EP1045043A1 - Method of manufacturing shaped articles of a 2024 type aluminium alloy - Google Patents
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- EP1045043A1 EP1045043A1 EP00420071A EP00420071A EP1045043A1 EP 1045043 A1 EP1045043 A1 EP 1045043A1 EP 00420071 A EP00420071 A EP 00420071A EP 00420071 A EP00420071 A EP 00420071A EP 1045043 A1 EP1045043 A1 EP 1045043A1
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- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
- C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
- C22F1/04—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon
- C22F1/057—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon of alloys with copper as the next major constituent
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C21/00—Alloys based on aluminium
- C22C21/12—Alloys based on aluminium with copper as the next major constituent
- C22C21/16—Alloys based on aluminium with copper as the next major constituent with magnesium
Definitions
- the invention relates to a method for manufacturing highly deformed parts, intended for mechanical construction and in particular for aeronautical construction, using AlCuMg aluminum alloy sheets of type 2024 according to the nomenclature of the Aluminum Association.
- the 2024 alloy is widely used in aircraft construction and its composition registered with the Aluminum Association is as follows (% by weight): If ⁇ 0.5 Fe ⁇ 0.5 Cu: 3.8 - 4.9 Mn: 0.3 - 0.9 Mg: 1.2 - 1.8 Zn ⁇ 0.25 Cr ⁇ 0.10 Ti ⁇ 0 , 15 Certain parts, produced in particular by stretching-forming (the English term "stretch-forming" is often used), stamping, flow-forming, folding or rolling, require, in addition to the properties usually required for aeronautical construction, such as high resistance mechanical, toughness, resistance to propagation of cracks, etc., sheets having good formability.
- Patent EP 0473122 describes a process for manufacturing sheets of alloy of composition (% by weight): Cu: 4 - 4.5 Mg: 1.2 - 1.5 Mn: 0.4 - 0.6 Fe ⁇ 0.12 Si ⁇ 0.05, including intermediate annealing at a temperature> 488 ° C. He teaches that these sheets have toughness and resistance to improved crack propagation compared to conventional 2024.
- Patent application EP 0731185 describes sheets of modified 2024 alloy, subsequently registered with the Aluminum Association under the designation 2024A, having a reduced level of residual stresses and improved toughness for heavy sheets, and improved elongation for thin sheets.
- This application limits the content of Mn to 0.55% and that of Fe to 0.25%, with the relation: 0 ⁇ Mn - 2 Fe ⁇ 0.2 (the contents Mn and Fe being expressed in%).
- Patent application WO 96/29440 describes a process for manufacturing a product in aluminum alloy type 2024, comprising hot rolling, annealing, cold rolling, dissolving, quenching and cold deformation minimum, which can be traction, straightening or leveling, a process intended to improve formability.
- the application recommends a preferential composition of the alloy: Cu: 4.0 - 4.4, Mg: 1.25 - 1.5, Mn: 0.35 - 0.5, Si ⁇ 0.12, Fe ⁇ 0.08, Ti ⁇ 0.06.
- the intermediate annealing between hot rolling and cold rolling is presented as favorable to mechanical strength and toughness. This step additional and unusual process has drawbacks economic. Nor does it solve the problem posed by the market, namely supply sheets having characteristics such as their shaping either simplified.
- aeronautical manufacturers seek to minimize the number of steps for forming sheets, and to use sheets that can be produced inexpensively using short transformation ranges, that is to say say including as few individual steps as possible.
- the current practice of aeronautical manufacturers consists in supplying hot or cold rolled sheets according to the required thickness, in the raw state of manufacture (state "F” according to standard EN 515) or annealed ("O” state) or matured quenched state ("T3" or "T4" state), subject them to a heat treatment in solution followed by quenching, then to shape them and subjecting them to natural or artificial aging, so as to obtain the required mechanical characteristics.
- the sheets are in a state characterized by good formability, but this state is unstable (state "W"), and the shaping must take place on fresh quenching, c that is to say within a short time after quenching, of the order of a few tens of minutes to a few hours. If this is not possible for production management reasons, the sheet must be stored in a cold room at a sufficiently low temperature and for a sufficiently short period so as to avoid natural maturation.
- this heat treatment for dissolving requires large ovens, which makes the operation inconvenient, even compared to the same operation performed on flat sheet metal.
- the possible need for a cold room adds to the costs and disadvantages of the state of the art. For highly deformed parts, this operation may need to be repeated, if the material does not have, in the metallurgical state in which it is found, sufficient formability allowing the desired shape to be achieved in a single operation.
- the only possible shaping is rolling.
- the rolled sheet is then dissolved and quenched, and a second shaping is carried out either on fresh quenching, or after storage in a cold room. In all other cases, the sheet is directly dissolved and quenched before shaping.
- a first shaping operation is carried out from this state, and a second shaping after dissolution and quenching.
- This variant is used when the target formatting is too great to be able to be carried out in a single operation from a state W, but can however be carried out in two passes from the state O. In this state, the sheet metal is certainly less formable, but state O is easier to use than state W, which is unstable, and requires additional heat treatment.
- the manufacture of the sheet in the O state involves a final annealing of the raw rolling sheet, and therefore an additional manufacturing step, which is contrary to the aim of simplification aimed by the present invention.
- an additional manufacturing step which is contrary to the aim of simplification aimed by the present invention.
- a sheet in the W state which generally has the best formability
- the object of the invention is therefore to simplify the process for manufacturing formed parts, and in particular parts which are strongly deformed by one or more methods such as stretch-forming, stamping, flow-forming or folding, by association of an optimized chemical composition and specific manufacturing processes, making it possible to avoid solution as much as possible on formed sheet. It goes without saying that any new process for manufacturing highly deformed parts must result in parts having mechanical and working characteristics at least as good as existing products. Another object of the invention is to obtain parts whose damage tolerance properties do not degrade after deformation.
- the alloy has a copper content of between 3.9 and 4.3% (and again preferably between 3.9 and 4.2%), a magnesium content between 1.2 and 1.4% (and more preferably between 1.25 and 1.35%), a manganese content between 0.3 and 0.45% an iron content ⁇ 0.10%, a silicon content ⁇ 0.10% (and preferably ⁇ 0.08%), a content of titanium, chromium and zirconium ⁇ 0.07% (preferably ⁇ 0.05%).
- the method according to the invention makes it possible to use plated sheets, for example example of sheets coated with an alloy plating more resistant to corrosion, as is usually the case for aircraft fuselage cladding sheets.
- a first characteristic of the invention consists in using an alloy modified compared to the traditional 2024.
- the first modification consists in reducing the Si and Fe contents respectively below 0.25 and 0.20%, and preferably below 0.10%.
- the Mn content is also reduced below 0.5% and preferably below 0.45%.
- the Cu content is also slightly reduced and kept below 4.5%, and preferably below 4.3%, or even 4.2%.
- the Mg content is also slightly reduced, and kept below 1.5%, preferably between 1.2 and 1.4%, or even between 1.25 and 1.35%.
- the alloy is cast in plates, which are optionally homogenized at a temperature between 460 and 510 ° C (preferably between 470 and 500 ° C) for 2 to 12 h (preferably 3 to 6 h).
- the plates are scalped.
- Hot rolling takes place with an inlet temperature of between 430 and 470 ° C, and preferably between 440 and 460 ° C.
- the outlet temperature of the strips is preferably carried out at a temperature higher than the usual temperature,> 300 ° C., and preferably> 310 ° C., in particular in the case where part of the shaping is carried out before dissolving .
- the strips are wound. At this stage, they have an elongation of more than 13.5%, and more often than 15% in the L and TL directions. They can optionally be cold rolled if the required thickness is not accessible by hot rolling.
- the strips are then cut into sheets.
- a first variant of the invention consists in carrying out the shaping, by stretching-forming, stamping, flow-forming or folding, directly in this state F without annealing or other prior treatment.
- the partially formed sheet is then dissolved at a temperature between 480 and 500 ° C for a period between 5 min and 1 h, then quenched, generally with cold water.
- the shaping is done in two or more passes.
- the freshly soaked piece (less than an hour) can immediately undergo a new shaping, or it is transferred to a cold room at a temperature below 10 ° C and preferably below 0 ° C, and shaped at leaving the cold room.
- Sheets can be used plated on one or two sides, which is the most common case for aircraft fuselage panels, plated with an alloy of the 1000 series, for example alloys 1050, 1100, 1200, 1135 , 1145, 1170, 1175, 1180, 1185, 1188, 1199, 1230, 1235, 1250, 1285, 1350 or 1435.
- the distributed elongation is the difference in elongation between the start and the end of the plastic deformation range, i.e. the deformation range permanent before necking, of the deformation curve.
- a cold rolled strip according to the invention has an LDH value greater than 42 mm and preferably greater at 44 mm, while a hot rolled strip has an LDH value greater than 73 and preferably greater than 75 mm.
- the preferred composition gives better formability than the traditional composition.
- the mechanical characteristics of the intermediate product do not matter in this situation, provided that the finished product at the end of the whole process has at least mechanical characteristics as high as the product resulting from the process according to the prior art.
- the two products In the T42 state, as defined by the draft standard prEN 4211 of July 1995, for a thickness of 6 mm and with an identical manufacturing range, the two products have equivalent mechanical properties.
- the LDH value and the level of the CLF curves are lower for a sheet cold worked only for a sheet which has undergone only hot rolling; this effect is known.
- the plaintiff was surprised to find that for a given process (hot rolling or hot rolling followed by cold rolling) and for comparable thickness, the LDH value, which is one of the relevant parameters for measure formability, increases significantly when the chemical composition is located within a preferred domain: Cu 3.9 - 4.3 and preferably 3.9 - 4.2, Mg 1.2 - 1.4 and preferably 1.25 - 1.35, Mn 0.30 - 0.45, Si ⁇ 0.10 and preferably ⁇ 0.08, Fe ⁇ 0.10.
- the Applicant has found that the formability is further improved when certain elements of addition and impurities are strictly controlled, as follows: Zn ⁇ 0.20%, Cr ⁇ 0.07% and preferably ⁇ 0.05%, Zr ⁇ 0.07% and preferably ⁇ 0.05%, Ti 0.07% and preferably ⁇ 0.05%.
- the advantage of the method according to the invention compared to the prior art is therefore to be able to carry out deeper shaping in the W state, or even to eliminate an intermediate solution for very deep shaping. It was thus possible to manufacture parts in a single pass, while according to the prior art, two passes were necessary to achieve them.
- Examples 3s, 3t, 3u, 3v, 3w, 3x correspond to the present invention.
- Examples 3e, 3f, 3g, 3h, 3i, 3j, 3k, 3L, 3m, 3n, 3p, 3q, 3r correspond to the prior art.
- Examples 3a, 3b, 3c, 3d correspond to Examples 2h, 2f, 2L and 2m from Example 2; they appear here for comparison to represent a 2024 state W according to the prior art.
- the method according to the invention does not lead, after shaping by stretching, to a significant reduction in the damage tolerance properties, unlike the method according to the prior art. It is even observed that the method according to the invention improves the tolerance for damage in a stretched state, that is to say the state in which the part is in the finished state.
Abstract
Description
L'invention concerne un procédé de fabrication de pièces fortement déformées, destinées à la construction mécanique et notamment à la construction aéronautique, mettant en oeuvre des tôles en alliage d'aluminium AlCuMg du type 2024 selon la nomenclature de l'Aluminum Association.The invention relates to a method for manufacturing highly deformed parts, intended for mechanical construction and in particular for aeronautical construction, using AlCuMg aluminum alloy sheets of type 2024 according to the nomenclature of the Aluminum Association.
L'alliage 2024 est largement utilisé dans la construction aéronautique et sa
composition enregistrée à l'Aluminum Association est la suivante (% en poids):
Si < 0,5 Fe < 0,5 Cu: 3,8 - 4,9 Mn: 0,3 - 0,9 Mg: 1,2 - 1,8
Zn < 0,25 Cr < 0,10 Ti < 0,15
Certaines pièces, réalisées notamment par étirage-formage (on utilise souvent le
terme anglais " stretch-forming "), emboutissage, fluotournage, pliage ou roulage,
nécessitent, en plus des propriétés habituellement requises pour la construction
aéronautique, telles qu'une grande résistance mécanique, ténacité, résistance à la
propagation de criques etc, des tôles présentant une bonne formabilité.The 2024 alloy is widely used in aircraft construction and its composition registered with the Aluminum Association is as follows (% by weight):
If <0.5 Fe <0.5 Cu: 3.8 - 4.9 Mn: 0.3 - 0.9 Mg: 1.2 - 1.8 Zn <0.25 Cr <0.10 Ti <0 , 15
Certain parts, produced in particular by stretching-forming (the English term "stretch-forming" is often used), stamping, flow-forming, folding or rolling, require, in addition to the properties usually required for aeronautical construction, such as high resistance mechanical, toughness, resistance to propagation of cracks, etc., sheets having good formability.
Le brevet EP 0473122 décrit un procédé de fabrication de tôles en alliage de composition (% en poids): Cu: 4 - 4,5 Mg: 1,2 - 1,5 Mn: 0,4 - 0,6 Fe < 0,12 Si < 0,05, comportant un recuit intermédiaire à une température > 488°C. Il enseigne que ces tôles présentent une ténacité et une résistance à la propagation de fissures améliorées par rapport au 2024 conventionnel.Patent EP 0473122 describes a process for manufacturing sheets of alloy of composition (% by weight): Cu: 4 - 4.5 Mg: 1.2 - 1.5 Mn: 0.4 - 0.6 Fe <0.12 Si <0.05, including intermediate annealing at a temperature> 488 ° C. He teaches that these sheets have toughness and resistance to improved crack propagation compared to conventional 2024.
La demande de brevet EP 0731185 décrit des tôles en alliage 2024 modifié, enregistré ultérieurement à l'Aluminum Association sous la désignation 2024A, présentant un niveau réduit de contraintes résiduelles et une ténacité améliorée pour les tôles fortes, et un allongement amélioré pour les tôles minces. Cette demande limite la teneur en Mn à 0,55% et celle en Fe à 0,25%, avec la relation: 0 < Mn - 2 Fe < 0,2 (les teneurs Mn et Fe étant exprimées en %).Patent application EP 0731185 describes sheets of modified 2024 alloy, subsequently registered with the Aluminum Association under the designation 2024A, having a reduced level of residual stresses and improved toughness for heavy sheets, and improved elongation for thin sheets. This application limits the content of Mn to 0.55% and that of Fe to 0.25%, with the relation: 0 <Mn - 2 Fe <0.2 (the contents Mn and Fe being expressed in%).
La demande de brevet WO 96/29440 décrit un procédé de fabrication d'un produit en alliage d'aluminium de type 2024, comportant un laminage à chaud, un recuit, un laminage à froid, une mise en solution, une trempe et une déformation à froid minimale, qui peut être une traction, un redressage ou un planage, procédé destiné à améliorer la formabilité. Ayant constaté que l'utilisation d'une base pure (très faible teneur en fer et silicium) et d'une teneur en manganèse inférieure à 0,5 % améliore la formabilité, la demande préconise une composition préférentielle de l'alliage: Cu : 4,0 - 4,4 , Mg : 1,25 - 1,5 , Mn : 0,35 - 0,5 , Si < 0,12 , Fe < 0,08 , Ti < 0,06. Le recuit intermédiaire entre laminage à chaud et laminage à froid est présenté comme favorable à la résistance mécanique et à la ténacité. Cette étape supplémentaire et inhabituelle du procédé comporte cependant des inconvénients économiques. Elle ne résout pas non plus le problème posé par le marché, à savoir de fournir des tôles ayant des caractéristiques telles que leur mise en forme soit simplifiée.Patent application WO 96/29440 describes a process for manufacturing a product in aluminum alloy type 2024, comprising hot rolling, annealing, cold rolling, dissolving, quenching and cold deformation minimum, which can be traction, straightening or leveling, a process intended to improve formability. Having noted that the use of a pure base (very low iron and silicon content) and a manganese content of less than 0.5% improves the formability, the application recommends a preferential composition of the alloy: Cu: 4.0 - 4.4, Mg: 1.25 - 1.5, Mn: 0.35 - 0.5, Si <0.12, Fe <0.08, Ti <0.06. The intermediate annealing between hot rolling and cold rolling is presented as favorable to mechanical strength and toughness. This step additional and unusual process has drawbacks economic. Nor does it solve the problem posed by the market, namely supply sheets having characteristics such as their shaping either simplified.
Pour diminuer le coût de fabrication, les constructeurs aéronautiques cherchent à
minimiser le nombre des étapes de formage des tôles, et à utiliser des tôles pouvant
être fabriquées de manière peu onéreuse à l'aide de gammes de transformation
courtes, c'est-à-dire comprenant aussi peu d'étapes individuelles que possible. Pour
les panneaux de fuselage, la pratique actuelle des constructeurs aéronautiques
consiste à approvisionner des tôles laminées à chaud ou à froid selon l'épaisseur
requise, à l'état brut de fabrication (état " F " selon la norme EN 515) ou à l'état
recuit (état " O ") ou à l'état trempé mûri (état " T3 " ou " T4 "), à les soumettre à un
traitement thermique de mise en solution suivi d'une trempe, puis à les mettre en
forme et à les soumettre à un vieillissement naturel ou artificiel, de manière à obtenir
les caractéristiques mécaniques requises.
D'une manière générale, après mise en solution et trempe, les tôles se trouvent dans
un état caractérisé par une bonne formabilité, mais cet état est instable (état " W "), et
la mise en forme doit intervenir sur trempe fraíche, c'est-à-dire à l'intérieur d'un bref
délai après la trempe, de l'ordre de quelques dizaines de minutes à quelques heures.
Si cela n'est pas possible pour des raisons de gestion de la production, la tôle doit
être stockée dans une chambre froide à une température suffisamment basse et pour
une durée suffisamment courte de façon à éviter la maturation naturelle. Pour des
pièces volumineuses et fortement formées, ce traitement thermique de mise en
solution nécessite des fours de grande dimension, ce qui rend l'opération
incommode, y compris par rapport à la même opération effectuée sur tôle plane. Le
besoin éventuel d'une chambre froide rajoute aux coûts et inconvénients de l'état de
la technique. Pour des pièces fortement déformées, cette opération doit
éventuellement être répétée, si le matériau ne présente pas, à l'état métallurgique
dans lequel il se trouve, une formabilité suffisante permettant d'atteindre la forme
voulue en une seule opération.To reduce the manufacturing cost, aeronautical manufacturers seek to minimize the number of steps for forming sheets, and to use sheets that can be produced inexpensively using short transformation ranges, that is to say say including as few individual steps as possible. For fuselage panels, the current practice of aeronautical manufacturers consists in supplying hot or cold rolled sheets according to the required thickness, in the raw state of manufacture (state "F" according to standard EN 515) or annealed ("O" state) or matured quenched state ("T3" or "T4" state), subject them to a heat treatment in solution followed by quenching, then to shape them and subjecting them to natural or artificial aging, so as to obtain the required mechanical characteristics.
In general, after dissolution and quenching, the sheets are in a state characterized by good formability, but this state is unstable (state "W"), and the shaping must take place on fresh quenching, c that is to say within a short time after quenching, of the order of a few tens of minutes to a few hours. If this is not possible for production management reasons, the sheet must be stored in a cold room at a sufficiently low temperature and for a sufficiently short period so as to avoid natural maturation. For bulky and highly formed parts, this heat treatment for dissolving requires large ovens, which makes the operation inconvenient, even compared to the same operation performed on flat sheet metal. The possible need for a cold room adds to the costs and disadvantages of the state of the art. For highly deformed parts, this operation may need to be repeated, if the material does not have, in the metallurgical state in which it is found, sufficient formability allowing the desired shape to be achieved in a single operation.
En partant de l'état F, la seule mise en forme possible est un roulage. La tôle roulée
est alors mise en solution et trempée, et on procède à une deuxième mise en forme
soit sur trempe fraíche, soit après stockage dans une chambre froide. Dans tous les
autres cas, la tôle est directement mise en solution et trempée avant mise en forme.
Lorsqu'on part d'une tôle à l'état O, on effectue une première opération de mise en
forme à partir de cet état, et une deuxième mise en forme après mise en solution et
trempe. Cette variante est utilisée lorsque la mise en forme visée est trop importante
pour pouvoir être effectuée en une seule opération à partir d'un état W, mais peut
cependant être effectuée en deux passes à partir de l'état O. A cet état, la tôle est
certes moins formable, mais l'état O est plus facile à utiliser que l'état W, qui est
instable, et nécessite un traitement thermique supplémentaire. Toutefois, la
fabrication de la tôle à l'état O fait intervenir un recuit final de la tôle brute de
laminage, et donc une étape de fabrication supplémentaire, ce qui est contraire au but
de simplification visé par la présente invention.
Dans certains cas, même en partant d'une tôle à l'état W, qui présente généralement
la meilleure formabilité, on ne peut éviter de recourir à une deuxième étape de mise
en forme après mise en solution et trempe; ceci constitue la troisième variante du
procédé qui correspond à l'art antérieur.Starting from state F, the only possible shaping is rolling. The rolled sheet is then dissolved and quenched, and a second shaping is carried out either on fresh quenching, or after storage in a cold room. In all other cases, the sheet is directly dissolved and quenched before shaping. When starting from a sheet in state O, a first shaping operation is carried out from this state, and a second shaping after dissolution and quenching. This variant is used when the target formatting is too great to be able to be carried out in a single operation from a state W, but can however be carried out in two passes from the state O. In this state, the sheet metal is certainly less formable, but state O is easier to use than state W, which is unstable, and requires additional heat treatment. However, the manufacture of the sheet in the O state involves a final annealing of the raw rolling sheet, and therefore an additional manufacturing step, which is contrary to the aim of simplification aimed by the present invention.
In some cases, even starting from a sheet in the W state, which generally has the best formability, one cannot avoid resorting to a second shaping step after dissolution and quenching; this constitutes the third variant of the method which corresponds to the prior art.
Cette façon de travailler les tôles en alliage 2024 par mise en forme profonde et, le
cas échéant, sur trempe fraíche, tend à se développer de plus en plus dans la mesure
où on s'oriente vers des pièces individuelles de taille plus importante pour réduire le
nombre d'assemblages, ce qui répond à des objectifs à la fois techniques (les
assemblages sont des sites d'initiation de corrosion et de criques de fatigue) et
économiques (l'opération d'assemblage représente une part importante du coût de
fabrication d'un avion). Par ailleurs, l'utilisation de pièces de grande taille permet de
réduire le poids de l'avion.
Dans tous les cas, au cours de la dernière transformation, les propriétés de tolérance
aux dommages se dégradent sous l'effet de l'écrouissage associé à cette déformation.This way of working the 2024 alloy sheets by deep shaping and, if necessary, on fresh quenching, tends to develop more and more as we move towards individual pieces of larger size to reduce the number of assemblies, which meets both technical (assemblies are sites of initiation of corrosion and fatigue cracks) and economic (assembly operation represents a significant part of the manufacturing cost) of an airplane). In addition, the use of large parts makes it possible to reduce the weight of the aircraft.
In any case, during the last transformation, the damage tolerance properties deteriorate under the effect of the work hardening associated with this deformation.
Le but de l'invention est donc de simplifier le procédé de fabrication de pièces
formées, et notamment de pièces fortement déformées par un ou plusieurs procédés
tels que l'étirage-formage, l'emboutissage, le fluotournage ou le pliage, par
l'association d'une composition chimique optimisée et de procédés de fabrication
particuliers, permettant d'éviter autant que possible la mise en solution sur tôle
formée.
Il va de soi que tout nouveau procédé de fabrication de pièces fortement déformées
doit aboutir à des pièces ayant des caractéristiques mécaniques et d'emploi au moins
aussi bonnes que les produits existants.
Un autre but de l'invention est d'obtenir des pièces dont les propriétés de tolérance
aux dommages ne se dégradent pas après déformation.The object of the invention is therefore to simplify the process for manufacturing formed parts, and in particular parts which are strongly deformed by one or more methods such as stretch-forming, stamping, flow-forming or folding, by association of an optimized chemical composition and specific manufacturing processes, making it possible to avoid solution as much as possible on formed sheet.
It goes without saying that any new process for manufacturing highly deformed parts must result in parts having mechanical and working characteristics at least as good as existing products.
Another object of the invention is to obtain parts whose damage tolerance properties do not degrade after deformation.
L'invention a pour objet un procédé de fabrication de pièces fortement déformées en
alliage AlCuMg de type 2024 comportant les étapes suivantes:
De préférence l'alliage a une teneur en cuivre comprise entre 3,9 et 4,3% (et encore de préférence entre 3,9 et 4,2%), une teneur en magnésium entre 1,2 et 1,4% (et encore de préférence entre 1,25 et 1,35%), une teneur en manganèse entre 0,3 et 0,45% une teneur en fer < 0,10%, une teneur en silicium < 0,10% (et de préférence < 0,08%), une teneur en titane, chrome et zirconium < 0,07% (de préférence < 0,05%). Le procédé selon l'invention permet d'utiliser éventuellement des tôles plaquées, par exemple des tôles recouvertes d'un placage en alliage plus résistant à la corrosion, comme c'est le cas habituellement pour les tôles de revêtement de fuselage d'avion.Preferably the alloy has a copper content of between 3.9 and 4.3% (and again preferably between 3.9 and 4.2%), a magnesium content between 1.2 and 1.4% (and more preferably between 1.25 and 1.35%), a manganese content between 0.3 and 0.45% an iron content <0.10%, a silicon content <0.10% (and preferably < 0.08%), a content of titanium, chromium and zirconium <0.07% (preferably <0.05%). The method according to the invention makes it possible to use plated sheets, for example example of sheets coated with an alloy plating more resistant to corrosion, as is usually the case for aircraft fuselage cladding sheets.
Une première caractéristique de l'invention consiste à utiliser un alliage modifié par
rapport au 2024 traditionnel. La première modification consiste à réduire les teneurs
en Si et Fe respectivement en dessous de 0,25 et 0,20%, et de préférence en dessous
de 0,10%. D'autre part, la teneur en Mn est également réduite en dessous de 0,5% et
de préférence en dessous de 0,45%. Enfin, la teneur en Cu est également légèrement
réduite et maintenue en dessous de 4,5%, et de préférence en dessous de 4,3%, voire
de 4,2%. La teneur en Mg est aussi un peu réduite, et maintenue au dessous de 1,5%,
de préférence entre 1,2 et 1,4%, voire entre 1,25 et 1,35%.
La demanderesse a observé que cette composition, suggérée par l'art antérieur, ne
permet pas à elle seule d'atteindre la formabilité requise.A first characteristic of the invention consists in using an alloy modified compared to the traditional 2024. The first modification consists in reducing the Si and Fe contents respectively below 0.25 and 0.20%, and preferably below 0.10%. On the other hand, the Mn content is also reduced below 0.5% and preferably below 0.45%. Finally, the Cu content is also slightly reduced and kept below 4.5%, and preferably below 4.3%, or even 4.2%. The Mg content is also slightly reduced, and kept below 1.5%, preferably between 1.2 and 1.4%, or even between 1.25 and 1.35%.
The Applicant has observed that this composition, suggested by the prior art, does not by itself allow it to achieve the required formability.
L'alliage est coulé en plaques, qui sont éventuellement homogénéisées à une
température comprise entre 460 et 510°C (de préférence entre 470 et 500°C) pendant
2 à 12 h (de préférence 3 à 6 h). On procède éventuellement à un scalpage des
plaques. Le laminage à chaud se fait avec une température d'entrée comprise entre
430 et 470°C, et de préférence entre 440 et 460°C. La température de sortie des
bandes se fait de préférence à une température plus élevée que la température
habituelle, > 300°C, et préférentiellement > 310°C, notamment dans le cas où une
partie de la mise en forme se fait avant mise en solution.
A la sortie du laminage à chaud les bandes sont bobinées. Elles présentent à ce stade
un allongement de plus de 13,5%, et le plus souvent supérieur à 15% dans les sens L
et TL. Elles peuvent éventuellement être laminées à froid si l'épaisseur requise n'est
pas accessible par laminage à chaud. Les bandes sont ensuite découpées en tôles.The alloy is cast in plates, which are optionally homogenized at a temperature between 460 and 510 ° C (preferably between 470 and 500 ° C) for 2 to 12 h (preferably 3 to 6 h). Optionally, the plates are scalped. Hot rolling takes place with an inlet temperature of between 430 and 470 ° C, and preferably between 440 and 460 ° C. The outlet temperature of the strips is preferably carried out at a temperature higher than the usual temperature,> 300 ° C., and preferably> 310 ° C., in particular in the case where part of the shaping is carried out before dissolving .
At the end of hot rolling the strips are wound. At this stage, they have an elongation of more than 13.5%, and more often than 15% in the L and TL directions. They can optionally be cold rolled if the required thickness is not accessible by hot rolling. The strips are then cut into sheets.
Une première variante de l'invention consiste à effectuer la mise en forme, par
étirage-formage, emboutissage, fluotournage ou pliage, directement sur cet état F
sans recuit ni autre traitement préalable. La tôle partiellement mise en forme est
ensuite mise en solution à une température comprise entre 480 et 500°C pendant une
durée comprise entre 5 mn et 1 h, puis trempée, généralement à l'eau froide.
La mise en forme se fait en deux ou plusieurs passes. La pièce fraíchement trempée
(moins d'une heure) peut subir immédiatement une nouvelle mise en forme, ou bien
elle est transférée dans une chambre froide à une température inférieure à 10 °C et
préférentiellement inférieure à 0 °C, et mise en forme à la sortie de la chambre froide.
On peut utiliser des tôles plaquées sur une ou deux faces, ce qui est le cas le plus
fréquent pour les panneaux de fuselage d'avion, plaquées d'un alliage de la série
1000, par exemple les alliages 1050, 1100, 1200, 1135, 1145, 1170, 1175, 1180,
1185, 1188, 1199, 1230, 1235, 1250, 1285, 1350 ou 1435. A first variant of the invention consists in carrying out the shaping, by stretching-forming, stamping, flow-forming or folding, directly in this state F without annealing or other prior treatment. The partially formed sheet is then dissolved at a temperature between 480 and 500 ° C for a period between 5 min and 1 h, then quenched, generally with cold water.
The shaping is done in two or more passes. The freshly soaked piece (less than an hour) can immediately undergo a new shaping, or it is transferred to a cold room at a temperature below 10 ° C and preferably below 0 ° C, and shaped at leaving the cold room. Sheets can be used plated on one or two sides, which is the most common case for aircraft fuselage panels, plated with an alloy of the 1000 series, for example alloys 1050, 1100, 1200, 1135 , 1145, 1170, 1175, 1180, 1185, 1188, 1199, 1230, 1235, 1250, 1285, 1350 or 1435.
Une deuxième variante consiste à effectuer la mise en forme sur des tôles ayant subi
une mise en solution et une trempe. La mise en forme peut se faire à l'état T3 ou T4
(trempé et mûri avec ou sans écrouissage ultérieur) ou, pour les pièces plus
déformées, sur l'état W, c'est-à-dire moins d'une heure après la trempe, ou sur une
tôle stockée dans une chambre froide immédiatement après trempe.
Dans le cas où on utilise des tôles à l'état T3 ou T4, ces tôles présentent un
compromis entre leur résistance mécanique et leur formabilité correspondant à au
moins un des ensembles de propriétés suivants:
- une valeur moyenne des trois valeurs de l'allongement A mesurées dans les sens TL, L et à 45°, supérieur à 20% et de préférence supérieur à 22%, et
- une valeur moyenne des trois valeurs Rp0,2 mesurées dans les sens TL, L et à 45°, supérieure à 305 MPa, et
- une valeur LDH supérieure à 72 mm pour une épaisseur de 1,6 mm, ou une valeur LDH supérieure à 76 mm pour une épaisseur de 3,2 mm, ou une valeur LDH supérieure à 80 mm pour une épaisseur comprise entre 4 et 7 mm.
- une valeur moyenne des trois valeurs Rp0,2 mesurées dans les sens TL, L et à 45°, supérieure à 305 MPa, et
- une valeur moyenne des trois valeurs Ag mesurées dans les sens TL, L et à 45°, supérieure à 18%.
- une valeur moyenne des trois valeurs de l'allongement A mesurées dans les sens TL, L et à 45°, supérieure à 22%, et
- une valeur moyenne des trois valeurs Rp0,2 mesurées dans les sens TL, L et à 45°, supérieure à 305 MPa, et
- une valeur moyenne des trois valeurs Ag % mesurées dans les sens TL, L et à 45°, supérieure à 18%.
- une valeur moyenne des trois valeurs Rp0,2 mesurées dans les sens TL, L et à 45° supérieure à 305 MPa, et
- une valeur moyenne des trois valeurs de traction plane Atp mesurées dans les sens TL, L et à 45°, supérieure à 18 %,
- une valeur LDH supérieure à 72 mm pour une épaisseur de 1,6 mm, ou une valeur LDH supérieure à 76 mm pour une épaisseur de 3,2 mm, ou une valeur LDH supérieure à 80 mm pour une épaisseur comprise entre 4 et 7 mm.
In the case where sheets are used in the T3 or T4 state, these sheets have a compromise between their mechanical strength and their formability corresponding to at least one of the following sets of properties:
- an average value of the three values of the elongation A measured in the TL, L and 45 ° directions, greater than 20% and preferably greater than 22%, and
- an average value of the three R p0.2 values measured in the TL, L and 45 ° directions, greater than 305 MPa, and
- an LDH value greater than 72 mm for a thickness of 1.6 mm, or an LDH value greater than 76 mm for a thickness of 3.2 mm, or an LDH value greater than 80 mm for a thickness between 4 and 7 mm .
- an average value of the three R p0.2 values measured in the TL, L and 45 ° directions, greater than 305 MPa, and
- an average value of the three Ag values measured in the TL, L and 45 ° directions, greater than 18%.
- an average value of the three values of the elongation A measured in the TL, L and 45 ° directions, greater than 22%, and
- an average value of the three R p0.2 values measured in the TL, L and 45 ° directions, greater than 305 MPa, and
- an average value of the three Ag% values measured in the TL, L and 45 ° directions, greater than 18%.
- an average value of the three R p0.2 values measured in the TL, L and 45 ° directions greater than 305 MPa, and
- an average value of the three plane traction values Atp measured in the TL, L and 45 ° directions, greater than 18%,
- an LDH value greater than 72 mm for a thickness of 1.6 mm, or an LDH value greater than 76 mm for a thickness of 3.2 mm, or an LDH value greater than 80 mm for a thickness between 4 and 7 mm .
Ces tôles à l'état T3 ou T4 présentent une formabilité caractérisée par l'une au moins
des trois propriétés suivantes:
Elles présentent par ailleurs des propriétés améliorées de tolérance aux dommages
caractérisées par l'une au moins des propriétés suivantes :
Les pièces réalisées avec des tôles aussi bien à l'état T3 ou T4 qu'à l'état W ne
montrent que très peu de détérioration de la tolérance aux dommages après la
dernière opération de mise en forme, si son amplitude est inférieure à 6%.
Les différents paramètres utilisés ci-dessus, ainsi que dans les exemples qui suivent,
pour caractériser la formabilité, terme générique indiquant la facilité relative d'un
métal à se déformer, sont définis de la manière suivante:
A partir d'un essai de traction uniaxiale selon la norme EN 10002-1, effectué pour
une épaisseur de tôle supérieure ou égale à 3 mm avec une éprouvette proportionnelle
ayant une longueur initiale entre repères Lo proportionnelle à l'aire de la section
initiale So selon la relation Lo = 5,65√So, et pour une épaisseur de tôle inférieure à 3
mm avec une éprouvette non-proportionnelle de type 1 selon EN 10002-1, Tableau 4,
on obtient les paramètres suivants:
- Rp0,2 : limite conventionnelle d'élasticité à 0,2 % d'allongement permanent (en MPa);
- Rm: résistance à la rupture (en MPa) ;
- A: allongement après rupture (en %), représenté parfois par le symbole " A% ";
- Ag: allongement non proportionnel sous charge maximale, appelé également allongement réparti (en %).
Toutes les valeurs issues d'un essai de traction uniaxiale sont des valeurs moyennes obtenues à partir de deux éprouvettes prélevées au même endroit. The parts produced with sheets both in the T3 or T4 state and in the W state show very little deterioration in the tolerance for damage after the last shaping operation, if its amplitude is less than 6 %.
The different parameters used above, as well as in the following examples, to characterize formability, a generic term indicating the relative ease of a metal to deform, are defined as follows:
From a uniaxial tensile test according to standard EN 10002-1, performed for a sheet thickness greater than or equal to 3 mm with a proportional test piece having an initial length between marks Lo proportional to the area of the initial section So according to the relation Lo = 5.65√So, and for a sheet thickness less than 3 mm with a non-proportional test piece of type 1 according to EN 10002-1, Table 4, the following parameters are obtained:
- R p0.2 : conventional elastic limit at 0.2% permanent elongation (in MPa);
- R m : breaking strength (in MPa);
- A: elongation after rupture (in%), sometimes represented by the symbol "A%";
- A g : non-proportional elongation under maximum load, also called distributed elongation (in%).
All the values from a uniaxial tensile test are average values obtained from two test pieces taken from the same place.
L'allongement réparti est la différence d'allongement entre le début et la fin du domaine de déformation plastique, c'est-à-dire du domaine de déformation permanente avant striction, de la courbe de déformation.The distributed elongation is the difference in elongation between the start and the end of the plastic deformation range, i.e. the deformation range permanent before necking, of the deformation curve.
L'allongement à traction plane Atp correspond à l'allongement à la rupture dans un essai de traction dit de traction plane, dans lequel, contrairement à l'essai de traction uniaxiale, on s'arrange pour avoir une déformation à deux dimensions, donc dans un plan, et non à trois dimensions, c'est-à-dire que ε2 = 0 au lieu de ε2 = - ε1/2.The elongation with plane traction A tp corresponds to the elongation at break in a tensile test known as of plane traction, in which, contrary to the test of uniaxial traction, one arranges to have a deformation in two dimensions, therefore in a plane, and not in three dimensions, that is to say that ε 2 = 0 instead of ε 2 = - ε 1/2 .
Le paramètre LDH (limit dome height) est largement utilisé pour l'évaluation de
l'emboutissabilité des tôles d'épaisseur 0,5 à 2 mm. Il a fait l'objet de nombreuses
publications, notamment:
La même méthode peut être utilisée pour caractériser la formabilité des tôles de plus forte épaisseur (de 3 à 9 mm), mais il faut alors utiliser un outillage de plus grande taille (poinçon = 250 mm).The LDH (limit dome height) parameter is widely used for the evaluation of the drawability of sheets 0.5 to 2 mm thick. It has been the subject of numerous publications, in particular:
The same method can be used to characterize the formability of thicker sheets (from 3 to 9 mm), but a larger tool must then be used (punch = 250 mm).
Le retour élastique Re est déterminé par un essai de pliage sous tension qui permet de
comparer le retour élastique de différentes nuances (tôles d'égale épaisseur) pour une
déformation donnée.
Une éprouvette plate de longueur L = 250 mm, largeur λ = 12 mm et épaisseur 0,1
mm < e < 5 mm est insérée entre deux mors de serrage autobloquants et maintenue
sous traction grâce à un vérin hydraulique, solidaire du mécanisme d'essai. L'effort
de traction, préalablement défini, est maintenu constant tout au long du pliage, grâce
à la régulation hydraulique par servovalve du vérin de traction. La boucle de
régulation intègre l'effort de tension par mesure avec un capteur piézo-électrique
(rondelle Kistler). L'effort de tension dépend de l'alliage et de l'épaisseur de
l'éprouvette.
Un capteur de déplacement, relié à l'ordinateur d'acquisition, permet le contrôle en
continu des paramètres de l'essai et calcule l'angle de pliage de l'éprouvette. Un
poinçon de forme, solidaire du bâti supérieur de la machine de traction, sert d'appui
à l'éprouvette. L'angle de pliage utilisé lors des essais était de 140°, pour un
poinçon de rayon r = 70 mm. Chaque échantillon plié est contrôlé après démontage
à l'aide d'un profilomètre à palpeur. Ce dispositif de mesure permet d'évaluer
l'angle final ainsi que le rayon de courbure obtenu.
La traction appliquée sur l'éprouvette, correspondant à la déformation plastique
souhaitée, est déterminée à l'aide de la courbe rationnelle de traction en relevant
graphiquement la contrainte équivalente au taux de déformation visé. Le taux de
déformation initial, définissant l'effort de pliage, était maintenu constant lors de
l'essai à 0,2 %.
Le retour élastique est donné par la formule :
A flat test piece of length L = 250 mm, width λ = 12 mm and thickness 0.1 mm <e <5 mm is inserted between two self-locking clamping jaws and held under tension by a hydraulic cylinder, integral with the test mechanism . The traction force, previously defined, is kept constant throughout the folding, thanks to the hydraulic regulation by servovalve of the traction cylinder. The regulation loop integrates the tension force by measurement with a piezoelectric sensor (Kistler washer). The tension force depends on the alloy and the thickness of the specimen.
A displacement sensor, linked to the acquisition computer, allows continuous control of the test parameters and calculates the bending angle of the test piece. A punch shape, integral with the upper frame of the traction machine, serves to support the test piece. The folding angle used during the tests was 140 °, for a punch of radius r = 70 mm. Each folded sample is checked after dismantling using a feeler profilometer. This measuring device makes it possible to evaluate the final angle as well as the radius of curvature obtained.
The traction applied to the test piece, corresponding to the desired plastic deformation, is determined using the rational traction curve by graphically noting the stress equivalent to the targeted deformation rate. The initial rate of deformation, defining the bending force, was kept constant during the test at 0.2%.
The elastic return is given by the formula:
Les courbes limites de formage sont déterminées selon la norme ISO 12004 (1987).
Des formats rectangulaires de dimension 500 x L (L égal à 300 mm ou 500 mm),
sont emboutis selon l'essai LDH après avoir été préalablement imprimés d'une
grille (maille 2 x 2 mm2). L'essai avec L = 500 mm conduit après emboutissage à :
ε1 ≅ ε2 (déformation bi-axiale); l'essai avec L = 300 mm conduit après
emboutissage à ε2 ≅ 0 (déformation plane).
Après rupture, les formats sont analysés à l'aide du système automatique CamSys au
voisinage de la zone de fissuration. Le logiciel Asame-CamSys, permet d'établir une
cartographie des déformations des zones mesurées comme décrit par J. H. Vogel
and D. Lee, "The automated measurement of strains from three dimensional
deformed surfaces", J. O. M., vol. 42, 1990, pp. 8-13. Les déformations limites
avant striction localisée sont ainsi estimées et portées sur un diagramme de formage
avec les coordonnées ε1 et ε2.The forming limit curves are determined according to ISO 12004 (1987). Rectangular formats of dimension 500 x L (L equal to 300 mm or 500 mm), are stamped according to the LDH test after having been previously printed with a grid (mesh 2 x 2 mm 2 ). The test with L = 500 mm leads after stamping to: ε 1 ≅ ε 2 (bi-axial deformation); the test with L = 300 mm leads after stamping to ε 2 ≅ 0 (plane deformation).
After rupture, the formats are analyzed using the CamSys automatic system in the vicinity of the cracking zone. The software Asame-CamSys, allows to establish a map of the deformations of the measured areas as described by JH Vogel and D. Lee, "The automated measurement of strains from three dimensional deformed surfaces", JOM, vol. 42, 1990, pp. 8-13. The limit deformations before localized necking are thus estimated and plotted on a forming diagram with the coordinates ε 1 and ε 2 .
La tolérance aux dommages est caractérisée selon la norme ASTM E561 (essai de courbe R). L'essai a été réalisé sur des éprouvettes à fissure centrale de largeur W = 400 mm pour une longueur de fissure 2a0 = 133 mm. On mesure à la fois le facteur critique d'intensité de contrainte en contrainte plane Kc et le facteur d'intensité de contrainte apparent Kc0 (désigné parfois également par le sigle Kapp).Damage tolerance is characterized according to ASTM E561 (R curve test). The test was carried out on central crack specimens of width W = 400 mm for a crack length 2a 0 = 133 mm. We measure both the critical stress intensity factor in plane stress K c and the apparent stress intensity factor K c0 (sometimes also designated by the acronym K app ).
On a élaboré divers alliages dont les compositions sont indiquées dans le Tableau 1.
Des plaques de laminage ont été coulées, scalpées, puis homogénéisées à une
température comprise entre 460 °C et 510 °C pendant 2 h à 12 h. Après placage avec
un alliage 1050, les plaques ont été laminées à chaud jusqu'à une épaisseur finale
supérieure ou égale à 4 mm ; pour des épaisseurs inférieures, on a laminé les bandes
à froid. Les tôles ont été caractérisées à l'épaisseur finale ; les résultats sont
rassemblés dans le tableau 2.
Les exemples 1a, 1b, 1k, 1L, 1m, 1n, 1p et 1q correspondent à la présente invention.
Les exemples 1c, 1d, 1e, 1f, 1g, 1h, 1i et 1j correspondent à l'art antérieur.
(%)
(%)
(%)
(%)
(%)
Examples 1a, 1b, 1k, 1L, 1m, 1n, 1p and 1q correspond to the present invention. Examples 1c, 1d, 1e, 1f, 1g, 1h, 1i and 1j correspond to the prior art.
(%)
(%)
(%)
(%)
(%)
On constate que le choix judicieux de la composition chimique, suggéré par WO 96/29440, ne suffit pas à lui seul à améliorer la formabilité d'une façon conforme à l'objectif de la présente invention. En revanche, la demanderesse a observé que le choix d'une température de sortie du laminoir à chaud élevée conduit à une amélioration de la formabilité, exprimée par l'allongement à rupture A. l'effet de la composition chimique (notamment Cu < 4,3 et préférentiellement < 4,2 ; Si < 0,10 ; Fe < 0,10) n'étant qu'auxiliaire.We note that the judicious choice of chemical composition, suggested by WO 96/29440, is not sufficient in itself to improve formability in a manner consistent with the object of the present invention. However, the Applicant has observed that the choosing a high hot rolling mill outlet temperature leads to a improvement in formability, expressed by elongation at break A. the effect of chemical composition (in particular Cu <4.3 and preferably <4.2; Si <0.10; Fe <0.10) being only auxiliary.
On voit que le procédé selon l'invention assure une meilleure aptitude à la mise en forme à l'état F, exprimée en termes de A%, de LDH ou de CLF, que le procédé selon l'art antérieur. Plus particulièrement, une bande laminée à froid selon l'invention a une valeur de LDH supérieure à 42 mm et préférentiellement supérieure à 44 mm, tandis qu'une bande laminée à chaud a une valeur de LDH supérieure à 73 et préférentiellement supérieure à 75 mm. On voit également que pour une épaisseur donnée, la composition préférentielle donne une meilleure formabilité que la composition traditionnelle.It can be seen that the method according to the invention provides better aptitude for form in state F, expressed in terms of A%, LDH or CLF, that the process according to the prior art. More particularly, a cold rolled strip according to the invention has an LDH value greater than 42 mm and preferably greater at 44 mm, while a hot rolled strip has an LDH value greater than 73 and preferably greater than 75 mm. We also see that for a thickness given, the preferred composition gives better formability than the traditional composition.
Les caractéristiques mécaniques du produit intermédiaire (Rm, Rp0,2 etc.) n'ont pas
d'importance dans cette situation, à condition que le produit fini à l'issue de
l'ensemble du procédé possède des caractéristiques mécaniques au moins aussi
élevées que le produit issu du procédé selon l'art antérieur. A l'état T42, tel que
défini par le projet de norme prEN 4211 de juillet 1995, pour une épaisseur de 6 mm
et avec une gamme de fabrication identique, les deux produits ont des propriétés
mécaniques équivalentes.
Pour le procédé selon l'invention, on note également un effet cumulé de la
température de sortie du laminoir à chaud (ex. 1e et 1j comparés à 1k et 1n) et de la
composition chimique (ex 1p et 1q comparés à 1k et 1n).The mechanical characteristics of the intermediate product (R m , R p0.2 etc.) do not matter in this situation, provided that the finished product at the end of the whole process has at least mechanical characteristics as high as the product resulting from the process according to the prior art. In the T42 state, as defined by the draft standard prEN 4211 of July 1995, for a thickness of 6 mm and with an identical manufacturing range, the two products have equivalent mechanical properties.
For the process according to the invention, there is also a cumulative effect of the exit temperature from the hot rolling mill (eg 1 e and 1 d compared to 1 k and 1 n) and of the chemical composition (eg 1 p and 1 q compared to 1 k and 1n).
La valeur de la LDH et le niveau des courbes CLF sont plus faibles pour une tôle écrouie à froid que pour une tôle qui n'a subi qu'un laminage à chaud ; cet effet est connu. En revanche, la demanderesse a eu la surprise de constater que pour un procédé donné (laminage à chaud ou laminage à chaud suivi d'un laminage à froid) et à épaisseur comparable, la valeur de LDH, qui est un des paramètres pertinents pour mesurer la formabilité, augmente significativement lorsque la composition chimique se situe à l'intérieur d'un domaine préférentiel : Cu 3,9 - 4,3 et préférentiellement 3,9 - 4,2, Mg 1,2 - 1,4 et préférentiellement 1,25 - 1,35, Mn 0,30 - 0,45, Si < 0,10 et préférentiellement < 0,08, Fe < 0,10. Par ailleurs, la demanderesse a trouvé que la formabilité est encore améliorée lorsque certains éléments d'addition et d'impuretés sont strictement contrôlés, de la façon suivante: Zn < 0,20% , Cr < 0,07% et de préférence < 0,05% , Zr < 0,07% et de préférence < 0,05 % , Ti 0,07 % et de préférence < 0,05%.The LDH value and the level of the CLF curves are lower for a sheet cold worked only for a sheet which has undergone only hot rolling; this effect is known. However, the plaintiff was surprised to find that for a given process (hot rolling or hot rolling followed by cold rolling) and for comparable thickness, the LDH value, which is one of the relevant parameters for measure formability, increases significantly when the chemical composition is located within a preferred domain: Cu 3.9 - 4.3 and preferably 3.9 - 4.2, Mg 1.2 - 1.4 and preferably 1.25 - 1.35, Mn 0.30 - 0.45, Si <0.10 and preferably <0.08, Fe <0.10. Furthermore, the Applicant has found that the formability is further improved when certain elements of addition and impurities are strictly controlled, as follows: Zn <0.20%, Cr <0.07% and preferably <0.05%, Zr <0.07% and preferably <0.05%, Ti 0.07% and preferably <0.05%.
On a élaboré divers alliages dont les compositions sont indiquées dans le Tableau 3. Des plaques de laminage ont été coulées, scalpées, puis homogénéisées à une température comprise entre 470 °C et 510 °C pendant 2 h à 12 h. Après placage avec un alliage 1050, les plaques ont été laminées à chaud (procédé abrégé " LàC ") jusqu'à une épaisseur finale supérieure ou égale à 4 mm ; pour des épaisseurs inférieures, on a laminé les bandes à froid. Après découpe des bandes en tôles, celles-ci ont été soumises à une mise en solution typique pour ces types d'alliages (voir prEN 4211 de juillet 95), trempées et caractérisées 30 minutes après la trempe. Les résultats sont rassemblés dans le tableau 4. Afin de pouvoir comparer de façon rigoureuse les échantillons, la mise en solution et la trempe ont été effectuées sur des éprouvettes usinées prêtes à l'emploi, et pour chaque caractérisation des propriétés mécaniques, la déformation a débuté exactement 30 minutes après la fin de la trempe. Les exemples 2a, 2b, 2e, 2j, 2k, 2n correspondent à la présente invention. Les exemples 2h, 2L, 2m, 2p correspondent à l'art antérieur.Various alloys have been developed, the compositions of which are given in Table 3. Laminating plates were cast, scalped, then homogenized to a temperature between 470 ° C and 510 ° C for 2 h to 12 h. After plating with a 1050 alloy, the plates were hot rolled (abbreviated process "LàC") up to a final thickness greater than or equal to 4 mm; for thicknesses lower, the strips were cold rolled. After cutting the strips of sheet metal, these have been subjected to a typical dissolution for these types of alloys (see prEN 4211 of July 95), quenched and characterized 30 minutes after quenching. The results are collated in table 4. In order to be able to compare in a the samples, the dissolution and the quenching were carried out on machined test pieces ready for use, and for each characterization of properties mechanical, the deformation started exactly 30 minutes after the end of quenching. Examples 2a, 2b, 2e, 2j, 2k, 2n correspond to the present invention. The examples 2h, 2L, 2m, 2p correspond to the prior art.
On voit que le procédé selon l'invention conduit, à épaisseur comparable, à une meilleure formabilité à l'état W, telle qu'elle ressort des propriétés suivantes: allongement total A%, allongement réparti Ag, allongement en traction plane Atp, LDH, CLF. En ce qui concerne la courbe limite de formage, on constate que, dans le cas de l'invention, pour une tôle d'épaisseur 5 mm (ex. 2n), on a, contrairement à une tôle selon l'art antérieur pratiquement de la même épaisseur (ex. 2p) un coefficient ε1 > 0,18 pour L = 500 mm, et ε2 > 0,22 pour L = 500 mm.It can be seen that the process according to the invention leads, with comparable thickness, to better formability in the W state, as it emerges from the following properties: total elongation A%, distributed elongation A g , elongation in plane traction A tp , LDH, CLF. With regard to the forming limit curve, it can be seen that, in the case of the invention, for a sheet of thickness 5 mm (eg 2n), there is, unlike a sheet according to the prior art, practically the same thickness (eg 2p) a coefficient ε 1 > 0.18 for L = 500 mm, and ε 2 > 0.22 for L = 500 mm.
L'avantage du procédé selon l'invention par rapport à l'art antérieur est donc de
pouvoir effectuer des mises en forme plus profondes à l'état W, voire d'éliminer une
mise en solution intermédiaire pour les mises en forme très profondes.
Il a été ainsi possible de fabriquer des pièces en une seule passe, alors que selon l'art
antérieur, deux passes étaient nécessaires pour les réaliser.
It was thus possible to manufacture parts in a single pass, while according to the prior art, two passes were necessary to achieve them.
On a élaboré divers alliages dont les compositions sont indiquées dans le Tableau 5.
Des plaques de laminage ont été coulées, scalpées, puis homogénéisées à une
température comprise entre 460°C et 510°C pendant 3 h à 6 h. Après placage avec un
alliage 1050, les plaques ont été laminées à chaud jusqu'à une épaisseur finale
supérieure ou égale à 4 mm ; pour des épaisseurs inférieures, on a laminé les bandes
à froid. Les tôles découpées à partir de ces bandes ont été soumises à une mise en
solution typique pour ces types d'alliages indiquée dans le Tableau 6 (voir prEN
4211 de juillet 95), trempées, mûries (au moins 48 h à température ambiante).
Ensuite on a effectué un écrouissage à froid par défripage, suivi d'une traction
contrôlée avec une déformation permanente visée de 1,5 %. Les résultats sont
rassemblés dans le tableau 6.
Les exemples 3s, 3t, 3u, 3v, 3w, 3x correspondent à la présente invention. Les
exemples 3e, 3f, 3g, 3h, 3i, 3j, 3k, 3L, 3m, 3n, 3p, 3q, 3r correspondent à l'art
antérieur. Les exemples 3a, 3b, 3c, 3d correspondent aux exemples 2h, 2f, 2L et 2m
de l'exemple 2; ils figurent ici à titre de comparaison pour représenter un 2024 état
W selon l'art antérieur.Various alloys were developed, the compositions of which are given in Table 5. Rolling plates were cast, scalped, and then homogenized at a temperature between 460 ° C and 510 ° C for 3 h to 6 h. After plating with a 1050 alloy, the plates were hot rolled to a final thickness greater than or equal to 4 mm; for lower thicknesses, the strips are cold rolled. The sheets cut from these strips were subjected to a typical solution treatment for these types of alloy indicated in Table 6 (see prEN 4211 of July 95), quenched, cured (at least 48 h at room temperature). Then a cold work hardening was carried out by unraveling, followed by a controlled traction with a target permanent deformation of 1.5%. The results are collated in Table 6.
Examples 3s, 3t, 3u, 3v, 3w, 3x correspond to the present invention. Examples 3e, 3f, 3g, 3h, 3i, 3j, 3k, 3L, 3m, 3n, 3p, 3q, 3r correspond to the prior art. Examples 3a, 3b, 3c, 3d correspond to Examples 2h, 2f, 2L and 2m from Example 2; they appear here for comparison to represent a 2024 state W according to the prior art.
Lorsque l'on compare les tôles utilisées dans le procédé selon l'invention
(composition optimisée à l'état T3) aux tôles utilisées dans les procédés selon l'art
antérieur, c'est-à-dire un alliage 2024 à l'état T3 (exemples 3s, 3t, 3u, 3v, 3w) ou W
(exemples 3a, 3b, 3c, 3d)), on constate que pour une épaisseur donnée, le procédé
selon l'invention conduit à une meilleure formabilité, telle qu'elle ressort de
l'allongement à rupture et surtout des valeurs LDH et CLF. Le retour élastique est
moins élevé que selon l'art antérieur.
Plus particulièrement, lorsque la composition chimique se situe dans le domaine
préférentiel, le procédé conduit à une amélioration de la formabilité telle qu'elle est
caractérisée par les paramètres qui viennent d'être énumérés. Il est possible
d'effectuer une mise en forme beaucoup plus sévère qu'à l'état T3 de l'art antérieur,
ou même supprimer la mise en solution puisque le procédé selon l'invention conduit
à un produit à l'état T3 qui a des propriétés de formabilité au moins aussi bonnes que
le produit à l'état W issu du procédé selon l'art antérieur.When comparing the sheets used in the process according to the invention (composition optimized in state T3) with the sheets used in the processes according to the prior art, that is to say an alloy 2024 in the state T3 (examples 3s, 3t, 3u, 3v, 3w) or W (examples 3a, 3b, 3c, 3d)), it can be seen that for a given thickness, the process according to the invention leads to better formability, such that it emerges from the elongation at break and especially from the LDH and CLF values. The elastic return is lower than according to the prior art.
More particularly, when the chemical composition is in the preferred range, the process leads to an improvement in formability as it is characterized by the parameters which have just been listed. It is possible to carry out a much more severe shaping than in state T3 of the prior art, or even to eliminate dissolution, since the process according to the invention leads to a product in state T3 which has formability properties at least as good as the product in the W state resulting from the process according to the prior art.
Par ailleurs, on a effectué sur deux tôles un étirage conduisant à un allongement total de 3% ou 5 %, et on a mesuré avant et après étirage les propriétés de tolérances aux dommages, à savoir la ténacité KC0 et KC dans les sens T-L et L-T. On a également mesuré les caractéristiques mécaniques dans le sens T-L. Les résultats sont rassemblés dans le Tableau 7.In addition, stretching was carried out on two sheets leading to a total elongation of 3% or 5%, and the damage tolerance properties, namely the toughness K C0 and K C in the directions, were measured before and after stretching. TL and LT. The mechanical characteristics were also measured in the TL direction. The results are collated in Table 7.
On constate que le procédé selon l'invention ne conduit pas, après mise en forme par
étirage, à une diminution notable des propriétés de tolérance aux dommages,
contrairement au procédé selon l'art antérieur. On constate même que le procédé
selon l'invention améliore la tolérance aux dommages sur un état étiré, soit l'état
dans lequel se trouve la pièce à l'état fini.
[MPa]
[MPa]
[MPa√m]
[MPa√m]
[MPa√m]
[MPa√m]
[MPa]
[MPa]
[MPa√m]
[MPa√m]
[MPa√m]
[MPa√m]
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