CA2961712A1 - Toles isotropes en alliage d'aluminium-cuivre-lithium pour la fabrication de fuselages d'avion - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne une tôle d'épaisseur 0,5 à 9 mm de structure granulaire essentiellement recristallisée en alliage à base d'aluminium comprenant 2,8 à 3,2 % en poids de Cu, 0,5 à 0,8 % en poids de Li, 0,1 à 0,3 % en poids de Ag, 0,2 à 0,7 % en poids de Mg, 0,2 à 0,6 % en poids de Mn, 0,01 à 0,15 % en poids de Ti, une quantité de Zn inférieure à 0,2 % en poids, une quantité de Fe et de Si inférieure ou égale à 0,1 % en poids chacun, et des impuretés inévitables à une teneur inférieure ou égale à 0,05% en poids chacune et 0,15% en poids au total, la dite tôle étant obtenue par un procédé comprenant coulée, homogénéisation, laminage à chaud et optionnellement laminage à froid, mise en solution, trempe et revenu. Les tôles selon l'invention sont avantageuses notamment pour la fabrication de panneaux de fuselage pour aéronefs.
Description
Tôles isotropes en alliage d'aluminium-cuivre-lithium pour la fabrication de fuselages d'avion Domaine de l'invention L'invention concerne les produits laminés alliages aluminium-cuivre-lithium, plus particulièrement, de tels produits, leurs procédés de fabrication et d'utilisation, destinés notamment à la construction aéronautique et aérospatiale.
Etat de la technique Des produits laminés en alliage d'aluminium sont développés pour produire des éléments de fuselage destinés notamment à l'industrie aéronautique et à l'industrie aérospatiale.
Les alliages aluminium ¨ cuivre ¨ lithium sont particulièrement prometteurs pour fabriquer ce type de produit.
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 pour cent 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 améliorées 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 teneurs 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.
La demande de brevet US 2011/0247730 décrit des alliages comprenant (en % en poids),
Etat de la technique Des produits laminés en alliage d'aluminium sont développés pour produire des éléments de fuselage destinés notamment à l'industrie aéronautique et à l'industrie aérospatiale.
Les alliages aluminium ¨ cuivre ¨ lithium sont particulièrement prometteurs pour fabriquer ce type de produit.
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 pour cent 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 améliorées 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 teneurs 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.
La demande de brevet US 2011/0247730 décrit des alliages comprenant (en % en poids),
2.75 à 5.0% de Cu, 0,1 à 1,1 % de Li, 0,3 à 2.0 % de Ag, 0,2 à0,8% de Mg, 0,50 à 1.5% de Zn, jusque 1.0% de Mn, avec un rapport Cu/Mg compris entre 6,1 et 17, cet alliage étant peu sensible au corroyage.
La demande de brevet CN101967588 décrit des alliages de composition (en % en poids) Cu 2,8 -4,0 ; Li 0,8 - 1,9 ; Mn 0,2-0,6 ; Zn 0,20- 0,80, Zr 0,04 - 0,20, Mg 0,20-0,80, Ag 0,1 -0,7, Si < 0.10, Fe < 0.10, Ti < 0.12, elle enseigne l'addition combinée de zirconium et de manganèse.
La demande de brevet US 2011/209801 concerne des produits corroyé tels que des produits filés , laminés et/ou forgés, en alliage à base d'aluminium comprenant, en %
en poids, Cu:
La demande de brevet CN101967588 décrit des alliages de composition (en % en poids) Cu 2,8 -4,0 ; Li 0,8 - 1,9 ; Mn 0,2-0,6 ; Zn 0,20- 0,80, Zr 0,04 - 0,20, Mg 0,20-0,80, Ag 0,1 -0,7, Si < 0.10, Fe < 0.10, Ti < 0.12, elle enseigne l'addition combinée de zirconium et de manganèse.
La demande de brevet US 2011/209801 concerne des produits corroyé tels que des produits filés , laminés et/ou forgés, en alliage à base d'aluminium comprenant, en %
en poids, Cu:
3,0 - 3,9 ; Li : 0,8 - 1,3 ; Mg : 0,6 - 1,0 ; Zr : 0,05 - 0,18 ; Ag : 0,0 -0,5 ; Mn : 0,0 - 0,5 ; Fe + Si <= 0,20 ; au moins un élément parmi Ti : 0,01-0,15 ; Sc: 0,05 - 0,3 ; Cr:
0,05 - 0,3;
Hf: 0,05 - 0, 5 ; autres éléments <= 0,05 chacun et <= 0,15 au total, reste aluminium, les produits étant particulièrement utiles pour réaliser des produits épais en aluminium destinés à réaliser des éléments de structure pour l'industrie aéronautique.
Les caractéristiques nécessaires pour les tôles d'aluminium destinées aux applications de fuselage sont décrites par exemple dans le brevet EP 1 891 247. Il est souhaitable notamment que la tôle ait une limite d'élasticité élevée (pour résister au flambage) ainsi qu'une ténacité sous contrainte plane élevée, caractérisée notamment par une valeur élevée de facteur d'intensité de contrainte apparent à la rupture (I(a.pp) élevée et une longue courbe R.
Le brevet EP 1 966 402 décrit un alliage comprenant 2,1 à 2,8 % en poids de Cu, 1,1 à 1,7 % en poids de Li, 01 à 0,8 % en poids de Ag, 0,2 à 0,6 % en poids de Mg, 0,2 à
0,6 % en poids de Mn, une quantité de Fe et de Si inférieure ou égale à 0,1 %
en poids chacun, et des impuretés inévitables à une teneur inférieure ou égale à 0,05%
en poids chacune et 0,15% en poids au total, l'alliage étant sensiblement exempt de zirconium, particulièrement adapté pour l'obtention de tôles minces recristallisées.
Les tôles de fuselage peuvent être sollicitées dans plusieurs directions et des tôles minces isotropes ayant des propriétés élevées et équilibrées en résistance mécanique dans les directions L et TL et en ténacité pour les directions L-T et T-L sont très recherchées. De plus on a constaté que des tôles minces obtenues avec certains alliages présentant des propriétés élevées à certaines épaisseurs, par exemple 4 mm peuvent dans certains cas avoir des propriétés moins élevées ou anisotropes à une autre épaisseur, par exemple 2,5 mm. Il n'est souvent pas avantageux industriellement d'utiliser des alliages différents pour différentes épaisseurs et un alliage permettant d'atteindre des propriétés élevées et isotropes quelle que soit l'épaisseur serait particulièrement avantageux.
Il existe un besoin pour des tôles minces, notamment d'épaisseur 0,5 à 9 mm, en alliage aluminium-cuivre-lithium présentant des propriétés améliorées et isotropes par rapport à
celles des produits connus, en particulier en termes en résistance mécanique dans les directions L et TL et en ténacité pour les directions L-T et T-L, et ce sur l'ensemble de cette gamme d'épaisseur.
Objet de l'invention L'objet de l'invention est une tôle d'épaisseur 0,5 à 9 mm de structure granulaire essentiellement recristallisée en alliage à base d'aluminium comprenant 2,8 à3,2 % en poids de Cu, 0,5 à 0,8 % en poids de Li, 0,1 à 0,3 % en poids de Ag, 0,2 à0,7 % en poids de Mg, 0,2 à0,6 % en poids de Mn, 0,01 à 0,15 % en poids de Ti, une quantité de Zn inférieure à 0,2 % en poids, une quantité de Fe et de Si inférieure ou égale à 0,1 % en poids chacun, et des impuretés inévitables à une teneur inférieure ou égale à 0,05% en poids chacune et 0,15% en poids au total, la dite tôle étant obtenue par un procédé comprenant coulée, homogénéisation, laminage à
chaud et optionnellement laminage à froid, mise en solution, trempe et revenu.
Un autre objet de l'invention est le procédé de fabrication d'une tôle selon l'invention d'épaisseur 0,5 à 9 mm en alliage à base d'aluminium dans lequel, successivement a) on élabore un bain de métal liquide comprenant 2,8 à3,2 % en poids de Cu, 0,5 à 0,8 % en poids de Li, 0,1 à 0,3 % en poids de Ag, 0,2 à0,7 % en poids de Mg, 0,2 à0,6 % en poids de Mn, 0,01 à 0,15 % en poids de Ti, une quantité de Zn inférieure à 0,2 % en poids, une quantité de Fe et de Si inférieure ou égale à 0,1 % en poids chacun, et des impuretés inévitables à une teneur inférieure ou égale à 0,05% en poids chacune et 0,15% en poids au total, b) on coule une plaque à partir dudit bain de métal liquide c) on homogénéise ladite plaque à une température comprise entre 480 C et 535 oc;
d) on lamine ladite plaque par laminage à chaud et optionnellement à froid en une tôle ayant une épaisseur comprise entre 0,5 mm et 9 mm;
e) on met en solution à une température comprise entre 450 C et 535 C et on trempe ladite tôle;
0,05 - 0,3;
Hf: 0,05 - 0, 5 ; autres éléments <= 0,05 chacun et <= 0,15 au total, reste aluminium, les produits étant particulièrement utiles pour réaliser des produits épais en aluminium destinés à réaliser des éléments de structure pour l'industrie aéronautique.
Les caractéristiques nécessaires pour les tôles d'aluminium destinées aux applications de fuselage sont décrites par exemple dans le brevet EP 1 891 247. Il est souhaitable notamment que la tôle ait une limite d'élasticité élevée (pour résister au flambage) ainsi qu'une ténacité sous contrainte plane élevée, caractérisée notamment par une valeur élevée de facteur d'intensité de contrainte apparent à la rupture (I(a.pp) élevée et une longue courbe R.
Le brevet EP 1 966 402 décrit un alliage comprenant 2,1 à 2,8 % en poids de Cu, 1,1 à 1,7 % en poids de Li, 01 à 0,8 % en poids de Ag, 0,2 à 0,6 % en poids de Mg, 0,2 à
0,6 % en poids de Mn, une quantité de Fe et de Si inférieure ou égale à 0,1 %
en poids chacun, et des impuretés inévitables à une teneur inférieure ou égale à 0,05%
en poids chacune et 0,15% en poids au total, l'alliage étant sensiblement exempt de zirconium, particulièrement adapté pour l'obtention de tôles minces recristallisées.
Les tôles de fuselage peuvent être sollicitées dans plusieurs directions et des tôles minces isotropes ayant des propriétés élevées et équilibrées en résistance mécanique dans les directions L et TL et en ténacité pour les directions L-T et T-L sont très recherchées. De plus on a constaté que des tôles minces obtenues avec certains alliages présentant des propriétés élevées à certaines épaisseurs, par exemple 4 mm peuvent dans certains cas avoir des propriétés moins élevées ou anisotropes à une autre épaisseur, par exemple 2,5 mm. Il n'est souvent pas avantageux industriellement d'utiliser des alliages différents pour différentes épaisseurs et un alliage permettant d'atteindre des propriétés élevées et isotropes quelle que soit l'épaisseur serait particulièrement avantageux.
Il existe un besoin pour des tôles minces, notamment d'épaisseur 0,5 à 9 mm, en alliage aluminium-cuivre-lithium présentant des propriétés améliorées et isotropes par rapport à
celles des produits connus, en particulier en termes en résistance mécanique dans les directions L et TL et en ténacité pour les directions L-T et T-L, et ce sur l'ensemble de cette gamme d'épaisseur.
Objet de l'invention L'objet de l'invention est une tôle d'épaisseur 0,5 à 9 mm de structure granulaire essentiellement recristallisée en alliage à base d'aluminium comprenant 2,8 à3,2 % en poids de Cu, 0,5 à 0,8 % en poids de Li, 0,1 à 0,3 % en poids de Ag, 0,2 à0,7 % en poids de Mg, 0,2 à0,6 % en poids de Mn, 0,01 à 0,15 % en poids de Ti, une quantité de Zn inférieure à 0,2 % en poids, une quantité de Fe et de Si inférieure ou égale à 0,1 % en poids chacun, et des impuretés inévitables à une teneur inférieure ou égale à 0,05% en poids chacune et 0,15% en poids au total, la dite tôle étant obtenue par un procédé comprenant coulée, homogénéisation, laminage à
chaud et optionnellement laminage à froid, mise en solution, trempe et revenu.
Un autre objet de l'invention est le procédé de fabrication d'une tôle selon l'invention d'épaisseur 0,5 à 9 mm en alliage à base d'aluminium dans lequel, successivement a) on élabore un bain de métal liquide comprenant 2,8 à3,2 % en poids de Cu, 0,5 à 0,8 % en poids de Li, 0,1 à 0,3 % en poids de Ag, 0,2 à0,7 % en poids de Mg, 0,2 à0,6 % en poids de Mn, 0,01 à 0,15 % en poids de Ti, une quantité de Zn inférieure à 0,2 % en poids, une quantité de Fe et de Si inférieure ou égale à 0,1 % en poids chacun, et des impuretés inévitables à une teneur inférieure ou égale à 0,05% en poids chacune et 0,15% en poids au total, b) on coule une plaque à partir dudit bain de métal liquide c) on homogénéise ladite plaque à une température comprise entre 480 C et 535 oc;
d) on lamine ladite plaque par laminage à chaud et optionnellement à froid en une tôle ayant une épaisseur comprise entre 0,5 mm et 9 mm;
e) on met en solution à une température comprise entre 450 C et 535 C et on trempe ladite tôle;
4 h) on tractionne de façon contrôlée ladite tôle avec une déformation permanente de 0,5 à
%, la déformation à froid totale après mise en solution et trempe étant inférieure à
15%;
i) on effectue un revenu comprenant un chauffage à une température comprise entre 130 et
%, la déformation à froid totale après mise en solution et trempe étant inférieure à
15%;
i) on effectue un revenu comprenant un chauffage à une température comprise entre 130 et
5 170 C et de préférence entre 150 et 160 C pendant 5 à 100 heures et de préférence de à 40 heures.
Encore un autre objet de l'invention est l'utilisation d'une tôle selon l'invention dans un 10 panneau de fuselage pour aéronef.
Description des figures Figure 1 ¨ Courbes R obtenues dans la direction L-T sur des tôles d'épaisseur 4 à 5 mm pour des éprouvettes de largeur 760 mm.
Figure 2¨ Courbes R obtenues dans la direction L-T sur des tôles d'épaisseur 1,5 à 2,5 mm pour des éprouvettes de largeur 760 mm.
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. Sauf mention contraire les définitions des états métallurgiques indiquées dans la norme européenne EN 515 s'appliquent.
Les caractéristiques mécaniques statiques en traction, en d'autres termes la résistance à la rupture Rip, la limite d'élasticité conventionnelle à 0,2% d'allongement Rpo,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.
Dans le cadre de la présente invention, on appelle structure granulaire essentiellement non--recristallisée une structure granulaire telle que le taux de recristallisation à 1/2 épaisseur est inférieur à 30% et de préférence inférieur à 10% et on appelle structure granulaire essentiellement recristallisée une structure granulaire telle que le taux de recristallisation à
1/2 épaisseur est supérieur à 70% et de préférence supérieur à 90%. Le taux de recristallisation est défini comme la fraction de surface sur une coupe métallographique occupée par des grains recristallisés.
Les tailles de grain sont mesurées selon la norme ASTM E112.
Une courbe donnant le facteur d'intensité de contrainte effectif en fonction de l'extension de fissure effective, connue comme la courbe R, est déterminée 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 au commencement de la charge monotone, à la charge critique. 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. Kr60 représente le facteur d'intensité de contrainte effectif pour une extension de fissure effective Aaeff de 60 mm. Sauf mention contraire, la taille de fissure à la fin du stade de pré-fissurage par fatigue est W/3 pour des éprouvettes du type M(T), dans laquelle W est la largeur de l'éprouvette telle que définie dans la norme ASTM E561.
Sauf mention contraire, les définitions de la norme EN 12258 s'appliquent.
La teneur en cuivre des produits selon l'invention est comprise entre 2,8 et 3,2 % en poids.
Dans une réalisation avantageuse de l'invention, la teneur en cuivre est comprise entre 2,9 et 3,1 % en poids.
Encore un autre objet de l'invention est l'utilisation d'une tôle selon l'invention dans un 10 panneau de fuselage pour aéronef.
Description des figures Figure 1 ¨ Courbes R obtenues dans la direction L-T sur des tôles d'épaisseur 4 à 5 mm pour des éprouvettes de largeur 760 mm.
Figure 2¨ Courbes R obtenues dans la direction L-T sur des tôles d'épaisseur 1,5 à 2,5 mm pour des éprouvettes de largeur 760 mm.
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. Sauf mention contraire les définitions des états métallurgiques indiquées dans la norme européenne EN 515 s'appliquent.
Les caractéristiques mécaniques statiques en traction, en d'autres termes la résistance à la rupture Rip, la limite d'élasticité conventionnelle à 0,2% d'allongement Rpo,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.
Dans le cadre de la présente invention, on appelle structure granulaire essentiellement non--recristallisée une structure granulaire telle que le taux de recristallisation à 1/2 épaisseur est inférieur à 30% et de préférence inférieur à 10% et on appelle structure granulaire essentiellement recristallisée une structure granulaire telle que le taux de recristallisation à
1/2 épaisseur est supérieur à 70% et de préférence supérieur à 90%. Le taux de recristallisation est défini comme la fraction de surface sur une coupe métallographique occupée par des grains recristallisés.
Les tailles de grain sont mesurées selon la norme ASTM E112.
Une courbe donnant le facteur d'intensité de contrainte effectif en fonction de l'extension de fissure effective, connue comme la courbe R, est déterminée 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 au commencement de la charge monotone, à la charge critique. 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. Kr60 représente le facteur d'intensité de contrainte effectif pour une extension de fissure effective Aaeff de 60 mm. Sauf mention contraire, la taille de fissure à la fin du stade de pré-fissurage par fatigue est W/3 pour des éprouvettes du type M(T), dans laquelle W est la largeur de l'éprouvette telle que définie dans la norme ASTM E561.
Sauf mention contraire, les définitions de la norme EN 12258 s'appliquent.
La teneur en cuivre des produits selon l'invention est comprise entre 2,8 et 3,2 % en poids.
Dans une réalisation avantageuse de l'invention, la teneur en cuivre est comprise entre 2,9 et 3,1 % en poids.
6 La teneur en lithium des produits selon l'invention est comprise entre 0,5 et 0,8 % en poids et de préférence comprise entre 0,55 % et 0,75 % en poids. Avantageusement la teneur en lithium est au moins 0,6 % en poids. Dans un mode de réalisation de l'invention, la teneur en lithium est comprise entre 0,64 % et 0,73 % en poids. L'addition de lithium peut contribuer à l'augmentation de la résistance mécanique et de la ténacité, une teneur trop élevée ou trop faible ne permet pas d'obtenir une valeur élevée de ténacité
et/ou une limite d'élasticité suffisante.
La teneur en magnésium des produits selon l'invention est comprise entre 0,2 et 0,7 % en poids, de préférence entre 0,3 et 0,5 % en poids et de manière préférée entre 0,35 et 0,45 %
en poids.
La teneur en manganèse est comprise entre 0,2 et 0,6 % en poids et de préférence entre 0,25 et 0,35% en poids. Dans un mode de réalisation de l'invention la teneur en manganèse est au plus de 0,45 % en poids. L'addition de manganèse dans la quantité
revendiquée permet de contrôler la structure granulaire tout en évitant l'effet néfaste sur la ténacité que génèrerait une teneur trop élevée.
La teneur en argent est comprise entre 0,1 et 0,3 % en poids. Dans un mode de réalisation avantageux de l'invention la teneur en argent est comprise entre 0,15 et 0,28 % en poids.
La teneur en titane est comprise entre 0,01 et 0,15 % en poids.
Avantageusement la teneur en titane est au moins 0,02 % en poids et de manière préférée au moins 0,03 %
en poids.
Dans un mode de réalisation avantageux de l'invention la teneur en titane est au plus de 0,1 % en poids et de préférence au plus de 0,05 % en poids. L'addition de titane contribue à
contrôler la structure granulaire, notamment lors de la coulée.
Les teneurs en fer et en silicium sont chacune au plus de 0,1 % en poids. Dans une réalisation avantageuse de l'invention les teneurs en fer et en silicium sont au plus de 0,08 % et préférentiellement au plus de 0,04 % en poids. Une teneur en fer et en silicium contrôlée et limitée contribue à l'amélioration du compromis entre résistance mécanique et tolérance aux dommages.
La teneur en zinc est inférieure à 0,2 % en poids et de préférence inférieure à 0,1 % en poids. La teneur en zinc est avantageusement inférieure à 0,04 % en poids.
et/ou une limite d'élasticité suffisante.
La teneur en magnésium des produits selon l'invention est comprise entre 0,2 et 0,7 % en poids, de préférence entre 0,3 et 0,5 % en poids et de manière préférée entre 0,35 et 0,45 %
en poids.
La teneur en manganèse est comprise entre 0,2 et 0,6 % en poids et de préférence entre 0,25 et 0,35% en poids. Dans un mode de réalisation de l'invention la teneur en manganèse est au plus de 0,45 % en poids. L'addition de manganèse dans la quantité
revendiquée permet de contrôler la structure granulaire tout en évitant l'effet néfaste sur la ténacité que génèrerait une teneur trop élevée.
La teneur en argent est comprise entre 0,1 et 0,3 % en poids. Dans un mode de réalisation avantageux de l'invention la teneur en argent est comprise entre 0,15 et 0,28 % en poids.
La teneur en titane est comprise entre 0,01 et 0,15 % en poids.
Avantageusement la teneur en titane est au moins 0,02 % en poids et de manière préférée au moins 0,03 %
en poids.
Dans un mode de réalisation avantageux de l'invention la teneur en titane est au plus de 0,1 % en poids et de préférence au plus de 0,05 % en poids. L'addition de titane contribue à
contrôler la structure granulaire, notamment lors de la coulée.
Les teneurs en fer et en silicium sont chacune au plus de 0,1 % en poids. Dans une réalisation avantageuse de l'invention les teneurs en fer et en silicium sont au plus de 0,08 % et préférentiellement au plus de 0,04 % en poids. Une teneur en fer et en silicium contrôlée et limitée contribue à l'amélioration du compromis entre résistance mécanique et tolérance aux dommages.
La teneur en zinc est inférieure à 0,2 % en poids et de préférence inférieure à 0,1 % en poids. La teneur en zinc est avantageusement inférieure à 0,04 % en poids.
7 Les impuretés inévitables sont maintenues à une teneur inférieure ou égale à
0,05% en poids chacune et 0,15% en poids au total.
En particulier la teneur en zirconium est inférieure ou égale à 0,05 % en poids préférentiellement inférieure ou égale à 0,04 % en poids et de manière préférée inférieure ou égale à 0,03 % en poids.
Le procédé de fabrication des tôles selon l'invention comprend des étapes d'élaboration, coulée, laminage, mise en solution, trempe, traction contrôlée 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 sous une forme de plaque de laminage.
La plaque de laminage est ensuite homogénéisée à une température comprise entre 480 C
et 535 et de préférence entre 490 C et 530 C et de manière préférée entre 500 C et 520 C. La durée d'homogénéisation est de préférence comprise entre 5 et 60 heures.
Dans le cadre de l'invention, une température d'homogénéisation trop basse ou l'absence d'homogénéisation ne permet pas d'atteindre des propriétés améliorées et isotropes par rapport à celles des produits connus, en particulier en termes de résistance mécanique dans les directions L et TL et de ténacité pour les directions L-T et T-L, et ce sur l'ensemble de cette gamme d'épaisseur.
Après homogénéisation, la plaque de laminage est en général refroidie jusqu'à
température ambiante avant d'être préchauffée en vue d'être déformée à chaud. Le préchauffage a pour objectif d'atteindre une température de préférence comprise entre 400 et 500 C permettant la déformation par laminage à chaud.
Le laminage à chaud et optionnellement à froid est effectué de manière à
obtenir une tôle d'épaisseur 0,5 à 9 mm.
Avantageusement, lors du laminage à chaud, on maintient une température supérieure à
400 C jusqu'à l'épaisseur 20 mm et de préférence une température supérieure à
jusqu'à l'épaisseur 20 mm. Des traitements thermiques intermédiaires pendant le laminage et/ou après le laminage peuvent être effectués dans certains cas. Cependant de manière préférée, le procédé ne comprend pas de traitement thermique intermédiaire pendant le laminage et/ou après le laminage. La tôle ainsi obtenue est ensuite mise en solution par traitement thermique entre 450 et 535 C, de préférence entre 490 C et 530 C
et de
0,05% en poids chacune et 0,15% en poids au total.
En particulier la teneur en zirconium est inférieure ou égale à 0,05 % en poids préférentiellement inférieure ou égale à 0,04 % en poids et de manière préférée inférieure ou égale à 0,03 % en poids.
Le procédé de fabrication des tôles selon l'invention comprend des étapes d'élaboration, coulée, laminage, mise en solution, trempe, traction contrôlée 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 sous une forme de plaque de laminage.
La plaque de laminage est ensuite homogénéisée à une température comprise entre 480 C
et 535 et de préférence entre 490 C et 530 C et de manière préférée entre 500 C et 520 C. La durée d'homogénéisation est de préférence comprise entre 5 et 60 heures.
Dans le cadre de l'invention, une température d'homogénéisation trop basse ou l'absence d'homogénéisation ne permet pas d'atteindre des propriétés améliorées et isotropes par rapport à celles des produits connus, en particulier en termes de résistance mécanique dans les directions L et TL et de ténacité pour les directions L-T et T-L, et ce sur l'ensemble de cette gamme d'épaisseur.
Après homogénéisation, la plaque de laminage est en général refroidie jusqu'à
température ambiante avant d'être préchauffée en vue d'être déformée à chaud. Le préchauffage a pour objectif d'atteindre une température de préférence comprise entre 400 et 500 C permettant la déformation par laminage à chaud.
Le laminage à chaud et optionnellement à froid est effectué de manière à
obtenir une tôle d'épaisseur 0,5 à 9 mm.
Avantageusement, lors du laminage à chaud, on maintient une température supérieure à
400 C jusqu'à l'épaisseur 20 mm et de préférence une température supérieure à
jusqu'à l'épaisseur 20 mm. Des traitements thermiques intermédiaires pendant le laminage et/ou après le laminage peuvent être effectués dans certains cas. Cependant de manière préférée, le procédé ne comprend pas de traitement thermique intermédiaire pendant le laminage et/ou après le laminage. La tôle ainsi obtenue est ensuite mise en solution par traitement thermique entre 450 et 535 C, de préférence entre 490 C et 530 C
et de
8
9 PCT/FR2015/052634 manière préférée entre 500 C et 520 C, de préférence pendant 5 min à 2 heures, puis trempée. Avantageusement la durée de mise en solution est au plus de 1 heure de façon à
minimiser l'oxydation de surface.
Il est connu de l'homme du métier que les conditions précises de mise en solution doivent être choisies en fonction de l'épaisseur et de la composition de façon à
mettre en solution solide les éléments durcissants.
La tôle subit ensuite une déformation à froid par traction contrôlée avec une déformation permanente de 0,5 à 5 % et préférentiellement de 1 à 3 %. Des étapes connues telles que le laminage, le planage, le défripage, le redressage la mise en forme peuvent être optionnellement réalisées après mise en solution et trempe et avant ou après la traction contrôlée, cependant la déformation à froid totale après mise en solution et trempe doit rester inférieure à 15% et de préférence inférieure à 10%. Des déformations à
froid élevées après mise en solution et trempe causent en effet l'apparition de nombreuses bandes de cisaillement traversant plusieurs grains, ces bandes de cisaillement n'étant pas souhaitables.
Typiquement, la tôle trempée peut est soumise à une étape de défi-ipage ou de planage, avant ou après la traction contrôlée. On entend ici par défripage/planage une étape de déformation à froid sans déformation permanente ou avec une déformation permanente inférieure ou égale à 1%, permettant d'améliorer la planéité.
Un revenu est réalisé comprenant un chauffage à 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
40 heures. De manière préférée, l'état métallurgique final est un état T8.
Dans un mode de réalisation de l'invention, un traitement thermique court est réalisé après traction contrôlée et avant revenu de façon à améliorer la formabilité des tôles. Les tôles peuvent ainsi être mises en forme par un procédé tel que l'étirage-formage avant d'être revenues.
La structure granulaire des tôles selon l'invention est essentiellement recristallisée. La combinaison de la composition selon l'invention et des paramètres de transformation permet de contrôler l'indice d'anisotropie des grains recristallisés. Ainsi les tôles selon l'invention sont telles que l'indice d'anisotropie des grains mesuré à mi-épaisseur selon la norme ASTM E112 par la méthode des intercepts dans le plan L/TC est inférieur à 20, de préférence inférieur à 15 et de manière préférée inférieur à 10.
Avantageusement pour les tôles dont l'épaisseur est inférieure ou égale à 3 mm, l'indice d'anisotropie des grains mesuré à mi-épaisseur selon la norme ASTM E112 par la méthode des intercepts dans le plan L/TC est inférieur ou égale à 8, de préférence inférieur ou égal à 6 et de manière préférée inférieur ou égal à 4.
Les tôles selon l'invention ont des propriétés avantageuses quelle que soit l'épaisseur des produits.
Les tôles selon l'invention dont l'épaisseur est comprise entre 0,5 et 9 mm et particulièrement entre 1,5 et 6 mm présentent avantageusement à l'état T8 au moins un des couples de propriétés suivantes - une ténacité en contrainte plane Kapp, mesurée sur des éprouvettes de type CCT760 (2ao = 253 mm), dans la direction L-T et dans la direction T-L d'au moins 140 MPaim et préférentiellement d'au moins 150 MPaNim et une limite RP0,2 dans les directions L et TL d'au moins 360 MPa et de préférence d'au moins 365 MPa, - une ténacité en contrainte plane Kr60, mesurée sur des éprouvettes de type CCT760 (2ao = 253 mm), dans la direction L-T et dans la direction T-L
supérieur à
190 MPaim et préférentiellement supérieur à 200 MPaNim et une résistance à
rupture Rm dans les directions L et TL d'au moins 410 MPa et de préférence d'au moins 415 MPa, et au moins une des propriétés suivantes :
- un rapport entre la ténacité en contrainte plane Kapp, mesurée sur des éprouvettes de type CCT760 (2ao = 253 mm), dans les direction T-L et L-T, Kapp(T-L) / Kapp (L-T), compris entre 0,85 et 1,15 et de préférence entre 0,90 et 1,10 - un rapport entre la résistance à rupture Rm dans les directions L et TL, Rm(L) /
Rm(TL), inférieur à 1,06 et de préférence inférieur à 1,05.
Sans être liés à une théorie particulière, les présents inventeurs pensent que la combinaison entre la composition, notamment la teneur limitée de zirconium, l'addition de manganèse et la quantité choisie de magnésium et le procédé de transformation, notamment la température d'homogénéisation et de laminage à chaud, permet d'obtenir les propriétés avantageuses revendiquées.
La résistance à la corrosion, en particulier à la corrosion intergranulaire, à
la corrosion feuillante ainsi qu'à la corrosion sous contrainte, des tôles selon l'invention est élevée.
Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, la tôle de l'invention peut être utilisée sans placage.
L'utilisation de tôles selon l'invention dans un panneau de fuselage pour aéronef est avantageuse. Les tôles selon l'invention sont également avantageuses dans les applications aérospatiales telles que la fabrication de fusées.
Exemple Dans cet exemple, des tôles en alliage Al-Cu-Li ont été préparées.
7 plaques dont la composition est donnée dans le tableau 1 ont été coulées.
Tableau 1. Composition en % en poids des plaques Alliage Cu Li Mg Zr Mn Ag Fe Si Ti A 3,2 0,73 0,68 0,14 <0,01 0,26 0,03 0,04 0,03 B 3,0 0,70 0,64 0,17 <0,01 0,27 0,02 0,03 0,03 C 3,0 0,73 0,35 0,15 <0,01 0,27 0,02 0,03 0,03 D 2,7 0,75 0,58 0,14 <0,01 0,28 0,03 0,02 0,03 E 2,9 0,73 0,45 0,14 <0,01 0,29 0,04 0,02 0,03 F 2,9 0,68 0,42 0,03 0,28 0,28 0,03 0,02 0,03 G 2,9 0,75 0,44 0,05 0,28 0,26 0,03 0,02 0,03 Les plaques ont été homogénéisées 12 heures à 505 C. Les plaques ont été
laminées à
chaud pour obtenir des tôles d'épaisseur comprise entre 4,2 à 6,3 mm.
Certaines tôles ont ensuite été laminées à froid jusqu'à une épaisseur comprise entre 1,5 et 2,5 mm. Le détail des tôles obtenues et des conditions de revenu est donné dans le tableau 2.
Tableau 2 : détail des tôles obtenues et des conditions de revenu Epaisseur après Epaisseur après Durée de revenu à 155 C
Tôle laminage à chaud laminage à froid (mm) (h) (mm) A#1 4,2 - 36 A#2 4,4 1,5 36 B#1 4,6 36 B#2 4,4 1,5 36 C#1 4,3 24 C#2 4,4 1,5 24 D#1 4,3 40 D#2 6,3 2,5 40 E#1 4,3 36 E#2 6,3 2,5 36 F#1 4,2 28 F#2 4,2 2,5 28 G#1 4,2 28 G#2 4,2 2,5 28 Après laminage à chaud et éventuellement à froid, les tôles ont été mises en solution à 505 C puis défripées, tractionnées avec un allongement permanent de 2% et revenues. Les conditions de revenu ne sont pas toutes identiques car l'augmentation de la limite d'élasticité avec la durée de revenu diffère d'un alliage à l'autre. On a cherché à obtenir une limite d'élasticité au pic tout en limitant la durée de revenu. Les conditions de revenu sont données dans le Tableau 2.
La structure granulaire des échantillons a été caractérisée à partir de l'observation microscopique des sections transversales après oxydation anodique sous lumière polarisée.
La structure granulaire des tôles était essentiellement non-recristallisée pour toutes les tôles à l'exception des tôles D#2 E#2 F#1, F#2, G#1 et G#2 pour lesquelles la structure granulaire était essentiellement recristallisée.
Pour les tôles dont la structure granulaire était essentiellement recristallisée, la taille des grains a été déterminée dans le plan L/TC à mi-épaisseur selon la norme ASTM
E112 par la méthode des intercepts à partir de l'observation microscopique des sections transversales après oxydation anodique sous lumière polarisée. L'indice d'anisotropie est le rapport de la taille de grain mesurée dans la direction L divisé par la taille de grain mesurée dans la direction TC. Les résultats sont présentés dans le Tableau 3.
Tableau 3 : Tailles de grains mesurées pour les échantillons dont la structure granulaire était essentiellement recristallisée Indice Tôle Direction L (mn) Direction TC (mn) d'anisotropie D#2 1260 21 60 E#2 1100 23 48 F#1 540 59 9 F#2 135 37 4 G#1 678 56 12 G#2 317 46 7 Les échantillons ont été testés mécaniquement afin de déterminer leurs propriétés mécaniques statiques ainsi que leur ténacité. Les caractéristiques mécaniques ont été
mesurées en pleine épaisseur.
La limite d'élasticité en traction, la résistance ultime et l'allongement à la rupture sont fournis dans le tableau 4.
Tableau 4 : Caractéristiques mécaniques exprimées en MPa (Rp0,2, R.) ou en pourcentage (A%) RiTi(L)/
Tôle R0,2(L) RiTi(L) A%(L) R0,2 (TL) RiTi(TL) A%(TL) RiTi(TL) A#1 469 513 12,2 439 481 15,8 1,07 A#2 475 522 11,7 441 489 14,0 1,07 B#1 431 483 13,5 419 462 16,1 1,05 B#2 431 486 12,9 414 460 17,1 1,06 C#1 430 471 13,6 411 455 15,5 1,04 C#2 423 472 12,2 399 451 15,9 1,05 D#1 420 462 13,0 384 428 16,3 1,08 D#2 403 437 11,6 371 428 13,9 1,02 E#1 453 487 12,5 428 464 15,9 1,05 E#2 433 464 11,4 395 458 11,4 1,01 F#1 392 430 12.5 369 420 12.4 1,02 F#2 400 437 11.9 368 419 13.4 1,04 G#1 402 432 13.4 372 424 12.7 1,02 G#2 412 440 12.9 378 426 13.1 1,03 Le tableau 5 résume les résultats des essais de ténacité sur des éprouvettes CCT de largeur 760 mm pour ces échantillons.
Tableau 5 résultats des courbes R pour les éprouvettes CCT de largeur 760 mm.
Kapp Kr60 Kapp(T-L) /
Tôle [MPeim] [MPeim] Kapp (L-T) T-L L-T T-L L-T
A#1 187 161 247 213 1,16 A#2 160 114 210 151 1,40 B#1 180 178 238 238 1,01 B#2 167 124 223 166 1,35 C#1 182 165 242 219 1,10 C#2 154 127 203 162 1,21 D#1 174 150 230 200 1,16 D#2 147 151 196 201 0,97 E#1 181 159 240 213 1,14 E#2 137 164 181 219 0,84 F#1 154 169 203 223 0,91 F#2 158 168 208 224 0,94 G#1 153 172 202 228 0,89 G#2 158 172 208 229 0,92 Les Figures 1 et 2 illustrent la remarquable ténacité des exemples F et G
selon l'invention notamment dans la direction L-T.
Les exemples F et G démontrent que l'on peut obtenir des tôles minces selon l'invention qui présentent des propriétés améliorées et isotropes par rapport à celles obtenues à partir des autres exemples A à E, et en particulier par rapport à l'exemple C, et ce sur une large gamme d'épaisseur typique desdites tôles minces.
minimiser l'oxydation de surface.
Il est connu de l'homme du métier que les conditions précises de mise en solution doivent être choisies en fonction de l'épaisseur et de la composition de façon à
mettre en solution solide les éléments durcissants.
La tôle subit ensuite une déformation à froid par traction contrôlée avec une déformation permanente de 0,5 à 5 % et préférentiellement de 1 à 3 %. Des étapes connues telles que le laminage, le planage, le défripage, le redressage la mise en forme peuvent être optionnellement réalisées après mise en solution et trempe et avant ou après la traction contrôlée, cependant la déformation à froid totale après mise en solution et trempe doit rester inférieure à 15% et de préférence inférieure à 10%. Des déformations à
froid élevées après mise en solution et trempe causent en effet l'apparition de nombreuses bandes de cisaillement traversant plusieurs grains, ces bandes de cisaillement n'étant pas souhaitables.
Typiquement, la tôle trempée peut est soumise à une étape de défi-ipage ou de planage, avant ou après la traction contrôlée. On entend ici par défripage/planage une étape de déformation à froid sans déformation permanente ou avec une déformation permanente inférieure ou égale à 1%, permettant d'améliorer la planéité.
Un revenu est réalisé comprenant un chauffage à 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
40 heures. De manière préférée, l'état métallurgique final est un état T8.
Dans un mode de réalisation de l'invention, un traitement thermique court est réalisé après traction contrôlée et avant revenu de façon à améliorer la formabilité des tôles. Les tôles peuvent ainsi être mises en forme par un procédé tel que l'étirage-formage avant d'être revenues.
La structure granulaire des tôles selon l'invention est essentiellement recristallisée. La combinaison de la composition selon l'invention et des paramètres de transformation permet de contrôler l'indice d'anisotropie des grains recristallisés. Ainsi les tôles selon l'invention sont telles que l'indice d'anisotropie des grains mesuré à mi-épaisseur selon la norme ASTM E112 par la méthode des intercepts dans le plan L/TC est inférieur à 20, de préférence inférieur à 15 et de manière préférée inférieur à 10.
Avantageusement pour les tôles dont l'épaisseur est inférieure ou égale à 3 mm, l'indice d'anisotropie des grains mesuré à mi-épaisseur selon la norme ASTM E112 par la méthode des intercepts dans le plan L/TC est inférieur ou égale à 8, de préférence inférieur ou égal à 6 et de manière préférée inférieur ou égal à 4.
Les tôles selon l'invention ont des propriétés avantageuses quelle que soit l'épaisseur des produits.
Les tôles selon l'invention dont l'épaisseur est comprise entre 0,5 et 9 mm et particulièrement entre 1,5 et 6 mm présentent avantageusement à l'état T8 au moins un des couples de propriétés suivantes - une ténacité en contrainte plane Kapp, mesurée sur des éprouvettes de type CCT760 (2ao = 253 mm), dans la direction L-T et dans la direction T-L d'au moins 140 MPaim et préférentiellement d'au moins 150 MPaNim et une limite RP0,2 dans les directions L et TL d'au moins 360 MPa et de préférence d'au moins 365 MPa, - une ténacité en contrainte plane Kr60, mesurée sur des éprouvettes de type CCT760 (2ao = 253 mm), dans la direction L-T et dans la direction T-L
supérieur à
190 MPaim et préférentiellement supérieur à 200 MPaNim et une résistance à
rupture Rm dans les directions L et TL d'au moins 410 MPa et de préférence d'au moins 415 MPa, et au moins une des propriétés suivantes :
- un rapport entre la ténacité en contrainte plane Kapp, mesurée sur des éprouvettes de type CCT760 (2ao = 253 mm), dans les direction T-L et L-T, Kapp(T-L) / Kapp (L-T), compris entre 0,85 et 1,15 et de préférence entre 0,90 et 1,10 - un rapport entre la résistance à rupture Rm dans les directions L et TL, Rm(L) /
Rm(TL), inférieur à 1,06 et de préférence inférieur à 1,05.
Sans être liés à une théorie particulière, les présents inventeurs pensent que la combinaison entre la composition, notamment la teneur limitée de zirconium, l'addition de manganèse et la quantité choisie de magnésium et le procédé de transformation, notamment la température d'homogénéisation et de laminage à chaud, permet d'obtenir les propriétés avantageuses revendiquées.
La résistance à la corrosion, en particulier à la corrosion intergranulaire, à
la corrosion feuillante ainsi qu'à la corrosion sous contrainte, des tôles selon l'invention est élevée.
Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, la tôle de l'invention peut être utilisée sans placage.
L'utilisation de tôles selon l'invention dans un panneau de fuselage pour aéronef est avantageuse. Les tôles selon l'invention sont également avantageuses dans les applications aérospatiales telles que la fabrication de fusées.
Exemple Dans cet exemple, des tôles en alliage Al-Cu-Li ont été préparées.
7 plaques dont la composition est donnée dans le tableau 1 ont été coulées.
Tableau 1. Composition en % en poids des plaques Alliage Cu Li Mg Zr Mn Ag Fe Si Ti A 3,2 0,73 0,68 0,14 <0,01 0,26 0,03 0,04 0,03 B 3,0 0,70 0,64 0,17 <0,01 0,27 0,02 0,03 0,03 C 3,0 0,73 0,35 0,15 <0,01 0,27 0,02 0,03 0,03 D 2,7 0,75 0,58 0,14 <0,01 0,28 0,03 0,02 0,03 E 2,9 0,73 0,45 0,14 <0,01 0,29 0,04 0,02 0,03 F 2,9 0,68 0,42 0,03 0,28 0,28 0,03 0,02 0,03 G 2,9 0,75 0,44 0,05 0,28 0,26 0,03 0,02 0,03 Les plaques ont été homogénéisées 12 heures à 505 C. Les plaques ont été
laminées à
chaud pour obtenir des tôles d'épaisseur comprise entre 4,2 à 6,3 mm.
Certaines tôles ont ensuite été laminées à froid jusqu'à une épaisseur comprise entre 1,5 et 2,5 mm. Le détail des tôles obtenues et des conditions de revenu est donné dans le tableau 2.
Tableau 2 : détail des tôles obtenues et des conditions de revenu Epaisseur après Epaisseur après Durée de revenu à 155 C
Tôle laminage à chaud laminage à froid (mm) (h) (mm) A#1 4,2 - 36 A#2 4,4 1,5 36 B#1 4,6 36 B#2 4,4 1,5 36 C#1 4,3 24 C#2 4,4 1,5 24 D#1 4,3 40 D#2 6,3 2,5 40 E#1 4,3 36 E#2 6,3 2,5 36 F#1 4,2 28 F#2 4,2 2,5 28 G#1 4,2 28 G#2 4,2 2,5 28 Après laminage à chaud et éventuellement à froid, les tôles ont été mises en solution à 505 C puis défripées, tractionnées avec un allongement permanent de 2% et revenues. Les conditions de revenu ne sont pas toutes identiques car l'augmentation de la limite d'élasticité avec la durée de revenu diffère d'un alliage à l'autre. On a cherché à obtenir une limite d'élasticité au pic tout en limitant la durée de revenu. Les conditions de revenu sont données dans le Tableau 2.
La structure granulaire des échantillons a été caractérisée à partir de l'observation microscopique des sections transversales après oxydation anodique sous lumière polarisée.
La structure granulaire des tôles était essentiellement non-recristallisée pour toutes les tôles à l'exception des tôles D#2 E#2 F#1, F#2, G#1 et G#2 pour lesquelles la structure granulaire était essentiellement recristallisée.
Pour les tôles dont la structure granulaire était essentiellement recristallisée, la taille des grains a été déterminée dans le plan L/TC à mi-épaisseur selon la norme ASTM
E112 par la méthode des intercepts à partir de l'observation microscopique des sections transversales après oxydation anodique sous lumière polarisée. L'indice d'anisotropie est le rapport de la taille de grain mesurée dans la direction L divisé par la taille de grain mesurée dans la direction TC. Les résultats sont présentés dans le Tableau 3.
Tableau 3 : Tailles de grains mesurées pour les échantillons dont la structure granulaire était essentiellement recristallisée Indice Tôle Direction L (mn) Direction TC (mn) d'anisotropie D#2 1260 21 60 E#2 1100 23 48 F#1 540 59 9 F#2 135 37 4 G#1 678 56 12 G#2 317 46 7 Les échantillons ont été testés mécaniquement afin de déterminer leurs propriétés mécaniques statiques ainsi que leur ténacité. Les caractéristiques mécaniques ont été
mesurées en pleine épaisseur.
La limite d'élasticité en traction, la résistance ultime et l'allongement à la rupture sont fournis dans le tableau 4.
Tableau 4 : Caractéristiques mécaniques exprimées en MPa (Rp0,2, R.) ou en pourcentage (A%) RiTi(L)/
Tôle R0,2(L) RiTi(L) A%(L) R0,2 (TL) RiTi(TL) A%(TL) RiTi(TL) A#1 469 513 12,2 439 481 15,8 1,07 A#2 475 522 11,7 441 489 14,0 1,07 B#1 431 483 13,5 419 462 16,1 1,05 B#2 431 486 12,9 414 460 17,1 1,06 C#1 430 471 13,6 411 455 15,5 1,04 C#2 423 472 12,2 399 451 15,9 1,05 D#1 420 462 13,0 384 428 16,3 1,08 D#2 403 437 11,6 371 428 13,9 1,02 E#1 453 487 12,5 428 464 15,9 1,05 E#2 433 464 11,4 395 458 11,4 1,01 F#1 392 430 12.5 369 420 12.4 1,02 F#2 400 437 11.9 368 419 13.4 1,04 G#1 402 432 13.4 372 424 12.7 1,02 G#2 412 440 12.9 378 426 13.1 1,03 Le tableau 5 résume les résultats des essais de ténacité sur des éprouvettes CCT de largeur 760 mm pour ces échantillons.
Tableau 5 résultats des courbes R pour les éprouvettes CCT de largeur 760 mm.
Kapp Kr60 Kapp(T-L) /
Tôle [MPeim] [MPeim] Kapp (L-T) T-L L-T T-L L-T
A#1 187 161 247 213 1,16 A#2 160 114 210 151 1,40 B#1 180 178 238 238 1,01 B#2 167 124 223 166 1,35 C#1 182 165 242 219 1,10 C#2 154 127 203 162 1,21 D#1 174 150 230 200 1,16 D#2 147 151 196 201 0,97 E#1 181 159 240 213 1,14 E#2 137 164 181 219 0,84 F#1 154 169 203 223 0,91 F#2 158 168 208 224 0,94 G#1 153 172 202 228 0,89 G#2 158 172 208 229 0,92 Les Figures 1 et 2 illustrent la remarquable ténacité des exemples F et G
selon l'invention notamment dans la direction L-T.
Les exemples F et G démontrent que l'on peut obtenir des tôles minces selon l'invention qui présentent des propriétés améliorées et isotropes par rapport à celles obtenues à partir des autres exemples A à E, et en particulier par rapport à l'exemple C, et ce sur une large gamme d'épaisseur typique desdites tôles minces.
Claims (13)
1. Tôle d'épaisseur 0,5 à 9 mm de structure granulaire essentiellement recristallisée en alliage à base d'aluminium comprenant 2,8 à 3,2 % en poids de Cu, 0,5 à 0,8 % en poids de Li, 0,1 à 0,3 % en poids de Ag, 0,2 à 0,7 % en poids de Mg, 0,2 à 0,6 % en poids de Mn, 0,01 à 0,15 % en poids de Ti, une quantité de Zn inférieure à 0,2 % en poids, une quantité de Fe et de Si inférieure ou égale à 0,1 % en poids chacun, et des impuretés inévitables à une teneur inférieure ou égale à 0,05% en poids chacune et 0,15% en poids au total, la dite tôle étant obtenue par un procédé comprenant coulée, homogénéisation, laminage à
chaud et optionnellement laminage à froid, mise en solution, trempe et revenu.
chaud et optionnellement laminage à froid, mise en solution, trempe et revenu.
2. Tôle selon la revendication 1 dont la teneur en cuivre est comprise entre 2,9 et 3,1 %
en poids.
en poids.
3. Tôle selon la revendication 1 ou la revendication 2 dont la teneur en lithium est comprise entre 0,55 et 0,75 % en poids et de préférence entre 0,64 et 0,73 %
en poids.
en poids.
4. Tôle selon une quelconque des revendications 1 à 3 dont la teneur en argent est comprise entre 0,15 et 0,28 % en poids.
5. Tôle selon une quelconque des revendications 1 à 4 dont la teneur en magnésium est comprise entre 0,3 et 0,5% en poids et de préférence entre 0,35 et 0,45 % en poids.
6. Tôle selon une quelconque des revendications 1 à 5 dont la teneur en zirconium est inférieure ou égale à 0,04 % en poids et de manière préférée inférieure ou égale à 0,03 % en poids.
7. Tôle selon une quelconque des revendications 1 à 6 dont la teneur en manganèse est comprise entre 0,2 et 0,45% en poids et de préférence entre 0,25 et 0,45 % en poids..
8. Tôle selon une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisée en ce que l'indice d'anisotropie des grains mesuré à mi-épaisseur selon la norme ASTM E112 par la méthode des intercepts dans le plan L/TC est inférieur à 20, de préférence inférieur à
15 et de manière préférée inférieur à 10.
15 et de manière préférée inférieur à 10.
9. Tôle selon une quelconque des revendications 1 à 8 dont l'épaisseur est comprise entre 0,5 et 9 mm et particulièrement entre 1,5 et 6 mm présentent à l'état T8 au moins un des couples de propriétés suivantes :
- une ténacité en contrainte plane Kapp, mesurée sur des éprouvettes de type CCT760 (2ao = 253 mm), dans la direction L-T et dans la direction T-L d'au moins 140 MPa.sqroot.m et préférentiellement d'au moins 150 MPa.sqroot.m et une limite R P0,2 dans les directions L et TL d'au moins 360 MPa et de préférence d'au moins 365 MPa, - une ténacité en contrainte plane Kr60, mesurée sur des éprouvettes de type CCT760 (2ao = 253 mm), dans la direction L-T et dans la direction T-L
supérieur à
190 MPa.sqroot.m et préférentiellement supérieur à 200 MPa.sqroot.m et une résistance à
rupture Rm dans les directions L et TL d'au moins 410 MPa et de préférence d'au moins 415 MPa, et au moins une des propriétés suivantes :
- un rapport entre la ténacité en contrainte plane Kapp, mesurée sur des éprouvettes de type CCT760 (2ao = 253 mm), dans les directions T-L et L-T, Kapp(T-L) /
Kapp (L-T), compris entre 0,85 et 1,15 et de préférence entre 0,90 et 1,10 - un rapport entre la résistance à rupture Rm dans les directions L et TL, Rm(L)/Rm(TL), inférieur à 1,06 et de préférence inférieur à 1,05.
- une ténacité en contrainte plane Kapp, mesurée sur des éprouvettes de type CCT760 (2ao = 253 mm), dans la direction L-T et dans la direction T-L d'au moins 140 MPa.sqroot.m et préférentiellement d'au moins 150 MPa.sqroot.m et une limite R P0,2 dans les directions L et TL d'au moins 360 MPa et de préférence d'au moins 365 MPa, - une ténacité en contrainte plane Kr60, mesurée sur des éprouvettes de type CCT760 (2ao = 253 mm), dans la direction L-T et dans la direction T-L
supérieur à
190 MPa.sqroot.m et préférentiellement supérieur à 200 MPa.sqroot.m et une résistance à
rupture Rm dans les directions L et TL d'au moins 410 MPa et de préférence d'au moins 415 MPa, et au moins une des propriétés suivantes :
- un rapport entre la ténacité en contrainte plane Kapp, mesurée sur des éprouvettes de type CCT760 (2ao = 253 mm), dans les directions T-L et L-T, Kapp(T-L) /
Kapp (L-T), compris entre 0,85 et 1,15 et de préférence entre 0,90 et 1,10 - un rapport entre la résistance à rupture Rm dans les directions L et TL, Rm(L)/Rm(TL), inférieur à 1,06 et de préférence inférieur à 1,05.
10. Procédé de fabrication d'une tôle d'épaisseur 0,5 à 9 mm selon une quelconque des revendications 1 à 8 dans lequel, successivement a) on élabore un bain de métal liquide de façon à obtenir un alliage d'aluminium comprenant 2,8 à 3,2 % en poids de Cu, 0,5 à 0,8 % en poids de Li, 0,1 à 0,3 % en poids de Ag, 0,2 à 0,7 % en poids de Mg, 0,2 à 0,6 % en poids de Mn, 0,01 à 0,15 % en poids de Ti, une quantité de Zn inférieure à 0,2 % en poids, une quantité de Fe et de Si inférieure ou égale à 0,1 % en poids chacun, et des impuretés inévitables à une teneur inférieure ou égale à 0,05% en poids chacune et 0,15% en poids au total, b) on coule une plaque à partir dudit bain de métal liquide c) on homogénéise ladite plaque à une température comprise entre 480°C et 535 °C ;
d) on lamine ladite plaque par laminage à chaud et optionnellement à froid en une tôle ayant une épaisseur comprise entre 0,5 mm et 9 mm;
e) on met en solution à une température comprise entre 450 °C et 535 °C et on trempe ladite tôle;
h) on tractionne de façon contrôlée ladite tôle avec une déformation permanente de 0,5 à
%, la déformation à froid totale après mise en solution et trempe étant inférieure à
15% ;
i) on effectue un revenu comprenant un chauffage à 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 40 heures.
d) on lamine ladite plaque par laminage à chaud et optionnellement à froid en une tôle ayant une épaisseur comprise entre 0,5 mm et 9 mm;
e) on met en solution à une température comprise entre 450 °C et 535 °C et on trempe ladite tôle;
h) on tractionne de façon contrôlée ladite tôle avec une déformation permanente de 0,5 à
%, la déformation à froid totale après mise en solution et trempe étant inférieure à
15% ;
i) on effectue un revenu comprenant un chauffage à 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 40 heures.
11. Procédé selon la revendication 10 dans lequel la température d'homogénéisation est comprise entre 490 °C et 530°C et de manière préférée entre 500 °C et 520 °C.
12. Procédé selon la revendication 10 ou selon la revendication 11 dans lequel lors du laminage à chaud, on maintient une température supérieure à 400°C
jusqu'à
l'épaisseur 20 mm et de préférence une température supérieure à 450 °C
jusqu'à
l'épaisseur 20 mm.
jusqu'à
l'épaisseur 20 mm et de préférence une température supérieure à 450 °C
jusqu'à
l'épaisseur 20 mm.
13. Utilisation d'une tôle selon une quelconque des revendications 1 à 9 dans un panneau de fuselage pour aéronef.
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