées à l'eau. Ainsi la billette en alliage A-2 a été homogénéisée 24h à 508 C et les barres obtenues mises en solution 1h à 506 C. La billette en alliage C-2 a été homogénéisée 24h à 508 C et les barres obtenues mises en solution lh à
503 C.
Certaines barres ont été tractionnées de 3 à 4 % d'autres barres n'ont pas été
tractionnées, toutes les barres ont finalement subit un revenu au pic pour obtenir un état T6 (non tractionné, 20h à 190 C pour A-2 et 16h à 190 C pour C-2) ou T8 (tractionné, 12h à 190 C pour les deux alliages). Les profilés obtenus présentaient une structure granulaire essentiellement non-recristallisée.
Pour référence, on a utilisé des fils en alliage 6056 à l'état T6 de diamètre 12 mm et des barres en alliage 2618 à l'état T8 de diamètre 40 mm.
Les propriétés mécaniques dans la direction longitudinale avant et après vieillissement à
150 C sont données dans le Tableau 4.
Tableau 4 ¨ Propriétés mécaniques sens L à mi-diamètre Durée de vieillissement (h) Etat à 150 C Alliage Métallurgique Rp0,2 (MPa) Fin, (MPa) Allongement %
Ces résultats sont également présentés dans les Figures 3a et 3b. A l'état T6, l'alliage A-2 est particulièrement stable thermiquement.
Des essais de caractérisation en traction à la température de 150 C ont également été
effectués selon la norme NF EN 10002-5.
Les résultats sont présentés dans le Tableau 5.
Tableau 5. Caractérisation des propriétés mécaniques sens L à 150 C
Alliage Etat Rp0,2 (MPa) 11,õ (MPa) Allongement `)/0 On constate que les produits selon l'invention présentent, notamment, une résistance à
rupture nettement supérieure à celle des produits de référence classiquement utilisés tels que l'alliage 6056 (T6) ou l'alliage 2618 (T8). -Des essais de fluage ont été réalisés selon la norme ASTM E139-06 pour une contrainte de 285 MPa et à une température de 150 C. On a notamment mesuré la durée de vie, la déformation après 200h et la vitesse de fluage stationnaire. Les résultats sont rassemblés dans le Tableau 6.
Tableau 6 Sens L
Alliage Etat Durée de vie en fluage (h) Déformation après 200h (%) Vitesse de fluage stationnaire (s-1) épr. n 1 épr. n 2 épr. n 1 épr. n 2 épr. n 1 épr.
n 2 6056 T6 310 393 0,30 0,30 3,3E-09 3,7E-09 A-2 T6 377 458 0,47 0,50 6,6E-09 6,7E-09 C-2 T6 487 730 0,51 0,43 6,5E-09 5,5E-09 2618 T8 343 283 0,89 1,41 1,1E-08 1,5E-08 A-2 T8 > 827.9 > 779.9 0,25 0,40 1,9E-09 2,8E-09 C-2 T8 >825.2 >817.8 0,26 0,26 4,1E-09 3,8E-09 épr. : éprouvette Exemple 3.
Dans cet exemple une barre cylindrique en alliage C-2 de diamètre 13mm a été
obtenue par filage à chaud à partir d'une billette homogénéisée 24h à 508 C. La barre a ensuite été
étirée à froid pour obtenir un fil de diamètre 10;55 mm. Le fil ainsi obtenu a été mis en solution 1 heure à 503 C, tractionné de 3 à 4 % puis revenu 12h à 190 C pour obtenir un état T8.
La structure granulaire du fil ainsi obtenu, telle que observée en particulier dans le plan TLxTC a mi épaisseur, était essentiellement recristallisée et présentait un grain fin et homogène Les propriétés mécaniques obtenues dans la direction longitudinale avant et après vieillissement à 150 C sont données dans le Tableau 7.
Tableau 7 ¨ Propriétés mécaniques sens L à mi-diamètre du fil de diamètre
85%.
La tôle ou le profilé obtenu peut ensuite subir optionnellement une déformation à froid.
Avantageusement, la déformation à froid est une traction contrôlée avec un allongement permanent de 2 à 5% permettant d'améliorer la résistance mécanique et d'obtenir après revenu un état T8.
En l'absence de déformation à froid ou en présence d'une faible déformation à
froid ne permettant pas d'améliorer les caractéristiques mécaniques, on obtient après revenu un produit à l'état T6.
Les tôles et profilés obtenus selon le premier mode de réalisation du procédé
de l'invention ont l'avantage de présenter une résistance mécanique élevée et de bonnes performances à
haute température. Ainsi les tôles et profilés selon l'invention présentent de préférence à
l'état T8 dans la direction longitudinale une limite d'élasticité Rp0,2 d'au moins 440 MPa, préférentiellement d'au moins 450 MPa et de manière préférée d'au moins 455 MPa. Pour les profilés selon l'invention à l'état T8 on peut obtenir avantageusement dans la direction longitudinale une limite d'élasticité Rp0,2 d'au moins 470 MPa. Après vieillissement à 150 C pendant 2000h, la diminution de la limite d'élasticité des tôles et profilés selon l'invention à l'état T8 dans la direction longitudinale est avantageusement inférieure à 12%
de préférence inférieure à 10% et de manière préférée inférieure à 8%.
Les profilés selon l'invention présentent avantageusement à l'état T8 une limite d'élasticité
mesurée à 150 C dans la direction longitudinale d'au moins 370 MPa et de préférence d'au moins 380 MPa.
A l'état T6, les tôles ou profilés faits dans le mode de réalisation dans lequel la teneur en Mg est telle que Mgco, soit au moins égal à 1,8 % en poids présentent avantageusement une limite d'élasticité mesurée à 150 C dans la direction longitudinale d'au moins 340 MPa et une diminution de limite d'élasticité après 2000h de vieillissement à 150 C
inférieure à
5%.
Le second mode de réalisation du procédé selon l'invention comprend les étapes successives d'élaboration de l'alliage, coulée sous forme d'ébauche de fil ou barre, optionnellement homogénéisation, déformation à chaud et/ou à froid par filage et/ou étirage et/ou tréfilage et optionnellement par frappe ultérieure du fil ou de la barre obtenus pour obtenir des vis, boulons ou rivets, mise en solution, trempe et revenu.
Dans le second mode de réalisation du procédé selon l'invention le bain de métal liquide est coulé sous forme d'ébauche de fil ou barre, de préférence sur une roue de coulée, typiquement avec le procédé de coulée continue connu sous le nom de Properzi .
L'ébauche de fil ou barre peut également être une billette de filage.
L'ébauche de fil ou barre est ensuite déformée à chaud et/ou à froid par filage et/ou étirage et/ou tréfilage. En particulier, si l'ébauche de fil ou barre est une billette de filage, elle sera filée à chaud avant d'être déformée à froid par étirage et/ou tréfilage, tandis que si l'ébauche de fil ou barre a été obtenue par coulée continue et déformation à
chaud en sortie de roue de coulée, il ne sera nécessaire que de la déformer à froid.
Optionnellement, le fil ou la barre obtenue peut être à ce stade frappée pour obtenir des vis, boulons ou rivets.
Le produit ainsi obtenu est ensuite mis en solution par un traitement thermique permettant d'atteindre une température comprise entre 490 et 520 C et de préférence entre 500 et 510 C pendant 15 min à 8 h, puis trempé typiquement avec de l'eau.
La combinaison de la composition choisie, en particulier de la teneur en manganèse, et de la déformation réalisée permet d'obtenir dans le second mode de réalisation du procédé
selon l'invention des produits ayant une structure granulaire essentiellement recristallisée.
Par structure essentiellement recristallisée on entend un taux de recristallisation d'au moins 80% et de préférence une structure à grains fins et de taille homogène.
Le produit obtenu peut ensuite subir optionnellement une déformation à froid.
Cependant, dans la fabrication de certains produits, tels que notamment les boulons, les vis et les rivets, il est difficile de réaliser une déformation à froid après mise en solution et trempe. Avantageusement, le produit ne subit pas de déformation à froid après mise en solution et trempe et on obtient après revenu un état T6. Un alliage particulièrement avantageux pour l'état T6 a une teneur en Mg telle que Mgcorr soit au moins égal à 1,8 % en poids.
D'autre part, la fabrication de produits tels que fil, boulon, rivet, vis, à
l'état T8 et ayant une structure granulaire essentiellement recristallisée en alliage selon l'invention est avantageuse.
Les produits obtenus selon le second mode de réalisation du procédé de l'invention présentent avantageusement à l'état T8 dans la direction longitudinale une limite d'élasticité R0,2 d'au moins 460 MPa, de préférence d'au moins 480 MPa et après vieillissement à 150 C pendant 2000h, une diminution de la limite d'élasticité dans la direction longitudinale inférieure à 10% de préférence inférieure à 8%.
Les produits selon l'invention sont particulièrement utiles pour des applications dans lesquelles les produits sont maintenus à des températures de 100 C à 200 C, typiquement à environ 150 C, pendant une durée significative d'au moins 200 heures et de préférence d'au moins 2000 heures.
Ainsi les produits selon l'invention sont utiles pour les pièces d'attache destinées à être utilisées dans un moteur typiquement pour automobile, telles que des vis ou des boulons ou des rivets. Les produits selon l'invention sont également utiles pour la fabrication de pièces de la nacelle et/ou de mats d'accrochage des avions. La nacelle désigne l'ensemble des supports et capots d'un moteur d'un avion multi moteurs: Les produits selon l'invention sont utiles aussi pour la fabrication de bords d'attaque d'aile d'avion. Les produits selon l'invention sont également utiles pour la fabrication de fuselage d'avions supersoniques.
Ces aspects, ainsi que d'autres de l'invention sont expliqués plus en détail à
l'aide des exemples illustratifs et non limitatifs suivants.
Exemples Exemple 1.
Dans cet exemple 4 alliages ont été coulés sous la forme de plaques de dimension 70x170x27 mm. Les alliages A-1 et C-1 ont une composition selon l'invention.
La composition des alliages est donnée dans le tableau 1.
Tableau 1 composition (% en poids) Alliage Si Fe Cu Mn Mg Ti Zr CUcorr Mgcorr A-1 (Inv.) 0,04 0,05 3,3 0,34 1,9 0,02 0,11 3,1 1,9 C-1 (Inv.) 0,04 0,05 3,7 0,34 1,6 0,02 0,11 3,5 1,6 B-1 (Réf.) 0,04 0,05 4,2 0,34 1,3 0,02 0,11 4,0 1,3 D-1(Réf.) 0,04 0,05 5,4 0,35 0,3 0,02 0,11 5,2 0,3 Inv. : Inventnion Ref. : Référence Les plaques ont été homogénéisées à une température comprise entre 500 C et 540 C, adaptée en fonction de l'alliage, laminées à chaud jusqu'à une épaisseur de 15 mm, mises en solution à une température comprise entre 500 C et 540 C, adaptée en fonction de l'alliage, trempées à l'eau par immersion, tractionnées de 3 à 4 % et revenues à 190 C pour atteindre le pic de limite d'élasticité en traction à l'état T8. Ainsi la plaque en alliage A-1 a été homogénéisée en deux paliers de 10h à 500 C puis 20h à 509 C, la tôle obtenue après laminage étant mise en solution 2h à 507 C et revenue 12h à 190 C. La plaque en alliage B-1 a été homogénéisée en deux paliers de 10h à 500 C puis 20h à 503 C, la tôle obtenue après laminage étant mise en solution 2h à 500 C et revenue 8h à 190 C. La plaque en alliage C-1 a été homogénéisée en deux paliers de 10h à 500 C puis 20h à 503 C, la tôle obtenue après laminage étant mise en solution 2h à 504 C et revenue 12h à 190 C. La plaque en alliage D-1 a été homogénéisée en deux paliers de 10h à 500 C puis 20h à 536 C, la tôle obtenue après laminage étant mise en solution 2h à 535 C et revenue 8h à 190 C.
Les tôles obtenues présentaient une structure granulaire essentiellement non-recristallisée.
Les tôles ainsi obtenues ont été caractérisées dans la direction longitudinale avant et après vieillissement à plusieurs températures et pour plusieurs durées. Les résultats sont présentés dans le tableau 2 Tableau 2 ¨ Propriétés mécaniques obtenues à mi-épaisseur sens L avant et après vieillissement (MPa) Température de Durée de A-1 C-1 B-1 D-1 vieillissement ( C) vieillissement (h) _ R02 Rm _ R02 Rm R02 Rm R02 Rm Pas de vieillissement 456 L'évolution des propriétés mécaniques avec la durée de vieillissement pour les différentes températures étudiées sont représentées sur les Figures 2a à 2c. On constate que pour une température de vieillissement de 200 C, les tôles selon l'invention (A-1 et C-1) présentent pour 2000h de vieillissement une limite d'élasticité améliorée de plus de 15%
par rapport aux tôles de référence (B-1 et D-1).
Exemple 2.
Dans cet exemple deux alliages ont été coulés sous la forme de billettes de diamètre 200 mm. Ces alliages A-2 et C-2 ont une composition selon l'invention.
Les compositions sont données dans le tableau 3.
Tableau 3 - composition (% en poids) Alliage Si Fe Cu Mn Mg Ti Zr Clicorr Mgeorr A-2 (Inv.) 0,06 0,04 3,0 0,33 2,0 0,02 0,10 2,8 2,0 C-2 (Inv.) 0,04 0,04 3,7 0,34 1,6 0,02 0,11 3,5 1,6 Inv. : Invention Les billettes ont été homogénéisées à une température comprise entre 500 C et 520 C, adaptée en fonction de l'alliage et filées pour obtenir des barres cylindriques de diamètre 13 mm, mises en solution à une température comprise entre 500 C et 520 C, adaptée en fonction de l'alliage, trempées à l'eau. Ainsi la billette en alliage A-2 a été homogénéisée 24h à 508 C et les barres obtenues mises en solution 1h à 506 C. La billette en alliage C-2 a été homogénéisée 24h à 508 C et les barres obtenues mises en solution lh à
503 C.
Certaines barres ont été tractionnées de 3 à 4 % d'autres barres n'ont pas été
tractionnées, toutes les barres ont finalement subit un revenu au pic pour obtenir un état T6 (non tractionné, 20h à 190 C pour A-2 et 16h à 190 C pour C-2) ou T8 (tractionné, 12h à 190 C pour les deux alliages). Les profilés obtenus présentaient une structure granulaire essentiellement non-recristallisée.
Pour référence, on a utilisé des fils en alliage 6056 à l'état T6 de diamètre 12 mm et des barres en alliage 2618 à l'état T8 de diamètre 40 mm.
Les propriétés mécaniques dans la direction longitudinale avant et après vieillissement à
150 C sont données dans le Tableau 4.
Tableau 4 ¨ Propriétés mécaniques sens L à mi-diamètre Durée de vieillissement (h) Etat à 150 C Alliage Métallurgique Rp0,2 (MPa) Fin, (MPa) Allongement %
Ces résultats sont également présentés dans les Figures 3a et 3b. A l'état T6, l'alliage A-2 est particulièrement stable thermiquement.
Des essais de caractérisation en traction à la température de 150 C ont également été
effectués selon la norme NF EN 10002-5.
Les résultats sont présentés dans le Tableau 5.
Tableau 5. Caractérisation des propriétés mécaniques sens L à 150 C
Alliage Etat Rp0,2 (MPa) 11,õ (MPa) Allongement `)/0 On constate que les produits selon l'invention présentent, notamment, une résistance à
rupture nettement supérieure à celle des produits de référence classiquement utilisés tels que l'alliage 6056 (T6) ou l'alliage 2618 (T8). -Des essais de fluage ont été réalisés selon la norme ASTM E139-06 pour une contrainte de 285 MPa et à une température de 150 C. On a notamment mesuré la durée de vie, la déformation après 200h et la vitesse de fluage stationnaire. Les résultats sont rassemblés dans le Tableau 6.
Tableau 6 Sens L
Alliage Etat Durée de vie en fluage (h) Déformation après 200h (%) Vitesse de fluage stationnaire (s-1) épr. n 1 épr. n 2 épr. n 1 épr. n 2 épr. n 1 épr.
n 2 6056 T6 310 393 0,30 0,30 3,3E-09 3,7E-09 A-2 T6 377 458 0,47 0,50 6,6E-09 6,7E-09 C-2 T6 487 730 0,51 0,43 6,5E-09 5,5E-09 2618 T8 343 283 0,89 1,41 1,1E-08 1,5E-08 A-2 T8 > 827.9 > 779.9 0,25 0,40 1,9E-09 2,8E-09 C-2 T8 >825.2 >817.8 0,26 0,26 4,1E-09 3,8E-09 épr. : éprouvette Exemple 3.
Dans cet exemple une barre cylindrique en alliage C-2 de diamètre 13mm a été
obtenue par filage à chaud à partir d'une billette homogénéisée 24h à 508 C. La barre a ensuite été
étirée à froid pour obtenir un fil de diamètre 10;55 mm. Le fil ainsi obtenu a été mis en solution 1 heure à 503 C, tractionné de 3 à 4 % puis revenu 12h à 190 C pour obtenir un état T8.
La structure granulaire du fil ainsi obtenu, telle que observée en particulier dans le plan TLxTC a mi épaisseur, était essentiellement recristallisée et présentait un grain fin et homogène Les propriétés mécaniques obtenues dans la direction longitudinale avant et après vieillissement à 150 C sont données dans le Tableau 7.
Tableau 7 ¨ Propriétés mécaniques sens L à mi-diamètre du fil de diamètre
10,55 mm Durée de vieillissement (h) Etat à 150 C Alliage Métallurgique R0,2 (MPa) R,T, (MPa) Allongement %
0 C-2 T8 503 522 7,8 1000 C-2 T8 462 494 6,9 2000 C-2 T8 471 508 7,7 Mesure à 150 C C-2 T8 397 428
0 C-2 T8 503 522 7,8 1000 C-2 T8 462 494 6,9 2000 C-2 T8 471 508 7,7 Mesure à 150 C C-2 T8 397 428
Claims (28)
1. Produit corroyé en alliage d'aluminium de composition, en % en poids, Cu : 2,6 - 3,7 Mg corr : 1,5 - 2,6 Mn : 0,2 - 0,5 Zr : <= 0,16 Ti : 0,01 - 0,15 Cr <= 0,25 Si <= 0,2 Fe <= 0,2 autres éléments < 0,05 reste aluminium avec Cu corr > - 0,9(Mg corr)+ 4,3 et Cu corr < - 0,9 (Mg corr) + 5,0 dans lequel Cu corr = Cu - 0,74 (Mn - 0,2) - 2,28 Fe et Mg corr= Mg - 1,73 (Si - 0,05) pour Si >= 0,05 et Mg corr = Mg pour Si<0,05.
2. Produit corroyé selon la revendication 1 dans lequel Mg corr est au moins égal à 1,8%
en poids.
en poids.
3. Produit corroyé selon la revendication 2, dans lequel Mg corr est au moins égal à 1,9 %
en poids.
en poids.
4. Produit corroyé selon une quelconque des revendications 1 à 3 dans lequel Zr est au moins égal à 0,07 % en poids.
5. Produit corroyé selon la revendication 4 dans lequel Zr est au moins égal à
0,08 % en poids.
0,08 % en poids.
6. Produit corroyé selon une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé
en ce qu'il s'agit d'une tôle ou d'un profilé dont la structure granulaire est essentiellement non-recristallisée.
en ce qu'il s'agit d'une tôle ou d'un profilé dont la structure granulaire est essentiellement non-recristallisée.
7. Produit corroyé selon la revendication 6 présentant à l'état T8 dans la direction longitudinale une limite d'élasticité R p0,2 d'au moins 440 MPa et présentant après vieillissement à 150 °C pendant 2000h, une diminution de la limite d'élasticité dans la direction longitudinale inférieure à 12 %.
8. Produit corroyé selon la revendication 7 présentant à l'état T8 dans la direction longitudinale une limite d'élasticité R p0,2 d'au moins 450 MPa.
9. Produit corroyé selon la revendication 7 ou la revendication 8 présentant après vieillissement à 150 °C pendant 2000h une diminution de la limite d'élasticité dans la direction longitudinale inférieure à 10%.
10. Produit corroyé selon la revendication 6 dans lequel Mg corr est au moins égal à 1,8% en poids et présentant à l'état T6 une limite d'élasticité mesurée à 150 °C dans la direction longitudinale d'au moins 340 MPa et une diminution de limite d'élasticité
après 2000h de vieillissement à 150 °C inférieure à 5%.
après 2000h de vieillissement à 150 °C inférieure à 5%.
11. Produit corroyé selon une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé
en ce qu'il s'agit d'un fil ou d'une barre ou d'un boulon ou d'une vis ou d'un rivet présentant une structure granulaire essentiellement recristallisée.
en ce qu'il s'agit d'un fil ou d'une barre ou d'un boulon ou d'une vis ou d'un rivet présentant une structure granulaire essentiellement recristallisée.
12. Produit corroyé selon la revendication 11 présentant à l'état T8 dans la direction longitudinale une limite d'élasticité R p0,2 d'au moins 460 MPa et après vieillissement à
150 °C pendant 2000h, une diminution de la limite d'élasticité dans la direction longitudinale inférieure à 10%
150 °C pendant 2000h, une diminution de la limite d'élasticité dans la direction longitudinale inférieure à 10%
13. Produit corroyé selon la revendication 12 présentant à l'état T8 dans la direction longitudinale une limite d'élasticité R p0,2 d'au moins 480 MPa.
14. Produit corroyé selon la revendication 12 ou la revendication 13 présentant après vieillissement à 150 °C pendant 2000h une diminution de la limite d'élasticité dans la direction longitudinale inférieure à 8%.
15. Procédé de fabrication d'un produit corroyé selon une des revendications 1 à 14 comprenant successivement - l'élaboration d'un bain de métal liquide de façon à obtenir un alliage d'aluminium - de composition selon une quelconque des revendications 1 à 5, - la coulée dudit alliage typiquement sous forme de plaque de laminage, de billette de filage, d'ébauche de barre ou fil, - la déformation avant mise en solution du produit ainsi obtenu, - la mise en solution du produit ainsi déformé par un traitement thermique permettant d'atteindre une température comprise entre 490 et 520 °C pendant 15 min à 8 h, puis la trempe, - le revenu dans lequel le produit ainsi obtenu atteint une température comprise entre 160 et 210°C pendant 5 à 100 heures.
16. Procédé de fabrication d'un produit corroyé selon la revendication 15 comprenant, successivement à ladite coulée dudit alliage, homogénéisation du produit ainsi coulé de façon à atteindre une température comprise entre 450°C et 520°C.
17. Procédé de fabrication d'un produit corroyé selon la revendication 15 ou la revendication 16, ladite mise en solution du produit ainsi déformé par un traitement thermique permettant d'atteindre une température comprise entre 500 et 510 °C pendant 15 min à 8 h.
18. Procédé de fabrication d'un produit corroyé selon une quelconque des revendications 15 à 17 comprenant, successivement à ladite mise en solution du produit ainsi déformé par un traitement thermique, déformation à froid du produit ainsi mis en solution et trempé.
19. Procédé de fabrication d'un produit corroyé selon une quelconque des revendications 15 à 18, le revenu dans lequel le produit est obtenu atteignant une température comprise entre 175 et 195°C.
20. Procédé de fabrication d'un produit corroyé selon une quelconque des revendications 15 à 19, le revenu dans lequel le produit est obtenu atteignant ladite température pendant à 50 heures.
21. Procédé selon une quelconque des revendications 15 à 20 dans lequel - ladite coulée de l'alliage est faite sous forme de plaque de laminage ou de billette de filage, - ladite déformation avant mise en solution est effectuée par laminage ou filage à
chaud de façon à maintenir une température d'au moins 300°C, sans réaliser de déformation à froid significative.
chaud de façon à maintenir une température d'au moins 300°C, sans réaliser de déformation à froid significative.
22. Procédé selon la revendication 21 dans lequel ladite déformation à froid du produit mis en solution et trempé est effectuée par une traction contrôlée avec un allongement permanent de 2 à 5% afin d'obtenir après revenu un état T8.
23. Procédé selon une quelconque des revendications 15 à 20 dans lequel - ladite coulée de l'alliage est faite sous forme d'ébauche de fil ou barre, - ladite déformation avant mise en solution est effectuée par filage et/ou étirage et/ou tréfilage à chaud et/ou à froid pour obtenir un fil ou une barre, il n'y a pas de déformation à froid du produit mis en solution et trempé
l'état métallurgique final après revenu est un état T6.
l'état métallurgique final après revenu est un état T6.
24. Procédé selon la revendication 23 dans lequel ladite déformation avant mise en solution comprend frappe ultérieure du fil ou de la barre obtenus pour obtenir des vis, boulons ou rivets.
25. Utilisation d'un produit corroyé selon une quelconque des revendications 1 à 14 dans une application dans laquelle ledit produit est maintenu à des températures de 100 °C à
200 °C pendant une durée significative d'au moins 200 heures.
200 °C pendant une durée significative d'au moins 200 heures.
26. Utilisation selon la revendication 25 dans laquelle ledit produit est une pièce d'attache destinées à être utilisées dans un moteur typiquement pour automobile.
27. Utilisation selon la revendication 26 dans laquelle ledit produit est une vis, un boulon ou un rivet.
28. Utilisation selon la revendication 25 dans laquelle ledit produit est une pièce de nacelle et/ou de mat d'accrochage d'avion ou de bord d'attaque d'aile d'avion ou de fuselage d'avion supersonique.
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