CA3115014A1 - Tole en alliage 2xxx a haute performance pour fuselage d'avion - Google Patents

Abstract

L'invention est relative à une tôle mince en alliage à base d'aluminium essentiellement recristallisée et d'épaisseur comprise entre 0,25 et 12 mm comprenant, en % en poids, Cu 3,4 4,0; Mg 0,5 0,8; Mn 0,1 0,7; Fe = 0,15; Si = 0,15; Zr = 0,04; Ag = 0,65; Zn = 0,5; impuretés inévitables = 0,05 chacune et = 0,15 au total; reste aluminium. L'invention a également pour objet le procédé de fabrication d'une telle tôle ainsi que son utilisation en tant que tôle de fuselage ou tôle pour l'élaboration de produits composites tels que des FML (Fiber Metal Laminate) pour les applications voilure ou fuselage de l'industrie aéronautique.

Description

DESCRIPTION :
Titre : Tôle en alliage 2XXX à haute performance pour fuselage d'avion DOMAINE DE L'INVENTION
L'invention concerne les tôles minces en alliages 2XXX, 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 de plus en plus performants sont développés pour produire des éléments de fuselage destinés notamment à l'industrie aéronautique. Les tôles de fuselage sont soumises à de nombreuses sollicitations dépendant notamment de la phase de fonctionnement (décollage, croisière, manoeuvre, atterrissage...) et des conditions environnementales (variations de températures, intempéries, ...). En outre, il existe une motivation forte pour réduite tant le poids que les coûts de production.
Les alliages AA2024 ou AA2524 à l'état métallurgique T3 sont des alliages couramment utilisés pour la fabrication de tôles de fuselage. La demande EP1170394 Al décrit de tels alliages pour l'élaboration de tôles minces pour l'industrie aéronautique. Ces tôles sont décrites pour présenter une résistance accrue à la propagation de fissure.
Cependant, leur compromis résistance mécanique / ténacité n'est pas aussi performant que d'autres alliages tels que l'alliage AA2139.
L'alliage AA2139, décrit notamment par le brevet US7229508, est en effet un alliage tout à
fait performant en termes de propriétés pour les tôles de fuselage mais présente une densité
relativement élevée par rapport aux solutions précédentes.
Récemment, un nouvel alliage a été proposé, l'alliage AA2029, offrant à l'état métallurgique T8 des performances améliorées, notamment en termes de compromis limite d'élasticité
conventionnelle à 0,2%, d'allongement R0.2 et de ténacité, par rapport aux alliages AA2024 et AA2524 tout en présentant une densité équivalente. La demande EP1776486A1 divulgue des alliages Al-Cu-Mg-Ag-Zr répondant à la composition de l'alliage AA2029.
Cet alliage comprend en particulier de 0,3 à 0,5% en poids d'argent ce qui en fait un alliage onéreux, dont le prix dépend du cours particulièrement fluctuant de l'argent. D'autre part, bien que les performances d'un tel alliage soient élevées, elles peuvent encore être améliorées notamment en termes de ténacité.

2 L'invention vise à pallier les problèmes évoqués ci-dessus. En particulier, il existe un besoin d'un alliage 2)0(X présentant un compromis résistance mécanique / ténacité
amélioré par rapport à l'alliage AA2524 T3 tout en ayant une résistance à la propagation de fissure et une densité équivalentes. Cet alliage doit également présenter une bonne résistance à la corrosion, être compatible avec le plaquage afin d'améliorer plus encore la protection contre la corrosion et présenter un excellent compromis coût économique /
performances techniques. Enfin, la tôle en alliage recherché doit pouvoir être produite selon des procédés de fabrication conventionnels notamment en termes de coulée et de laminage, en limitant ou évitant toute étape non conventionnelle de fabrication.
OBJET DE L'INVENTION
L'invention est relative à une tôle mince en alliage à base d'aluminium essentiellement recristallisée et d'épaisseur comprise entre 0,25 et 12 mm comprenant, en % en poids, Cu 3,4 - 4,0 ; Mg 0,5 - 0,8 ; Mn 0,1 - 0,7 ; Fe < 0,15 ; Si < 0,15 ; Zr < 0,04 ; Ag < 0,65; Zn < 0,5 ; impuretés inévitables < 0,05 chacune et < 0,15 au total ; reste aluminium.
Dans un mode de réalisation, la tôle mince a une teneur en Cu comprise entre

3,4 et 3,8% en poids.
Avantageusement, la teneur en Mg est comprise entre 0,55 et 0,75% en poids, préférentiellement entre 0,6 et 0,7% en poids.
Selon un mode préféré de réalisation, la teneur en Mn est comprise entre 0,2 et 0,5% en poids, préférentiellement entre 0,25 et 0,45% en poids.
Avantageusement, la teneur en Zr est comprise entre 0,01 et 0,04 % en poids ou inférieure à
0,01% en poids.
Préférentiellement, la tôle mince est telle que :
la teneur en Ag est comprise entre 0,01 et 0,25 % en poids et la teneur en Zn est inférieure à 0,1% en poids ou la teneur en Ag est inférieure à 0,2 % en poids, préférentiellement 0,05 et 0,2% en poids et la teneur en Zn est comprise entre 0,2 ou 0,4% en poids ou - la teneur en Ag est inférieure à 0,1 % en poids et la teneur en Zn est inférieure à 0,1% en poids, préférentiellement la teneur en Ag est comprise entre 0,02 et 0,1% en poids et la teneur en Zn est inférieure à 0,05% en poids, plus préférentiellement encore, la teneur en Ag est comprise entre 0,05 et 0,1% en poids et la teneur en Zn est inférieure à 0,05%
en poids.
Selon un autre mode de réalisation compatible avec les modes précédents, le rapport Cu/Mg est compris entre 4,5 et 6,5, préférentiellement ce rapport est tel que 5 < Cu/Mg <
6.
De manière préférée, la tôle mince présente, à l'état T8, au moins deux des propriétés suivantes, préférentiellement au moins trois, plus préférentiellement encore toutes les propriétés suivantes :
UPE (T-L) > -0,00175 Rp0,2(TL) + 0,93, préférentiellement UPE (T-L) > -0,00175 Rp0,2(TL) + 0,96 et, plus préférentiellement encore, UPE (T-L) > -0,00175 Rp0,2(TL) +
0,99 avec UPE (T-L) en J/mm2 et Rp0,2(TL) en MPa ;
UPE (T-L) > 0,35 J/mm2, préférentiellement UPE (T-L) > 0,37 J/mm2;
vitesse d'avancée de fissure da/dN inférieure ou égale à 3.6 10-4 mm/cycle pour un AK de 15 MPa-\im ;
densité inférieure à 2,800, de préférence inférieure à 2,780, préférentiellement inférieure à 2,775 et de manière préférée inférieure à 2,770 et de manière encore préférée inférieure 2,765.
Le procédé de fabrication d'une tôle mince en alliage à base d'aluminium essentiellement recristallisée d'épaisseur comprise entre 0,25 et 12 mm comprenant successivement les étapes de:
a. élaboration d'un bain de métal liquide comprenant, en pourcentage en poids, Cu 3,4 impuretés inévitables < 0,05 chacune et < 0,15 au total ; reste aluminium ;
b. coulée d'une plaque à partir dudit bain de métal liquide ;
c. homogénéisation de ladite plaque ;
d. laminage à chaud et, optionnellement, à froid de ladite plaque en une tôle ayant une épaisseur finale comprise entre 0,5 et 12 mm;
e. mise en solution et trempe de ladite tôle ;
f. traction de façon contrôlée de ladite tôle avec une déformation permanente de 0,5 à
6%;
g. revenu de la tôle tractionnée par chauffage à une température comprise entre 130 et 180 C pendant une durée de 10 à 100h.
Selon un mode de réalisation préféré, le revenu de la tôle fractionnée est réalisé par chauffage à une température comprise entre 155 et 165 C pendant une durée de 28 à 60h.
L'invention a également pour objet l'utilisation d'une tôle telle que décrite ci-dessus ou fabriquée selon le procédé précédemment détaillé en tant que tôle de fuselage ou tôle pour

4 l'élaboration de pièces hybrides stratifiées aluminium-composite aussi connues sous l'acronyme FML (Fiber Metal Laminate) pour les applications voilure ou fuselage de l'industrie aéronautique.
D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation particuliers de l'invention donnés à titre d'exemple non limitatif.
DESCRIPTION DES FIGURES
La figure 1 illustre le compromis ténacité (énergie de propagation UPE dans le sens T-L en Emm2) - résistance mécanique (limite d'élasticité conventionnelle à 0,2%
d'allongement R0,2 sens TL en MPa) des différentes tôles de l'exemple 1.
La figure 2 illustre le compromis ténacité (énergie de propagation UPE dans le sens T-L en Emm2) - résistance mécanique (limite d'élasticité conventionnelle à 0,2%
d'allongement R0,2 sens TL en MPa) des différentes tôles de 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. La densité dépend de la composition et est déterminée par calcul plutôt que par une méthode de mesure de poids.
Les valeurs sont calculées en conformité avec la procédure de The Aluminium Association, qui est décrite page 2-12 et 2-13 de Aluminum Standards and Data . Sauf mention contraire, les définitions des états métallurgiques indiquées dans la norme européenne EN
515 (1993) s'appliquent.
Sauf mention contraire, les caractéristiques mécaniques statiques en traction, en d'autres termes la résistance à la rupture Rrn, la limite d'élasticité conventionnelle à 0,2%
d'allongement R0,2, et l'allongement à la rupture A, sont déterminés par un essai de traction selon la norme ISO 6892-1 :2009, le prélèvement et le sens de l'essai étant définis par la norme I506361-1 :2011.
La vitesse de fissuration (da/dN) est déterminée selon la norme ASTM E 647-15.
L'essai décrit dans cette norme permet de déterminer une courbe da/dN-AK où AK est la variation du facteur d'intensité de contrainte appliquée et da/dN est la vitesse d'avancée de fissure.

La ténacité a été évaluée par l'énergie de propagation unitaire (Unit Propagation Energy, UPE, aussi appelée ténacité Kahn ) d'un test de résistance à la déchirure selon la norme ASTM B871-01 (2013) dans le sens T-L. Elle est exprimée en J/mm2.
Dans le cadre de l'invention, la structure granulaire des échantillons est caractérisée dans le

5 plan LxTC à mi-épaisseur, t/2 et est évaluée quantitativement après une attaque métallographique de type oxydation anodique et sous lumière polarisée. Le terme essentiellement recristallisé est utilisé lorsque la structure granulaire présente une proportion prédominante de grains recristallisés, typiquement lorsque plus de 80%, préférentiellement plus de 90% et plus préférentiellement encore plus de 95%
des grains sont recristallisés.
De préférence les grains recristallisés sont isotropes et présentent un aspect ratio c'est à dire un rapport entre la longueur moyenne et l'épaisseur moyenne inférieur ou égal à 6, de préférence inférieur ou égal à 5 et de manière préférée inférieur ou égal à 4.
Un faible aspect ratio des grains dans le plan LxTC permet notamment d'améliorer la ténacité
des produits.
Selon la présente invention, une classe sélectionnée d'alliage d'aluminium contenant des quantités spécifiques et critiques du cuivre, magnésium, manganèse notamment permet de préparer des tôles minces présentant un compromis de propriétés amélioré en particulier par rapport aux tôles minces en alliage 2524 à l'état T3. Ainsi, l'invention a pour objet une tôle mince en alliage à base d'aluminium. Par tôle mince , on entend ici un produit laminé
d'épaisseur comprise entre 0,25 et 12 mm, préférentiellement entre 0,3 et 8 mm, plus préférentiellement encore entre 0,5 et 5 mm.
L'alliage à base à base d'aluminium à partir du lequel la tôle mince est élaborée comprend, en % en poids, Cu 3,4 ¨ 4,0 ; Mg 0,5 ¨ 0,8 ; Mn 0,1 ¨0,7 ; Fe < 0,15 ; Si <
0,15 ; Zr < 0,04;
Ag < 0,65; Zn < 0,5; impuretés inévitables < 0,05 chacune et < 0,15 au total ;
reste aluminium.
La teneur en Cu de l'alliage est comprise entre 3,4 et 4,0% en poids, préférentiellement entre 3,4 et 3,8% en poids. Une telle teneur de cuivre permet notamment d'obtenir un alliage présentant une bonne résistance mécanique. Cependant, l'augmentation de la teneur en cuivre dans l'alliage se fait au détriment de la densité.
La teneur en Mg est comprise entre 0,5 et 0,8% en poids, préférentiellement entre 0,55 et 0,75% en poids et, plus préférentiellement encore, entre 0,6 et 0,7% en poids.
L'ajout de Mg dans l'alliage est favorable pour l'obtention des produits présentant de bonnes

6 caractéristiques mécaniques et une faible densité. Cependant, au-delà de 0,8%
en poids, le magnésium est susceptible de dégrader la ténacité.
Le rapport Cu/Mg est avantageusement compris entre 4,25 et 8, préférentiellement entre 4,5 et 6,5, plus préférentiellement encore ce rapport est tel que 5 < Cu/Mg < 6.
Dans un mode de réalisation avantageux, le rapport Cu/Mg est tel que 5 < Cu/Mg < 5,5, préférentiellement 5 < Cu/Mg < 5,3. Dans un autre mode de réalisation, le rapport Cu/Mg est tel que 5,5 <
Cu/Mg < 6, préférentiellement 5,7 < Cu/Mg < 5,9. Un rapport Cu/Mg supérieur à
8 n'est pas favorable pour la densité de la tôle. Un rapport Cu/Mg inférieur à 4,25 peut conduire à
l'obtention d'un produit ne présentant pas une ténacité suffisante pour certaines des applications visées.
La teneur en Mn de l'alliage est comprise entre 0,1 et 0,7% en poids, préférentiellement entre 0,2 et 0,5% en poids, et plus préférentiellement encore, entre 0,25 et 0,45%
en poids. Le Mn est un élément affinant du grain. Il a cependant été constaté qu'une teneur de Mn supérieure à 0,7% en poids peut être préjudiciable pour la vitesse de fissuration des tôles (da/dN).
La teneur en Zr est inférieure ou égale à 0,04% en poids, de préférence inférieure ou égale à
0,03% en poids. Selon un mode de réalisation avantageux, permettant en particulier d'obtenir un excellent compromis entre ténacité Kahn et limite d'élasticité R0,2, la teneur en Zr est comprise entre 0,01 et 0,04 % en poids. Selon un autre mode de réalisation, la teneur en Zr est inférieure à 0,01% en poids. Les présents inventeurs privilégient notamment les tôles en alliage comprenant peu de Zr afin de pouvoir recycler plus aisément les tôles et les copeaux ou chutes d'usinage issus des procédés de fabrication de telles tôles ou des industries aéronautiques. De plus, la teneur de Zr sélectionnée permet de maintenir une structure granulaire essentiellement recristallisée quel que soit le procédé de fabrication de la tôle utilisé.
La teneur en Ag est inférieure ou égale à 0,65% en poids, préférentiellement inférieure à
0,5% en poids et plus préférentiellement inférieure à 0,4% en poids. La teneur en Zn est inférieure ou égale à 0,5% en poids.
Selon un mode de réalisation avantageux, la teneur en Ag est comprise entre 0,01 et 0,25 %
en poids et la teneur en Zn est inférieure à 0,1% en poids. Les tôles selon un tel mode de réalisation présentent notamment un excellent compromis ténacité (notamment ténacité
Kahn) - Rpo,2. Ainsi, l'énergie de propagation UPE (T-L) de telles tôles est avantageusement supérieure à 0,32 J/mm2 et de préférence supérieure à 0,4 J/mm2 tandis que la limite

7 d'élasticité Rpo,2 (TL) est supérieure à 350 MPa. Avantageusement, de telles tôles présentent en outre une résistance à la rupture Rõ, (TL) supérieure à 400 MPa.
Selon un autre mode de réalisation, la teneur en Ag est inférieure à 0,2 % en poids, préférentiellement entre 0,1 et 0,2% en poids, et la teneur Zn est comprise entre 0,2 ou 0,4%
en poids. Les tôles selon un tel mode de réalisation présentent, outre en particulier un bon compromis ténacité (notamment ténacité Kahn) et Rpo,2 (TL), des propriétés mécaniques élevées tant dans le sens L que dans le sens TL. Avantageusement, de telles tôles présentent une limite d'élasticité Rpo,2 (L) supérieure à 360 MPa et de préférence supérieure à 395 MPa et une résistance à la rupture supérieure R., (L) supérieure à 400 MPa et de préférence supérieure 435 MPa ainsi qu'une limite d'élasticité Rpo,2 (TL) supérieure à
340 MPa et de préférence supérieure à 365 MPa et de manière préférée supérieure à 375 MPa et une résistance à la rupture supérieure R., (TL) supérieure à 390 MPa et de préférence supérieure à 405 MPa et de manière préférée supérieure à 425 MPa. De préférence de telles tôles présentent une ténacité Kahn telle que l'énergie de propagation UPE (T-L) de telles tôles est supérieure à 0,25 J/mm2 et de préférence supérieure à 0,3 J/mm2. Ce mode de réalisation est intéressant car avec un faible ajoût de Ag, il permet d' attenidre une limite d'élasticité élevée et un compromis avantageux avec la ténacité, notamment UPE (T-L) > -0,00175 R0,2(TL) + 0,96.
Selon encore un autre mode de réalisation, la teneur en Ag est inférieure à
0,1 % en poids et la teneur en Zn est inférieure à 0,1% en poids, préférentiellement la teneur en Ag est comprise entre 0,02 et 0,1% en poids et la teneur en Zn est inférieure à 0,05%
en poids, plus préférentiellement encore, la teneur en Ag est comprise entre 0,05 et 0,1% en poids et la teneur en Zn est inférieure à 0,05% en poids. De telles tôles présentent l'avantage d'un compromis de propriétés supérieur à celui des tôles en alliage 2524 T3 tout en présentant un avantage économique. Les inventeurs ont constaté que la teneur de Zn dans l'alliage sélectionné influence la résistance à la corrosion. A titre d'exemple, une teneur en Zn d'environ 0,3% en poids est bénéfique pour la résistance à la corrosion tandis qu'une teneur de 0,6% ou plus diminue la résistance à la corrosion. De plus, le compromis limite d'élasticité (Rpo,2) / ténacité (UPE) peut être amélioré en présence de Zn mais se dégrade pour une teneur de 0,6% en poids et plus.
Selon encore un autre mode de réalisation, la teneur en Ag est inférieure à
0,01 % en poids et la teneur en Zn est inférieure à 0,01% en poids.

8 PCT/FR2019/052373 Le fer et le silicium affectent généralement les propriétés de ténacité. Les teneurs en Fe et en Si devraient de préférence être d'au plus 0,15% en poids chacune, préférentiellement inférieures à 0,10% en poids chacune.
Tous les autres éléments, notamment les impuretés inévitables et les éléments accessoires tels que Ti, sont d'au plus 0,05% en poids chacun et d'au plus 0,15% en poids au total.
Selon un mode de réalisation, les tôles minces en alliage à base d'aluminium sont fabriquées à l'aide d'un procédé comprenant successivement les étapes d'élaboration d'un bain de métal liquide comprenant les éléments d'alliages détaillés précédemment, de coulée, d'homogénéisation, de laminage à chaud et, optionnellement, à froid, de mise en solution et trempe, de traction contrôlée et de revenu.
Selon un mode de réalisation avantageux, la coulée d'une plaque à partir du bain de métal liquide est réalisée par coulée semi-continue avec un refroidissement direct.
La plaque est homogénéisée, préférentiellement à une température comprise entre 480 et 560 C, plus préférentiellement encore entre 520 et 540 C, pendant une durée de 4 à 20h, avantageusement 10 à 14h.
La plaque homogénéisée est ensuite laminée à chaud et, optionnellement, à
froid en une tôle ayant une épaisseur finale comprise entre 0,25 et 12 mm. Avant le laminage à
chaud, les plaques sont avantageusement chauffées à une température de 420 à 480 C, préférentiellement 440 à 460 C pendant 10 à 20h.
Les tôles sont mises en solution, par exemple à une température comprise entre 490 et 560 C, préférentiellement 520 et 540 C pendant 20 min à 2h, préférentiellement 30 minutes à 1h, puis trempées.
Les tôles homogénéisées sont soumises à une traction contrôlée avec une déformation permanente de 0,5 à 6%, préférentiellement de 3 à 6%. De tels taux d'écrouissage à froid peuvent également être obtenus par laminage à froid, planage, forgeage ou une combinaison de ces méthodes et de la traction contrôlée. La traction contrôlée avec une déformation permanente sélectionnée permet notamment d'augmenter les propriétés mécaniques des tôles selon l'invention.
Les tôles sont finalement soumises à un vieillissement artificiel ou revenu à
une température comprise entre 130 et 180 C pendant une durée de 10 à 100h. Selon un mode de réalisation avantageux permettant d'obtenir un produit aux propriétés mécaniques particulièrement élevées, le revenu de la tôle tractionnée est réalisé par chauffage à une température comprise entre 155 et 165 C pendant une durée de 28 à 60h. Selon un autre mode de réalisation avantageux permettant notamment de réduire la durée de traitement le revenu de la tôle

9 fractionnée est réalisé par chauffage à une température comprise entre 170 et 190 C pendant une durée de 10 à 20h.
Les tôles selon l'invention présentent, à l'état T8 c'est-à-dire à l'issue du revenu, au moins deux des propriétés suivantes, préférentiellement au moins trois des propriétés suivantes, plus préférentiellement encore toutes les propriétés suivantes :
UPE (T-L) > -0,00175 Rp0,2(TL) + 0,93, préférentiellement UPE (T-L) > -0,00175 Rp0,2(TL) + 0,96 et, plus préférentiellement encore, UPE (T-L) > -0,00175 Rp0,2(TL) + 0,99 avec UPE (T-L) en J/mm2 et Rp0,2(TL) en MPa;
UPE (T-L) > 0,3 J/mm2, de préférence> 0,35 J/mm2, préférentiellement UPE (T-L) >
0,37 J/mm2 ;
vitesse d'avancée de fissure da/dN inférieure ou égale à 3.6 10-4 mm/cycle pour un AK
de 15 M Pa:Vm ;
densité inférieure à 2,800, de préférence inférieure à 2,780, préférentiellement inférieure à 2,775 et de manière préférée inférieure à 2,770 et de manière encore préférée inférieure 2,765 . Rp0,2(TL) > 355 MPa, de préférence> 360 MPa, préférentiellement> 365 MPa.
Les tôles selon l'invention présentent, à l'état T8, un compromis ténacité /
résistance mécanique, en particulier un compromis énergie de propagation UPE (T-L) en J/mm2/ limite d'élasticité conventionnelle à 0,2% d'allongement R0,2 (TL) en MPa supérieur à
celui de l'alliage AA2524 à l'état T3.
Les caractéristiques mécaniques élevées des alliages selon l'invention permettent de fabriquer des tôles minces particulièrement adaptées pour l'industrie aéronautique, notamment pour être utilisées en tant que tôles de fuselage ou tôles pour l'élaboration de pièces hybrides stratifiées aluminium-composite aussi connues sous l'acronyme FML (Fiber Metal Laminate) pour les applications voilure ou fuselage de l'industrie aéronautique. En outre, la tôle de l'invention n'induit généralement pas de problème particulier pendant les opérations ultérieures réalisées sur la tôle à l'état T8.
La résistance à la corrosion de la tôle selon l'invention est typiquement élevée.
Ces aspects, ainsi que d'autres de l'invention, sont expliqués plus en détails à l'aide des exemples illustratifs et non limitatifs suivants.

EXEMPLES
Exemple 1 Dans cet exemple, des tôles en alliage 2XXX ont été préparées.
11 plaques, dont la composition est donnée dans le tableau 1, ont été coulées sous forme de 5 plaques de 70 mm par 190 mm par 1000 mm.
Tableau 1 Composition en % en poids des plaques et densité correspondante Alliage Cu Mg Mn Zr Ag Zn Si Fe Ti Densité
A
(AA2029) 3'6 0'90 0,31 0,12 0,44 - <0,07 <0,05 0,03 2,773 (AA2139) 4'9 0'38 0,31 <0,01 0,38 - <0,07 <0,05 0,03 2,803 (AA2524) 4'2 1'29 0,61 - - - <0,07 <0,05 0,04 2,774 D 3,4 0,68 0,31 <0,01 0,06 - <0,07 <0,05 0,03 2,763 3,6 0,68 0,32 <0,01 0,17 - <0,07 <0,05 0,03 2,769 3,5 0,59 0,30 <0,01 0,35 - <0,07 <0,05 0,03 2,771 G 3,6 0,70 0,30 <0,01 0,35 - <0,07 <0,05 0,03 2,773 H 3,4 0,60 0,56 0,03 0,35 - <0,07 <0,05 0,03 2,773 3,5 0,64 0,33 <0,01 0,62 - <0,07 <0,05 0,03 2,777 3,5 0,69 0,31 <0,01 0,05 0,3 <0,07 <0,05 0,03 2,770 K1 3,5 0,60 0,29 <0,01 0,16 0,3 <0,07 <0,05 0,04 2,772 K2 3,5 0,60 0,29 <0,01 0,34 0,3 <0,07 <0,05 0,04 2,776 Les plaques ont été homogénéisées 12 heures à 530 C. Elles ont été
préchauffées 12 à 18h à 450 C avant d'être laminées à chaud puis laminées à froid pour obtenir des tôles minces

10 d'une épaisseur de 3 mm. Les tôles ont été mises en solution 45 minutes à 530 C puis tractionnées avec une déformation contrôlée de 2 à 4%. Elles ont été soumises à un vieillissement artificiel dont les conditions sont détaillées dans le tableau 2 ci-dessous. A
l'issue de procédé de fabrication, les tôles D à K ont toutes présenté une structure essentiellement recristallisée (taux de recristallisation à T/2 supérieur à
90%). L'aspect ratio dans le plan L/TC a été déterminé pour les exemples A, B et C et était de 9,3, 2,7 et 4,7, respectivement.
Les tôles ont été testées pour déterminer leurs propriétés mécaniques statiques. La limite d'élasticité R0,2, la résistance à la rupture Rrn et l'allongement à la rupture A, dans le sens L
et le sens TL, sont présentés dans le Tableau 2.

11 Tableau 2 Conditions de traction contrôlée et de revenu des tôles minces associées aux propriétés mécaniques % de Revenu Sens L Sens TL
Tôle déformation Durée Température Rp0,2 Rm A Rp0,2 Rm A
en traction (h) ( C) (1VIPa) (1VIPa) (%) (1VIPa) (1VIPa) (%) 438 13,1 385 437 11,7 472 12,8 411 464 12,4

12,3 12,2 12,5 2 14 175 398 439 12,55 373 428 14,3 15,5 15,0 14,5 465 11,7 399 450 12,8 435 13,5 377 429 13,0

13,4 12,9 438 12,4 378 429 13,0 K2 2 14 175 390 430 13,15 367 421 13,6 La ténacité a été évaluée par la méthode dite du Kahn test selon la norme ASTM

(2013), les résultats sont donnés dans le tableau 3.
Tableau 3 Résultats du Kahn test % de Revenu Energie de propagation Tôle déformation Durée Température UPE dans le en traction (h) ( C) sens T-L
(J/m m2) A 2 14 175 0,305 B 2 14 175 0,305 2 0 175 0,344 2 3 175 0,349 C 2 6 175 0,246 2 9 175 0,177 2 12 175 0,147 D 2 14 175 0,429 E 2 14 175 0,408 F 2 14 175 0,329 G 2 14 175 0,301 H 2 14 175 0,380 2 14 175 0,476 2 14 175 0,386 K1 2 14 175 0,308 K2 2 14 175 0,327 La figure 1 illustre le compromis ténacité (énergie de propagation UPE dans le sens T-L en J/mm2) et résistance mécanique (limite d'élasticité conventionnelle à 0,2%
d'allongement R0,2 sens TL en MPa) des différentes tôles. En particulier, les compromis ténacité/résistance mécanique des tôles D-K2 à l'état T8 (revenu de 14h à 175 C) sont comparés aux compromis ténacité/résistance mécanique des tôles A (AA2029) et B

(AA2139) à l'état T8 et C (AA2524) soumis à une cinétique de revenu (état T3 :
absence de revenu ou T8 : revenu de 3, 6, 9 et 12h à 175 C).
La relation entre l'énergie de propagation UPE et la ténacité est directe bien que les valeurs de UPE ne puissent pas être utilisées pour prédire les résultats de la courbe R
d'échantillons larges en raison des géométries différentes des tests.
Les vitesses d'avancée de fissure en fatigue mesurées selon la norme ASTM E
647-15 sont fournies dans le tableau 4 pour la direction T-L. Toutes les tôles sont à
l'état T8 (conditions de revenu : 14h à 175 C) à l'exception de la tôle C qui est à l'état T3.
Tableau 4 Vitesse d'avancée de fissure (mm/cycle) en fonction de AK (1V1Pa-gm) Tôle AK (MPa \ilm) A 1,31E-04 3,65E-04 6,77E-04 1,27E-04 2,47E-04 4,78E-04 D 1,01E-04 3,52E-04 6,72E-04 1,11E-04 3,49E-04 6,69E-04 G 1,17E-04 3,58E-04 6,60E-04 H 1,27E-04 3,75E-04 7,15E-04 1,01E-04 3,52E-04 6,72E-04 K1 1,11E-04 3,52E-04 6,96E-04 K2 1,10E-04 3,56E-04 6,90E-Exemple 2 Dans cet exemple, l'influence des conditions de revenu (ou vieillissement artificiel) a été
étudié sur des échantillons provenant de la coulée de l'alliage F (de composition détaillée au tableau 1), transformés en tôles de 3 mm selon les conditions de procédé de l'exemple 1 exception faite du revenu.
Les conditions de revenu sont données dans le tableau 5. Les tôles ont été
testées pour déterminer leurs propriétés mécaniques statiques. La limite d'élasticité
Rpo,,, la résistance à
la rupture Rn: et l'allongement à la rupture A, dans le sens L et le sens TL, sont présentés dans le Tableau 5 Conditions de revenu des tôles minces à alliage F associées aux propriétés mécaniques Vieillissement Sens L Sens LT
Alliage Durée Température R0,2 Rm A R0,2 Rm A
(h) ( C) (1VIP a) (1VIP a) ( % ) (1VIP a) (1VIP a) ( % )

14 175 398 439 12,55 373 428 14,3 25 160 373 431 15,5 30 160 379 434 15,0 50 160 384 434 14,5 Exemple 3 Dans cet exemple, des tôles en alliage 2XXX ont été préparées à une échelle industrielle.
4 plaques, dont la composition est donnée dans le tableau 6, ont été coulées sous forme de plaques de 310 mm par 2650 mm par 2900 mm.
Tableau 6 Composition en % en poids des plaques Alliage Cu Mg Mn Zr Ag Zn Si Fe Ti 3,6 0,63 0,32 <0,01 0,25 0,05 0,02 0,04 0,05 3,7 0,62 0,32 <0,01 0,15 0,29 0,03 0,03 0,05 3,7 0,61 0,32 <0,01 <0,01 <0,01 0,02 0,03 0,05 0 3,6 0,65 0,29 <0,01 <0,01 0,27 0,02 0,03 0,05 Les plaques ont été homogénéisées 20 heures à 525 C. Elles ont été
préchauffées 12 à 18h à 460 C avant d'être laminées à chaud pour obtenir des tôles minces d'une épaisseur de 4 mm. Les tôles ont été mises en solution 30 minutes à 510 C puis tractionnées avec une déformation contrôlée de 2 à 4%. Elles ont été soumises à un vieillissement artificiel de 14 heures à 175 C. Les tôles L à 0 ont toutes présenté une structure essentiellement recristallisée (taux de recristallisation à T/2 supérieur à 90%). Les tailles de grains ont été
mesurées à mi-épaisseur sur des coupe L/TC selon la norme ASTM E112. Les résultats sont présentés dans le tableau 7.
Tableau 7 Caractérisation des tailles de grain Taille de grain (mn) Coupe T L/TC
'ôle Longueur Epaisseur Aspect moyenne moyenne ratio 110 25 4,4 137 29 4,8 120 28 4,3 0 153 31 5,0 Les tôles ont été testées pour déterminer leurs propriétés mécaniques statiques. La limite d'élasticité R0,2, la résistance à la rupture Rrn et l'allongement à la rupture A, dans le sens L
et le sens TL, sont présentés dans le Tableau 8.
Tableau 8 Propriétés mécaniques des tôles industrielles Sens TL
Tôle Rp0,2 Rm A
(1V1Pa) (1V1Pa) (%) = 369 418 13,8 367 413 13,1 = 354 402 12,6 O 349 398 13,2 La ténacité a été évaluée par la méthode dite du Kahn test selon la norme ASTM

(2013), les résultats sont donnés dans le tableau 9 et sur la Figure 2.
Tableau 9 Résultats du Kahn test Tôle Energie de propagation UPE
dans le sens T-L (J/mm2) 0,338 0,319 0,369 0 0,361

Claims (13)

REVENDICATIONS

1. Tôle mince en alliage à base d'aluminium essentiellement recristallisée et d'épaisseur comprise entre 0,25 et 12 mm comprenant, en % en poids, Cu 3,4 - 4,0 ;
Mg 0,5 - 0,8 ;
Mn 0,1 - 0,7 ;
Fe < 0,15 ;
Si < 0,15 ;
Zr < 0,04 ;
Ag < 0,65;
Zn < 0,5 ;
autres éléments < 0,05 chacun et < 0,15 au total ;
reste aluminium.

2. Tôle mince selon la revendication 1 telle que la teneur en Cu est comprise entre 3,4 et 3,8% en poids.

3. Tôle mince selon la revendication 1 ou 2 telle que la teneur en Mg est comprise entre 0,55 et 0,75% en poids, préférentiellement entre 0,6 et 0,7% en poids.

4. Tôle mince selon l'une des revendications précédentes telle que la teneur en Mn est comprise entre 0,2 et 0,5% en poids, préférentiellement entre 0,25 et 0,45% en poids.

5. Tôle mince selon l'une des revendications précédentes telle que la teneur en Zr est comprise entre 0,01 et 0,04 % en poids ou inférieure à 0,01% en poids.

6. Tôle mince selon l'une des revendications précédentes telle que :
la teneur en Ag est comprise entre 0,01 et 0,25 % en poids et la teneur en Zn est inférieure à 0,1% en poids ou la teneur en Ag est inférieure à 0,2 % en poids, préférentiellement 0,05 et 0,2% en poids et la teneur en Zn est comprise entre 0,2 ou 0,4% en poids ou la teneur en Ag est inférieure à 0,1 % en poids et la teneur en Zn est inférieure à
0,1% en poids, préférentiellement la teneur en Ag est comprise entre 0,02 et 0,1% en poids et la teneur en Zn est inférieure à 0,05% en poids, plus préférentiellement encore, la teneur en Ag est comprise entre 0,05 et 0,1% en poids et la teneur en Zn est inférieure à
0,05% en poids.

7. Tôle mince selon l'une des revendications précédentes telle que le rapport Cu/Mg est compris entre 4,5 et 6,5, préférentiellement ce rapport est tel que 5 < Cu/Mg < 6.

8. Tôle mince selon l'une quelconque des revendications précédentes telle qu'elle présente, à l'état T8, au moins deux des propriétés suivantes, préférentiellement au moins trois, plus préférentiellement encore toutes les propriétés suivantes :
UPE (T-L) > -0,00175 Rpo,2(TL) + 0,93, préférentiellement UPE (T-L) > -0,00175 Rpo,2(TL) + 0,96 et, plus préférentiellement encore, UPE (T-L) > -0,00175 Rpo,2(TL) + 0,99 avec UPE (T-L) en J/mm2 et Rpo,2(TL) en MPa ;
UPE (T-L) > 0,3 J/mm2, de préférence > 0,35 J/mm2, préférentiellement UPE (T-L) >
0,37 J/mm2;
vitesse d'avancée de fissure da/dN inférieure ou égale à 3.6 104 mm/cycle pour un AK
de 15 M PaNim densité inférieure à 2,800, de préférence inférieure à 2,780, préférentiellement inférieure à 2,775 et de manière préférée inférieure à 2,770 et de manière encore préférée inférieure 2,765 . Rpo,2(TL) > 355 MPa, de préférence > 360 MPa, préférentiellement > 365 MPa.

9. Tôle mince selon l'une quelconque des revendications précédentes dans laquelle les grains recristallisés présentent sur une coupe LxTC à mi-épaisseur un aspect ratio c'est à
dire un rapport entre la longueur moyenne et l'épaisseur moyenne inférieur ou égal à 6, de préférence inférieur ou égal à 5 et de manière préférée inférieur ou égal à 4.

10. Procédé de fabrication d'une tôle mince en alliage à base d'aluminium essentiellement recristallisée d'épaisseur comprise entre 0,25 et 12 mm comprenant successivement les étapes de :
a. élaboration d'un bain de métal liquide comprenant, en pourcentage en poids, Cu 3,4 autres éléments < 0,05 chacun et < 0,15 au total ; reste aluminium ;
b. coulée d'une plaque à partir dudit bain de métal liquide ;

c. homogénéisation de ladite plaque ;
d. laminage à chaud et, optionnellement, à froid de ladite plaque en une tôle ayant une épaisseur finale comprise entre 0,5 et 12 mm ;
e. mise en solution et trempe de ladite tôle ;
f. traction de façon contrôlée de ladite tôle avec une déformation permanente de 0,5 à
6% ;
g. revenu de la tôle tractionnée par chauffage à une température comprise entre 130 et 180 C pendant une durée de 10 à 100h.

11. Procédé de fabrication d'une tôle mince en alliage à base d'aluminium selon la revendication 10 tel que le revenu de la tôle tractionnée est réalisé par chauffage à une température comprise entre 155 et 165 C pendant une durée de 28 à 60h.

12. Procédé de fabrication d'une tôle mince en alliage à base d'aluminium selon la revendication 10 tel que le revenu de la tôle tractionnée est réalisé par chauffage à une température comprise entre 170 et 190 C pendant une durée de 10 à 20h.

13. Utilisation d'une tôle selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 ou fabriquée selon le procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 12 comme tôle de fuselage.