CA2851592C - Procede de transformation ameliore de toles en alliage al-cu-li - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un procédé de fabrication d'un produit laminé notamment pour l'industrie aéronautique à base d'alliage d'aluminium de composition 2,1 à 3,9 % en poids de Cu, 0,7 à 2.0 % en poids de Li, 0,1 à 1,0 % en poids de Mg, 0 à 0,6 % en poids d'Ag, 0 à 1% % en poids de Zn, au plus 0,20 % en poids de Fe + Si, au moins un élément choisi parmi Zr, Mn, Cr, Se, Hf et Ti, la quantité dudit élément, s'il est choisi, étant 0,05 à 0,18 % en poids pour Zr, 0,1 à 0,6% en poids pour Mn, 0,05 à 0,3 % en poids pour Cr, 0,02 à 0,2 % en poids pour Se, 0,05 à 0,5 % en poids pour Hf et de 0,01 à 0,15 % en poids pour Ti, les autres éléments au plus 0,05% en poids chacun et 0,15% en poids au total, le reste aluminium, dans lequel, on réalise notamment un planage et/ou une traction avec une déformation cumulée d'au moins 0,5% et inférieure à 3%, et un traitement thermique court dans lequel la tôle atteint une température comprise entre 130 et 170°C pendant 0, 1 à 13 heures. L'invention permet notamment de simplifier le procédé de mise en forme des tôles de fuselage et d'améliorer le compromis de propriété entre résistance mécanique statique et tolérance aux dommages.
Description
Procédé de transformation amélioré de tôles en alliage M-Cu-Li Domaine de l'invention L'invention concerne les produits en alliages aluminium-cuivre-lithium, plus particulièrement, de tels produits, leurs procédés de fabrication et d'utilisation, destinés en particulier à la construction aéronautique et aérospatiale.
Etat de la technique Des produits laminés en alliage d'aluminium sont développés pour produire des pièces de haute résistance destinées notamment à l'industrie aéronautique et à
l'industrie aérospatiale.
Les alliages d'aluminium contenant du lithium sont très intéressants à cet égard, car le lithium peut réduire la densité de l'aluminium de 3 % et augmenter le module d'élasticité de 6 % pour chaque pourcent en poids de lithium ajouté. Pour que ces alliages soient sélectionnés dans les avions, leur performance par rapport aux autres propriétés d'usage doit atteindre celle des alliages couramment utilisés, en particulier en terme de compromis entre les propriétés de résistance mécanique statique (limite d'élasticité, résistance à la rupture) et les propriétés de tolérance aux dommages (ténacité, résistance à
la propagation des fissures en fatigue), ces propriétés étant en général antinomiques.
L'amélioration du compromis entre la résistance mécanique la tolérance aux dommages est constamment recherchée.
Une autre propriété importante des tôles minces en alliage Al-Cu-Li, notamment celles dont l'épaisseur est comprise entre 0,5 et 12 mm, est l'aptitude à la mise en forme. Ces tôles sont notamment utilisées pour fabriquer des éléments de fuselage d'avion ou des éléments de fusée qui ont une forme générale complexe en 3 dimensions. Pour diminuer le coût de fabrication, les constructeurs aéronautiques cherchent à minimiser le nombre des étapes de formage des tôles, et à utiliser des tôles pouvant être fabriquées de manière peu onéreuse à
l'aide de gammes de transformation courtes, c'est-à-dire comprenant aussi peu d'étapes individuelles que possible.
Pour la fabrication des panneaux de fuselage, il y a actuellement plusieurs successions possibles des étapes de transformation, qui dépendent notamment de la déformation requise pendant la mise en forme. Pour des faibles déformations lors de la mise en forme, typiquement inférieures à 4 %, il est possible d'approvisionner des tôles dans un état trempé mûri (état " T3 "peu écroui ou "T4 "), et de mettre en forme les tôles dans cet état.
Cependant, dans la plupart des cas, la déformation recherchée est localement d'au moins 5% ou 6%. Une pratique actuelle des constructeurs aéronautiques consiste en général alors à approvisionner des tôles laminées à chaud ou à froid selon l'épaisseur requise, à l'état brut de fabrication (état " F " selon la norme EN 515) à l'état trempé mûri (état "T3 " ou "T4 "), voir à l'état recuit (état O ), à les soumettre à un traitement thermique de mise en solution suivi d'une trempe, puis à les mettre en forme sur trempe fraîche (état W ), avant enfin de les soumettre à un vieillissement naturel ou artificiel, de manière à obtenir les caractéristiques mécaniques requises. D'une manière générale, après mise en solution et trempe, les tôles se trouvent dans un état caractérisé par une bonne formabilité, mais cet état est instable (état "W "), et la mise en forme doit intervenir sur trempe fraîche, c'est-à-dire à l'intérieur d'un bref délai après la trempe, de l'ordre de quelques dizaines de minutes à quelques heures. Si cela n'est pas possible pour des raisons de gestion de la production, la tôle doit être stockée dans une chambre froide à une température suffisamment basse et pour une durée suffisamment courte de façon à éviter la maturation naturelle.
Dans certains cas, il est constaté que pour des durées trop courtes après mise en solution des lignes de Lüders apparaissent après mise en forme, ce qui impose une contrainte supplémentaire avec un délai d'attente minimum. Pour des pièces volumineuses et fortement formées, ce traitement thermique de mise en solution nécessite des fours de grande dimension, ce qui rend l'opération incommode, y compris par rapport à la même opération effectuée sur tôle plane. Le besoin éventuel d'une chambre froide rajoute aux coûts et inconvénients de l'état de la technique. De plus, après trempe la tôle peut être déformée et poser des problèmes liés à cette déformation par exemple lorsqu'il s'agit de la positionner dans les mors de l'outil d'étirage-formage. Pour des pièces fortement formées, cette opération doit éventuellement être répétée, si le matériau ne présente pas, à l'état métallurgique dans
Etat de la technique Des produits laminés en alliage d'aluminium sont développés pour produire des pièces de haute résistance destinées notamment à l'industrie aéronautique et à
l'industrie aérospatiale.
Les alliages d'aluminium contenant du lithium sont très intéressants à cet égard, car le lithium peut réduire la densité de l'aluminium de 3 % et augmenter le module d'élasticité de 6 % pour chaque pourcent en poids de lithium ajouté. Pour que ces alliages soient sélectionnés dans les avions, leur performance par rapport aux autres propriétés d'usage doit atteindre celle des alliages couramment utilisés, en particulier en terme de compromis entre les propriétés de résistance mécanique statique (limite d'élasticité, résistance à la rupture) et les propriétés de tolérance aux dommages (ténacité, résistance à
la propagation des fissures en fatigue), ces propriétés étant en général antinomiques.
L'amélioration du compromis entre la résistance mécanique la tolérance aux dommages est constamment recherchée.
Une autre propriété importante des tôles minces en alliage Al-Cu-Li, notamment celles dont l'épaisseur est comprise entre 0,5 et 12 mm, est l'aptitude à la mise en forme. Ces tôles sont notamment utilisées pour fabriquer des éléments de fuselage d'avion ou des éléments de fusée qui ont une forme générale complexe en 3 dimensions. Pour diminuer le coût de fabrication, les constructeurs aéronautiques cherchent à minimiser le nombre des étapes de formage des tôles, et à utiliser des tôles pouvant être fabriquées de manière peu onéreuse à
l'aide de gammes de transformation courtes, c'est-à-dire comprenant aussi peu d'étapes individuelles que possible.
Pour la fabrication des panneaux de fuselage, il y a actuellement plusieurs successions possibles des étapes de transformation, qui dépendent notamment de la déformation requise pendant la mise en forme. Pour des faibles déformations lors de la mise en forme, typiquement inférieures à 4 %, il est possible d'approvisionner des tôles dans un état trempé mûri (état " T3 "peu écroui ou "T4 "), et de mettre en forme les tôles dans cet état.
Cependant, dans la plupart des cas, la déformation recherchée est localement d'au moins 5% ou 6%. Une pratique actuelle des constructeurs aéronautiques consiste en général alors à approvisionner des tôles laminées à chaud ou à froid selon l'épaisseur requise, à l'état brut de fabrication (état " F " selon la norme EN 515) à l'état trempé mûri (état "T3 " ou "T4 "), voir à l'état recuit (état O ), à les soumettre à un traitement thermique de mise en solution suivi d'une trempe, puis à les mettre en forme sur trempe fraîche (état W ), avant enfin de les soumettre à un vieillissement naturel ou artificiel, de manière à obtenir les caractéristiques mécaniques requises. D'une manière générale, après mise en solution et trempe, les tôles se trouvent dans un état caractérisé par une bonne formabilité, mais cet état est instable (état "W "), et la mise en forme doit intervenir sur trempe fraîche, c'est-à-dire à l'intérieur d'un bref délai après la trempe, de l'ordre de quelques dizaines de minutes à quelques heures. Si cela n'est pas possible pour des raisons de gestion de la production, la tôle doit être stockée dans une chambre froide à une température suffisamment basse et pour une durée suffisamment courte de façon à éviter la maturation naturelle.
Dans certains cas, il est constaté que pour des durées trop courtes après mise en solution des lignes de Lüders apparaissent après mise en forme, ce qui impose une contrainte supplémentaire avec un délai d'attente minimum. Pour des pièces volumineuses et fortement formées, ce traitement thermique de mise en solution nécessite des fours de grande dimension, ce qui rend l'opération incommode, y compris par rapport à la même opération effectuée sur tôle plane. Le besoin éventuel d'une chambre froide rajoute aux coûts et inconvénients de l'état de la technique. De plus, après trempe la tôle peut être déformée et poser des problèmes liés à cette déformation par exemple lorsqu'il s'agit de la positionner dans les mors de l'outil d'étirage-formage. Pour des pièces fortement formées, cette opération doit éventuellement être répétée, si le matériau ne présente pas, à l'état métallurgique dans
2
3 PCT/FR2012/000414 lequel il se trouve, une formabilité suffisante permettant d'atteindre la forme voulue en une seule opération.
Dans une autre pratique actuelle, on part d'une tôle à l'état 0, voir à l'état T3, T4 ou à l'état F, on effectue une première opération de mise en forme à partir de cet état, et une deuxième mise en forme après mise en solution et trempe. Cette variante est notamment utilisée lorsque la mise en forme visée est trop importante pour pouvoir être effectuée en une seule opération à partir d'un état W, mais peut cependant être effectuée en deux passes à partir de l'état O. De plus les tôles à l'état 0 étant stables dans le temps sont plus aisées à
transformer. Toutefois, la fabrication de la tôle à l'état 0 fait intervenir un recuit final de la tôle brute de laminage, et donc généralement une étape de fabrication supplémentaire, et également une mise en solution et une trempe sur le produit formé ce qui est contraire au but de simplification visé par la présente invention.
La mise en forme d'éléments de structure complexes à l'état T8 se limite à des cas de formage peu sévères car l'allongement et le rapport Rõ,/Rp0,2 sont trop faibles dans cet état.
On notera que les propriétés optimales en termes de compromis de propriétés doivent être obtenues une fois la pièce mise en forme, notamment en tant qu'élément de fuselage, puisque que c'est la pièce mise en forme qui doit en particulier avoir de bonnes performances en tolérance aux dommages pour éviter une réparation trop fréquente d'éléments de fuselage. Il esf généralement admis que les fortes déformations après mise en solution et trempe conduisent à une augmentation de la résistance mécanique mais à une forte dégradation de la ténacité.
Le brevet US 5,032,359 décrit une vaste famille d'alliages aluminium-cuivre-lithium dans lesquels l'addition de magnésium et d'argent, en particulier entre 0,3 et 0,5 pourcent en poids, permet d'augmenter la résistance mécanique.
Le brevet US 5,455,003 décrit un procédé de fabrication d'alliages Al-Cu-Li qui présentent une résistance mécanique et une ténacité améliorés à température cryogénique, en particulier grâce à un écrouissage et un revenu appropriés. Ce brevet recommande en particulier la composition, en pourcentage en poids, Cu ---- 3,0 ¨ 4,5, Li =
0,7 ¨ 1,1, Ag = 0 ¨
0,6, Mg = 0,3-0,6 et Zn = 0 ¨ 0,75.
Le brevet US 7,438,772 décrit des alliages comprenant, en pourcentage en poids, Cu: 3-5, Mg: 0,5-2, Li : 0,01-0,9 et décourage l'utilisation de teneur en lithium plus élevées en raison d'une dégradation du compromis entre ténacité et résistance mécanique.
Le brevet US 7,229,509 décrit un alliage comprenant (% en poids) : (2,5-5,5) Cu, (0,1-2,5) Li, (0,2-1,0) Mg, (0,2-0,8) Ag, (0,2-0,8) Mn, 0,4 max Zr ou d'autres agents affinant le grain tels que Cr, Ti, Hf, Sc, V.
La demande de brevet US 2009/142222 Al décrit des alliages comprenant (en % en poids), 3,4 à 4,2% de Cu, 0,9 à 1,4 % de Li, 0,3 à 0,7 % de Ag, 0,1 à 0,6% de Mg, 0,2 à 0,8 % de Zn, 0,1 à 0,6 % de Mn et 0,01 à 0,6 % d'au moins un élément pour le contrôle de la structure granulaire. Cette demande décrit également un procédé de fabrication de produits filés.
Le brevet EP 1,966,402 décrit un alliage ne contenant pas de zirconium destiné
à des tôles de fuselage de structure essentiellement recristallisée comprenant (en % en poids) (2,1-2,8)Cu, (1,1-1,7) Li, (0,2-0,6) Mg, (0,1-0,8) Ag, (0,2-0,6) Mn. Les produits obtenus à l'état T8 ne sont pas aptes à la mise en forme, avec notamment un rapport Rn, il R0.2 inférieur à
1,2 dans les directions L et LT.
Le brevet EP 1,891,247 décrit un alliage destiné à des tôles de fuselage comprenant (en %
en poids) (3,0-3,4)Cu, (0,8-1,2) Li, (0,2-0,6) Mg, (0,2-0,5) Ag et au moins un élément parmi Zr, Mn, Cr, Sc, Hf et Ti, dans lequel les teneurs en Cu et en Li répondent à la condition Cu + 5/3 Li <5,2. Les produits obtenus à l'état T8 ne sont pas apte à la mise en forme, avec notamment un rapport Ri, // R02 inférieur à 1,2 dans les directions L et LT. Il a de plus été constaté que l'énergie globale à rupture mesurée par test Kahn qui est reliée à
la ténacité diminue avec la déformation et de façon plus brutale pour une déformation de 6%, ce qui pose le problème de l'obtention d'une ténacité élevée quelque soit le taux de déformation local lors de la mise en forme.
Dans une autre pratique actuelle, on part d'une tôle à l'état 0, voir à l'état T3, T4 ou à l'état F, on effectue une première opération de mise en forme à partir de cet état, et une deuxième mise en forme après mise en solution et trempe. Cette variante est notamment utilisée lorsque la mise en forme visée est trop importante pour pouvoir être effectuée en une seule opération à partir d'un état W, mais peut cependant être effectuée en deux passes à partir de l'état O. De plus les tôles à l'état 0 étant stables dans le temps sont plus aisées à
transformer. Toutefois, la fabrication de la tôle à l'état 0 fait intervenir un recuit final de la tôle brute de laminage, et donc généralement une étape de fabrication supplémentaire, et également une mise en solution et une trempe sur le produit formé ce qui est contraire au but de simplification visé par la présente invention.
La mise en forme d'éléments de structure complexes à l'état T8 se limite à des cas de formage peu sévères car l'allongement et le rapport Rõ,/Rp0,2 sont trop faibles dans cet état.
On notera que les propriétés optimales en termes de compromis de propriétés doivent être obtenues une fois la pièce mise en forme, notamment en tant qu'élément de fuselage, puisque que c'est la pièce mise en forme qui doit en particulier avoir de bonnes performances en tolérance aux dommages pour éviter une réparation trop fréquente d'éléments de fuselage. Il esf généralement admis que les fortes déformations après mise en solution et trempe conduisent à une augmentation de la résistance mécanique mais à une forte dégradation de la ténacité.
Le brevet US 5,032,359 décrit une vaste famille d'alliages aluminium-cuivre-lithium dans lesquels l'addition de magnésium et d'argent, en particulier entre 0,3 et 0,5 pourcent en poids, permet d'augmenter la résistance mécanique.
Le brevet US 5,455,003 décrit un procédé de fabrication d'alliages Al-Cu-Li qui présentent une résistance mécanique et une ténacité améliorés à température cryogénique, en particulier grâce à un écrouissage et un revenu appropriés. Ce brevet recommande en particulier la composition, en pourcentage en poids, Cu ---- 3,0 ¨ 4,5, Li =
0,7 ¨ 1,1, Ag = 0 ¨
0,6, Mg = 0,3-0,6 et Zn = 0 ¨ 0,75.
Le brevet US 7,438,772 décrit des alliages comprenant, en pourcentage en poids, Cu: 3-5, Mg: 0,5-2, Li : 0,01-0,9 et décourage l'utilisation de teneur en lithium plus élevées en raison d'une dégradation du compromis entre ténacité et résistance mécanique.
Le brevet US 7,229,509 décrit un alliage comprenant (% en poids) : (2,5-5,5) Cu, (0,1-2,5) Li, (0,2-1,0) Mg, (0,2-0,8) Ag, (0,2-0,8) Mn, 0,4 max Zr ou d'autres agents affinant le grain tels que Cr, Ti, Hf, Sc, V.
La demande de brevet US 2009/142222 Al décrit des alliages comprenant (en % en poids), 3,4 à 4,2% de Cu, 0,9 à 1,4 % de Li, 0,3 à 0,7 % de Ag, 0,1 à 0,6% de Mg, 0,2 à 0,8 % de Zn, 0,1 à 0,6 % de Mn et 0,01 à 0,6 % d'au moins un élément pour le contrôle de la structure granulaire. Cette demande décrit également un procédé de fabrication de produits filés.
Le brevet EP 1,966,402 décrit un alliage ne contenant pas de zirconium destiné
à des tôles de fuselage de structure essentiellement recristallisée comprenant (en % en poids) (2,1-2,8)Cu, (1,1-1,7) Li, (0,2-0,6) Mg, (0,1-0,8) Ag, (0,2-0,6) Mn. Les produits obtenus à l'état T8 ne sont pas aptes à la mise en forme, avec notamment un rapport Rn, il R0.2 inférieur à
1,2 dans les directions L et LT.
Le brevet EP 1,891,247 décrit un alliage destiné à des tôles de fuselage comprenant (en %
en poids) (3,0-3,4)Cu, (0,8-1,2) Li, (0,2-0,6) Mg, (0,2-0,5) Ag et au moins un élément parmi Zr, Mn, Cr, Sc, Hf et Ti, dans lequel les teneurs en Cu et en Li répondent à la condition Cu + 5/3 Li <5,2. Les produits obtenus à l'état T8 ne sont pas apte à la mise en forme, avec notamment un rapport Ri, // R02 inférieur à 1,2 dans les directions L et LT. Il a de plus été constaté que l'énergie globale à rupture mesurée par test Kahn qui est reliée à
la ténacité diminue avec la déformation et de façon plus brutale pour une déformation de 6%, ce qui pose le problème de l'obtention d'une ténacité élevée quelque soit le taux de déformation local lors de la mise en forme.
4 Le brevet EP 1045043 décrit le procédé de fabrication de pièces formées en alliage de type AA2024, et notamment de pièces fortement déformées, par l'association d'une composition chimique optimisée et de procédés de fabrication particuliers, permettant d'éviter autant que possible la mise en solution sur tôle formée.
Dans l'article Al--(4.5-6.3)Cu--1.3Li--0.4Ag--0.4Mg--0.14Zr Alloy Weldalite 049 from Pickens, J R; Heubaum, F H; Langan, T J ; Kramer, L S publié dans Aluminum--Lithium Alloys. Vol. III; Williamsburg, Virginia; USA; 27-31 Mar. 1989. (March 27, 1989), différents traitements thermique sont décrits pour ces alliages à forte teneur en cuivre.
Il existe un besoin pour des produits laminés en alliage aluminium-cuivre-lithium présentant des propriétés améliorées par rapport à celles des produits connus, en particulier en termes de compromis entre les propriétés de résistance mécanique statique et les propriétés de tolérance aux dommages même après un niveau élevé de déformation lors de la mise en forme, tout en ayant une faible densité.
De plus il existe un besoin pour un procédé de fabrication simplifié
permettant la mise en forme de ces produits pour obtenir notamment des éléments de fuselage de façon économique, tout en obtenant des caractéristiques mécaniques satisfaisantes.
Objet de l'invention Un premier objet de l'invention est un procédé de fabrication d'un produit laminé à base d'alliage d'aluminium notamment pour l'industrie aéronautique dans lequel:
successivement, a) on élabore un bain de métal liquide à base d'aluminium comprenant 2,1 à 3,9 %
en poids de Cu, 0,7 à 2.0 % en poids de Li, 0,1 à 1,0 % en poids de Mg, 0 à
0,6 % en poids d'Ag, 0 à 1% % en poids de Zn, au plus 0,20 % en poids de Fe +
Si, au moins un élément choisi parmi Zr, Mn, Cr, Sc, Hf et Ti, la quantité
dudit élément, s'il est choisi, étant 0,05 à 0,18 % en poids pour Zr, 0,1 à 0,6% en poids pour Mn, 0,05 à 0,3 % en poids pour Cr, 0,02 à 0,2 % en poids pour Sc, 0,05 à 0,5 % en poids pour Hf et de 0,01 à 0,15 % en poids pour Ti, les autres
Dans l'article Al--(4.5-6.3)Cu--1.3Li--0.4Ag--0.4Mg--0.14Zr Alloy Weldalite 049 from Pickens, J R; Heubaum, F H; Langan, T J ; Kramer, L S publié dans Aluminum--Lithium Alloys. Vol. III; Williamsburg, Virginia; USA; 27-31 Mar. 1989. (March 27, 1989), différents traitements thermique sont décrits pour ces alliages à forte teneur en cuivre.
Il existe un besoin pour des produits laminés en alliage aluminium-cuivre-lithium présentant des propriétés améliorées par rapport à celles des produits connus, en particulier en termes de compromis entre les propriétés de résistance mécanique statique et les propriétés de tolérance aux dommages même après un niveau élevé de déformation lors de la mise en forme, tout en ayant une faible densité.
De plus il existe un besoin pour un procédé de fabrication simplifié
permettant la mise en forme de ces produits pour obtenir notamment des éléments de fuselage de façon économique, tout en obtenant des caractéristiques mécaniques satisfaisantes.
Objet de l'invention Un premier objet de l'invention est un procédé de fabrication d'un produit laminé à base d'alliage d'aluminium notamment pour l'industrie aéronautique dans lequel:
successivement, a) on élabore un bain de métal liquide à base d'aluminium comprenant 2,1 à 3,9 %
en poids de Cu, 0,7 à 2.0 % en poids de Li, 0,1 à 1,0 % en poids de Mg, 0 à
0,6 % en poids d'Ag, 0 à 1% % en poids de Zn, au plus 0,20 % en poids de Fe +
Si, au moins un élément choisi parmi Zr, Mn, Cr, Sc, Hf et Ti, la quantité
dudit élément, s'il est choisi, étant 0,05 à 0,18 % en poids pour Zr, 0,1 à 0,6% en poids pour Mn, 0,05 à 0,3 % en poids pour Cr, 0,02 à 0,2 % en poids pour Sc, 0,05 à 0,5 % en poids pour Hf et de 0,01 à 0,15 % en poids pour Ti, les autres
5 éléments au plus 0,05% en poids chacun et 0,15% en poids au total, le reste aluminium ;
b) on coule une plaque de laminage à partir dudit bain de métal liquide ;
c) optionnellement, on homogénéise ladite plaque de laminage ;
d) on lamine à chaud et optionnellement à froid ladite plaque de laminage en une tôle, e) on met en solution ladite tôle et on la trempe;
f) on réalise un planage et/ou on tractionne de façon contrôlée ladite tôle avec une déformation cumulée d'au moins 0,5% et inférieure à 3%, g) on réalise un traitement thermique court dans lequel ladite tôle atteint une température comprise entre 130 et 170 C et de préférence entre 150 et 160 C
pendant 0,1 à 13 heures et de préférence de 1 à 5 h, ledit traitement thermique court induisant une diminution de la limite d'élasticité
Rp0,2 d'au moins 20 MPa et une augmentation de l'allongement A% tel que A% est multiplié par un facteur d'au moins 1,1 par rapport à l'état obtenu sans traitement thermique court.
Un deuxième objet de l'invention est un produit laminé susceptible d'être obtenu par un procédé selon l'invention, présentant entre 0 et 50 jours après traitement thermique court, une combinaison d'au moins une propriété choisie parmi R0,2(L) d'au moins 220 MPa et de préférence d'au moins 250 MPa, Rp0,2(LT) d'au moins 200 MPa et de préférence d'au moins 230 MPa, Rfp(L) d'au moins 340 MPa et de préférence d'au moins 380 MPa, R,,,(LT) d'au moins 320 MPa et de préférence d'au moins 360 MPa avec une propriété
choisie parmi A /0(L) au moins 14% et de préférence au moins 15%, A%(LT) au moins 24%
et de préférence au moins 26%, Rõ, /Rp0,2 (L) au moins 1,40 et de préférence au moins 1,45, Rrp /Rp0,2(LT) au moins 1,45 et de préférence au moins 1,50.
Un autre objet de l'invention est un produit susceptible d'être obtenu par un procédé selon l'invention, présentant une limite d'élasticité en traction R02(L) au moins sensiblement égale et une ténacité KR supérieure, de préférence d'au moins 5%, à celles obtenue par un procédé semblable ne comprenant pas de traitement thermique court.
b) on coule une plaque de laminage à partir dudit bain de métal liquide ;
c) optionnellement, on homogénéise ladite plaque de laminage ;
d) on lamine à chaud et optionnellement à froid ladite plaque de laminage en une tôle, e) on met en solution ladite tôle et on la trempe;
f) on réalise un planage et/ou on tractionne de façon contrôlée ladite tôle avec une déformation cumulée d'au moins 0,5% et inférieure à 3%, g) on réalise un traitement thermique court dans lequel ladite tôle atteint une température comprise entre 130 et 170 C et de préférence entre 150 et 160 C
pendant 0,1 à 13 heures et de préférence de 1 à 5 h, ledit traitement thermique court induisant une diminution de la limite d'élasticité
Rp0,2 d'au moins 20 MPa et une augmentation de l'allongement A% tel que A% est multiplié par un facteur d'au moins 1,1 par rapport à l'état obtenu sans traitement thermique court.
Un deuxième objet de l'invention est un produit laminé susceptible d'être obtenu par un procédé selon l'invention, présentant entre 0 et 50 jours après traitement thermique court, une combinaison d'au moins une propriété choisie parmi R0,2(L) d'au moins 220 MPa et de préférence d'au moins 250 MPa, Rp0,2(LT) d'au moins 200 MPa et de préférence d'au moins 230 MPa, Rfp(L) d'au moins 340 MPa et de préférence d'au moins 380 MPa, R,,,(LT) d'au moins 320 MPa et de préférence d'au moins 360 MPa avec une propriété
choisie parmi A /0(L) au moins 14% et de préférence au moins 15%, A%(LT) au moins 24%
et de préférence au moins 26%, Rõ, /Rp0,2 (L) au moins 1,40 et de préférence au moins 1,45, Rrp /Rp0,2(LT) au moins 1,45 et de préférence au moins 1,50.
Un autre objet de l'invention est un produit susceptible d'être obtenu par un procédé selon l'invention, présentant une limite d'élasticité en traction R02(L) au moins sensiblement égale et une ténacité KR supérieure, de préférence d'au moins 5%, à celles obtenue par un procédé semblable ne comprenant pas de traitement thermique court.
6 Encore un autre objet de l'invention est l'utilisation d'un produit susceptible d'être obtenu par un procédé selon l'invention pour la fabrication d'une peau de fuselage d'avion.
Description des figures 6a Figure 1 Courbes R dans la direction T-L obtenue sur les échantillons de l'exemple 1 Figure 2 Rapport Rn, / Rp0,2 dans la direction LT à l'issue du traitement thermique court en fonction du temps équivalent à 150 C pour des températures de traitement de 145 C, 150 C et 155 C, tel que décrit dans l'exemple 3.
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 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 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 12,õ la limite d'élasticité conventionnelle à 0,2% d'allongement Rp0,2, 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.
La ténacité sous contrainte plane est déterminée grâce à une courbe du facteur d'intensité
de contrainte en fonction de l'extension de fissure, connue comme la courbe R, selon la norme ASTM E 561. Le facteur d'intensité de contrainte critique Kc, en d'autres termes le facteur d'intensité qui rend la fissure instable, est calculé à partir de la courbe R. Le facteur d'intensité de contrainte Kco est également calculé en attribuant la longueur de fissure initiale à la charge critique, au commencement de la charge monotone. Ces deux valeurs sont calculées pour une éprouvette de la forme requise. Kapp représente le facteur Kco correspondant à l'éprouvette qui a été utilisée pour effectuer l'essai de courbe R. Keff représente le facteur Kc correspondant à l'éprouvette qui a été utilisée pour effectuer l'essai de courbe R. Aaeff(nax) représente l'extension de fissure du dernier point valide de la courbe R.
Description des figures 6a Figure 1 Courbes R dans la direction T-L obtenue sur les échantillons de l'exemple 1 Figure 2 Rapport Rn, / Rp0,2 dans la direction LT à l'issue du traitement thermique court en fonction du temps équivalent à 150 C pour des températures de traitement de 145 C, 150 C et 155 C, tel que décrit dans l'exemple 3.
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 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 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 12,õ la limite d'élasticité conventionnelle à 0,2% d'allongement Rp0,2, 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.
La ténacité sous contrainte plane est déterminée grâce à une courbe du facteur d'intensité
de contrainte en fonction de l'extension de fissure, connue comme la courbe R, selon la norme ASTM E 561. Le facteur d'intensité de contrainte critique Kc, en d'autres termes le facteur d'intensité qui rend la fissure instable, est calculé à partir de la courbe R. Le facteur d'intensité de contrainte Kco est également calculé en attribuant la longueur de fissure initiale à la charge critique, au commencement de la charge monotone. Ces deux valeurs sont calculées pour une éprouvette de la forme requise. Kapp représente le facteur Kco correspondant à l'éprouvette qui a été utilisée pour effectuer l'essai de courbe R. Keff représente le facteur Kc correspondant à l'éprouvette qui a été utilisée pour effectuer l'essai de courbe R. Aaeff(nax) représente l'extension de fissure du dernier point valide de la courbe R.
7 On appelle ici élément de structure ou élément structural d'une construction mécanique une pièce mécanique pour laquelle les propriétés mécaniques statiques et/ou dynamiques sont particulièrement importantes pour la performance de la structure, et pour laquelle un calcul de structure est habituellement prescrit ou réalisé. Il s'agit typiquement d'éléments dont la défaillance est susceptible de mettre en danger la sécurité
de ladite construction, de ses utilisateurs, de ses usagers ou d'autrui. Pour un avion, ces éléments de structure comprennent notamment les éléments qui composent le fuselage (tels que la peau de fuselage, fuselage skin en anglais), les raidisseurs ou lisses de fuselage (stringers), les cloisons étanches (bulkheads), les cadres de fuselage (circumferential frames), les ailes (tels que la peau de voilure extrados ou intrados (upper or lower wing skin), les raidisseurs (stringers ou stiffeners), les nervures (ribs) et longerons (spars)) et l'empennage composé
notamment de stabilisateurs horizontaux et verticaux (horizontal or vertical stabilisers), ainsi que les profilés de plancher (floor beams), les rails de sièges (seat tracks) et les portes, Selon l'invention, on réalise après laminage sous forme de tôle, mise en solution, trempe et planage et/ou traction au moins un traitement thermique court avec une durée et une température telles que la tôle atteint une température comprise entre 130 et 170 C et de préférence entre 150 et 160 C pendant 0,1 à 13 heures de préférence de 0,5 à
9h et de manière préférée de 1 à 5 h. Typiquement, suite à ce traitement thermique court, la limite d'élasticité Rp0,2 diminue significativement, c'est-à-dire d'au moins 20 MPa ou même plus, tandis que l'allongement A% est augmenté c'est à dire qu'il est multiplié par un facteur d'au moins 1,1, ou même d'au moins 1,2 voir d'au moins 1,3 par rapport à
l'état obtenu sans traitement thermique court, typiquement T3 ou T4. Le traitement thermique court n'est donc pas un revenu avec lequel on obtiendrait un état T8 mais un traitement thermique particulier qui permet d'obtenir un état non standardisé particulièrement apte à la mise en forme. En effet, une tôle à l'état T8 présente une limite d'élasticité
supérieure à celle d'un état T3 ou T4 alors qu'après le traitement thermique court selon l'invention la limite d'élasticité est au contraire plus faible que celle d'un état T3 ou T4.
Avantageusement, le traitement thermique court est réalisé de façon à obtenir un temps équivalent à 150 C de 0,5 h à 6 h et de préférence de 1h à 4h et de manière préférée de lh à 3h, le temps équivalent t, à 150 C est défini par la formule :
de ladite construction, de ses utilisateurs, de ses usagers ou d'autrui. Pour un avion, ces éléments de structure comprennent notamment les éléments qui composent le fuselage (tels que la peau de fuselage, fuselage skin en anglais), les raidisseurs ou lisses de fuselage (stringers), les cloisons étanches (bulkheads), les cadres de fuselage (circumferential frames), les ailes (tels que la peau de voilure extrados ou intrados (upper or lower wing skin), les raidisseurs (stringers ou stiffeners), les nervures (ribs) et longerons (spars)) et l'empennage composé
notamment de stabilisateurs horizontaux et verticaux (horizontal or vertical stabilisers), ainsi que les profilés de plancher (floor beams), les rails de sièges (seat tracks) et les portes, Selon l'invention, on réalise après laminage sous forme de tôle, mise en solution, trempe et planage et/ou traction au moins un traitement thermique court avec une durée et une température telles que la tôle atteint une température comprise entre 130 et 170 C et de préférence entre 150 et 160 C pendant 0,1 à 13 heures de préférence de 0,5 à
9h et de manière préférée de 1 à 5 h. Typiquement, suite à ce traitement thermique court, la limite d'élasticité Rp0,2 diminue significativement, c'est-à-dire d'au moins 20 MPa ou même plus, tandis que l'allongement A% est augmenté c'est à dire qu'il est multiplié par un facteur d'au moins 1,1, ou même d'au moins 1,2 voir d'au moins 1,3 par rapport à
l'état obtenu sans traitement thermique court, typiquement T3 ou T4. Le traitement thermique court n'est donc pas un revenu avec lequel on obtiendrait un état T8 mais un traitement thermique particulier qui permet d'obtenir un état non standardisé particulièrement apte à la mise en forme. En effet, une tôle à l'état T8 présente une limite d'élasticité
supérieure à celle d'un état T3 ou T4 alors qu'après le traitement thermique court selon l'invention la limite d'élasticité est au contraire plus faible que celle d'un état T3 ou T4.
Avantageusement, le traitement thermique court est réalisé de façon à obtenir un temps équivalent à 150 C de 0,5 h à 6 h et de préférence de 1h à 4h et de manière préférée de lh à 3h, le temps équivalent t, à 150 C est défini par la formule :
8 lexp(-16400 / T) dt t, = ________________________________________ exp (-16400 / Tref) où T (en Kelvin) est la température instantanée de traitement du métal, qui évolue avec le temps t (en heures), et Tõf est une température de référence fixée à
K. t, est exprimé en heures, la constante Q/R -= 16400 K est dérivée de l'énergie d'activation pour la diffusion du Cu, pour laquelle la valeur Q = 136100 J/mol a été utilisée.
De manière surprenante, les présents inventeurs ont constaté que les propriétés mécaniques obtenues à l'issue du traitement thermique court sont stables dans le temps, ce qui permet d'utiliser les tôles dans l'état obtenu à l'issue du traitement thermique court à la place de tôle à l'état 0 ou l'état W pour la mise en forme.
Les présents inventeurs ont constaté que de manière surprenante, non seulement le traitement thermique court permet de simplifier le procédé de fabrication des produits en supprimant la mise en forme sur état 0 ou W, mais de plus que le compromis entre résistance mécanique statique et tolérance aux dommages est au moins identique ou même amélioré grâce au procédé de l'invention, à l'état revenu par rapport à un procédé ne comprenant pas de traitement thermique court. En particulier pour une déformation supplémentaire à froid d'au moins 5% après traitement thermique court, le compromis obtenu entre résistance mécanique statique et ténacité est amélioré par rapport à l'état de la technique.
L'avantage du procédé selon l'invention est obtenu pour des produits ayant teneur en cuivre comprise entre 2,1 et 3,9 % en poids. Dans une réalisation avantageuse de l'invention, la teneur en cuivre est au moins de 2,8 % ou 3% en poids. Une teneur en cuivre maximale de 3,7 ou 3,5 % en poids est préférée.
La teneur en lithium est comprise entre 0,7% ou 0,8% et 2,0 % en poids.
Avantageusement, la teneur en lithium est au moins 0,85 % en poids. Une teneur en lithium maximale de 1,6 ou même 1,2% en poids est préférée.
K. t, est exprimé en heures, la constante Q/R -= 16400 K est dérivée de l'énergie d'activation pour la diffusion du Cu, pour laquelle la valeur Q = 136100 J/mol a été utilisée.
De manière surprenante, les présents inventeurs ont constaté que les propriétés mécaniques obtenues à l'issue du traitement thermique court sont stables dans le temps, ce qui permet d'utiliser les tôles dans l'état obtenu à l'issue du traitement thermique court à la place de tôle à l'état 0 ou l'état W pour la mise en forme.
Les présents inventeurs ont constaté que de manière surprenante, non seulement le traitement thermique court permet de simplifier le procédé de fabrication des produits en supprimant la mise en forme sur état 0 ou W, mais de plus que le compromis entre résistance mécanique statique et tolérance aux dommages est au moins identique ou même amélioré grâce au procédé de l'invention, à l'état revenu par rapport à un procédé ne comprenant pas de traitement thermique court. En particulier pour une déformation supplémentaire à froid d'au moins 5% après traitement thermique court, le compromis obtenu entre résistance mécanique statique et ténacité est amélioré par rapport à l'état de la technique.
L'avantage du procédé selon l'invention est obtenu pour des produits ayant teneur en cuivre comprise entre 2,1 et 3,9 % en poids. Dans une réalisation avantageuse de l'invention, la teneur en cuivre est au moins de 2,8 % ou 3% en poids. Une teneur en cuivre maximale de 3,7 ou 3,5 % en poids est préférée.
La teneur en lithium est comprise entre 0,7% ou 0,8% et 2,0 % en poids.
Avantageusement, la teneur en lithium est au moins 0,85 % en poids. Une teneur en lithium maximale de 1,6 ou même 1,2% en poids est préférée.
9 La teneur en magnésium est comprise entre 0,1% et 1,0% en poids.
Préférentiellement, la teneur en magnésium est au moins de 0,2 % ou même 0,25 % en poids. Dans un mode de réalisation de l'invention la teneur maximale en magnésium est de 0,6 % en poids.
La teneur en argent est comprise entre 0 % et 0,6 % en poids. Dans une réalisation avantageuse de l'invention, la teneur en argent est comprise entre 0,1 et 0,5 % en poids et de manière préférée entre 0,15 et 0,4 % en poids. L'addition d'argent contribue à améliorer le compromis de propriétés mécaniques des produits obtenus par le procédé
selon l'invention.
La teneur en zinc est comprise entre 0 % et 1 % en poids. Le zinc est généralement une impureté indésirable, notamment en raison de sa contribution à la densité de l'alliage, cependant dans certains cas le zinc peut être utilisé seul ou en combinaison avec l'argent.
De manière préférée, la teneur en zinc est inférieure à 0,40 % en poids, de préférence inférieure à 0,2% en poids Dans un mode de réalisation de l'invention la teneur en zinc est inférieure à 0,04 % en poids.
L'alliage contient également au moins un élément pouvant contribuer au contrôle de la taille de grain choisi parmi Zr, Mn, Cr, Sc, Hf et Ti, la quantité de l'élément, s'il est choisi, étant de 0,05 à 0,18 % en poids pour Zr, 0,1 à 0,6% en poids pour Mn, 0,05 à
0,3 % en poids pour Cr, 0,02 à 0,2 % en poids pour Sc, 0,05 à 0,5 % en poids pour Hf et de 0,01 à
0,15 % en poids pour Ti. De manière préférée on choisit d'ajouter entre 0,08 et 0,15 % en poids de zirconium et entre 0,01 et 0,10 % en poids de titane et on limite la teneur en Mn, Cr, Sc et Hf à au maximum 0,05 % en poids, ces éléments pouvant avoir un effet défavorable, notamment sur la densité et n'étant ajoutés que pour favoriser encore l'obtention d'une structure essentiellement non-recristallisée si nécessaire.
Dans un mode de réalisation avantageux de l'invention, la teneur en zirconium est au moins égale à 0,11 % en poids.
Dans un autre mode de réalisation de l'invention, la teneur en manganèse est comprise entre 0,2 et 0,4 % en poids et la teneur en zirconium est inférieure à 0,04 %
en poids.
La somme de la teneur en fer et de la teneur en silicium est au plus de 0,20 %
en poids. De préférence, les teneurs en fer et en silicium sont chacune au plus de 0,08 %
en poids. Dans une réalisation avantageuse de l'invention les teneurs en fer et en silicium sont au plus de 0,06 % et 0,04 % en poids, respectivement. Une teneur en fer et en silicium contrôlée et limitée contribue à l'amélioration du compromis entre résistance mécanique et tolérance aux dommages.
Les autres éléments on une teneur au plus 0,05% en poids chacun et 0,15% en poids au total, il s'agit d'impuretés inévitables, le reste est de l'aluminium.
Le procédé de fabrication selon l'invention comprend les étapes d'élaboration, coulée, laminage, mise en solution, trempe, planage et/ou traction et traitement thermique court.
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 sous forme de plaque de laminage.
La plaque de laminage peut ensuite optionnellement être homogénéisée de façon à atteindre une température comprise entre 450 C et 550 et de préférence entre 480 oc et pendant une durée comprise entre 5 et 60 heures. Le traitement d'homogénéisation peut être réalisé en un ou plusieurs paliers.
La plaque de laminage est ensuite laminée à chaud et optionnellement à froid en une tôle.
Avantageusement l'épaisseur de ladite tôle est comprise entre 0,5 et 15 mm et de préférence entre 1 et 8 mm.
Le produit ainsi obtenu est ensuite mis en solution typiquement par un traitement thermique permettant d'atteindre une température comprise entre 490 et 530 C pendant 15 min à 8 h, puis trempé typiquement avec de l'eau à température ambiante ou préférentiellement de l'eau froide.
On réalise ensuite un planage et/ou on tractionne de façon contrôlée ladite tôle avec une déformation cumulée d'au moins 0,5% et inférieure à 3%. Lorsque qu'un planage est réalisé, la déformation effectuée lors du planage n'est pas toujours connue précisément mais elle est estimée à environ 0,5 %. Quand elle est réalisée, la traction contrôlée est mise en oeuvre avec une déformation permanente comprise entre 0,5 à 2,5 % et de préférence entre comprise entre 0,5 à 1,5 %. La combinaison entre une traction contrôlée avec une déformation permanente préférée et un traitement thermique court permet d'atteindre des résultats optimaux en termes de formabilité et de propriétés mécaniques, notamment quand une mise en forme supplémentaire et un revenu sont réalisés.
Le produit subit ensuite un traitement thermique court déjà décrit.
A l'issue du traitement thermique court, la tôle obtenue par le procédé selon l'invention présente de préférence, entre 0 et 50 jours et de manière préférée entre 0 et 200 jours après traitement thermique court, une combinaison d'au moins une propriété choisie parmi R0,2(L) d'au moins 220 MPa et de préférence d'au moins 250 MPa, Rp0,2(LT) d'au moins 200 MPa et de préférence d'au moins 230 MPa, R,n(L) d'au moins 340 MPa et de préférence d'au moins 380 MPa, R.(LT) d'au moins 320 MPa et de préférence d'au moins 360 MPa avec une propriété choisie parmi A%(L) au moins 14% et de préférence au moins 15%, A%(LT) au moins 24% et de préférence au moins 26%, R. /R0.2 (L) au moins 1,40 et de préférence au moins 1,45, Rip /Rp0,2(LT) au moins 1,45 et de préférence au moins 1,50.
Dans un mode de réalisation avantageux de l'invention à l'issue du traitement thermique court, la tôle obtenue par le procédé selon l'invention présente un rapport Ri, /Rp0,2 dans la direction LT d'au moins 1,52 ou 1,53.
Avantageusement, entre 0 et 50 jours et manière préférée entre 0 et 200 jours après le traitement thermique court, la tôle obtenue par le procédé selon l'invention présente une limite d'élasticité R0,2(L) inférieure à 290 MPa et = de préférence inférieure à 280 MPa et Rp0,2(LT) inférieure à 270 MPa et de préférence inférieure à 260 MPa.
.. A l'issue du traitement thermique court, la tôle est donc prête pour une déformation supplémentaire à froid, notamment une opération de mise en forme en 3 dimensions. Un avantage de l'invention est que cette déformation supplémentaire peut atteindre localement ou de façon généralisée des valeurs de 6 à 8% ou même jusque 10%. Pour atteindre des propriétés mécaniques suffisantes à l'issue du revenu à l'état T8, une déformation minimale cumulée de 2% entre ladite déformation supplémentaire et la déformation cumulée par planage et/ou on traction contrôlée réalisée avant le traitement thermique court est avantageuse. De manière préférée, la déformation supplémentaire à froid est localement ou de façon généralisée d'au moins 1% de préférence au moins 4% et de manière préférée d'au moins 6%.
On réalise enfin un revenu dans lequel ladite tôle atteint une température comprise entre 130 et 170 C et de préférence entre 150 et 160 C pendant 5 à 100 heures et de préférence de 10 à 70h. Le revenu peut-être réalisé en un ou plusieurs paliers.
Avantageusement la déformation à froid est effectuée par un ou plusieurs procédés de mise en forme tels que l'étirage, l'étirage-formage, l'emboutissage, le fluotournage ou le pliage.
Dans une réalisation avantageuse, il s'agit d'une mise en forme dans les trois dimensions de l'espace pour obtenir une pièce de forme complexe, de préférence par étirage-formage.
Ainsi le produit obtenu à l'issue du traitement thermique court peut être mis en forme comme un produit à l'état 0 ou un produit à l'état W. Cependant, par rapport à
un produit à
l'état 0 il a l'avantage de ne plus nécessiter de mise en solution et trempe pour atteindre les propriétés mécaniques finales, un simple traitement de revenu étant suffisant.
Par rapport à
un produit à l'état W, il a l'avantage d'être stable et de ne pas nécessiter de chambre froide et de ne pas poser de problèmes liés à la déformation de cet état. Le produit présente également l'avantage en général de ne pas générer de lignes de Lüders rédhibitoires lors de la mise en forme. Ainsi on peut par exemple effectuer le traitement thermique court chez le fabriquant de tôle et la mise en forme chez le fabricant de structure aéronautique, directement sur le produit livré. Le procédé selon l'invention permet d'effectuer la mise en forme en 3 dimensions d'une tôle à l'issue du traitement thermique court sans que la tôle ne soit dans un état T8, un état 0 ou un état W avant cette mise en forme en 3 dimensions.
De manière surprenante, le compromis entre les propriétés mécaniques statiques et les propriétés de tolérance aux dommages obtenues à l'issue du revenu est avantageux par rapport à celui obtenue pour un traitement semblable ne comprenant pas de traitement thermique court. En particulier, les inventeurs ont constaté que la résistance mécanique, en particulier la limite d'élasticité en traction R0,2(L) est élevée et augmente avec la déformation supplémentaire mais que contrairement à leur attente la ténacité
mesurée par la .. courbe R (valeurs de KR) ne diminue pas significativement, notamment jusqu'à une valeur d'extension de fissure de 60 mm quand on augmente la déformation supplémentaire, même jusque une déformation généralisée de 8%. Avantageusement le produit susceptible d'être obtenu par le procédé comprenant les étapes de déformation supplémentaire et de revenu présente une limite d'élasticité en traction R0,2(L) au moins sensiblement égale et une ténacité KR supérieure, de préférence d'au moins 5%, à celle obtenue par un procédé
semblable ne comprenant pas de traitement thermique court. Typiquement, la limite d'élasticité en traction R0,2(L) est au moins égale à 90% ou de préférence 95%
de celle obtenue par un procédé semblable ne comprenant pas de traitement thermique court. Le procédé selon l'invention permet d'obtenir notamment une tôle en alliage AA2198 dont l'épaisseur est comprise entre 0,5 et 15 mm et de préférence entre 1 et 8 mm ayant après traitement thermique de revenu à l'état T8, une combinaison d'au moins une propriété de résistance mécanique statique choisie parmi R0,2(L) d'au moins 500 MPa et de préférence d'au moins 510 MPa et/ou Rp0,2(LT) d'au moins 480 MPa et de préférence d'au moins 490 MPa, et d'au moins une propriété de ténacité mesurée sur des éprouvettes de type CCT760 (avec 2ao = 253 mm) choisie parmi Kapp dans le sens T-L d'au moins 160 MPa-Fa et de préférence d'au moins 170 MPaNrr-ri et/ou Keff dans le sens T-L d'au moins 200 MPa,Fn et de préférence d'au moins 220 MPaNrrîi et/ou Aaeff(i,õ) dans le sens T-L d'au moins 40 mm et de préférence d'au moins 50 mm.
Ainsi les produits susceptibles d'être obtenu par le procédé selon l'invention sont particulièrement avantageux.
L'utilisation d'un produit susceptible d'être obtenu par le procédé selon l'invention comprenant les étapes de traitement thermique court, déformation à froid et revenu pour la fabrication d'un élément de structure pour avion, notamment d'une peau de fuselage est particulièrement avantageux..
Exemple Exemple 1 Une plaque de laminage en alliage AA2198 a été homogénéisée puis laminée à
chaud jusqu'à l'épaisseur 4 mm. Les tôles ainsi obtenues ont été mises en solution 30 mn à 505 C
puis trempées à l'eau.
Les tôles ont ensuite été tractionnées de façon contrôlée. La traction contrôlée a été réalisée .. avec un allongement permanent de 2.2 %.
Les tôles ont ensuite subi un traitement thermique court de 2h à 150 C.
Les propriétés mécaniques ont été mesurées avant le traitement thermique court et entre deux et soixante cinq jours après le traitement. Les résultats sont présentés dans le Tableau 1. On constate que l'état obtenu après le traitement thermique court est remarquablement stable dans le temps.
Tableau 1 Rm(L) Rp0,2 (L) A%(L) Rm(LT) Rp0,2 (LT) Ack(LT) Avant traitement thermique court Durée après traitement thermique court (jours) 2 396 270 16,8 370 244 27,1 8 = 396 269 15,3 372 247 28,0 398 273 14,5 374 248 27,2 43 397 270 14,9 375 248 27,5 65 398 271 15,0 373 250 27,2 104 398 273 14,3 373 250 26,9 203 401 277 16,1 375 253 26,9 239 402 278 16,7 376 255 27,7 Exemple 2 Une plaque de laminage en alliage AA2198 a été homogénéisée puis laminée à
chaud jusqu'à l'épaisseur 4 mm. Les tôles ainsi obtenues ont été mises en solution 30 mn à 505 C
puis trempées à l'eau.
Les tôles ont ensuite été planées et tractionnées de façon contrôlée. La traction contrôlée a été réalisée avec un allongement permanent de 1%.
Les tôles ont ensuite subi un traitement thermique court de 2h à 150 C.
Les tôles ainsi obtenues ont ensuite subi une déformation supplémentaire à
froid par une traction contrôlée avec un allongement permanent compris de 2,5 %, 4% ou 8%.
Les tôles n'ont pas présenté après déformation de lignes de Lüders rédhibitoires.
Les tôles ont enfin subi un revenu de 12h à 155 C pour obtenir un état T8.
A titre de référence une tôle a subit directement après la trempe une traction contrôlée de 2% suivi d'un revenu de 14h à 155 C à l'état T8, sans traitement thermique court intermédiaire.
Les propriétés mécaniques statiques ont été caractérisées à l'issue du revenu et sont présentées dans le tableau 2 ci-dessous : échantillons #1, #2 et #3 : selon l'invention et échantillon #4 : référence.
Tableau 2 ¨ Propriétés mécaniques statiques (MPa) N Déformation Echantillon supplémentaire à froid après traitement Rpo,2 Rp0,2 thermique court Rm(L) (L) A%(L) Rm(LT) (LT) Ago(LT) # 1 2,5% 511 474 11,0 499 464 11,0 #2 4% 526 499
Préférentiellement, la teneur en magnésium est au moins de 0,2 % ou même 0,25 % en poids. Dans un mode de réalisation de l'invention la teneur maximale en magnésium est de 0,6 % en poids.
La teneur en argent est comprise entre 0 % et 0,6 % en poids. Dans une réalisation avantageuse de l'invention, la teneur en argent est comprise entre 0,1 et 0,5 % en poids et de manière préférée entre 0,15 et 0,4 % en poids. L'addition d'argent contribue à améliorer le compromis de propriétés mécaniques des produits obtenus par le procédé
selon l'invention.
La teneur en zinc est comprise entre 0 % et 1 % en poids. Le zinc est généralement une impureté indésirable, notamment en raison de sa contribution à la densité de l'alliage, cependant dans certains cas le zinc peut être utilisé seul ou en combinaison avec l'argent.
De manière préférée, la teneur en zinc est inférieure à 0,40 % en poids, de préférence inférieure à 0,2% en poids Dans un mode de réalisation de l'invention la teneur en zinc est inférieure à 0,04 % en poids.
L'alliage contient également au moins un élément pouvant contribuer au contrôle de la taille de grain choisi parmi Zr, Mn, Cr, Sc, Hf et Ti, la quantité de l'élément, s'il est choisi, étant de 0,05 à 0,18 % en poids pour Zr, 0,1 à 0,6% en poids pour Mn, 0,05 à
0,3 % en poids pour Cr, 0,02 à 0,2 % en poids pour Sc, 0,05 à 0,5 % en poids pour Hf et de 0,01 à
0,15 % en poids pour Ti. De manière préférée on choisit d'ajouter entre 0,08 et 0,15 % en poids de zirconium et entre 0,01 et 0,10 % en poids de titane et on limite la teneur en Mn, Cr, Sc et Hf à au maximum 0,05 % en poids, ces éléments pouvant avoir un effet défavorable, notamment sur la densité et n'étant ajoutés que pour favoriser encore l'obtention d'une structure essentiellement non-recristallisée si nécessaire.
Dans un mode de réalisation avantageux de l'invention, la teneur en zirconium est au moins égale à 0,11 % en poids.
Dans un autre mode de réalisation de l'invention, la teneur en manganèse est comprise entre 0,2 et 0,4 % en poids et la teneur en zirconium est inférieure à 0,04 %
en poids.
La somme de la teneur en fer et de la teneur en silicium est au plus de 0,20 %
en poids. De préférence, les teneurs en fer et en silicium sont chacune au plus de 0,08 %
en poids. Dans une réalisation avantageuse de l'invention les teneurs en fer et en silicium sont au plus de 0,06 % et 0,04 % en poids, respectivement. Une teneur en fer et en silicium contrôlée et limitée contribue à l'amélioration du compromis entre résistance mécanique et tolérance aux dommages.
Les autres éléments on une teneur au plus 0,05% en poids chacun et 0,15% en poids au total, il s'agit d'impuretés inévitables, le reste est de l'aluminium.
Le procédé de fabrication selon l'invention comprend les étapes d'élaboration, coulée, laminage, mise en solution, trempe, planage et/ou traction et traitement thermique court.
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 sous forme de plaque de laminage.
La plaque de laminage peut ensuite optionnellement être homogénéisée de façon à atteindre une température comprise entre 450 C et 550 et de préférence entre 480 oc et pendant une durée comprise entre 5 et 60 heures. Le traitement d'homogénéisation peut être réalisé en un ou plusieurs paliers.
La plaque de laminage est ensuite laminée à chaud et optionnellement à froid en une tôle.
Avantageusement l'épaisseur de ladite tôle est comprise entre 0,5 et 15 mm et de préférence entre 1 et 8 mm.
Le produit ainsi obtenu est ensuite mis en solution typiquement par un traitement thermique permettant d'atteindre une température comprise entre 490 et 530 C pendant 15 min à 8 h, puis trempé typiquement avec de l'eau à température ambiante ou préférentiellement de l'eau froide.
On réalise ensuite un planage et/ou on tractionne de façon contrôlée ladite tôle avec une déformation cumulée d'au moins 0,5% et inférieure à 3%. Lorsque qu'un planage est réalisé, la déformation effectuée lors du planage n'est pas toujours connue précisément mais elle est estimée à environ 0,5 %. Quand elle est réalisée, la traction contrôlée est mise en oeuvre avec une déformation permanente comprise entre 0,5 à 2,5 % et de préférence entre comprise entre 0,5 à 1,5 %. La combinaison entre une traction contrôlée avec une déformation permanente préférée et un traitement thermique court permet d'atteindre des résultats optimaux en termes de formabilité et de propriétés mécaniques, notamment quand une mise en forme supplémentaire et un revenu sont réalisés.
Le produit subit ensuite un traitement thermique court déjà décrit.
A l'issue du traitement thermique court, la tôle obtenue par le procédé selon l'invention présente de préférence, entre 0 et 50 jours et de manière préférée entre 0 et 200 jours après traitement thermique court, une combinaison d'au moins une propriété choisie parmi R0,2(L) d'au moins 220 MPa et de préférence d'au moins 250 MPa, Rp0,2(LT) d'au moins 200 MPa et de préférence d'au moins 230 MPa, R,n(L) d'au moins 340 MPa et de préférence d'au moins 380 MPa, R.(LT) d'au moins 320 MPa et de préférence d'au moins 360 MPa avec une propriété choisie parmi A%(L) au moins 14% et de préférence au moins 15%, A%(LT) au moins 24% et de préférence au moins 26%, R. /R0.2 (L) au moins 1,40 et de préférence au moins 1,45, Rip /Rp0,2(LT) au moins 1,45 et de préférence au moins 1,50.
Dans un mode de réalisation avantageux de l'invention à l'issue du traitement thermique court, la tôle obtenue par le procédé selon l'invention présente un rapport Ri, /Rp0,2 dans la direction LT d'au moins 1,52 ou 1,53.
Avantageusement, entre 0 et 50 jours et manière préférée entre 0 et 200 jours après le traitement thermique court, la tôle obtenue par le procédé selon l'invention présente une limite d'élasticité R0,2(L) inférieure à 290 MPa et = de préférence inférieure à 280 MPa et Rp0,2(LT) inférieure à 270 MPa et de préférence inférieure à 260 MPa.
.. A l'issue du traitement thermique court, la tôle est donc prête pour une déformation supplémentaire à froid, notamment une opération de mise en forme en 3 dimensions. Un avantage de l'invention est que cette déformation supplémentaire peut atteindre localement ou de façon généralisée des valeurs de 6 à 8% ou même jusque 10%. Pour atteindre des propriétés mécaniques suffisantes à l'issue du revenu à l'état T8, une déformation minimale cumulée de 2% entre ladite déformation supplémentaire et la déformation cumulée par planage et/ou on traction contrôlée réalisée avant le traitement thermique court est avantageuse. De manière préférée, la déformation supplémentaire à froid est localement ou de façon généralisée d'au moins 1% de préférence au moins 4% et de manière préférée d'au moins 6%.
On réalise enfin un revenu dans lequel ladite tôle atteint une température comprise entre 130 et 170 C et de préférence entre 150 et 160 C pendant 5 à 100 heures et de préférence de 10 à 70h. Le revenu peut-être réalisé en un ou plusieurs paliers.
Avantageusement la déformation à froid est effectuée par un ou plusieurs procédés de mise en forme tels que l'étirage, l'étirage-formage, l'emboutissage, le fluotournage ou le pliage.
Dans une réalisation avantageuse, il s'agit d'une mise en forme dans les trois dimensions de l'espace pour obtenir une pièce de forme complexe, de préférence par étirage-formage.
Ainsi le produit obtenu à l'issue du traitement thermique court peut être mis en forme comme un produit à l'état 0 ou un produit à l'état W. Cependant, par rapport à
un produit à
l'état 0 il a l'avantage de ne plus nécessiter de mise en solution et trempe pour atteindre les propriétés mécaniques finales, un simple traitement de revenu étant suffisant.
Par rapport à
un produit à l'état W, il a l'avantage d'être stable et de ne pas nécessiter de chambre froide et de ne pas poser de problèmes liés à la déformation de cet état. Le produit présente également l'avantage en général de ne pas générer de lignes de Lüders rédhibitoires lors de la mise en forme. Ainsi on peut par exemple effectuer le traitement thermique court chez le fabriquant de tôle et la mise en forme chez le fabricant de structure aéronautique, directement sur le produit livré. Le procédé selon l'invention permet d'effectuer la mise en forme en 3 dimensions d'une tôle à l'issue du traitement thermique court sans que la tôle ne soit dans un état T8, un état 0 ou un état W avant cette mise en forme en 3 dimensions.
De manière surprenante, le compromis entre les propriétés mécaniques statiques et les propriétés de tolérance aux dommages obtenues à l'issue du revenu est avantageux par rapport à celui obtenue pour un traitement semblable ne comprenant pas de traitement thermique court. En particulier, les inventeurs ont constaté que la résistance mécanique, en particulier la limite d'élasticité en traction R0,2(L) est élevée et augmente avec la déformation supplémentaire mais que contrairement à leur attente la ténacité
mesurée par la .. courbe R (valeurs de KR) ne diminue pas significativement, notamment jusqu'à une valeur d'extension de fissure de 60 mm quand on augmente la déformation supplémentaire, même jusque une déformation généralisée de 8%. Avantageusement le produit susceptible d'être obtenu par le procédé comprenant les étapes de déformation supplémentaire et de revenu présente une limite d'élasticité en traction R0,2(L) au moins sensiblement égale et une ténacité KR supérieure, de préférence d'au moins 5%, à celle obtenue par un procédé
semblable ne comprenant pas de traitement thermique court. Typiquement, la limite d'élasticité en traction R0,2(L) est au moins égale à 90% ou de préférence 95%
de celle obtenue par un procédé semblable ne comprenant pas de traitement thermique court. Le procédé selon l'invention permet d'obtenir notamment une tôle en alliage AA2198 dont l'épaisseur est comprise entre 0,5 et 15 mm et de préférence entre 1 et 8 mm ayant après traitement thermique de revenu à l'état T8, une combinaison d'au moins une propriété de résistance mécanique statique choisie parmi R0,2(L) d'au moins 500 MPa et de préférence d'au moins 510 MPa et/ou Rp0,2(LT) d'au moins 480 MPa et de préférence d'au moins 490 MPa, et d'au moins une propriété de ténacité mesurée sur des éprouvettes de type CCT760 (avec 2ao = 253 mm) choisie parmi Kapp dans le sens T-L d'au moins 160 MPa-Fa et de préférence d'au moins 170 MPaNrr-ri et/ou Keff dans le sens T-L d'au moins 200 MPa,Fn et de préférence d'au moins 220 MPaNrrîi et/ou Aaeff(i,õ) dans le sens T-L d'au moins 40 mm et de préférence d'au moins 50 mm.
Ainsi les produits susceptibles d'être obtenu par le procédé selon l'invention sont particulièrement avantageux.
L'utilisation d'un produit susceptible d'être obtenu par le procédé selon l'invention comprenant les étapes de traitement thermique court, déformation à froid et revenu pour la fabrication d'un élément de structure pour avion, notamment d'une peau de fuselage est particulièrement avantageux..
Exemple Exemple 1 Une plaque de laminage en alliage AA2198 a été homogénéisée puis laminée à
chaud jusqu'à l'épaisseur 4 mm. Les tôles ainsi obtenues ont été mises en solution 30 mn à 505 C
puis trempées à l'eau.
Les tôles ont ensuite été tractionnées de façon contrôlée. La traction contrôlée a été réalisée .. avec un allongement permanent de 2.2 %.
Les tôles ont ensuite subi un traitement thermique court de 2h à 150 C.
Les propriétés mécaniques ont été mesurées avant le traitement thermique court et entre deux et soixante cinq jours après le traitement. Les résultats sont présentés dans le Tableau 1. On constate que l'état obtenu après le traitement thermique court est remarquablement stable dans le temps.
Tableau 1 Rm(L) Rp0,2 (L) A%(L) Rm(LT) Rp0,2 (LT) Ack(LT) Avant traitement thermique court Durée après traitement thermique court (jours) 2 396 270 16,8 370 244 27,1 8 = 396 269 15,3 372 247 28,0 398 273 14,5 374 248 27,2 43 397 270 14,9 375 248 27,5 65 398 271 15,0 373 250 27,2 104 398 273 14,3 373 250 26,9 203 401 277 16,1 375 253 26,9 239 402 278 16,7 376 255 27,7 Exemple 2 Une plaque de laminage en alliage AA2198 a été homogénéisée puis laminée à
chaud jusqu'à l'épaisseur 4 mm. Les tôles ainsi obtenues ont été mises en solution 30 mn à 505 C
puis trempées à l'eau.
Les tôles ont ensuite été planées et tractionnées de façon contrôlée. La traction contrôlée a été réalisée avec un allongement permanent de 1%.
Les tôles ont ensuite subi un traitement thermique court de 2h à 150 C.
Les tôles ainsi obtenues ont ensuite subi une déformation supplémentaire à
froid par une traction contrôlée avec un allongement permanent compris de 2,5 %, 4% ou 8%.
Les tôles n'ont pas présenté après déformation de lignes de Lüders rédhibitoires.
Les tôles ont enfin subi un revenu de 12h à 155 C pour obtenir un état T8.
A titre de référence une tôle a subit directement après la trempe une traction contrôlée de 2% suivi d'un revenu de 14h à 155 C à l'état T8, sans traitement thermique court intermédiaire.
Les propriétés mécaniques statiques ont été caractérisées à l'issue du revenu et sont présentées dans le tableau 2 ci-dessous : échantillons #1, #2 et #3 : selon l'invention et échantillon #4 : référence.
Tableau 2 ¨ Propriétés mécaniques statiques (MPa) N Déformation Echantillon supplémentaire à froid après traitement Rpo,2 Rp0,2 thermique court Rm(L) (L) A%(L) Rm(LT) (LT) Ago(LT) # 1 2,5% 511 474 11,0 499 464 11,0 #2 4% 526 499
10,4 513 485 10,4 #3 8% 541 518 9,7 516 491 9,7 # 4 Pas de traitement thermique court 497 454 10.2 486 440 12.7 Les courbes R ont été mesurées dans la direction T-L selon la norme E561-05 sur des échantillons d'essai CCT760, qui avaient une largeur de 760 mm. La longueur de fissure initiale était 2ao = 253 mm. Les courbes R obtenues sont présentées sur la figure 1.
Les résultats de ténacité sous contrainte plane obtenus sont présentés dans le Tableau 3. On constate en particulier que même pour une déformation supplémentaire de 8%, les valeurs de Kapp et Kef sont élevées. Ainsi la diminution de Kapp dans la direction T-L
est faible, inférieure à 5%, entre une traction contrôlée de 2,5% et une traction contrôlée de 8%.
Tableau 3 N Echantillon Déformation Kapp (MPvim) T-L Kerr (MPeim) T-L Aa,,,,,õ
(rnm) supplémentaire à froid après traitement thermique court # 1 2,5% 182 262 79 #2 4% 177 265 97 #3 8% 174 238 68 # 4 Pas de 190 274 60 traitement thermique court =
On constate que même après une déformation supplémentaire de 8%, la courbe R
est tout à
fait satisfaisante : la courbe est suffisamment longue, supérieure à 60 mm, et les valeurs de KR sont voisins de ceux obtenus avec une déformation plus faible (Figure 1).
Exemple 3 Dans cet exemple on a étudié les conditions de durée et de température du traitement thermique court. Une plaque de laminage en alliage AA2198 a été homogénéisée puis laminée à chaud jusqu'à l'épaisseur 4 mm. Les tôles ainsi obtenues ont été
mises en solution 30 mn à 505 C puis trempées à l'eau.
Les tôles ont ensuite été planées et tractionnées de façon contrôlée. La traction contrôlée a été réalisée avec un allongement permanent de 1%. Les tôles ont été vieillies suffisamment pour atteindre un état T3 stabilisé.
Les tôles ont ensuite subi un traitement thermique court à 145 C, 150 C ou 155 C. Le temps équivalent à 150 oc a été calculé en tenant compte d'une vitesse de montée en température de 20 C/h. Les caractéristiques mécaniques statiques des tôles ont été
caractérisées après le traitement thermique court dans le sens TL.
Les résultats sont présentés dans le tableau 4 ci-dessous et représentés graphiquement sur la figure 2. On constate que le rapport Rfn/Rpo,2 le plus élevé dans le sens TL
est obtenu pour une température comprise entre 150 et 160 C et pour un temps équivalent à 150 C
compris entre une et trois heures.
Tableau 4 Durée Température traitement traitement Temps RP0,2TL Rm TL A TL (%) RillIRP"
thermique court thermique équivalent (MPa) (MPa) (TL) (h) court ( C) ti à 150 C
0 0 0 288,0 407,3 22,6 1,41 2,5 145 1,90 245,7 371,7 29,1 1,51 145 3,47 251,3 373,7 27,6 1,49 7 145 4,73 264,3 378,7 27,7 1,43 145 6,62 283,3 386,3 25,9 1,36 ' 0,5 150 1,02 240,3 369,3 25,9 1,54 1 150 1,52 237,3 366,0 26,1 1,54 2 150 2,52 240,3 369,3 27,6 1,54 3 150 3,52 246,7 369,3 28,1 1,50 4 150 4,52 253,0 373,3 26,3 1,48 5 150 5,52 259,3 376,7 27,9 1,45 6 150 6,52 264,7 375,7 26,5 1,42 0,5 155 1,63 235,0 364,0 28,1 1,55 1 155 2,41 238,3 367,7 26,4 1,54 2 155 3,98 246,7 369,3 __ 29,2 1,50 3 155 5,55 262,0 380,7 24,8 1,45 4 155 7,12 275,3 382,3 25,5 1,39 5 155 8,70 295,3 392,0 25,1 1,33 Exemple 4 Dans cet exemple comparatif, on a étudié l'effet du taux de traction sur la ténacité dans un 10 procédé ne comportant pas de traitement thermique court. Une plaque de laminage en alliage AA2198 a été homogénéisée puis laminée à chaud jusqu'à l'épaisseur 3.2 mm. Les tôles ainsi obtenues ont été mises en solution 30 mn à 505 C puis trempées à
l'eau.
Les tôles ont ensuite été planées et tractionnées de façon contrôlée. La traction contrôlée a été réalisée aveC un allongement permanent de 3% ou de 5%.
Les tôles ont ensuite subi un revenu de 14h à 155 C jusqu'à l'état T8.
Les propriétés mécaniques statiques ont été caractérisées à l'issue du revenu et sont présentées dans le tableau 5 ci-dessous.
Tableau 5 Echantillon Traction Rp0,2 Rp0,2 contrôlée Rm(L) (L) A%(L) Rm(LT) (LT) Ago(LT) #5 ¨ 3% 3% 525 ' 486 11.1 499 459 14.1 #6 ¨ 5% 5% 545 519 10.4 - 518 487 ..
14.0 Les courbes R ont été mesurées selon la norme E561-05 sur des échantillons d'essai CCT760, qui avaient une largeur de 760 mm dans la direction T-L et dans la direction L-T.
La longueur de fissure initiale était 2ao -,-- 253 mm.
Les résultats de ténacité obtenus sont présentés dans le Tableau 6. On constate en particulier que la diminution de Kapp dans la direction T-L est significative, de l'ordre de 9%, entre une traction contrôlée de 3% et une traction contrôlée de 5%.
Tableau 6 T-L L-T
Echantillon Epaisseur Kep Keff Aaeff ma>. Kõp Kef( Aacff, max [mm] (MPa\im) (MPaNirn) (mm) (MPa=Vm) (MPaNim) (mm) #5 ¨ 3% 3.2 mm 151 178 61 124 152 115 #6-5% 3.2 mm 138 174 67 119 142 55
Les résultats de ténacité sous contrainte plane obtenus sont présentés dans le Tableau 3. On constate en particulier que même pour une déformation supplémentaire de 8%, les valeurs de Kapp et Kef sont élevées. Ainsi la diminution de Kapp dans la direction T-L
est faible, inférieure à 5%, entre une traction contrôlée de 2,5% et une traction contrôlée de 8%.
Tableau 3 N Echantillon Déformation Kapp (MPvim) T-L Kerr (MPeim) T-L Aa,,,,,õ
(rnm) supplémentaire à froid après traitement thermique court # 1 2,5% 182 262 79 #2 4% 177 265 97 #3 8% 174 238 68 # 4 Pas de 190 274 60 traitement thermique court =
On constate que même après une déformation supplémentaire de 8%, la courbe R
est tout à
fait satisfaisante : la courbe est suffisamment longue, supérieure à 60 mm, et les valeurs de KR sont voisins de ceux obtenus avec une déformation plus faible (Figure 1).
Exemple 3 Dans cet exemple on a étudié les conditions de durée et de température du traitement thermique court. Une plaque de laminage en alliage AA2198 a été homogénéisée puis laminée à chaud jusqu'à l'épaisseur 4 mm. Les tôles ainsi obtenues ont été
mises en solution 30 mn à 505 C puis trempées à l'eau.
Les tôles ont ensuite été planées et tractionnées de façon contrôlée. La traction contrôlée a été réalisée avec un allongement permanent de 1%. Les tôles ont été vieillies suffisamment pour atteindre un état T3 stabilisé.
Les tôles ont ensuite subi un traitement thermique court à 145 C, 150 C ou 155 C. Le temps équivalent à 150 oc a été calculé en tenant compte d'une vitesse de montée en température de 20 C/h. Les caractéristiques mécaniques statiques des tôles ont été
caractérisées après le traitement thermique court dans le sens TL.
Les résultats sont présentés dans le tableau 4 ci-dessous et représentés graphiquement sur la figure 2. On constate que le rapport Rfn/Rpo,2 le plus élevé dans le sens TL
est obtenu pour une température comprise entre 150 et 160 C et pour un temps équivalent à 150 C
compris entre une et trois heures.
Tableau 4 Durée Température traitement traitement Temps RP0,2TL Rm TL A TL (%) RillIRP"
thermique court thermique équivalent (MPa) (MPa) (TL) (h) court ( C) ti à 150 C
0 0 0 288,0 407,3 22,6 1,41 2,5 145 1,90 245,7 371,7 29,1 1,51 145 3,47 251,3 373,7 27,6 1,49 7 145 4,73 264,3 378,7 27,7 1,43 145 6,62 283,3 386,3 25,9 1,36 ' 0,5 150 1,02 240,3 369,3 25,9 1,54 1 150 1,52 237,3 366,0 26,1 1,54 2 150 2,52 240,3 369,3 27,6 1,54 3 150 3,52 246,7 369,3 28,1 1,50 4 150 4,52 253,0 373,3 26,3 1,48 5 150 5,52 259,3 376,7 27,9 1,45 6 150 6,52 264,7 375,7 26,5 1,42 0,5 155 1,63 235,0 364,0 28,1 1,55 1 155 2,41 238,3 367,7 26,4 1,54 2 155 3,98 246,7 369,3 __ 29,2 1,50 3 155 5,55 262,0 380,7 24,8 1,45 4 155 7,12 275,3 382,3 25,5 1,39 5 155 8,70 295,3 392,0 25,1 1,33 Exemple 4 Dans cet exemple comparatif, on a étudié l'effet du taux de traction sur la ténacité dans un 10 procédé ne comportant pas de traitement thermique court. Une plaque de laminage en alliage AA2198 a été homogénéisée puis laminée à chaud jusqu'à l'épaisseur 3.2 mm. Les tôles ainsi obtenues ont été mises en solution 30 mn à 505 C puis trempées à
l'eau.
Les tôles ont ensuite été planées et tractionnées de façon contrôlée. La traction contrôlée a été réalisée aveC un allongement permanent de 3% ou de 5%.
Les tôles ont ensuite subi un revenu de 14h à 155 C jusqu'à l'état T8.
Les propriétés mécaniques statiques ont été caractérisées à l'issue du revenu et sont présentées dans le tableau 5 ci-dessous.
Tableau 5 Echantillon Traction Rp0,2 Rp0,2 contrôlée Rm(L) (L) A%(L) Rm(LT) (LT) Ago(LT) #5 ¨ 3% 3% 525 ' 486 11.1 499 459 14.1 #6 ¨ 5% 5% 545 519 10.4 - 518 487 ..
14.0 Les courbes R ont été mesurées selon la norme E561-05 sur des échantillons d'essai CCT760, qui avaient une largeur de 760 mm dans la direction T-L et dans la direction L-T.
La longueur de fissure initiale était 2ao -,-- 253 mm.
Les résultats de ténacité obtenus sont présentés dans le Tableau 6. On constate en particulier que la diminution de Kapp dans la direction T-L est significative, de l'ordre de 9%, entre une traction contrôlée de 3% et une traction contrôlée de 5%.
Tableau 6 T-L L-T
Echantillon Epaisseur Kep Keff Aaeff ma>. Kõp Kef( Aacff, max [mm] (MPa\im) (MPaNirn) (mm) (MPa=Vm) (MPaNim) (mm) #5 ¨ 3% 3.2 mm 151 178 61 124 152 115 #6-5% 3.2 mm 138 174 67 119 142 55
Claims (43)
1. Procédé de fabrication d'un produit laminé à base d'alliage d'aluminium dans lequel, successivement, a) on élabore un bain de métal liquide à base d'aluminium comprenant 2,1 à 3,9 %
en poids de Cu, 0,7 à 2.0 % en poids de Li, 0,1 à 1,0 % en poids de Mg, 0 à
0,6 % en poids d'Ag, 0 à 1% % en poids de Zn, au plus 0,20 % en poids de Fe +
Si, au moins un élément choisi parmi Zr, Mn, Cr, Sc, Hf et Ti, la quantité
dudit élément, s'il est choisi, étant 0,05 à 0,18 % en poids pour Zr, 0,1 à 0,6% en poids pour Mn, 0,05 à 0,3 % en poids pour Cr, 0,02 à 0,2 % en poids pour Sc, 0,05 à 0,5 % en poids pour Hf et de 0,01 à 0,15 % en poids pour Ti, les autres éléments au plus 0,05% en poids chacun et 0,15% en poids au total, le reste aluminium ;
b) on coule une plaque de laminage à partir dudit bain de métal liquide ;
c) optionnellement, on homogénéise ladite plaque de laminage ;
d) on lamine à chaud et optionnellement à froid ladite plaque de laminage en une tôle, e) on met en solution ladite tôle et on la trempe;
f) on réalise un planage et/ou on tractionne de façon contrôlée ladite tôle avec une déformation cumulée d'au moins 0,5% et inférieure à 3%, g) on réalise un traitement thermique court dans lequel ladite tôle atteint une température comprise entre 130 et 170°C, ledit traitement thermique pendant 0,1 à 13 heures, ledit traitement thermique court induisant une diminution de la limite d'élasticité
Rp0,2 d'au moins 20 MPa et une augmentation de l'allongement A% tel que A% est multiplié par un facteur d'au moins 1,1 par rapport à l'état obtenu sans traitement thermique court.
en poids de Cu, 0,7 à 2.0 % en poids de Li, 0,1 à 1,0 % en poids de Mg, 0 à
0,6 % en poids d'Ag, 0 à 1% % en poids de Zn, au plus 0,20 % en poids de Fe +
Si, au moins un élément choisi parmi Zr, Mn, Cr, Sc, Hf et Ti, la quantité
dudit élément, s'il est choisi, étant 0,05 à 0,18 % en poids pour Zr, 0,1 à 0,6% en poids pour Mn, 0,05 à 0,3 % en poids pour Cr, 0,02 à 0,2 % en poids pour Sc, 0,05 à 0,5 % en poids pour Hf et de 0,01 à 0,15 % en poids pour Ti, les autres éléments au plus 0,05% en poids chacun et 0,15% en poids au total, le reste aluminium ;
b) on coule une plaque de laminage à partir dudit bain de métal liquide ;
c) optionnellement, on homogénéise ladite plaque de laminage ;
d) on lamine à chaud et optionnellement à froid ladite plaque de laminage en une tôle, e) on met en solution ladite tôle et on la trempe;
f) on réalise un planage et/ou on tractionne de façon contrôlée ladite tôle avec une déformation cumulée d'au moins 0,5% et inférieure à 3%, g) on réalise un traitement thermique court dans lequel ladite tôle atteint une température comprise entre 130 et 170°C, ledit traitement thermique pendant 0,1 à 13 heures, ledit traitement thermique court induisant une diminution de la limite d'élasticité
Rp0,2 d'au moins 20 MPa et une augmentation de l'allongement A% tel que A% est multiplié par un facteur d'au moins 1,1 par rapport à l'état obtenu sans traitement thermique court.
2. Procédé de fabrication d'un produit laminé à base d'alliage d'aluminium selon la revendication 1 pour l'industrie aéronautique.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2 dans lequel la température atteint dans ledit traitement thermique court est entre 150 et 160°C.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 dans lequel la durée dudit traitement thermique court est de 1 à 5 h.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 dans lequel ledit traitement thermique court est réalisé de façon à obtenir un temps équivalent à 150 °C de 0,5 h à
6 h, le temps équivalent t, à 150 °C est défini par la formule :
où T (en Kelvin) est la température instantanée de traitement du métal, qui évolue avec le temps t (en heures), et Tref est une température de référence fixée à
K. t, est exprimé en heures, la constante Q/R = 16400 K est dérivée de l'énergie d'activation pour la diffusion du Cu, pour laquelle la valeur Q = 136100 J/mol a été utilisée.
6 h, le temps équivalent t, à 150 °C est défini par la formule :
où T (en Kelvin) est la température instantanée de traitement du métal, qui évolue avec le temps t (en heures), et Tref est une température de référence fixée à
K. t, est exprimé en heures, la constante Q/R = 16400 K est dérivée de l'énergie d'activation pour la diffusion du Cu, pour laquelle la valeur Q = 136100 J/mol a été utilisée.
6. Procédé selon la revendication 5 dans lequel le temps équivalent à 150 °C est de 1 h à
4 h.
4 h.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 dans lequel l'épaisseur de ladite tôle est comprise entre 0,5 et 15 mm.
8. Procédé selon la revendication 7 dans lequel l'épaisseur de ladite tôle est entre 1 et 8 mm.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 dans lequel on réalise à l'étape f une traction contrôlée avec une déformation permanente comprise entre 0,5 et 1,5 %.
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 dans lequel la teneur en cuivre est au moins de 3 % et au maximum de 3,5 % en poids.
11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 dans lequel la teneur en lithium est au moins 0,85 % en poids et au maximum de 1,2% en poids.
12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11 dans lequel la teneur en magnésium est au moins de 0,2 % et au maximum de 0,6 % en poids.
13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 12 dans lequel la teneur en argent est comprise entre 0,1 et 0,5 % en poids et/ou la teneur en zinc est inférieure à
0,4 % en poids.
0,4 % en poids.
14. Procédé selon la revendication 13 dans lequel la teneur en argent est comprise entre 0,15 et 0.4 % en poids.
15. Procédé selon la revendication 13 ou 14 lequel la teneur en zinc est inférieure à 0,2 %
en poids.
en poids.
16. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 15 dans lequel l'alliage contient entre 0,08 et 0,15 % en poids de zirconium, entre 0,01 et 0,10 % en poids de titane et dans lequel la teneur en Mn, Cr, Sc et Hf est au maximum 0,05 % en poids.
17. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 16 dans lequel après l'étape g, h) on réalise une déformation supplémentaire à froid de ladite tôle de telle sorte que la déformation supplémentaire soit inférieure à 10%, i) on réalise un revenu dans lequel ladite tôle atteint une température comprise entre 130 et 170°C pendant 5 à 100 heures.
18. Procédé selon la revendication 17 dans lequel la température du revenu atteint par ladite tôle atteint est comprise entre 150 et 160°C.
19. Procédé selon la revendication 17 ou 18 dans lequel on réalise le revenu pendant 10 à
70 h.
70 h.
20. Procédé selon l'une quelconque des revendications 17 à 19 dans lequel ladite déformation supplémentaire à froid est localement ou de façon généralisée d'au moins 1%.
21. Procédé selon la revendication 20 dans lequel ladite déformation supplémentaire à froid est localement ou de façon généralisée d'au moins 4%.
22. Procédé selon la revendication 20 dans lequel ladite déformation supplémentaire à froid est localement ou de façon généralisée d'au moins 6%.
23. Procédé selon l'une quelconque des revendications 17 à 22 dans lequel la déformation à
froid est effectuée par un ou plusieurs procédés de mise en forme.
froid est effectuée par un ou plusieurs procédés de mise en forme.
24. Procédé selon la revendication 23 dans lequel le ou les procédés de mise en forme comprennent l'étirage, l'étirage-formage, l'emboutissage, le fluotournage ou le pliage.
25. Produit laminé susceptible d'être obtenu par le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, présentant entre 0 et 50 jours après traitement thermique court, une combinaison d'au moins une propriété choisie parmi Rp0,2(L) d'au moins 220 MPa, Rp0.2(LT) d'au moins 200 MPa, Rm(L) d'au moins 340 MPa, Rm(LT) d'au moins 320 MPa avec une propriété choisie parmi A%(L) au moins 15%, A%(LT) au moins 24%, Rm/Rp0,2(L) au moins 1,40, et Rm /Rp0,2(LT) au moins 1,45.
26. Produit laminé selon la revendication 25 dans lequel Rp0,2(L) est d'au moins 250 MPa.
27. Produit laminé selon la revendication 25 ou 26 dans lequel Rp0,2(LT) est d'au moins 230 MPa.
28. Produit laminé selon l'une quelconque des revendications 25 à 27 dans lequel Rm(L) est d'au moins 380 MPa.
29. Produit laminé selon l'une quelconque des revendications 25 à 28 dans lequel Rm(LT) est d'au moins 360 MPa.
30. Produit laminé selon l'une quelconque des revendications 25 à 29 dans lequel A%(LT) au moins 26%.
31. Produit laminé selon l'une quelconque des revendications 25 à 30 dans lequel Rm/Rp0,2 (L) est au moins 1,45.
32. Produit laminé selon l'une quelconque des revendications 25 à 31 dans lequel Rm/Rp0,2 (LT) est au moins 1,50.
33. Produit susceptible d'être obtenu par le procédé selon l'une quelconque des revendications 17 à 24, présentant une limite d'élasticité en traction Rp0,2(L) au moins sensiblement égale et une ténacité KR supérieure, à celle obtenue par un procédé
semblable ne comprenant pas de traitement thermique court.
semblable ne comprenant pas de traitement thermique court.
34. Produit laminé selon la revendication 33 dans lequel la limite d'élasticité en traction Rp0,2(L) au moins sensiblement égale et une ténacité KR supérieure d'au moins 5%, à
celle obtenue par un procédé semblable ne comprenant pas de traitement thermique court.
celle obtenue par un procédé semblable ne comprenant pas de traitement thermique court.
35. Produit susceptible d'être obtenu par le procédé selon l'une quelconque des revendications 17 à 24 caractérisé en ce qu'il s'agit d'une tôle en alliage AA2198 dont l'épaisseur est comprise entre 0,5 et 15 mm ayant après traitement thermique de revenu à l'état T8, une combinaison d'au moins une propriété de résistance mécanique statique choisie parmi Rp0,2(L) d'au moins 500 MPa et/ou Rp0,2(LT) d'au moins 480 MPa, et d'au moins une propriété de ténacité mesurée sur des éprouvettes de type (avec 2ao = 253 mm) choisie parmi Kapp dans le sens T-L d'au moins 160 MPa.sqroot.m et/ou Keff dans le sens T-L d'au moins 200 MPa.sqroot.m et/ou .DELTA.aeff(max) dans le sens T-L d'au moins 40 mm.
36. Produit laminé selon la revendication 35 dans lequel l'épaisseur est comprise 1 et 8 mm ayant après traitement thermique dè revenu à l'état 18.
37. Produit laminé selon la revendication 35 ou 36 dans lequel Rp0,2(L) est d'au moins 510 MPa.
38. Produit laminé selon l'une quelconque des revendications 35 à 37 dans lequel Rp0,2(LT) est d'au moins 490 MPa.
39. Produit laminé selon l'une quelconque des revendications 35 à 38 dans lequel Kapp dans le sens T-L est d'au moins 170 MPa.sqroot.m .
40. Produit laminé selon l'une quelconque des revendications 35 à 39 dans lequel Kef dans le sens T-L est d'au moins 220 MPa.sqroot.m.
41. Produit laminé selon l'une quelconque des revendications 35 à 40 dans lequel .DELTA.aeff(max) dans le sens T-L est d'au moins 50 mm.
42. Utilisation d'un produit susceptible d'être obtenu par le procédé selon l'une quelconque des revendications 17 à 24 pour la fabrication d'un élément de structure pour avion.
43. Utilisation selon la revendication 42, dans laquelle l'élément du structure est une peau de fuselage d'avion.
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