EP1544316A2 - Tôle épaisse en alliage Al-Zn-Cu-Mg recristallisée à faible teneur en Zr - Google Patents

Tôle épaisse en alliage Al-Zn-Cu-Mg recristallisée à faible teneur en Zr Download PDF

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EP1544316A2
EP1544316A2 EP04356197A EP04356197A EP1544316A2 EP 1544316 A2 EP1544316 A2 EP 1544316A2 EP 04356197 A EP04356197 A EP 04356197A EP 04356197 A EP04356197 A EP 04356197A EP 1544316 A2 EP1544316 A2 EP 1544316A2
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EP
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alloy
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mpa
low
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EP04356197A
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EP1544316A3 (fr
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David Dumont
Vic Dangerfield
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Constellium Issoire SAS
Constellium Rolled Products Ravenswood LLC
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Alcan Rhenalu SAS
Pechiney Rhenalu SAS
Pechiney Rolled Products LLC
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Publication of EP1544316A3 publication Critical patent/EP1544316A3/fr
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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
    • C22C21/10—Alloys based on aluminium with zinc as the next major constituent
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • 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
    • C22F1/053—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 zinc as the next major constituent

Definitions

  • the present invention relates to sheet metal aluminum alloys of the Al-Zn-Cu-Mg type intended for manufacture of structural elements used in the aerospace industry.
  • patent EP 0 876 514 B1 describes a Thick Al-Zn-Cu-Mg alloy product with a fraction volume of recrystallized grains less than 35% between quarter and mid-thickness.
  • RPFF fatigue crack propagation
  • the present invention addresses the problem of knowing how to improve the resistance to the propagation of fatigue cracks in a thick alloy sheet Al-Zn-Cu-Mg.
  • a first object of the present invention is a thick sheet of Al-Zn-Cu-Mg alloy, comprising 0.04 to 0.09% by weight of Zr, said sheet having a from recrystallization greater than 35% to one quarter of thickness.
  • a second object is a manufacturing process a thick sheet of Al-Zn-Cu-Mg alloy comprising from 0.04 to 0.09% by weight of Zr, said process comprising hot rolling a blank of said sheet at a temperature of less than 420 ° C. This method makes it possible to obtain a sheet having a recrystallization greater than 35% to one quarter of thickness.
  • FIGS. 1 to 7 relate to certain aspects of the invention as described herein. They are purely illustrative and non-limiting.
  • Figure 1 shows the dimensions of specimens RPFF according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 shows the test results of fatigue crack propagation (PFF) on a sheet of 856385) according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 3 is a microscope characterization electronic scanning (SEM) of fracture surfaces of a reference material.
  • Figure 4 shows the results of PFF tests on a rolled sheet with an outlet temperature lower.
  • Figure 5 shows test results from PFF on a sheet with a lower Zr content.
  • Figure 6 shows a comparison of the path of the crack near the threshold for materials (a) and low Zr (b) according to a embodiment.
  • Figure 7 is a schematic representation of RPFF differences between reference materials and low Zr content according to one embodiment.
  • the fatigue strength is determined by a test according to ASTM E 466, and the fatigue crack growth rate (so-called da / dn test) according to ASTM E 647.
  • the curve R is determined according to ASTM standard 561. From the curve R, the critical stress intensity factor K c is calculated, ie the intensity factor which causes the instability of the crack.
  • the stress intensity factor K CO is also calculated by assigning to the critical load the initial length of the crack at the beginning of the monotonic loading. These two values are calculated for a specimen of the desired shape. K app designates the K CO corresponding to the specimen used to make the R curve test.
  • these structural elements include the elements that make up the fuselage (such as the fuselage skin (fuselage skin in English), stiffeners or fuselage stringers, the bulkheads (bulkheads), fuselage frames (circumferential frames), wings (such as the skin of wing (wing), stiffeners (stringers or stiffeners), ribs and spars) and the empennage composed in particular of stabilizers horizontal and vertical (horizontal or vertical stabilizers), as well as floor profiles (floor beams), seat tracks and doors.
  • fuselage such as the fuselage skin (fuselage skin in English), stiffeners or fuselage stringers, the bulkheads (bulkheads), fuselage frames (circumferential frames), wings (such as the skin of wing (wing), stiffeners (stringers or stiffeners), ribs and spars
  • the empennage composed in particular of stabilizers horizontal and vertical (horizontal or vertical stabilizers), as well as floor profiles (floor beams), seat tracks and doors.
  • the Zr content is between 0.05 and 0.07%.
  • Such an alloy can be cast in the form of a rolling plate, and can be processed according to the known processes in thick plates. These processes make always intervene at least one rolling pass at hot.
  • the sheet according to the invention is a strong plate (thick sheet), because the technical effect of the invention will be noticeable only for a sheet that is not completely recrystallized, whereas a thin sheet may be .
  • its thickness is at least 15 mm, and preferably at least 20 mm; its thickness can reach or exceed 100 mm.
  • the sheet according to the invention has a recrystallization rate at a quarter of the thickness (E / 4) greater than 35%, and preferably greater than 50%, but must not be completely recrystallized. As such, it is preferred that the recrystallization rate at E / 4 does not exceed 90%.
  • a sheet according to the invention in alloy according to one of the preferred embodiments (that is to say in alloy AA7040 or comprising from 5.8 to 6.8% of Zn, from 1.5 to 2.5% of Cu, from 1.5 to 2.5% Mg, from 0.04 to 0.09% of Zr) has a tenacity K IC (LT) > 30 MPa ⁇ m, and preferentially in addition a toughness K IC (TL ) > 25 MPa ⁇ m, and even more preferably in addition to these two previous values a toughness K IC (ST) > 25 MPa ⁇ m.
  • the sheet according to the invention can be manufactured by a process that includes hot rolling a roughing said sheet at a temperature which is less than 420 ° C. Then this sheet can be subjected to type T7651 treatment; this treatment includes an income.
  • the recrystallization rate itself has a low effect in areas near the threshold; the curves nominal values are slightly different because of a closure effect induced by the roughness, the path of the crack being more tortuous.
  • the recrystallized grains of the low-grade material Zr content are probably larger. It is suggested to laminate this material cold in order to obtain a microstructure comparable in terms of size of grain and then test its resistance to the fatigue crack propagation.
  • the sheets according to the invention can be used, especially in the form of thick plates, for the manufacture of structural elements for aeronautical construction.
  • the tests were performed with a cyclic load frequency of 35 Hz and a load ratio of 0.1.
  • the length of the fatigue cracks was continuously monitored using a compliance technique. It was also evaluated by optical observation of the surface of the test piece after polishing.
  • the fatigue crack propagation threshold stress intensity range, ⁇ K th is arbitrarily defined as the stress intensity coefficient range, ⁇ K, which corresponds to a fatigue crack propagation rate, da /. dN, 10 -10 m / cycle.
  • the tests were interrupted before the fracture in order to characterize the path of the rift.
  • the surface of the specimen is observed optically after acid attack (perpendicularly to the plan of propagation of the crack).
  • the surface morphologies after fracture were examined under a microscope scanning electronics. A correction due to the effect closure has been applied systematically in order to rationalize the observed differences.
  • Figure 2 shows the crack propagation of fatigue in the air through the reference material (% low recruits).
  • Figure 4 shows the crack propagation of fatigue (measured in the air) through a material rolled at a low rolling temperature (TL) (%) rec. high) in the L-T direction. This one was compared to the reference material (low recrystallization). All tests were conducted with a ratio of R load of 0.1.
  • This difference may be due to a roughness-induced closure effect in the ⁇ K range of 1.2 to 8 MPa m .
  • the path of the crack is more tortuous for the low Zr material (see Figure 6).
  • the fracture surfaces are mainly transgranular, as for the other two materials, and have a large amount of secondary cracks.
  • Figure 5 shows the crack propagation of fatigue in the air through the low material Zr content (% high recryst) in the L-T direction. Comparison with the reference material (% recrist. low). All tests were done with a ratio R load of 0.1.
  • Figure 6 shows a comparison of the path cracks near the threshold for materials reference (a) and low Zr (b) content. Samples tested in L-T orientation, at E / 4.
  • Figure 7 is a diagram of the differences of RPFF between reference materials and low Zr content. (Curve right: low material Zr content. Left curve: material of reference).

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Abstract

La présente invention a trait à l'influence du taux de recristallisation sur la résistance à la propagation des fissures de fatigue, dans le cas particulier des tôles fortes à base d'Al-Zn-Cu-Mg, et notamment sur l'évolution du ratio da/dN.

Description

DOMAINE DE L'INVENTION
La présente invention concerne les tôles en alliages d'aluminium de type Al-Zn-Cu-Mg destinées à la fabrication d'éléments de structure utilisés dans l'industrie aéronautique ou spatiale.
ETAT DE LA TECHNIQUE
Des travaux considérables ont été menés au cours des dernières décennies en vue d'améliorer les propriétés des alliages de la série 7xxx, et plus particulièrement leur compromis résistance / ténacité. A titre d'exemple, le brevet EP 0 876 514 B1 décrit un produit épais en alliage Al-Zn-Cu-Mg avec une fraction volumique de grains recristallisés inférieure à 35% entre le quart et la mi-épaisseur. Toutefois, les relations de la microstructure avec leur résistance à la propagation des fissures de fatigue (RPFF) restent à éclaircir.
La présente invention aborde de problème de savoir comment améliorer la résistance à la propagation de fissures de fatigue dans une tôle épaisse en alliage Al-Zn-Cu-Mg.
OBJETS DE L'INVENTION
Un premier objet de la présente invention est une tôle épaisse en alliage Al-Zn-Cu-Mg, comprenant de 0,04 à 0,09% en poids de Zr, ladite tôle présentant un taux de recristallisation supérieur à 35% à un au quart de l'épaisseur.
Un deuxième objet est un procédé de fabrication d'une tôle épaisse en alliage Al-Zn-Cu-Mg, comprenant de 0,04 à 0,09% en poids de Zr, ledit procédé comprenant le laminage à chaud d'une ébauche de ladite tôle à une température qui est inférieure à 420°C. Ce procédé permet d'obtenir une tôle présentant un taux de recristallisation supérieur à 35% à un au quart de l'épaisseur.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
Les figures illustrent un mode de réalisation actuellement préféré de l'invention et, ensemble avec la description générale donnée ci-dessus et la description détaillée du mode de réalisation préféré donnée ci-après, ils servent à expliquer les principes de l'invention.
Les figures 1 à 7 concernent certains aspects de l'invention telle qu'elle est décrite ici. Elles sont purement illustratives et non limitatives.
La figure 1 montre les dimensions d'éprouvettes RPFF selon un mode de réalisation de la présente invention.
La figure 2 montre les résultats d'essais de propagation de fissure de fatigue (PFF) sur une tôle de référence (n° 856385) selon un mode de réalisation de la présente invention.
La figure 3 est une caractérisation au microscope électronique à balayage (MEB) de surfaces de fracture d'un matériau de référence.
La figure 4 montre les résultats d'essais de PFF sur une tôle laminée avec une température de sortie plus basse.
La figure 5 montre des résultats d'essais de PFF sur une tôle avec une teneur en Zr plus faible.
La figure 6 montre une comparaison du cheminement de la fissure au voisinage du seuil pour des matériaux de référence (a) et à faible teneur en Zr (b) selon un mode de réalisation.
La figure 7 est une représentation schématique des différences de RPFF entre les matériaux de référence et à faible teneur en Zr selon un mode de réalisation.
TERMINOLOGIE
Sauf mention contraire, toutes les indications relatives à la composition chimique des alliages sont exprimées en pourcent massique. La désignation des alliages suit les règles de The Aluminum Association, connues de l'homme du métier. Les états métallurgiques sont définis dans la norme européenne EN 515. La composition chimique d'alliages d'aluminium normalisés est définie par exemple dans la norme EN 573-3. Sauf mention contraire, les caractéristiques mécaniques statiques, c'est-à-dire la résistance à la rupture Rm, la limite élastique Rp0,2, et l'allongement à la rupture A, sont déterminées par un essai de traction selon la norme EN 10002-1, l'endroit et le sens du prélèvement des éprouvettes étant définis dans la norme EN 485-1. La résistance à la fatigue est déterminée par un essai selon ASTM E 466, et la vitesse de propagation de fissures en fatigue (essai dit da/dn) selon ASTM E 647. La courbe R est déterminée selon la norme ASTM 561. A partir de la courbe R, on calcule le facteur d'intensité de contrainte critique Kc , c'est à dire le facteur d'intensité qui provoque l'instabilité de la fissure. On calcule également le facteur d'intensité de contrainte KCO, en affectant à la charge critique la longueur initiale de la fissure, au début du chargement monotone. Ces deux valeurs sont calculées pour une éprouvette de forme voulue. Kapp désigne le KCO correspondant à l'éprouvette ayant servi à faire le test de courbe R.
Sauf mention contraire, les définitions de la norme européenne EN 12258-1 s'appliquent. Cette norme définit notamment une tôle épaisse (ou tôle forte) comme une tôle ayant une épaisseur supérieure à 6 mm. E désigne ici l'épaisseur des tôles.
On appelle ici « élément de structure » ou « élément structural » d'une construction mécanique une pièce mécanique dont la défaillance est susceptible de mettre en danger la sécurité de ladite construction, de ses utilisateurs, des ses usagers ou d'autrui. Pour un avion, ces éléments de structure comprennent notamment les éléments qui composent le fuselage (tels que la peau de fuselage (fuselage skin en anglais), les raidisseurs ou lisses de fuselage (stringers), les cloisons étanches (bulkheads), les cadres de fuselage (circumferential frames), les ailes (tels que la peau de voilure (wing skin), les raidisseurs (stringers ou stiffeners), les nervures (ribs) et longerons (spars)) et l'empennage composé notamment de stabilisateurs horizontaux et verticaux (horizontal or vertical stabilisers), ainsi que les profilés de plancher (floor beams), les rails de sièges (seat tracks) et les portes.
DESCRIPTION DETAILLEE
La présente invention peut s'appliquer aux alliages de type Al-Zn-Cu-Mg, c'est-à-dire aux alliages d'aluminium qui comprennent les éléments d'alliage Zn, Cu et Mg, et notamment aux alliages de type Al-Zn-Cu-Mg de la série 7xxx, et de préférence aux alliages comprenant (en % en poids) :
  • de 5,8 à 6,8% de Zn
  • de 1,5 à 2,5% de Cu
  • de 1,5 à 2,5% de Mg
  • de 0,04 à 0,09% de Zr
  • le reste étant de l'aluminium et des impuretés mineures, avec, de préférence, une teneur résiduelle en fer inférieure à 0,09%, et une teneur résiduelle en silicium inférieure à 0,07%. Un autre alliage auquel la présente invention peut être appliquée avantageusement est l'alliage AA7040.
    • Dans une réalisation préférée, la teneur en Zr est comprise entre 0,05 à 0,07%.
    Un tel alliage peut être coulé sous forme d'une plaque de laminage, et peut être transformé selon les procédés connus en tôles épaisses. Ces procédés font toujours intervenir au moins une passe de laminage à chaud.
    La tôle selon l'invention est une tôle forte (tôle épaisse), car l'effet technique de l'invention ne sera perceptible que pour une tôle qui n'est pas complètement recristallisée, alors qu'une tôle mince risque de l'être. Avantageusement, son épaisseur est d'au moins 15 mm, et préférentiellement d'au moins 20 mm ; son épaisseur peut atteindre ou dépasser 100 mm. La tôle selon l'invention présente un taux de recristallisation au quart de l'épaisseur (E/4) supérieur à 35%, et préférentiellement supérieur à 50%, mais ne doit pas être totalement recristallisée. A ce titre, on préfère que le taux de recristallisation à E/4 ne dépasse pas 90%. La vitesse de propagation des fissures de fatigue dans une tôle selon l'invention est inférieure à 10-4 mm/cycle à ΔK = 10 MPa m pour un essai effectué à R = 0,1 dans le sens L-T à l'endroit E/4.
    Une tôle selon l'invention en alliage selon un des mode de réalisation préférentiels (c'est-à-dire en alliage AA7040 ou comportant de 5,8 à 6,8% de Zn, de 1,5 à 2,5% de Cu, de 1,5 à 2,5% de Mg, de 0,04 à 0,09% de Zr) a une ténacité KIC(L-T) > 30 MPa√m, et préférentiellement en plus une ténacité KIC(T-L) > 25 MPa√m, et encore plus préférentiellement en plus de ces deux valeurs précédentes une ténacité KIC(S-T) > 25 MPa√m.
    La tôle selon l'invention peut être fabriquée par un procédé qui comprend le laminage à chaud d'une ébauche de ladite tôle à une température qui est inférieure à 420°C. Ensuite, cette tôle peut être soumise à un traitement de type T7651 ; ce traitement comprend un revenu.
    Dans le cadre de la présente invention, un matériau de référence en alliage AA7040 présentant un taux de recristallisation de 20% a été comparé à deux autres matériaux hautement recristallisés (60%) :
    • Tôle laminée à une température plus basse, inférieure à 420°C, de préférence allant de 300°C à 419°C, de façon plus préférentielle allant de 305°C à 350°C et dans certains cas d'environ 315°C.
    • Tôle avec une teneur en Zr plus faible : 0,06 au lieu de 0,11% en poids.
    Le taux de recristallisation lui-même a un faible effet dans les régions voisines du seuil ; les courbes nominales sont légèrement différentes à cause d'un effet de fermeture induit par la rugosité, le cheminement de la fissure étant plus tortueux.
    En outre, une différence intéressante a été observée par les présents inventeurs lors de la comparaison du matériau de référence et de matériaux à faible teneur en Zr. Ces derniers présentent des taux de propagation de fissures significativement moindres sur une plage de ΔK étendue : de 8 à 20 MPa m , où aucun effet de fermeture n'est observé. Cette différence pourrait être due à un effet intrinsèque de la microstructure du matériau à faible teneur en Zr. Ce comportement est schématisé sur la figure 7.
    Les grains recristallisés du matériau à faible teneur en Zr sont probablement plus grands. Il est suggéré de laminer ce matériau à froid afin d'obtenir une microstructure comparable en termes de taille de grain et ensuite de tester sa résistance à la propagation de fissure de fatigue.
    Les tôles selon l'invention peuvent être utilisées, notamment sous forme de tôles épaisses, pour la fabrication d'éléments de structure pour construction aéronautique.
    La présente invention est illustrée par les exemples qui suivent. Ils ne limitent pas la présente invention.
    EXEMPLES 1)Procédure expérimentale A) Matériau
    Toutes les éprouvettes ont été prélevées dans des tôles d'alliage 7040 de 100 mm d'épaisseur qui ont été transformées sur un équipement industriel. Les numéros de chaque tôle et leur composition chimique correspondante sont indiqués dans le tableau 1, leurs propriétés mécaniques dans le tableau 2 et leurs taux de recristallisation et leurs conditions de transformation dans le tableau 3 :
    Composition chimique
    Tôle n° Si Fe Cu Mg Zn Ti Zr
    856385 0,035 0,072 1,72 1,89 6,37 0,039 0,111
    859188 0,029 0,059 1,59 1,87 6,39 0,021 0,060
    859198 0,031 0,063 1,60 1,91 6,36 0,038 0,113
    Propriétés mécaniques
    KIC [MPa m ] Rés. à la traction [MPa]
    Tôle n° L-T T-L S-L L LT ST
    856385 28,8 24,2 26,9 506 501 490
    859188 31,6 26,6 26,8 508 504 475
    859198 28,3 25,1 25,8 492 492 466
    Taux de recristallisation et caractéristiques de transformation
    Matériau Tôle n° % recrist. Principales caractéristiques
    E/4 E/2
    % recrist. faible (référence) 856385 20% 17% Température de laminage typique (sortie environ 430°C) et taux de Zr typique 0,11%
    % recrist. élevé 859198 60% 55% Température de sortie de laminage plus basse : 315°C, Zr typique
    859188 60% 58% Teneur en Zr moindre : 0,06%, température de laminage typique (sortie à environ 455°C)
    Les taux de recristallisation (% recrist.) ont été mesurés par analyse d'images sur des micrographies. La tôle n° 856385 était représentative d'une production industrielle courante et elle peut généralement être considérée comme étant une référence : chimie et transformation standard. Dans le but d'étudier l'influence du taux de recristallisation sur la RPFF, la tôle 856385 a été comparée avec deux autres plaques dont les pourcentages de recristallisation sont significativement plus élevés :
    • La tôle n° 859198 a été laminée à une température plus basse. Ce laminage modifié s'est traduit par une énergie accumulée plus élevée et donc a favorisé une recristallisation plus marquée au cours du traitement thermique en solution ultérieur ;
    • La tôle n° 859188 avait une plus faible teneur en zirconium et donc une quantité de dispersoïdes plus faible pour inhiber la cristallisation par ancrage aux limites de grains.
    Tous les échantillons ont été testés dans le revenu T7651. Les trois tôles ont des propriétés mécaniques statiques et des propriétés de ténacité comparables. En outre, les taux de recristallisation ont été déterminés par analyse d'images avec le logiciel Imagetool™. Les mesures micrographiques ont été effectuées dans les plans L-ST après attaque à l'acide chromique. La précision de cette caractérisation est voisine de 2%.
    B) Caractérisation mécanique
    Une caractérisation des caractéristiques mécaniques statiques (Rp0.2, Rm, A) et de la ténacité a été effectuée. Des mesures du taux de propagation de fissure de fatigue (RPFF) ont été effectuées dans l'air suivant ASTM E647, dont le protocole est incorporé dans son entièreté aux présentes à titre de référence, avec des éprouvettes CT50 (voir la figure 1). Ces essais ont été réalisés dans les orientations L-T et T-L pour les trois matériaux, les éprouvettes étant prélevées à E/4. Le matériau de référence a été testé également à E/2 dans l'orientation L-T.
    Les tests ont été réalisés avec une fréquence de charge cyclique de 35 Hz et un ratio de charge de 0,1. La longueur des fissures de fatigue a été contrôlée en continu en utilisant une technique de compliance. Elle a également été évaluée par une observation optique de la surface de l'éprouvette après un polissage. La plage d'intensité de contrainte de seuil de propagation de fissure de fatigue, ΔKth, est définie arbitrairement comme étant la plage de coefficient d'intensité de contrainte, ΔK, qui correspond à un taux de propagation de fissure de fatigue, da/dN, de 10-10 m/cycle.
    Les tests ont été interrompus avant la fracture finale afin de caractériser le cheminement de la fissure. Pour cela, la surface de l'éprouvette est observée optiquement après attaque acide (perpendiculairement au plan de propagation de la fissure). Après les essais de PFF, les morphologies de surface après fracture ont été examinées au microscope électronique à balayage. Une correction due à l'effet de fermeture a été appliquée systématiquement afin de rationaliser les différences observées.
    2) Résultats A) Matériau de référence
    La figure 2 montre la propagation de fissure de fatigue dans l'air à travers le matériau de référence (% recrist. faible). (a) Influence de l'emplacement de l'échantillon (E/2 par rapport à E/4), (b) Influence de l'orientation de l'échantillon (L-T par rapport à T-L), les courbes marquées "effectives" tiennent compte de la correction de l'effet de fermeture. Tous les essais ont été réalisés avec un ratio de charge R de 0,1.
    Aucun effet significatif de l'orientation ou de l'emplacement de l'échantillon n'a été observé sur la figure 2. A l'échelle macroscopique, le cheminement de la fissure semble être très régulier et peu tortueux dans les trois cas. Les surfaces de fracture présentent des comportements comparables (voir la figure 3) : la fracture a un cheminement principalement trans-granulaire avec un grand nombre de facettes. Certaines décohésions de constituants intermétalliques grossiers et de limites de grains ont également été observées. Les cheminements des fissures dans les régions voisines du seuil étaient en outre plus plats, avec des facettes plus grandes.
    Voir la figure 3, qui montre la caractérisation au MEB de surfaces de fracture du matériau de référence, testé dans le sens L-T à E/4 (ΔK = 6 MPa√m, da/dN = 1,6 · 10-8 m/cycle).
    B) Matériau laminé à basse température
    La figure 4 montre la propagation de fissure de fatigue (mesurée dans l'air) à travers un matériau laminé à une température de laminage (TL) faible (% recrist. élevé) dans le sens L-T. Celui-ci a été comparé au matériau de référence (% recrist. faible). Tous les essais ont été réalisés avec un ratio de charge R de 0,1.
    Une légère différence a été observée en comparant les courbes nominales des matériaux de référence et à TL faible dans la région voisine du seuil. Cette différence a disparu avec la prise en compte de la correction de fermeture (voir les courbes « effectives » sur la figure 4). Nous pouvons donc expliquer la légère différence nominale par un effet de fermeture induit par la rugosité (cheminement plus tortueux de la fissure).
    C) Matériau à faible teneur en Zr
    Les résultats des essais de PFF sur la plaque ayant une plus faible teneur en Zr sont présentés sur la figure 5. Les taux de propagation de fissures sont plus faibles, comparés à ceux du matériau de référence, dans une plage de ΔK étendue : 4 à 20 MPa√m.
    Cette différence peut vraisemblablement être due à un effet de fermeture induit par la rugosité dans la plage de ΔK de 1,2 à 8 MPa m . En effet, le cheminement de la fissure est plus tortueux pour le matériau à faible teneur en Zr (voir la figure 6). Les surfaces de fracture sont principalement transgranulaires, comme pour les deux autres matériaux, et présentent une grande quantité de fissures secondaires.
    Toutefois, aucun effet de fermeture n'est mis en évidence dans la plage de ΔK de 8 à 20 MPa m : les courbes nominales et « effectives » se superposent. Ceci tend à montrer que la différence par rapport au matériau de référence dans cette plage de ΔK est due à un effet intrinsèque de la microstructure du matériau à faible teneur en Zr. Une schématisation de ce comportement est présentée sur la figure 7.
    Un comportement comparable est observé dans l'orientation T-L. Les différences sont toutefois plus petites.
    La figure 5 montre la propagation de fissure de fatigue dans l'air à travers le matériau à faible teneur en Zr (% recrist. élevé) dans le sens L-T. Comparaison avec le matériau de référence (% recrist. faible). Tous les essais ont été réalisés avec un ratio de charge R de 0,1.
    La figure 6 montre une comparaison du cheminement des fissures au voisinage du seuil pour les matériaux de référence (a) et à faible teneur en Zr (b). Echantillons testés dans l'orientation L-T, à E/4.
    La figure 7 est une schématisation des différences de RPFF entre les matériaux de référence et à faible teneur en Zr. (Courbe de droite : matériau à faible teneur en Zr. Courbe de gauche : matériau de référence).
    La présente invention permet entre autres de comprendre les effets du taux de recristallisation sur la résistance à la propagation des fissures de fatigue, dans le cas particulier de l'alliage 7040. Pour cela, un matériau de référence ayant un taux de recristallisation de 20% a été comparé avec deux autres matériaux hautement recristallisés (60%). Les matériaux ont été traités comme suit :
  • · Plaque laminée à une température plus basse, soit environ 315°C au lieu de 420°C,
  • · Plaque avec une teneur en Zr plus faible : 0,06 au lieu de 0,11% en poids.
    • On peut conclure en premier lieu que le taux de recristallisation lui-même a un effet minime dans les régions voisines du seuil : les courbes nominales sont légèrement différentes à cause d'un effet de fermeture induit par la rugosité. Le cheminement de la fissure est en effet plus tortueux.
    En outre, une différence intéressante a été mise en évidence en comparant un matériau de référence et un matériau à faible teneur en Zr. Ce dernier présente un taux de propagation de fissure significativement moindre sur une plage de ΔK étendue : de 8 à 20 MPa m où aucun effet de fermeture n'est observé. Cette différence pourrait être due à un effet intrinsèque de la microstructure du matériau à faible teneur en Zr.

    Claims (12)

    1. Tôle d'épaisseur supérieure à 6 mm en alliage Al-Zn-Cu-Mg, comprenant de 0,04 à 0,09% en poids de Zr, ladite tôle présentant un taux de recristallisation supérieur à 35% au quart de l'épaisseur.
    2. Tôle selon la revendication 1, comprenant (en % en poids) :
      de 5,8 à 6,8% de Zn
      de 1,5 à 2,5% de Cu
      de 1,5 à 2,5% de Mg
      de 0,04 à 0,09% de Zr
      le reste étant de l'aluminium et des impuretés mineures.
    3. Tôle selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle est en alliage AA7040.
    4. Tôle selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle le Zr est présent en une quantité comprise entre 0,05 à 0,07% en poids.
    5. Tôle selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, présentant un taux de recristallisation supérieur à 50% au quart de l'épaisseur.
    6. Tôle selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle la vitesse de propagation des fissures de fatigue est inférieure à 10-4 mm/cycle à ΔK = 10 MPa m pour un essai effectué à R = 0,1 dans le sens L-T à l'emplacement E/4.
    7. Tôle selon une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisée en ce que KIC(L-T) > 30 MPa√m.
    8. Tôle selon la revendication 7, caractérisée en ce que KIC(T-L) > 25 MPa√, et préférentiellement caractérisée en plus en ce que KIC(S-L) > 25 MPa√m.
    9. Tôle selon une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que son épaisseur est d'au moins 15 mm.
    10. Procédé de fabrication d'une tôle selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, comprenant le laminage à chaud d'une ébauche de ladite tôle à une température qui est inférieure à 420°C.
    11. Procédé selon la revendication 10, dans lequel tôle est soumise à un revenu de type T7651.
    12. Utilisation d'une tôle selon une quelconque des revendications 1 à 9 ou d'une tôle issue du procédé selon la revendication 10 ou 11 pour la fabrication d'éléments de structure pour construction aéronautique.
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